本发明涉及一种强化污泥消化并同步脱氮除磷的装置和方法，属于低碳氮比（C/N）高浓度氨氮废水生物脱氮技术领域。该装置设有原水箱、A-O反应器、沉淀池、污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮SFDANR反应器和储泥池；原水箱通过原水进水泵与A-O反应器连接，沉淀池出水口通过出水泵与SFDANR反应器连接，SFDANR反应器设有自循环管路；所述方法包括以下步骤：启动A-O反应器、启动SFDANR反应器、A-O反应器与SFDANR反应器串联运行。本发明适用于高氨氮生活污水及污泥消化液的深度脱氮除磷，工艺先进，同时有效减少污泥产量，节能降耗优势明显。
1.一种强化污泥消化并同步脱氮除磷的方法，应用如下装置：该装置包括原水箱(1)、原水进水泵(1.1)、A-O反应器(2)、搅拌装置(2.1)、空气压缩机(2.2)、曝气头(2.3)、沉淀池(2.4)、污泥回流泵(2.5)、排泥阀(2.6)、出水泵(2.7)、SFDANR反应器(3)、中间水箱(3.1)、循环泵(3.2)、循环控制阀(3.3)、排空阀(3.4)、集气装置(3.5)、密封板(3.6)、圆筒形污泥床(3.7)、布水装置(3.8)、三相分离器(3.9)、加热带装置(3.10)、出水管(3.11)、海绵填料(3.12)、布水孔(3.13)、储泥池(4)、进泥泵(4.1)；
原水箱(1)通过原水进水泵(1.1)与A-O反应器(2)相连，A-O反应器(2)通过出水管与沉淀池(2.4)相连，沉淀池(2.4)底部通过污泥回流泵(2.5)与A-O反应器(2)首格室相连，沉淀池(2.4)通过出水泵(2.7)与SFDANR反应器(3)底部相连，储泥池(4)通过进泥泵(4.1)与污泥SFDANR反应器(3)底部相连；
A-O反应器(1)用上下交错设置过水孔的隔板分为6-9个格室，依此设置有相连通的厌氧区格室与好氧区格室，厌氧区格室分为2-3个格室，设置有搅拌装置(2.1)，好氧区格室分为4-6个格室，设置有曝气头(2.3)，由空气压缩机(2.2)提供压力；
SFDANR反应器(3)设有圆筒形污泥床(3.7)，上部设有顶部密封板(3.6)和三相分离器(3.9)，中间设有温控加热带装置(3.10)，下部设有布水装置(3.8)；三相分离器(3.9)通过管道与集气装置(3.5)相连；圆筒形污泥床(3.7)上部通过中间水箱(3.1)、循环泵(3.2)和循环控制阀(3.2)与SFDANR反应器(3)底部相连；SFDANR反应器(3)出水通过出水管(3.11)排出；其特征在于，包括以下步骤：(1)启动A-O反应器：以实际城市污水处理厂的厌氧-好氧工艺污泥为接种泥注入A-O反应器，污泥浓度为2000-3000mg/L，水力停留时间5-8h，污泥停留时间15-25天；将添加NH4HCO3的实际城市生活污水泵入到A-O反应器厌氧区格室，随后启动搅拌装置，调节曝气系统流量使溶解氧维持在1.5-2.5mg/L，控制添加NH4HCO3的浓度使进水氨氮负荷维持在+ 3
0.2-0.3kgNH4-N/md，pH值控制在8.0-9.0，出水进入沉淀池，沉淀污泥回流到A-O反应器的首格室，回流比控制在50％-100％；在上述条件下运行A-O反应器，当出水磷酸盐浓度低于0.5mg/L且亚硝态氮累积率大于90％持续维持15天时，除磷过程及短程硝化得以实现；
(2)启动SFDANR反应器：控制SFDANR反应器中污泥浓度7000-8000mg/L，水力停留时+ -
间3-5h，污泥停留时间10-20天，进水采用NH4-N与NO2-N质量比为1：1.3的人工配水，起始TN浓度为20mg/L并以20mg/L的梯度逐步增大氮负荷直到200mg/L，每次增大氮负荷的时间点是自养脱氮率超过95％且持续维持15天以上，最后完成对SFDANR反应器的厌氧氨+ -氧化驯化处理；进水采用NH4-N与NO2-N质量比为1：1.3且TN为200mg/L的人工配水，同时投加乙酸钠作为反硝化碳源使SCOD浓度为100-150mg/L，当TN去除率高于90％且持续维持15天以上时，厌氧氨氧化和反硝化的耦合成功实现；以剩余污泥取代乙酸钠作为反硝化的碳源使SCOD浓度继续维持在100-150mg/L，当TN去除率高于90％且持续维持15天以上时，达到自养脱氮同步污泥发酵耦合反硝化的实现；
A‐O反应器与SFDANR反应器分别完成启动后，将整个装置串联运行：原水箱中的高氨氮废水通过原水进水泵打入A‐O反应器，污泥浓度为2000‐3000mg/L，水力停留时间
5‐8h，污泥停留时间15‐25天，随后启动搅拌装置，调节曝气系统流量使溶解氧维持在
1.5‐2.5mg/L，pH值控制在8.0‐9.0；A‐O反应器出水进入沉淀池，泥水分离后，沉淀污泥回流到A‐O反应器的首格室，回流比控制在50％‐100％，上清液通过出水泵注入SFDANR反应器，同时，储泥池中的新鲜剩余污泥通过进泥泵注入SFDANR反应器，控制SFDANR反应器中污泥浓度7000‐8000mg/L，水力停留时间3‐5h，污泥停留时间10‐20天，自循环回流比80％‐150％，最终实现剩余污泥与硝化液在SFDANR反应器发酵、反硝化和厌氧氨氧化的耦合处理，处理后的出水和污泥分别通过排水管与排泥阀、排空阀排放。
一种强化污泥消化并同步脱氮除磷的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种强化污泥消化并同步脱氮除磷的装置和方法，属于生化法污水污泥处理技术领域。污泥发酵释放的氨氮与短程硝化反应产生的亚硝通过厌氧氨氧化去除，反硝化菌利用水解酸化产生的挥发性有机酸作为电子供体将产生的硝态氮反硝化去除，达到总氮的深度去除和污泥的有效利用。本技术适用于低C/N比、C/P比污水的强化脱氮除磷和污泥的初步减量和稳定。
背景技术
[0002] 我国在2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准要求排污单位出水水质为COD小于50mg/L，氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L，总磷小于0.5mg/L。国内许多污水厂不能实现总氮的达标排放，如何提高传统工艺脱氮效果，是现阶段城市污水处理领域的迫切需求。
[0003] 我国城市污水C/N比普遍偏低，无法满足脱氮的需求，碳源不足成为城市污水处理不达标的关键原因，为解决该问题，目前有研究利用剩余污泥发酵产生的有机物作为反硝化和碳源。传统的污泥发酵和碳源提取技术一般为发酵--淘洗工艺，即污泥在发酵罐内水解酸化产生挥发性脂肪酸等可利用有机物，随后利用进水进行淘洗，再将淘洗液打入生物反应区用以增强脱氮除磷效果。利用发酵--淘洗工艺在实际应用中存在以下缺点：由于污泥的吸附作用，泥水分离困难，发酵产生的VFA很难被淘洗出来且要想较高的淘洗效率则需要较大的淘洗水量；在完全厌氧反应器中很难避免产甲烷反应发生，且颗粒物质水解是污泥厌氧发酵的限速步骤，因此发酵产物被产甲烷菌大量消耗；为达到较高的淘洗效率则需要较大的淘洗水用量，必然产生较大的上升流速，带出很多颗粒物质，进而增加后续处理单元的固体负荷。
[0004] 剩余污泥发酵耦合反硝化强化污水脱氮是一种新型的碳源开发利用工艺，具有如-下优点：1）由于NOx-N的存在，避免了产甲烷反应的发生，防止了发酵产物被产甲烷菌消耗；2）VFA产生后随即被周围的反硝化菌利用，降低了底物反馈抑制，刺激污泥发酵的进一步进行；3）反硝化反应产生碱度，能使反应器保持在中性和偏碱性的条件下运行，随反硝化进行pH逐渐上升，避免了常规发酵中系统酸化问题；4）省略传统工艺中的淘洗步骤，运行简单易操作，可推广性强。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种使高氨氮废水深度脱氮的同时，还可以实现污泥有效利用的装置和方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种强化污泥消化并同步脱氮除磷的装置，包括原水箱1、原水进水泵1.1、A-O反应器2、搅拌装置2.1、空气压缩机2.2、曝气头2.3、沉淀池2.4、污泥回流泵2.5、排泥阀2.6、出水泵2.7、SFDANR反应器3、中间水箱3.1、循环泵3.2、循环控制阀3.3、排空阀3.4、集气装置3.5、密封板3.6、圆筒形污泥床3.7、布水装置3.8、三相分离器3.9、加热带装置3.10、出水管3.11、海绵填料3.12、布水孔3.13、储泥池4、进泥泵4.1。
[0007] 原水箱1通过原水进水泵1.1与A-O反应器2相连，A-O反应器2通过出水管与沉淀池2.4相连，沉淀池2.4底部通过污泥回流泵2.5与A-O反应器2首格室相连，沉淀池2.4通过出水泵2.7与SFDANR反应器3底部相连，储泥池4通过进泥泵4.1与污泥SFDANR反应器3底部相连。
[0008] A-O反应器1用上下交错设置过水孔的隔板分为6-9个格室，依此设置有相连通的厌氧区格室与好氧区格室，厌氧区格室分为2-3个格室，设置有搅拌装置2.1，好氧区格室分为4-6个格室，设置有曝气头2.3，由空气压缩机2.2提供压力。
[0009] SFDANR反应器3设有圆筒形污泥床3.7，上部设有顶部密封板3.6和三相分离器3.9，中间设有温控加热带装置3.10，下部设有布水装置3.8；三相分离器3.9通过管道与集气装置3.5相连；圆筒形污泥床3.7上部通过中间水箱3.1、循环泵3.2和循环控制阀3.2与SFDANR反应器3底部相连；SFDANR反应器3出水通过出水管3.11排出。
[0010] 本发明同时提供强化污泥消化并同步脱氮除磷的方法，包括以下步骤：包括以下步骤：
[0011] （1）启动A-O反应器：以实际城市污水处理厂的厌氧-好氧工艺污泥为接种泥注入A-O反应器，污泥浓度为2000-3000mg/L，水力停留时间5-8h，污泥停留时间15-25天；将添加NH4HCO3的实际城市生活污水泵入到A-O反应器厌氧区格室，随后启动搅拌装置，调节曝气系统流量使溶解氧维持在1.5-2.5mg/L，控制添加NH4HCO3的浓度使进水氨氮负荷维持+ 3在0.2-0.3kgNH4-N/md，pH值控制在8.0-9.0，出水进入沉淀池，沉淀污泥回流到A-O反应器的首格室，回流比控制在50%-100%。在上述条件下运行A-O反应器，当出水磷酸盐浓度低于0.5mg/L且亚硝态氮累积率大于90%持续维持15天时，除磷过程及短程硝化得以实现。
[0012] （2）启动SFDANR反应器：控制SFDANR反应器中污泥浓度7000-8000mg/L，水力停+ -留时间3-5h，污泥停留时间10-20天，进水采用NH4-N与NO2-N质量比为1：1.3的人工配水，起始TN浓度为20mg/L并以20mg/L的梯度逐步增大氮负荷直到200mg/L，每次增大氮负荷的时间终点是自养脱氮率超过95%且持续维持15天以上，最后完成对SFDANR反应器的+ -
厌氧氨氧化驯化处理；进水采用NH4-N与NO2-N质量比为1：1.3且TN为200mg/L的人工配水，同时投加乙酸钠作为反硝化碳源使SCOD浓度为100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，厌氧氨氧化和反硝化的耦合成功实现；以剩余污泥取代乙酸钠作为反硝化的碳源使SCOD浓度继续维持在100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，达到自养脱氮同步污泥发酵耦合反硝化的实现。
[0013] （3）A-O反应器与SFDANR反应器分别完成启动后，将整个装置串联运行：原水箱中的高氨氮废水通过原水进水泵打入A-O反应器，污泥浓度为2000-3000mg/L，水力停留时间5-8h，污泥停留时间15-25天，随后启动搅拌装置，调节曝气系统流量使溶解氧维持在1.5-2.5mg/L，pH值控制在8.0-9.0；A-O反应器出水进入沉淀池，泥水分离后，沉淀污泥回流到A-O反应器的首格室，回流比控制在50%-100%，上清液通过出水泵注入SFDANR反应器，同时，储泥池中的新鲜剩余污泥通过进泥泵注入SFDANR反应器，控制SFDANR反应器中污泥浓度7000-8000mg/L，水力停留时间3-5h，污泥停留时间10-20天，自循环回流比80%-150%，最终实现剩余污泥与硝化液在SFDANR反应器发酵、反硝化和厌氧氨氧化的耦合处理，处理后的出水和污泥分别通过排水管与排泥阀、排空阀排放。
[0014] 本发明的技术原理如下：
[0015] 高氨氮废水首先进入A-O反应器，一方面通过排泥控制污泥停留时间，进而实现原水中磷的去除，另一方面通过曝气控制实现废水的短程硝化；硝化液进入SFDANR反应器，一方面利用厌氧氨氧化菌的自养脱氮能力，将来自A-O反应器的亚硝和污泥发酵过程中释放的氨氮去除，另一方面，反硝化菌利用污泥发酵所产生的碳源，将厌氧氨氧化过程以及A-O反应器硝化过程产生的硝氮还原成氮气，从而实现整个系统的深度脱氮，同时使剩余污泥得到了有效利用，促进污泥减量。本发明的关键在于，通过A-O反应器中曝气调控，保证亚硝有充足的积累率，从而确保污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮系统中厌氧氨氧化菌有相当比例存在。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0017] 1.脱氮效果稳定。该装置可以抵抗一定的氨氮冲击，即便A-O反应器不能完全发挥短程硝化效用，污泥发酵耦合反硝化同步自养脱氮反应器仍然能够通过反硝化将硝态氮去除。
[0018] 2.除磷效果好。聚磷菌充分利用原水中有限的有机物作为碳源进行释磷，接着在好氧阶段进行吸磷，强化了整个过程总磷的去除效果。
[0019] 3.发酵速率高。在污泥发酵耦合反硝化的过程中，发酵产物被反硝化菌群大量消耗，减弱了底物抑制作用，发酵速率与传统污泥发酵淘洗工艺相比将会进一步提高。
[0020] 4.污泥产量少。整个装置只有除磷和污泥发酵过程产生了剩余污泥，而污水生物脱氮系统自身剩余污泥实现了减量化处理和有效利用，降低了污水厂污泥处理费用。
附图说明
[0021] 图1为本发明装置的结构示意图
[0022] 图2为SFDANR反应器内部结构示意图
[0023] 图3为布水装置平面图
[0024] 主要符号说明如下：
[0025] 1-原水池 2-A-O反应器
[0026] 3-SFDANR反应器 4-储泥池 1.1-原水进水泵
[0027] 2.1-搅拌装置 2.2-空气压缩机 2.3-曝气头
[0028] 2.4-沉淀池 2.5-污泥回流泵 2.6-排泥阀
[0029] 2.7-出水泵 3.1-中间水箱 3.2-循环泵
[0030] 3.3-循环控制阀 3.4-排空阀 3.5-集气装置
[0031] 3.6-密封板 3.7-圆筒形污泥床 3.8-布水装置
[0032] 3.9-三相分离器 3.10-加热带装置 3.11-出水管
[0033] 3.12-海绵填料 3.13-布水孔 4.1-进泥泵
具体实施方式
[0034] 结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0035] 如图1、图2、图3所示，强化污泥消化并同步脱氮除磷的装置，包括原水箱1、原水进水泵1.1、A-O反应器2、搅拌装置2.1、空气压缩机2.2、曝气头2.3、沉淀池2.4、污泥回流泵2.5、排泥阀2.6、出水泵2.7、SFDANR反应器3、中间水箱3.1、循环泵3.2、循环控制阀3.3、排空阀3.4、集气装置3.5、密封板3.6、圆筒形污泥床3.7、布水装置3.8、三相分离器
3.9、加热带装置3.10、出水管3.11、海绵填料3.12、布水孔3.13、储泥池4、进泥泵4.1。
[0036] 原水箱1通过原水进水泵1.1与A-O反应器2相连，A-O反应器2通过出水管与沉淀池2.4相连，沉淀池2.4底部通过污泥回流泵2.5与A-O反应器2首格室相连，沉淀池2.4通过出水泵2.7与SFDANR反应器3底部相连，储泥池4通过进泥泵4.1与污泥SFDANR反应器3底部相连。
[0037] A-O反应器1用上下交错设置过水孔的隔板分为6-9个格室，依此设置有相连通的厌氧区格室与好氧区格室，厌氧区格室分为2-3个格室，设置有搅拌装置2.1，好氧区格室分为4-6个格室，设置有曝气头2.3，由空气压缩机2.2提供压力。
[0038] SFDANR反应器3设有圆筒形污泥床3.7，上部设有顶部密封板3.6和三相分离器3.9，中间设有温控加热带装置3.10，下部设有布水装置3.8；三相分离器3.9通过管道与集气装置3.5相连；圆筒形污泥床3.7上部通过中间水箱3.1、循环泵3.2和循环控制阀3.2与SFDANR反应器3底部相连；SFDANR反应器3出水通过出水管3.11排出。
[0039] 具体试验用水采用北京工业大学家属区生活污水外加碳酸氢铵作为原水，具体水+ 3-质如下：pH为6.8-7.3，COD浓度为120-180mg/L，NH4-N浓度为150-220mg/L，PO4 浓度为- -
6.2-7.8mg/L，NO2-N及NO3-N均在检测限以下，COD/N比为0.55-1.2。试验每天所加污泥为某中试浓缩后的新鲜剩余污泥（SS为9600-12000mg/L）。所用A-O反应器有效容积9L，分为9格室，其中前三格室为厌氧区，其余为好氧区，各格室由隔板上上下交错的通水孔道连接，总水力停留时间7.2h，污泥回流比60%，SFDANR反应器的有效容积为5L，水力停留时间为4.8h，自循环回流比100%。具体运行操作过程如下：
[0040] （1）向原水箱与储泥池中分别注满高氨氮废水与新鲜剩余污泥。
[0041] （2）原水箱中的高氨氮废水通过原水进水泵注入A-O反应器，启动搅拌装置，调节曝气系统流量使溶解氧维持在1.5-2.5mg/L，pH值控制在8.0-9.0，A-O反应器出水进入沉淀池。
[0042] 在系统连续运行之前，先对A-O反应器进行启动，以实际城市污水处理厂的厌氧-好氧工艺污泥为接种泥注入A-O反应器，污泥浓度为2000-3000mg/L；将添加NH4HCO3的实际城市生活污水泵入到A-O反应器厌氧区格室，随后启动搅拌装置，调节曝气系统流量使溶解氧维持在1.5-2.5mg/L，控制添加NH4HCO3的浓度使进水氨氮负荷维持在+ 30.2-0.3kgNH4-N/md，pH值控制在8.0-9.0，在上述条件下运行A-O反应器，当出水亚硝态氮累积率大于90%且持续维持15天时，短程硝化得以实现；通过控制排泥阀排泥使污泥停留时间维持在15-20天。
[0043] （3）沉淀池中的泥水分离后，上清液通过出水泵打入SFDANR反应器，同时，储泥池中的新鲜剩余污泥通过进泥泵打入SFDANR反应器，污泥停留时间维持在15-20天。最终实现剩余污泥与硝化液在SFDANR反应器发酵、反硝化和厌氧氨氧化的耦合处理。
[0044] 在系统连续运行之前，先对SFDANR反应器进行启动，具体过程为：进水采用+ -NH4-N：NO2-N为1：1.3的人工配水，起始TN浓度为20mg/L并以20mg/L的梯度逐步增大氮负荷直到200mg/L，各阶段终点是自养脱氮率超过95%且持续维持15天以上，最后完成对+ -
SFDANR反应器的厌氧氨氧化驯化处理；进水采用NH4-N：NO2-N为1：1.3且TN为200mg/L的人工配水，同时投加乙酸钠作为反硝化碳源使SCOD浓度为100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，厌氧氨氧化和反硝化的耦合成功实现；以剩余污泥取代乙酸钠作为反硝化的碳源使SCOD浓度继续维持在100-150mg/L，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，达到自养脱氮同步污泥发酵耦合反硝化的实现。
[0045] （4）处理后出水与污泥分别通过排水管与排泥阀、排空阀排放。
[0046] 连续的试验结果表明：当SFDANR反应器污泥浓度7000-8000mg/L时，利用其处理高氨氮废水，最终出水的pH值为7.1-7.8，氨氮浓度1.5-6.2mg/L，总氮浓度12-25mg/L，3-
PO4 浓度为2.3-4.2mg/L，COD值40-60mg/L，同时污泥减量约30%。系统成功实现了同步污泥发酵、污水反硝化及自养脱氮。
