本发明公开了一种一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置及其工作方法，该方法应用复合式厌氧折流板反应器（HABR），在第一格室进行半亚硝化反应，此格室设有曝气控制系统、溶解氧和pH在线检测仪用于控制反应条件，不仅能去除大部分COD还能够吸收磷；再将第二格室混合液通过蠕动泵回流入第一格室，使得厌氧环境下聚磷菌释放的磷能被吸收，第二格室采用氮气吹脱氧气，顶部的三相分离器将气液固分离后，混合气体再通过碳分子筛截留氧气，形成氮气循环，为第三格室提供厌氧环境。最后通过第三格室的厌氧氨氧化反应将进水中NH4+‑N（氨态氮）和NO2‑‑N（亚硝态氮）同时去除。本发明扩展了厌氧氨氧化技术的应用范围，提供了去除污水中碳氮磷的新方法。
1.一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置，其特征在于，包括HABR（复合式厌氧折流板）反应器、水浴格室（4）、进水水箱（5）、水浴水箱（6）、空气压缩机（7）、气体流量计（8）、氮气袋（9）、碳分子筛（10）、第一蠕动泵（11）、第二蠕动泵（12）；所述HABR（复合式厌氧折流板）反应器包括第一格室（1）、第二格室（2）和第三格室（3），所述第一格室（1）、第二格室（2）、第三格室（3）从左至右依次并列排布，所述水浴格室（4）位于HABR（复合式厌氧折流板）反应器的外部；第一格室（1）、第二格室（2）、第三格室（3）顶部分别设有第一取样口（27），第二取样口（28），第三取样口（29）；所述第一格室（1）内设置有第一曝气头（17）、pH探头（15）和DO探头（16），第一格室（1）内外设置有pH在线检测仪（14）和DO在线检测仪（13），第一曝气头（17）位于第一格室（1）底部；所述第二格室（2）内设置有第二曝气头（19）和三相分离器（18），第二曝气头（19）位于第二格室（2）底部，三相分离器（18）位于第二格室（2）上部；所述水浴水箱（6）内设置有潜水泵（20）和加热棒（21）；所述进水水箱（5）通过第一蠕动泵（11）与第一格室进水口阀门（26）相连；所述第二格室通过回流出水阀（24）连接第二蠕动泵（12），第二蠕动泵（12）再与第一格室（1）的回流进水阀（32）相连接；所述pH在线检测仪（14）与pH探头（15）相连，所述DO在线检测仪（13）与DO探头（16）相连；所述第一曝气头（17）通过气体流量计（8）连接至空气压缩机（7）；所述第二曝气头（19）与氮气袋（9）的氮气出口阀（22）相连，所述三相分离器（18）通过集气管（31）连接至碳分子筛（10），碳分子筛（10）通过集气管（31）再连接至氮气袋（9）的氮气入口阀（23）；所述加热棒（21）插入水浴水箱（6）中，潜水泵（20）位于水浴水箱（6）底部并通过水管（34）与水浴格室进水阀门（25）连接，水浴格室出水阀门（30）接通水管（34）回流入水浴水箱（6）中。
2.根据权利要求1所述的一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置，其特征在于，其工作方法为采用HABR（复合式厌氧折流板）反应器，将亚硝化污泥接种入第一格室（1）内，厌氧氨氧化污泥接种入第三格室（3），在第一格室（1）和第三格室（3）中都加入填料；在HABR（复合式厌氧折流板）反应器第一格室（1）内进行半亚硝化反应，第二格室（2）内用氮气吹脱剩余氧气，第三格室（3）内进行厌氧氨氧化反应，在一个反应装置内实现半亚硝化和厌氧氨氧化的培养独立与反应联合；在HABR（复合式厌氧折流板）反应器启动前，将自来水加入到水浴水箱（6）中，打开加热棒（21）并启动水浴水箱（6）里的潜水泵（20），打开水浴格室进水阀门（25）与水浴格室出水阀门（30）形成水浴循环控制HABR（复合式厌氧折流板）反应器的温度；将污水加入到进水水箱（5）中，通过启动第一蠕动泵（11）将污水抽入第一格室（1）中，同时启动空气压缩机（7）对第一格室（1）进行曝气，通过DO在线检测仪（13）检测氧含量；向第一格室（1）中加入碳酸氢钠，通过pH在线检测仪（14）检测pH；打开氮气出口阀（22）向第二格室（2）中充入氮气，将第一格室（1）剩余的氧气通过三相分离器（18）吹脱出HABR（复合式厌氧折流板）反应器，之后再通过碳分子筛（10）对氧气的截留，实现氮气和氧气的分离；之后打开氮气入口阀（23），使得氮气再回到氮气袋（9），同时打开第二格室（2）的回流出水阀（24）和回流进水阀（32），调节第二蠕动泵（12）使得混合液能够回流入第一格室（1），达到对磷的持续去除；
通过第一取样口（27）和第二取样口（28）取样检测；最后，第三格室（3）进行厌氧氨氧化反应后，通过第三取样口（29）进行取样检测，出水通过出水口阀门（33）排出。
3.根据权利要求1或2所述的一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置，其特征在于，所述碳分
子筛（10）内部微孔孔径为0.28～0.38nm，每隔2-3天更换一批碳分子筛（10）。
4.根据权利要求2所述的一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置，其特征在于，通过水浴格室（4）的水浴循环控制HABR（复合式厌氧折流板）反应器的温度在30～35℃。
5.根据权利要求2所述的一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置，其特征在于，通过控制第一曝气头（17）的曝气量，将第一格室（1）中DO控制在0.5mg/L以下；通过控制碳酸氢钠的加入量，将第一格室（1）的pH控制在7.5-8.0之间。
6.根据权利要求2所述的一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置，其特征在于，所述填料为软性填料。
一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置及其工作方法
技术领域
[0001] 本发明属于水处理领域，具体涉及一种一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置及其工作方法。
背景技术
[0002] 传统生物脱氮法是以硝化、反硝化为基础的污水脱氮方法。除了传统三级脱碳一硝化一反硝化工艺外,近年来人们开发了多种改进型硝化一反硝化脱氮工艺，包括缺氧/好氧(A/O)工艺、厌氧一缺氧一好氧(A2/O)工艺、Bardenpho工艺(多级A/O工艺)、UCT工艺和VIP工艺等。这些工艺已被广泛应用于废水处理,并取得了较好的废水脱氮效果。然而随着废水排放标准的提高,这些工艺也暴露了自身的不足。例如,单级系统处理效能较低；多级系统基建费用较高;在处理低碳高氮废水时,则需要外加碳源,增加了水厂的运行费用。
[0003] 厌氧氨氧化工艺是由荷兰Delft大学所提出，是指在厌氧条件下，由特定的微生物以NH4+-N（氨态氮）和NO2--N（亚硝态氮）分别作为电子供体与电子受体进行的反应。与以硝化、反硝化为基础的传统脱氮工艺相比，该工艺具有多方面的优势：(1)无需投加有机物作为碳源，既节省了费用，又避免了二次污染；(2)耗氧量大为降低，能耗运行费用降低；(3)由于厌氧氨氧化反应仅用一步便可将氨氧化成氮气，故工艺本身的产酸量得到了大大下降，从而节省了中和试剂的使用。
[0004] 但是，作为自养菌，厌氧氨氧化菌倍增时间长，生长条件较为苛刻，对光和溶解氧极为敏感，在实际应用中受到较多限制。另外，由于在自然条件下较难积累亚硝态氮，使得厌氧氨氧化得不到的稳定电子受体，因此，在处理工艺中，一般会在厌氧氨氧化反应器前前置一个亚硝化反应器为之提供亚硝态氮，国内外也提出了很多相关的单级或多级工艺。但是，它们在应用中都存在一定的缺陷。单级工艺需要氨氧化菌与厌氧氨氧化菌在一个反应器里进行协同反应，由于两种菌的最佳生长条件略有差别，使得条件控制较为不易，如过高的溶解氧会抑制厌氧氨氧化反应，过低也无法保证氨氮向亚硝态氮进行转化；亚硝态氮浓度过低会导致基质不足，厌氧氨氧化菌的生长受到限制，过高又会抑制厌氧氨氧化菌的活性。相比之下，二级反应的条件参数可控性虽然增强，但是由于影响各级反应的因素较多，往往使得两个反应的联合性受到影响。
[0005] 针对这些问题，如何既能分别保证两种菌体的驯化培养又能使得两者能够实现稳定的联合反应显得尤为重要。
发明内容
[0006] 本发明的目的是克服现有技术的不足并扩展厌氧氨氧化技术的应用范围，提出一种一体化半亚硝
[0007] 化厌氧氨氧化同时去除污水中碳氮磷的装置和方法，为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：
[0008] 一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置，包括HABR（复合式厌氧折流板）反应器、水浴格室、进水水箱、水浴水箱、空气压缩机、气体流量计、氮气袋、碳分子筛、第一蠕动泵、第二蠕动泵；所述HABR（复合式厌氧折流板）反应器包括第一格室、第二格室和第三格室，所述第一格室、第二格室、第三格室从左至右依次并列排布，所述水浴格室位于HABR（复合式厌氧折流板）反应器的外部；第一格室、第二格室、第三格室顶部分别设有第一取样口，第二取样口，第三取样口；所述第一格室内设置有第一曝气头、pH探头和DO探头，第一格室外设置有pH在线检测仪和DO在线检测仪，第一曝气头位于第一格室底部；所述第二格室内设置有第二曝气头和三相分离器，第二曝气头位于第二格室底部，三相分离器位于第二格室上部；所述水浴水箱内设置有潜水泵和加热棒；所述进水水箱通过第一蠕动泵与第一格室进水口阀门相连；所述第二格室通过回流出水阀连接第二蠕动泵，第二蠕动泵再与第一格室的回流进水阀相连接；所述pH在线检测仪与pH探头相连，所述DO在线检测仪与DO探头相连；所述第一曝气头通过气体流量计连接至空气压缩机；所述第二曝气头与氮气袋的氮气出口阀相连，所述三相分离器通过集气管连接至碳分子筛，碳分子筛通过集气管再连接至氮气袋的氮气入口阀；所述加热棒插入水浴水箱中，潜水泵位于水浴水箱底部并通过水管与水浴格室进水阀门连接，水浴格室出水阀门接通水管回流入水浴水箱中。
[0009] 一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置的工作方法为：采用HABR（复合式厌氧折流板）反应器，将亚硝化污泥接种入第一格室（1）内，厌氧氨氧化污泥接种入第三格室，在第一格室和第三格室中都加入软性填料；在HABR（复合式厌氧折流板）反应器第一格室内进行半亚硝化反应，第二格室内用氮气吹脱剩余氧气，第三格室内进行厌氧氨氧化反应，在一个反应装置内实现半亚硝化和厌氧氨氧化的培养独立与反应联合；在HABR（复合式厌氧折流板）反应器启动前，将自来水加入到水浴水箱中，打开加热棒并启动水浴水箱里的潜水泵，打开水浴格室进水阀门与水浴格室出水阀门形成水浴循环控制HABR（复合式厌氧折流板）反应器的温度；将温度控制在合适范围，通过减少水力停留时间与提高进水基质浓度相结合的方式逐步提高氨氮和COD的容积负荷，进行系统启动；HRT（水力停留时间）控制在8-26h之间，进水COD浓度控制在100-300mg/L,氨氮浓度控制在50-100mg/L。将污水加入到进水水箱中，通过启动第一蠕动泵将污水抽入第一格室中，同时启动空气压缩机对第一格室进行曝气，通过DO在线检测仪检测氧含量；向第一格室中加入碳酸氢钠，通过pH在线检测仪检测pH；打开氮气出口阀向第二格室中充入氮气，将第一格室剩余的氧气通过三相分离器吹脱出HABR（复合式厌氧折流板）反应器，之后再通过碳分子筛对氧气的截留，实现氮气和氧气的分离；之后打开氮气入口阀，使得氮气再回到氮气袋，同时打开第二格室的回流出水阀和回流进水阀，调节第二蠕动泵使得混合液能够回流入第一格室，达到对磷的持续去除；通过第一取样口和第二取样口取样检测；最后，第三格室进行厌氧氨氧化反应后，可通过第三取样口进行取样检测，出水通过出水口阀门排出。
[0010] 通过水浴格室的水浴循环控制HABR（复合式厌氧折流板）反应器的温度在30～35℃。在第一格室内，通过底部的第一曝气头和DO在线检测仪将DO（溶解氧）控制在0.5mg/L以下，向第一格室内加入碳酸氢钠，通过控制碳酸氢钠的加入量，将第一格室的pH控制在7.5-8.0之间；亚硝化稳定积累过后，在通过将碳酸氢钠与氨氮投加摩尔比调整为1:1来实现从亚硝化向半亚硝化的转变，使得进入后续厌氧氨氧化反应的氨氮与亚硝态氮摩尔比为1:1-
1:1.32。进入第二格室后，利用氮气吹脱第一格室剩余的氧气，通过格室顶部的三相分离器实现固液气的三相分离同时为第三格室的厌氧氨氧化提供厌氧条件。碳分子筛是一种新型的吸附剂，碳分子筛内部包含有大量的微孔，这些微孔允许动力学尺寸小的分子快速扩散到孔内，同时限制大直径分子的进入。碳分子筛内部微孔分布在0.28～0.38nm。在该微孔尺寸范围内，氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔内，而氮气却很难通过微孔孔口，从而达到氧、氮分离。之后，氮气再回到氮气袋，形成一个氮气循环。最后，氨氮和亚硝态氮通过第三格室内的厌氧氨氧化反应得到同时去除。
[0011] 第一级的缺氧环境可以使得聚磷菌过量吸磷，在稳定的氮气流形成的厌氧环境下，可以使得磷被释放且污泥能被三相分离器截留，流入第二格室上部的混合液再通过回流进入第一格室，使得释出的磷再次被过量吸收。由于有机物被逐级利用，后续格室可被用于释磷的COD减少，使得释磷量总体小于吸磷量，总磷将会逐渐减少，结合第一格室对COD以及第三格室对氮的去除，反应器实现了碳氮磷的同时去除。
[0012] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：由于第二格室氮气对氧的吹脱，使得第一格室与第三格室能保持不同的良好生长环境。亚硝化与厌氧氨氧化能够在一个反应器里得到独立的良好驯化，不但解决了单级反应条件参数的较难操控性，也使得两者的联合反应能够顺利进行。另外，不用人为补充有机碳源，并且反应器的氮气循环使得处理成本降低。反应器中部分格室的回流与反应器整体的推流作用相结合，不仅使得菌群生长得到优化，也实现了碳氮磷的同时去除，扩展了厌氧氨氧化技术的应用范围。
附图说明
[0013] 附图为本发明一体化半亚硝化厌氧氨氧化同时去除污水中碳氮磷的装置的结构示意图。
[0014] 图中1为第一格室；2为第二格室；3为第三格室；4为水浴格室；5为进水水箱；6为水浴水箱；7为空气压缩机；8为气体流量计；9为氮气袋；10为碳分子筛；11为第一蠕动泵；12为第二蠕动泵；13为DO在线检测仪；14为pH在线检测仪；15为pH探头；16为DO探头；17为第一曝气头；18为三相分离器；19为第二曝气头；20为潜水泵；21为加热棒；22为氮气出口阀；23为氮气入口阀；24为回流出水阀；25为水浴格室进水阀门；26为第一格室进水口阀门；27为第一取样口；28为第二取样口；29为第三取样口；30为水浴格室出水阀门；31为集气管；32为回流进水阀；33为出水口阀门；34为水管。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明：
[0016] 一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置，包括HABR复合式厌氧折流板反应器、水浴格室4、进水水箱5、水浴水箱6、空气压缩机7、气体流量计8、氮气袋9、碳分子筛10、第一蠕动泵
11、第二蠕动泵12；所述HABR复合式厌氧折流板反应器包括第一格室1、第二格室2和第三格室3，所述第一格室1、第二格室2、第三格室3从左至右依次并列排布，所述水浴格室4位于HABR复合式厌氧折流板反应器的外部；第一格室1、第二格室2、第三格室3顶部分别设有第一取样口27，第二取样口28，第三取样口29；所述第一格室内设置有第一曝气头17、pH探头
15和DO探头16，第一格室内1外设置有pH在线检测仪14和DO在线检测仪13，第一曝气头17位于第一格室1底部；所述第二格室2内设置有第二曝气头19和三相分离器18，第二曝气头19位于第二格室2底部，三相分离器18位于第二格室2上部；所述水浴水箱6内设置有潜水泵20和加热棒21；所述进水水箱5通过第一蠕动泵11与第一格室进水口阀门26相连；所述第二格室通过回流出水阀24连接第二蠕动泵12，第二蠕动泵12再与第一格室1的回流进水阀32相连接；所述pH在线检测仪14与pH探头15相连，所述DO在线检测仪13与DO探头16相连；所述第一曝气头17通过气体流量计8连接至空气压缩机7；所述第二曝气头19与氮气袋9的氮气出口阀22相连，所述三相分离器18通过集气管31连接至碳分子筛10，碳分子筛10通过集气管
31再连接至氮气袋9的氮气入口阀23；所述加热棒21插入水浴水箱6中，潜水泵20位于水浴水箱6底部并通过水管34与水浴格室进水阀门25连接，水浴格室出水阀门30接通水管34回流入水浴水箱6中。
[0017] 实施例一
[0018] 1、 反应器的启动操作
[0019] 采用HABR复合式厌氧折流板反应器，将亚硝化污泥接种入第一格室1内，厌氧氨氧化污泥接种入第三格室3，在第一格室1和第三格室3中都加入软性填料；
[0020] 2、运行调控方式
[0021] 在HABR（复合式厌氧折流板）反应器启动前，将自来水加入到水浴水箱6中，打开加热棒21并启动水浴水箱6里的潜水泵20，打开水浴格室进水阀门25与水浴格室出水阀门30形成水浴循环控制HABR复合式厌氧折流板反应器的温度为30℃；将污水加入到进水水箱5中，通过启动第一蠕动泵11将污水抽入第一格室1中，同时启动空气压缩机7对第一格室1进行曝气，通过DO在线检测仪13检测氧含量，控制第一曝气头17曝气量，使得第一格室（1）中DO控制在0.4mg/L；向第一格室1中加入碳酸氢钠，通过pH在线检测仪14检测pH，通过控制碳酸氢钠加入量，使第一格室（1）的pH控制为7.5；打开氮气出口阀22向第二格室2中充入氮气，将第一格室1剩余的氧气通过三相分离器18吹脱出HABR（复合式厌氧折流板）反应器，之后再通过碳分子筛10对氧气的截留，实现氮气和氧气的分离，碳分子筛10内部微孔孔径为0.28nm；之后打开氮气入口阀23，使得氮气再回到氮气袋9，同时打开第二格室2的回流出水阀24和回流进水阀32，调节第二蠕动泵12使得混合液能够回流入第一格室1，达到对磷的持续去除；通过第一取样口27和第二取样口28取样检测；最后，第三格室3进行厌氧氨氧化反应后，可通过第三取样口29进行取样检测，出水通过出水口阀门33排出。
[0022] 实施例二
[0023] 1、 反应器的启动操作
[0024] 采用HABR复合式厌氧折流板反应器，将亚硝化污泥接种入第一格室1内，厌氧氨氧化污泥接种入第三格室3，在第一格室1和第三格室3中都加入软性填料；
[0025] 2、运行调控方式
[0026] 在HABR（复合式厌氧折流板）反应器启动前，将自来水加入到水浴水箱6中，打开加热棒21并启动水浴水箱6里的潜水泵20，打开水浴格室进水阀门25与水浴格室出水阀门30形成水浴循环控制HABR复合式厌氧折流板反应器的温度为33℃；将污水加入到进水水箱5中，通过启动第一蠕动泵11将污水抽入第一格室1中，同时启动空气压缩机7对第一格室1进行曝气，通过DO在线检测仪13检测氧含量，控制第一曝气头17曝气量，使得第一格室（1）中DO控制在0.5mg/L；向第一格室1中加入碳酸氢钠，通过pH在线检测仪14检测pH，通过控制碳酸氢钠加入量，使第一格室（1）的pH控制为7.8；打开氮气出口阀22向第二格室2中充入氮气，将第一格室1剩余的氧气通过三相分离器18吹脱出HABR（复合式厌氧折流板）反应器，之后再通过碳分子筛10对氧气的截留，实现氮气和氧气的分离，碳分子筛10内部微孔孔径为0.30nm；之后打开氮气入口阀23，使得氮气再回到氮气袋9，同时打开第二格室2的回流出水阀24和回流进水阀32，调节第二蠕动泵12使得混合液能够回流入第一格室1，达到对磷的持续去除；通过第一取样口27和第二取样口28取样检测；最后，第三格室3进行厌氧氨氧化反应后，可通过第三取样口29进行取样检测，出水通过出水口阀门33排出。
[0027] 实施例三
[0028] 1、 反应器的启动操作
[0029] 采用HABR复合式厌氧折流板反应器，将亚硝化污泥接种入第一格室1内，厌氧氨氧化污泥接种入第三格室3，在第一格室1和第三格室3中都加入软性填料；
[0030] 2、运行调控方式
[0031] 在HABR（复合式厌氧折流板）反应器启动前，将自来水加入到水浴水箱6中，打开加热棒21并启动水浴水箱6里的潜水泵20，打开水浴格室进水阀门25与水浴格室出水阀门30形成水浴循环控制HABR复合式厌氧折流板反应器的温度为35℃；将污水加入到进水水箱5中，通过启动第一蠕动泵11将污水抽入第一格室1中，同时启动空气压缩机7对第一格室1进行曝气，通过DO在线检测仪13检测氧含量，控制第一曝气头17曝气量，使得第一格室（1）中DO控制在0.3mg/L；向第一格室1中加入碳酸氢钠，通过pH在线检测仪14检测pH，通过控制碳酸氢钠加入量，使第一格室（1）的pH控制为8.0；打开氮气出口阀22向第二格室2中充入氮气，将第一格室1剩余的氧气通过三相分离器18吹脱出HABR（复合式厌氧折流板）反应器，之后再通过碳分子筛10对氧气的截留，实现氮气和氧气的分离，碳分子筛10内部微孔孔径为0.38nm；之后打开氮气入口阀23，使得氮气再回到氮气袋9，同时打开第二格室2的回流出水阀24和回流进水阀32，调节第二蠕动泵12使得混合液能够回流入第一格室1，达到对磷的持续去除；通过第一取样口27和第二取样口28取样检测；最后，第三格室3进行厌氧氨氧化反应后，可通过第三取样口29进行取样检测，出水通过出水口阀门33排出。
