CN110877926A - 一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速培养自养‑异养生物脱氮颗粒污泥的装置及方法，该装置包括：配水箱通过设有提升泵的管路与高位水箱相连，高位水箱设出水口，与UASB‑MBR反应器进水口相连，UASB反应器内设有上端分别与产水箱和化学反洗箱相连通的MBR膜组件；培养方法：一、接种颗粒和絮状厌氧氨氧化污泥通入人工合成废水；二、改变进水底物浓度，并进行间歇式微氧曝气培养，得到AOB‑ANAMMOX颗粒污泥；三、人工合成废水中引入有机碳源，使底物浓度C/N比为1，间歇式微氧曝气培养，得到自养‑异养生物脱氮颗粒污泥；本发明有效防止了絮状功能菌群培养过程中的流失，提供良好的微生物生长所需环境，可以快速培养并使AOB、ANAMMOX和DNB高效耦合，快速培养出自养‑异养生物脱氮颗粒污泥。

Description

一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥的装置及方法

技术领域

本发明涉及污水生物脱氮技术领域，具体为一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥的装置及方法。

背景技术

目前，由氮素引起的缓流水体富营养化问题日益严重，引起了全球范围的关注，如何经济高效的去除氮素成为业界的研究热点。传统生物脱氮工艺主要是依靠好氧氨氧化菌（AOB）与硝化菌（NOB）完成硝化反应，然后依靠反硝化菌（DNB）完成反硝化反应从而实现氮素从水相转移到气相，以达到去除污/废水中氨氮的目的。由于反硝化过程需要提供碳源作为电子供体，因此传统生物脱氮工艺在低C/N比污水处理领域受到极大限制。

厌氧氨氧化(ANaerobic AMMonium OXidation，ANAMMOX)技术是目前已知的最经济的新型生物自养脱氮技术，与传统生物脱氮工艺相比，自养脱氮工艺具有能耗低、无需外加碳源、污泥产量低等优势。但是厌氧氨氧化只能去除90%以氨和亚硝酸形式存在的氮，仍有约10%的氮转化为硝态氮不能被去除；并且大多数实际污水中同时包含有机碳源和氮源，废水中的不同浓度的有机物会对厌氧氨氧化菌产生不同程度的抑制作用。近年来有研究发现，厌氧氨氧化菌与反硝化菌能够共存于同一反应器中并形成一定的协同作用，为含氮有机废水的同步脱氮除碳另辟蹊径。在单级反应器内实现同步亚硝化、厌氧氨氧化耦合异养反硝化(Simultaneous partial Nitrification，Anammox and Denitrification，SNAD)将自养菌和异养菌相结合成为提高含氮有机污水脱氮效能的一种有效方法。

自养-异养生物脱氮颗粒污泥的形成是由厌氧氨氧化菌、氨氧化菌及反硝化菌共存耦合而成，各功能菌具有不同的最适生长环境，在培养的过程中会出现底物竞争以及活性抑制的现象。此外，厌氧氨氧化菌属于自养厌氧菌，生长速率缓慢，世代时间长，易于流失。厌氧氨氧化菌的有效持留成为自养-异养生物脱氮颗粒污泥培养成功与否的关键。膜生物反应器（MBR）工艺依靠膜组件高效的固液分离作用，在污水处理领域备受关注。为了实现自养-异养生物脱氮颗粒污泥功能菌的有效持留，设计升流式厌氧颗粒污泥床（UASB）-MBR反应器装置，构建颗粒污泥与膜组件的功能菌双持留系统。

本发明专利运用自行设计的UASB-MBR反应器装置，通过优化调节进水底物、溶解氧含量及回流控制上升流速等运行参数，实现自养-异养生物脱氮颗粒污泥快速培养与形成。

发明内容

针对上述背景技术的问题，一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥的装置及方法，高效快速的耦合功能菌，形成自养-异养生物脱氮颗粒污泥。

本发明提供如下技术方案：一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，包括配水箱、高位水箱、UASB-MBR反应器、产水箱/产水反洗箱和化学反洗水箱，所述配水箱通过设有高位水箱提升泵的管路与高位水箱相连，所述高位水箱底部设出水口与UASB-MBR反应器的底部设的进水口相连，所述UASB-MBR反应器的中部设置MBR膜组件，所述MBR膜组件上端分别通过设有产水/产水反洗泵和化学反洗泵的管路与产水箱/产水反洗箱和化学反洗箱相连，所述UASB-MBR反应器上端设有内循环口a通过设有内循环泵的管路与UASB-MBR反应器底部的内循环口b相连，所述UASB-MBR反应器外设有水域套筒，水域套筒通过设有水域循环泵的管路与水域循环水箱相连，水域循环水箱内设有加热棒。

作为优选，所述高位水箱提升泵将配水箱中人工合成废水持续通入高位水箱，UASB-MBR反应器通过设有产水/产水反洗泵和化学反洗泵的MBR膜组件产水，高位水箱中的人工合成废水持续补入UASB-MBR反应器中。

作为优选，所述UASB-MBR反应器的有效容积为4.5L。

作为优选，所述取样口在UASB-MBR反应器正面每间隔25 cm设置一个，共设置3个，取样口3#上设立管，立管内设置设有pH/DO值探头，所述pH/DO值探头的信号输出端均与WTW水质分析仪信号输入端电信号连接。

作为优选，所述UASB-MBR反应器的底部为倒锥形，底部设有进水口、曝气头、内循环口b和取泥口，曝气头与曝气泵通过设有气体流量计的管路相连。

作为优选，所述MBR膜组件有效膜丝面积为0.075 m²，材质为PVDF，位于距UASB-MBR反应器顶部三分之一处。

作为优选，所述MBR膜组件与产水/产水反洗泵的产水管路上设有产水压力表。

作为优选，所述产水箱/产水反洗箱设置进水口、产水反洗口和溢流口，所述产水/产水反洗泵为双向泵，与产水管路和产水反洗管路相连，以产水方向为正向，产水反洗方向为反向，产水工况，开启产水电磁阀，关闭产水反洗电磁阀，产水反洗工况，开启产水反洗电磁阀，关闭产水电磁阀。

作为优选，所述高位水箱提升泵、曝气泵、水域循环泵、内循环泵、化学反洗泵和产水/产水反洗泵输出端均与PLC控制装置输入端电信号连接，PLC控制装置输出端与PC计算机输入端通过电信号连接。

一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，其自养-异养生物脱氮颗粒污泥培养方法如下：

步骤一、UASB-MBR反应器内接种厌氧氨氧化絮状污泥1000 ml，厌氧氨氧化颗粒污泥500 ml，然后通入NH₄ ⁺-N浓度为70±10 mg/L，NO₂ ^--N浓度为90±10 mg/L的人工合成废水，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为7.5 m/h；首先以水力停留时间为24 h，膜产水通量2.5L/（m²·h）运行20 d，然后缩短水力停留时间为12 h，膜产水通量5.0L/（m²·h）运行20 d，其次继续缩短水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）运行20 d，最后水力停留时间为4.0 h，膜产水通量15L/（m²·h）运行20 d；

步骤二、向反应器UASB-MBR反应器内进行间歇曝气，停曝比为4.0：10，曝气量为50 mL/min，控制溶解氧浓度为0.2-0.5 mg/L，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为8.0 m/h，水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）；首先以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度为100±10 mg/L的人工合成废水运行15 d；然后以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度保持60±10 mg/L的人工合成废水运行15 d；其次以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度保持20±5.0 mg/L的人工合成废水运行15 d；既得到AOB-ANAMMOX颗粒污泥；

步骤三、人工合成废水中引入有机碳源，人工合成废水底物浓度分别为NH₄ ⁺-N浓度为200±10 mg/L，NO₂ ^--N浓度保持20±5.0 mg/L，COD浓度为200±15 mg/L，反应器UASB-MBR反应器继续进行间歇曝气，停曝比为4.0：10，曝气量为50 mL/min，控制溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为8.5 m/h，水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）的条件下培养37 d，既可以得到自养-异养生物脱氮颗粒污泥；

检测培养过程中每天的进、出水中硝态氮，亚硝态氮、氨氮及COD的浓度，并计算各含氮指标的去除率；记录产水跨膜压差；随阶段变化，颗粒污泥的粒径逐步变大，上升流速逐步增强。

作为优选，所述人工合成废水主要成分含有NH₄Cl、NaNO₂、NaHCO₃、KH2PO₄、MgSO₄·7H₂O、CaCl₂·2H₂O、FeSO₄、C₂H₃NaO₂；氨氮和亚硝酸盐浓度不同阶段浓度不同，NaHCO₃浓度为500mg/L，KH₂PO₄浓度为27.2 mg/L，CaCl₂·2H₂O浓度为180 mg/L，MgSO₄·7H₂O浓度为300mg/L；微量元素Ⅰ(g/L)：1.25 KHCO₃，0.025 KH₂PO₄，0.3 CaCl₂·2H₂O，0.2 MgSO₄·7H₂O，0.00625 FeSO₄；微量元素Ⅱ(g/L)：15 EDTA，0.43 ZnSO₄·7H₂O，0.24 CoCl₂·6H₂O，0.99MnCl₂·4H₂O，0.25 CuSO₄·5H₂O，0.22 NaMoO₄·2H₂O，0.19 NiCl₂·6H₂O，0.21 NaSeO₄·10H₂O，0.014 H₃BO₄，0.05 NaWO₄·2H₂O；微量元素Ⅰ和Ⅱ的投加量均为1.0 mL/L。

作为优选，所述有机碳源为无水乙酸钠。

作为优选，所述产水/产水反洗泵及化学反洗泵以10 min为一个周期，产水/产水反洗泵与化学反洗泵交替运行，MBR膜组件运行的产水通量为2.5-15 L/(m2·h)，反洗通量为3.5-22.5 L/(m2·h)，化学反洗水箱中溶液为次氯酸钠溶液，溶液浓度为0.5%，产水/产水反洗泵产水工况下运行9.0 min后产水反洗工况30 s，产水/产水反洗泵停止，化学反洗泵工作30 s，一个周期完成。

本发明与现有技术相比，有如下优点：

(1)采用厌氧氨氧化颗粒污泥和厌氧氨氧化絮状污泥结合做接种污泥，污泥接种量高，自养-异养生物脱氮颗粒污泥中心主要以厌氧氨氧化菌为主体，解决了厌氧氨氧化菌生长速率缓慢，世代时间长的问题，在厌氧氨氧化菌的基础上进行对氨氧化菌及反硝化菌的培养，最终实现三种主要功能菌高效耦合成为自养-异养生物脱氮颗粒污泥。

(2)在UASB反应器的基础上使用MBR中空纤维膜进行产水，有效解决了自养-异养生物脱氮颗粒污泥培养过程中絮状功能菌的流失，将絮状功能菌很好的保留在反应器内。

(3)培养过程采用分步式连续培养，温度保持33±2℃，控制溶解氧，反应器采用内回流，通过水力条件控制上升流速，加大剪切力，使得自养-异养生物脱氮颗粒污泥快速形成。

附图说明

图1为快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置的结构示意图。

图中：1、配水箱；2、高位水箱；3、UASB-MBR反应器；4、水域循环水箱；5、产水箱/产水反洗箱；6、化学反洗箱；7、三相分离器；8、MBR膜组件；9、水域套筒；10、pH/DO探头；11、WTW水质检测仪；12、高位水箱提升泵；13、曝气泵；14、气体流量计；15、水域循环泵；16、内循环泵；17、化学反洗泵；18、产水/产水反洗泵；19、产水反洗电磁阀；20、产水电磁阀；21、产水压力表；22、加热棒；23、PLC控制装置；24、PC计算机；25、取样口(1#、2#和3#)；26、进水口；27、曝气头；28、内循环口(a、b)；29、取泥口。

图2为快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥方法中不同步骤的进、出水底物浓度及去除率图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，包括配水箱1、高位水箱2、UASB-MBR反应器3、产水箱/产水反洗箱5和化学反洗水箱6；配水箱1通过设有高位水箱提升泵12的管路与高位水箱2相连，高位水箱2底部设出水口与UASB-MBR反应器3的底部设的进水口26相连；UASB-MBR反应器3的中部设置MBR膜组件8，MBR膜组件8上端分别通过设有产水/产水反洗泵18和化学反洗泵17的管路与产水箱/产水反洗箱5和化学反洗箱6相连；UASB-MBR反应器3上端设有内循环口a28通过设有内循环泵16的管路与UASB-MBR反应器3底部的内循环口b28相连；UASB-MBR反应器3外设有水域套筒9，水域套筒9通过设有水域循环泵15的管路与水域循环水箱4相连，水域循环水箱4内设有加热棒22。

其中，运行流程为高位水箱提升泵12将配水箱1中人工合成废水持续通入高位水箱2，UASB-MBR反应器3通过设有产水/产水反洗泵18和化学反洗泵17的MBR膜组件8产水，高位水箱2中的人工合成废水持续补入UASB-MBR反应器3中。

其中，UASB-MBR反应器3底部倒锥形高10 cm，直径8.0 cm；中部柱体部分高90 cm，直径8.0 cm，有效容积为4.5L；上倒圆台部上直径20 cm，下直径8.0 cm，高10 cm，倾角60°。

其中，取样口25在UASB-MBR反应器3正面每间隔25cm设置一个，共设置3个，为了采集不同反应高度的样品；取样口3#25上设立管，立管内设置设有pH/DO值探头10，所述pH/DO值探头10的信号输出端均与WTW水质分析仪11信号输入端电信号连接，通过WTW水质分析仪11实时监测UASB-MBR反应器3内pH和DO的变化，为实时调控提供依据。

其中，UASB-MBR反应器3的底部设有进水口26、曝气头27、内循环口b28和取泥口29，将进水、曝气、循环及取样集中于底部倒锥形斗部分，曝气头27与曝气泵13通过设有气体流量计14的管路相连，为UASB-MBR反应器3提供氧气，并通过间歇曝气控制反应器内的溶解氧含量。

其中，MBR膜组件8为束状膜组件，上部为集水部分，集水部分尺寸：直径7 cm，高10cm；下部为膜丝，膜丝长度15 cm，有效膜丝面积为0.075 m²，材质为PVDF，位于距UASB-MBR反应器3顶部三分之一处。

其中，MBR膜组件8与产水/产水反洗泵18的产水管路上设有产水压力表21，通过产水压力表21表征MBR膜组件8的跨膜压差，在跨膜压差达到50Kpa时需要将MBR膜组件8从反应器中取出，进行离线反洗。

其中，产水箱/产水反洗箱5设置进水口、产水反洗口和溢流口，产水/产水反洗泵18为双向泵，与产水管路和产水反洗管路相连，以产水方向为正向，产水反洗方向为反向，产水工况，开启产水电磁阀20，关闭产水反洗电磁阀19，产水反洗工况，开启产水反洗电磁阀19，关闭产水电磁阀20。

其中，高位水箱提升泵12、曝气泵13、水域循环泵15、内循环泵16、化学反洗泵17和产水/产水反洗泵18输出端均与PLC控制装置23输入端电信号连接，PLC控制装置23输出端与PC计算机24输入端通过电信号连接，通过PLC控制装置23和PC计算机24的配合，实现UASB-MBR反应器3的自动化运行。

一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，其培养方法如下：

步骤一、UASB-MBR反应器内接种厌氧氨氧化絮状污泥1000 ml，厌氧氨氧化颗粒污泥500 ml，然后通入NH₄ ⁺-N浓度为70±10 mg/L，NO₂ ^--N浓度为90±10 mg/L的人工合成废水，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为7.5 m/h；首先以水力停留时间为24 h，膜产水通量2.5L/（m²·h）运行20 d，然后缩短水力停留时间为12 h，膜产水通量5.0L/（m²·h）运行20 d，其次继续缩短水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）运行20 d，最后水力停留时间为4.0 h，膜产水通量15L/（m²·h）运行20 d；

步骤二、向反应器UASB-MBR反应器内进行间歇曝气，停曝比为4.0：10，曝气量为50 mL/min，控制溶解氧浓度为0.2-0.5 mg/L，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为8.0 m/h，水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）；首先以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度为100±10 mg/L的人工合成废水运行15 d；然后以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度保持60±10 mg/L的人工合成废水运行15 d；其次以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度保持20±5.0 mg/L的人工合成废水运行15 d；既得到AOB-ANAMMOX颗粒污泥；

步骤三、人工合成废水中引入有机碳源，人工合成废水底物浓度分别为NH₄ ⁺-N浓度为200±10 mg/L，NO₂ ^--N浓度保持20±5.0 mg/L，COD浓度为200±15 mg/L，反应器UASB-MBR反应器继续进行间歇曝气，停曝比为4.0：10，曝气量为50 mL/min，控制溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为8.5 m/h，水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）的条件下培养37 d，既可以得到自养-异养生物脱氮颗粒污泥；

检测培养过程中每天的进、出水中硝态氮，亚硝态氮、氨氮及COD的浓度，并计算各含氮指标的去除率；记录产水跨膜压差；随阶段变化，颗粒污泥的粒径逐步变大，上升流速逐步增强。

其中，人工合成废水主要成分含有NH₄Cl、NaNO₂、NaHCO₃、KH2PO₄、MgSO₄·7H₂O、CaCl₂·2H₂O、FeSO₄、C₂H₃NaO₂；氨氮和亚硝酸盐浓度不同阶段浓度不同，NaHCO₃浓度为500mg/L，KH₂PO₄浓度为27.2 mg/L，CaCl₂·2H₂O浓度为180 mg/L，MgSO₄·7H₂O浓度为300mg/L；微量元素Ⅰ(g/L)：1.25 KHCO₃，0.025 KH₂PO₄，0.3 CaCl₂·2H₂O，0.2 MgSO₄·7H₂O，0.00625 FeSO₄；微量元素Ⅱ(g/L)：15 EDTA，0.43 ZnSO₄·7H₂O，0.24 CoCl₂·6H₂O，0.99MnCl₂·4H₂O，0.25 CuSO₄·5H₂O，0.22 NaMoO₄·2H₂O，0.19 NiCl₂·6H₂O，0.21 NaSeO₄·10H₂O，0.014 H₃BO₄，0.05 NaWO₄·2H₂O；微量元素Ⅰ和Ⅱ的投加量均为1.0 mL/L。

其中，有机碳源为无水乙酸钠。

其中，产水/产水反洗泵18及化学反洗泵17以10 min为一个周期，产水/产水反洗泵18与化学反洗泵17交替运行，MBR膜组件8运行的产水通量为2.5-15 L/(m²·h)，反洗通量为3.5-22.5 L/(m²·h)，化学反洗水箱6中溶液为次氯酸钠溶液，溶液浓度为0.5%，产水/产水反洗泵18产水工况下运行9.0 min后产水反洗工况30 s，产水/产水反洗泵18停止，化学反洗泵17工作30 s，一个周期完成。

如图2所示，步骤一1-80 d，接种初期氨氮去除率和总氮去除率分别为29.1%和22.4%，总氮去除负荷为0.019 kg/(m³·d)，新环境下接种的厌氧氨氧化菌活性较低。通过缩短水力停留时间(由24 h逐步将至4.0 h)，提高进水总氮负荷来强化厌氧氨氧化细菌的活性，在水力停留时间缩短为4.0h时，氨氮去除率和总氮去除率分别为97.9%和81.7%，总氮去除负荷为0.485 kg/(m³·d)，表明厌氧氨氧化菌活性得到恢复；步骤二81-126 d，在步骤一的基础上进行间歇式微氧曝气培养富集氨氧化菌，最终氨氮去除率和总氮去除率分别为92.3%和78.6%，总氮去除负荷为0.547 kg/(m³·d)，表明在步骤二的培养下AOB和ANAMMOX菌很好的耦合形成了AOB-ANAMMOX颗粒污泥并组合进行高效脱氮。步骤三127-163 d，经过37天的运行，出水NO₃ ^--N浓度不断下降为5.3 mg/L，氨氮去除率和总氮去除率分别为91.7%和86.4%，总氮去除负荷为0.593 kg/(m³·d)，总氮去除率和总氮负荷进一步的增加，表明反应器中AOB、ANAMMOX和DNB三种菌群相互组合促进进行脱氮行为，强化的脱氮性能，并耦合形成自养-异养生物脱氮颗粒污泥。

经过步骤一80 d的培养后，厌氧氨氧化颗粒污泥的粒径较接种时增大很多，反应器内厌氧氨氧化颗粒污泥为主絮状污泥为辅；经过步骤二的培养后，颗粒污泥的粒径进一步增大，颗粒中心颜色呈现深红色,边缘颜色较浅为黄褐色，氨氧化菌主要生长于污泥颗粒表面和絮体污泥中,厌氧氨氧化细菌位于颗粒污泥的内部,在厌氧氨氧化菌自聚的同时，氨氧化菌附着于颗粒表面，致使污泥粒径变的更大，形成了AOB-ANAMMOX颗粒污泥；在步骤三的培养后，颗粒污泥表面颜色变浅灰色，其颗粒内部仍为红色,碳源的加入，促使异养反硝化菌大量繁殖附着于颗粒污泥表面呈现浅灰色，致使粒径进一步增大，最终形成自养-异养生物脱氮颗粒污泥

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，包括配水箱(1)、高位水箱(2)、UASB-MBR反应器(3)、产水箱/产水反洗箱(5)和化学反洗水箱(6)，其特征在于：所述配水箱(1)通过设有高位水箱提升泵(12)的管路与高位水箱(2)相连，所述高位水箱(2)底部设出水口与UASB-MBR反应器(3)的底部设的进水口(26)相连，所述UASB-MBR反应器(3)的中部设置MBR膜组件(8)，所述MBR膜组件(8)上端分别通过设有产水/产水反洗泵(18)和化学反洗泵(17)的管路与产水/产水反洗箱(5)和化学反洗箱(6)相连，所述UASB-MBR反应器(3)上端设有内循环口a(28)通过设有内循环泵(16)的管路与UASB-MBR反应器(3)底部的内循环口b(28)相连，所述UASB-MBR反应器(3)外设有水域套筒(9)，水域套筒(9)通过设有水域循环泵(15)的管路与水域循环水箱(4)相连，水域循环水箱(4)内设有加热棒(22)。

2.根据权利要求1所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，其特征在于：所述高位水箱提升泵(12)将配水箱(1)中人工合成废水持续通入高位水箱(2)，UASB-MBR反应器(3)通过设有产水/产水反洗泵(18)和化学反洗泵(17)的MBR膜组件(8)产水，高位水箱(2)中的人工合成废水持续补入UASB-MBR反应器(3)中。

3.根据权利要求1所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，其特征在于：所述UASB-MBR反应器(3)的有效容积为4.5L；UASB-MBR反应器(3)正面每间隔25 cm设置一个取样口(25)，共设置3个，取样口3#(25)上设立管，立管内设置设有pH/DO值探头(10)，所述pH/DO值探头(10)的信号输出端均与WTW水质分析仪(11)信号输入端电信号连接；UASB-MBR反应器(3)的底部为倒锥形，底部设有进水口(26)、曝气头(27)、内循环口b(28)和取泥口(29)，曝气头(27)与曝气泵(13)通过设有气体流量计(14)的管路相连。

4.根据权利要求1所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，其特征在于：所述MBR膜组件(8)有效膜丝面积为0.075 m²，材质为PVDF，位于距UASB-MBR反应器(3)顶部三分之一处；所述MBR膜组件(8)与产水/产水反洗泵(18)的产水管路上设有产水压力表(21)。

5.根据权利要求1所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，其特征在于：所述产水箱/产水反洗箱(5)设置进水口、产水反洗口和溢流口，所述产水/产水反洗泵(18)为双向泵，与产水管路和产水反洗管路相连，以产水方向为正向，产水反洗方向为反向，产水工况，开启产水电磁阀(20)，关闭产水反洗电磁阀(19)，产水反洗工况，开启产水反洗电磁阀(19)，关闭产水电磁阀(20)。

6.根据权利要求1所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，其特征在于：所述高位水箱提升泵(12)、曝气泵(13)、水域循环泵(15)、内循环泵(16)、化学反洗泵(17)和产水/产水反洗泵(18)输出端均与PLC控制装置(23)输入端电信号连接，PLC控制装置(23)输出端与PC计算机(24)输入端通过电信号连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥装置，其自养-异养生物脱氮颗粒污泥培养方法如下：

步骤一、UASB-MBR反应器内接种厌氧氨氧化絮状污泥1000 ml，厌氧氨氧化颗粒污泥500 ml，然后通入NH₄ ⁺-N浓度为70±10 mg/L，NO₂ ^--N浓度为90±10 mg/L的人工合成废水，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为7.5 m/h；首先以水力停留时间为24 h，膜产水通量2.5L/（m²·h）运行20 d，然后缩短水力停留时间为12 h，膜产水通量5.0L/（m²·h）运行20 d，其次继续缩短水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）运行20 d，最后水力停留时间为4.0 h，膜产水通量15L/（m²·h）运行20 d；

步骤二、向反应器UASB-MBR反应器内进行间歇曝气，停曝比为4.0：10，曝气量为50 mL/min，控制溶解氧浓度为0.2-0.5 mg/L，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为8.0 m/h，水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）；首先以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度为100±10 mg/L的人工合成废水运行15 d；然后以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度保持60±10 mg/L的人工合成废水运行15 d；其次以NH₄ ⁺-N浓度为200±10mg/L，NO₂ ^--N浓度保持20±5.0 mg/L的人工合成废水运行15 d；既得到AOB-ANAMMOX颗粒污泥；

步骤三、人工合成废水中引入有机碳源，人工合成废水底物浓度分别为NH₄ ⁺-N浓度为200±10 mg/L，NO₂ ^--N浓度保持20±5.0 mg/L，COD浓度为200±15 mg/L，反应器UASB-MBR反应器继续进行间歇曝气，停曝比为4.0：10，曝气量为50 mL/min，控制溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L，水浴循环控制反应器温度33±2.0℃，上升流速为8.5 m/h，水力停留时间为6.0 h，膜产水通量10L/（m²·h）的条件下培养37 d，既可以得到自养-异养生物脱氮颗粒污泥；

检测培养过程中每天的进、出水中硝态氮，亚硝态氮、氨氮及COD的浓度，并计算各含氮指标的去除率；记录产水跨膜压差；随阶段变化，颗粒污泥的粒径逐步变大，上升流速逐步增强。

8.根据权利要求7所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥方法，其特征在于：所述人工合成废水主要成分含有NH₄Cl、NaNO₂、NaHCO₃、KH2PO₄、MgSO₄·7H₂O、CaCl₂·2H₂O、FeSO₄、C₂H₃NaO₂；氨氮和亚硝酸盐浓度不同阶段浓度不同，NaHCO₃浓度为500mg/L，KH₂PO₄浓度为27.2 mg/L，CaCl₂·2H₂O浓度为180 mg/L，MgSO₄·7H₂O浓度为300 mg/L；微量元素Ⅰ(g/L)：1.25 KHCO₃，0.025 KH₂PO₄，0.3 CaCl₂·2H₂O，0.2 MgSO₄·7H₂O，0.00625FeSO₄；微量元素Ⅱ(g/L)：15 EDTA，0.43 ZnSO₄·7H₂O，0.24 CoCl₂·6H₂O，0.99 MnCl₂·4H₂O，0.25 CuSO₄·5H₂O，0.22 NaMoO₄·2H₂O，0.19 NiCl₂·6H₂O，0.21 NaSeO₄·10H₂O，0.014 H₃BO₄，0.05 NaWO₄·2H₂O；微量元素Ⅰ和Ⅱ的投加量均为1.0 mL/L。

9.根据权利要求7所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥方法，其特征在于：所述有机碳源为无水乙酸钠。

10.根据权利要求7所述的一种快速培养自养-异养生物脱氮颗粒污泥方法，其特征在于：所述产水/产水反洗泵(18)及化学反洗泵(17)以10 min为一个周期，产水/产水反洗泵(18)与化学反洗泵(17)交替运行，MBR膜组件(8)运行的产水通量为2.5-15 L/(m²·h)，反洗通量为3.5-22.5 L/(m²·h)，化学反洗水箱(6)中溶液为次氯酸钠溶液，溶液浓度为0.5%，产水/产水反洗泵(18)产水工况下运行9.0 min后产水反洗工况30 s，产水/产水反洗泵(18)停止，化学反洗泵(17)工作30 s，一个周期完成。

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