CN113387529B - 高效污泥减量同步碳氮脱除装置及基于装置的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高效污泥减量同步碳氮脱除装置，包括：进水调节装置；污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器；气‑液混合装置；序批式硝化反应器；厌氧曝气水箱；升流式厌氧污泥床反应器，与所述厌氧曝气水箱的出水口连通。本发明中的系统，首次将好氧硝化段置于耦合体系后段，进一步强化有机物及氮素的去除效果，并利用产生的硝态氮调控污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器及升流式厌氧污泥床反应器中环境条件以分别改善污泥减量效果及难降解有机物的厌氧降解，实现剩余污泥高效减量及碳氮深度削减。

Description

高效污泥减量同步碳氮脱除装置及基于装置的处理方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种高效污泥减量同步碳氮脱除系统及基于系统的处理方法。
背景技术
Anammox工艺作为一种新型可持续生物脱氮技术，作为其重要底物之一的NO2 --N来源问题一直是该工艺的研究热点。短程反硝化（PD）过程中NO2 --N的产生相对稳定，并且在长期运行中，PD可以实现80%以上的高效稳定的NO3 --N-NO2 --N转化比(NTR)，这表明PD为anammox工艺提供NO2 --N是可行的。短程反硝化（PD）通常利用易降解有机物作为有效碳源，然而在实际运行中，废水的BOD/COD低，常常含有大量难降解物质，导致实际短程反硝化工艺存在外加碳源量过高，不可持续性等缺点。
剩余污泥作为目前固体废物处理领域中的一项重要污染，实现其减量化、无害化及资源化利用正逐渐受到国内外学者的重视。有众多学者均曾提出利用剩余污泥厌氧发酵所产生的挥发性脂肪酸（VFA）作为污水处理反硝化过程中的碳源，实现资源的回收利用。如中国专利CN110372095A公开了一种全程硝化-污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜装置，该装置包括原水箱、全程硝化反应器（CNR）、中间水池、储泥池、污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜反应器（SFPDA-BR）以及自动控制系统。污泥发酵耦合短程硝化/厌氧氨氧化生物膜反应器设置有填料球、三相分离器等。
此外，中国专利文献CN110002592A也公开了一种短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化系统处理生活污水的装置和方法。其生活污水经进水泵进入序批式SBR反应器，在硝化细菌的作用下将进水中的氨氮全部转化为硝态氮，出水进入上流式升流式厌氧污泥床反应器，定期向上流式升流式厌氧污泥床反应器中投加剩余污泥，短程反硝化细菌利用污泥原位发酵产生的有机物将进水中的硝态氮还原为亚硝态氮，与污泥原位发酵产生的氨氮经填料上厌氧氨氧化菌的作用生成氮气和部分硝态氮，全程反硝化细菌利用污泥原位发酵产生的有机物将硝态氮和剩余亚硝态氮还原为氮气。该现有技术适用于处理低C/N比生活污水，利用短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化实现生活污水的深度脱氮和污泥减量。
上述现有技术中的SFPDA-BR装置或者升流式厌氧污泥床反应器实现了污泥厌氧发酵与短程反硝化/厌氧氨氧化的耦合，实现了资源的回收利用。但值得注意的是，现有的缺氧耦合体系，在长期运行后的脱氮效果易受到影响，难以长期保持高的脱氮效率。且虽然污泥减量是现有缺氧耦合体系的一个重要优势，但在实际运行中，其污泥减量效果同样存在瓶颈，难以达到较高的污泥减量效率。在这种背景下，如何进一步提升系统的脱氮效率和污泥减量效率，这是值得本领域技术人员研究的新课题。
以往研究往往将好氧硝化段置于耦合体系之前，引起耦合体系中污泥发酵产生的有机物不能在后续工艺被进一步去除，并且硝化容易导致水中溶解氧含量升高，不利于后续缺氧耦合体系的脱氮效果。同时以往研究常常应用污泥发酵产生的易降解有机物如VFA作为碳源，难降解有机物如腐殖质（HS）作为污泥发酵的另一重要产物，不仅因其结构特性抑制其它有机物水解而造成污泥减量效果不佳，并因其难降解特性对水体质量产生巨大危害。值得注意的是，已有研究发现硝酸盐可以强化HS厌氧降解及污泥发酵产酸效果。综上所述，将好氧硝化段置于耦合体系后段，对于强化有机物及氮素的去除效果是可行的，并且好氧硝化段产生的硝酸盐可以回流至耦合体系中以促进难降解有机物降解从而强化污泥减量效果。同时，为了进一步实现废水中难降解有机物的厌氧降解，有必要添加缺氧升流式厌氧污泥床反应器段，并利用好氧硝化段的硝酸盐强化难降解有机物HS的厌氧降解。
发明内容
本发明解决的是如何合理应用好氧硝化工艺，进一步提升、强化针对剩余污泥减量及高氨氮废水深度脱氮的技术问题，进而提供一种高效污泥减量同步碳氮脱除系统。
本申请解决上述技术问题采用的技术方案为：
高效污泥减量同步碳氮脱除系统，包括：进水调节装置；污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器，进水调节装置的出水进入所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器，所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内设置有填料和搅拌装置；气-液混合装置，与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的出水口连通；序批式硝化反应器, 与所述气-液混合装置的出水口连通，在所述序批式硝化反应器内设置有曝气装置；厌氧曝气水箱，与所述序批式硝化反应器的出水口连通；所述序批式硝化反应器的出水口同时通过回流管道与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器连通；升流式厌氧污泥床反应器，与所述厌氧曝气水箱的出水口连通。
还包括泥水调节装置，所述泥水调节装置包括泥水贮存池和位于泥水贮存池下游的pH调节池，所述pH调节池的出水口与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器连通。
在所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内安装有空心滚筒和搅拌装置，所述搅拌装置的搅拌轴位于所述空心滚筒内；所述空心滚筒上设置有通孔，在所述空心滚筒外壁面与反应器筒体内壁面之间投加有富集菌种的低密度海绵填料。
所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器采用升流式反应器。
在所述序批式硝化反应器内设置有斜向圆环挡板，所述斜向圆环挡板由下向上逐渐收缩，在所述斜向圆环挡板的顶端开口下方，靠近所述顶端开口处安装有曝气装置。
在所述升流式厌氧污泥床反应器内设置有多处斜挡板；所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的排气口通过第一输气通道与所述升流式厌氧污泥床反应器的底部连通。
所述升流式厌氧污泥床反应器设置有回流装置。
基于所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统的处理方法，包括以下步骤：
（1）分别启动所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器、序批式硝化反应器和升流式厌氧污泥床反应器；其中所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的启动方法为：按照VSS质量比为0.4-0.6的比例投加实验室培养好的NTR达到90%的短程反硝化污泥、总氮素处理浓度为500-700mg/L的anammox颗粒污泥于SFPDA反应器中，保持污泥浓度为7000-9000mg/L, 投加低密度海绵填料以持留反应器中的菌种，填充比为30%，进水采用氯化铵及硝酸钠配制的人工配水，选用乙酸钠作为碳源，COD/N03 -为3.5-4.5,当系统出水总氮小于10mg/L且稳定维持15日时，短程反硝化/anammox启动成功；此时不再投加乙酸钠，按照VSS质量比为5-7的比例投加消化污泥，保持污泥浓度为8000-10000mg/L,每天向SFPDA反应器泵入新鲜泥水混合液，控制SFPDA反应器内污泥龄为15-30天，污泥浓度为8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和反应器内的污泥浓度决定，当出水氨氮浓度小于1mg/L、总氮去除率达到90%以上且稳定维持15日时，SFPDA反应器启动成功；（2）联合运行：三个反应器分别启动成功后，按照污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器-序批式硝化反应器-升流式厌氧污泥床反应器的先后顺序串联运行。
所述序批式硝化反应器的启动方法为：接种城市污水处理厂好氧池活性污泥，保持序批式硝化反应器污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为氯化铵配制的NH4 +浓度为420-520mg/L的人工配水；每天运行6个周期，每周期3-5h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程；人工配水由进水泵泵入序批式硝化反应器，进水结束后，同时开启曝气装置，并通过气泵控制反应器中溶解氧为3-6mg/L,好氧曝气1.5-2.5h，沉淀0.3-0.5h，排水比为50%，闲置时间为1-2h，当95%以上的氨氮被转化为硝态氮时，该序批式SBR反应器启动成功；
所述升流式厌氧污泥床反应器的启动方法为：接种活性良好的消化污泥，保持污泥浓度为3000-5000mg/L,进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为110mg/L的人工配水，选用腐殖质作为碳源，C/N为3-5，出水回流比控制在2-3，以使系统中的污泥处于流态化，当系统出水总氮小于1mg/L时，COD在5mg/L以下时，升流式厌氧污泥床反应器启动成功。
步骤（2）中的联合运行方法为：氨氮浓度为600-1000mg/L的进水经过pH调节为8-9后，进入所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器,反应器的进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持反应器内的污泥龄为15-30天,污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间为15-20h；所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内的搅拌装置在150-200rmp下进行搅拌；所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的出水pH被调节至7-8后，送入所述气-液混合装置进行混合；所述气-液混合装置的出水进入所述序批式硝化反应器，开启所述序批式硝化反应器的曝气装置，控制溶解氧为3-6mg/L，每个运行周期的曝气时间为1.5-2.5小时；所述序批式硝化反应器的部分出水调节至pH为8-9后，通过回流管道回流至所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器，回流比控制在1.7-2.3；所述序批式硝化反应器的剩余出水进入厌氧曝气水箱，完成厌氧曝气；厌氧曝气水箱的出水的pH值调节至8-9后，进入升流式厌氧污泥床反应器进行处理。
基于本申请所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统的处理方法，包括以下步骤：（1）分别启动所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器、序批式硝化反应器和升流式厌氧污泥床反应器；（2）联合运行：三个反应器分别启动成功后，按照污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器-序批式硝化反应器-升流式厌氧污泥床反应器的先后顺序串联运行。本发明中所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的启动方法为：按照VSS为0.4-0.6的比例投加实验室培养好的NTR达到90%的短程反硝化污泥、总氮素处理浓度为500-700mg/L的anammox颗粒污泥于SFPDA反应器中，保持污泥浓度为7000-9000mg/L。本发明通过投加NTR达到90%左右的短程反硝化污泥、总氮素处理浓度为500-700mg/L的anammox颗粒污泥，短程反硝化污泥和anammox颗粒污泥在投加时按照VSS（挥发性固体）质量比为0.4-0.6的比例投加，待短程反硝化/anammox启动成功后再投加消化污泥，优点在于通过按照特定次序分段投加实验室驯化良好的污泥，耦合体系的启动速度更快，同时杂菌引入较少，菌种适应速度快，且能够提高耦合体系的处理效率，实现耦合体系高效且稳定的运行效果。
本申请所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统，优点在于：
（1）本申请所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统，进水调节装置的出水先进入所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器，所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的出水经过气-液混合装置后进入序批式硝化反应器；序批式硝化反应器的出水经厌氧曝气水箱曝气后进入升流式厌氧污泥床反应器。本申请人经过大量研究发现，污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应是应用污泥发酵产生的易降解有机物如VFA等作为碳源，同时污泥发酵会产生难降解有机物如腐殖质（HS）等，这类难降解产物不仅因其结构特性抑制其它有机物水解而造成污泥减量效果不佳，并因其难降解特性对水体质量产生巨大危害。对此，本申请将序批式硝化反应器设置在耦合体系后段，所述序批式硝化反应器可进一步提升易降解有机物及氮素的去除效果，并且所述序批式硝化反应器的部分出水回流至所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器，并利用产生的硝态氮调控污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器及升流式厌氧污泥床反应器中环境条件以分别强化污泥减量效果及难降解有机物的厌氧降解，实现剩余污泥高效减量及碳氮深度削减。
（2）本申请所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统，在污泥发酵短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内部，采用带有孔洞的滚筒包裹式搅拌设计，实现了污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内滚筒外填料的慢速搅拌，避免了填料被破坏的风险，保证了菌种的定向负载及其与污染基质的充分接触，能够有效提升耦合反应器的处理效率，提高污泥减量的比例。
（3）本申请所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统，在厌氧曝气水箱通过引入第二输气通道的气体，利用所述升流式厌氧污泥床反应器的排气达到曝气效果，通过对气体资源的回收利用，去除了序批式硝化反应器出水含有的溶解氧，避免了溶解氧对后续升流式厌氧污泥床反应器的抑制作用。
（4）本申请所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统，通过在序批式硝化反应器进水口前设置气-液混合水箱，以及在反应器内的斜向圆环挡板的渐缩顶点附近设置曝气区，促进了废水与空气的充分接触，大大提升了曝气效率，节省了曝气量。
（5）本申请所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统，其中的升流式厌氧污泥床反应器内部的多处挡板、内回流及多孔管的曝气设计，使反应器中的水流处于环形混合状态，避免了污泥反应死角，保证了废水与污泥的充分接触，大大提升了反应器整体的运行效率及出水效果。
为了使本发明所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。
附图说明
如图1所示是本发明的高效污泥减量同步碳氮脱除系统的系统示意图；
其中，附图标记为：
1-原水贮存装置；11-第一pH调节池；111-第一pH调节池的pH检测器；112-第一pH调节池的酸碱投加装置；
2-泥水贮存池；21-第二pH调节池；211-第二pH调节池的pH检测器；212-第二pH调节池的酸碱投加装置；
3-污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器；31-填料；32-搅拌装置；321-搅拌装置的搅拌轴；33-空心滚筒；331-空心滚筒的通孔；34-污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的排气口；35- WTW监测器；37-污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的出水口；
4-第一池体；41-第一池体内的pH检测器；42-第一池体内的酸碱投加装置；
5-气-液混合水箱；51-第一支管上的气体流量计；52-气泵；53-第二支管上的气体流量计；
6-序批式硝化反应器；61-所述序批式硝化反应器内的曝气装置；62-斜向圆环挡板；64-序批式硝化反应器的出水口；
7-第二池体；71-第二池体内的pH检测器；72-第二池体内的酸碱投加装置；
8-厌氧曝气水箱；81-厌氧曝气水箱的pH检测器；82-厌氧曝气水箱的酸碱投加装置；83-厌氧曝气水箱的排气口；
9-升流式厌氧污泥床反应器；91-分流管；92-第一斜挡板；93-第一流体通道；94-第二斜挡板；95-第二流体通道；96-第三斜挡板；97-第四斜挡板；98-升流式厌氧污泥床反应器的出水口；99-第一输气通道的多孔管；910-升流式厌氧污泥床反应器的排气口。
10-水浴箱；101-温控仪；102-水循环夹层。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种高效污泥减量同步碳氮脱除系统，如图1所示，所述高效污泥减量同步碳氮脱除系统包括：进水调节装置；本实施方式所述进水调节装置包括依次连接的原水贮存装置1和第一pH调节池11；所述第一pH调节池配置有pH检测器111及酸碱投加装置112。系统还设置有泥水贮存装置，所述泥水贮存装置包括泥水贮存池2和位于泥水贮存池2下游的第二pH调节池21，所述第二pH调节池21同样设置有pH检测器211及酸碱投加装置212 。所述原水贮存装置1和第一pH调节池11之间以及所述泥水贮存池2和第二pH调节池21之间均通过输送管道连通，在所述输送管道上安装有水泵和液体流量计。
污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3（SFPDA反应器），进水调节装置的出水进入所述SFPDA反应器，泥水贮存装置中泥水被送入所述SFPDA反应器。所述SFPDA反应器内设置有填料31和搅拌装置3；所述SFPDA反应器采用升流式反应器。本实施方式中所述的SFPDA反应器内安装有空心滚筒33和搅拌装置3，所述搅拌装置3的搅拌轴321位于所述空心滚筒33内，所述空心滚筒33与所述SFPDA反应器的中心轴同轴设置；所述空心滚筒33上设置有通孔331，在所述空心滚筒33外壁面与反应器筒体内壁面之间投加有富集菌种的低密度海绵填料，所述填料呈块体。
第一pH调节装置和气-液混合装置，污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3的出水经所述第一pH调节装置调节后进入所述气-液混合装置；在所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3和所述第一pH调节装置之间的管道上同样设置有水泵和液体流量计。所述第一pH调节装置包括第一池体4，和安装在池体内的pH检测器41和酸碱投加装置42。所述气-液混合装置采用气-液混合水箱5，所述气-液混合水箱5内设置有用于曝入空气的曝气装置。
序批式硝化反应器6, 所述气-液混合装置的出水进入所述序批式硝化反应器6，在所述序批式硝化反应器6内设置有曝气装置61；作为优选的实施方式，本实施方式在序批式硝化反应器6内设置有斜向圆环挡板62，所述斜向圆环挡板62由下向上逐渐收缩，呈顶端开口的锥形筒体，在所述斜向圆环挡板62的顶端开口下方，靠近所述顶端开口处安装有曝气装置61。通过在所述斜向圆环挡板62的顶端开口下方设置曝气区，可极大地节省曝气量。本实施方式中通过气泵实现序批式硝化反应器6和气-液混合装置的曝气，所述气泵52通过第一支管与气-液混合水箱5连通，通过第二支管与所述序批式硝化反应器6内的曝气装置61连接，在第一支管和第二支管上分别设置有气体流量计51、53。
厌氧曝气水箱8，与所述序批式硝化反应器6的出水口64连通；所述序批式硝化反应器6的出水口64同时与第二pH调节装置连通，所述第二pH调节装置包括第二池体7，和安装在池体内的pH检测器71和酸碱投加装置72。所述第二pH调节装置的出水口通过回流管道与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3连通，在厌氧曝气水箱8内同样设置有pH检测器81和酸碱投加装置82，所述厌氧曝气水箱8设置有排气口83。
升流式厌氧污泥床反应器9，与所述厌氧曝气水箱8的出水口连通。本实施方式中的所述升流式厌氧污泥床反应器9，在筒体内设置有多处斜挡板。所述升流式厌氧污泥床反应器9设置有回流装置，其出水通过设置有泵和流量计的管道再次回流至反应器筒体内，在管道的出水端设置有分流管91，分流管91位于所述反应器筒体的中下部。如图1所示，所述升流式厌氧污泥床反应器9的底端呈收缩筒体，所述升流式厌氧污泥床反应器9的进水口设置在所述收缩筒体的底部，在升流式厌氧污泥床反应器9的筒体内共设置有多处斜挡板，其中位于最下方的第一斜挡板92由所述收缩筒体的壁面斜向上方延伸，在第一斜挡板92的顶端与所述升流式厌氧污泥床反应器9的筒体侧壁之间形成第一流体通道93；第二斜挡板94位于所述第一斜挡板92的上方，由与所述第一流体通道93同侧的筒体侧壁斜向上方延伸，第二斜挡板94的顶端与位于另一侧的筒体侧壁之间形成第二流体通道95；所述第二斜挡板94位于所述分流管91的下方。在第二流体通道95上设置有第三斜挡板96，所述第三斜挡板96沿竖直方向布置，所述第三斜挡板96位于所述分流管91与所述反应器的筒体侧壁之间。在所述分流管91上方设置有所述第四斜挡板97，所述第四斜挡板97由与所述第二流体通道95同侧的筒体侧壁斜向上方延伸设置。作为优选的实施方式，所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3的排气口34通过第一输气通道与所述升流式厌氧污泥床反应器9的底部连通，在所述第一输气通道的出气端设置有多孔管99，通过多孔管引入的SFPDA反应器回流气体的曝气作用，进一步实现了反应器内部气-液-固三相的完全混合。所述升流式厌氧污泥床反应器9的排气口910同时通过第二输气通道与所述厌氧曝气水箱8连通。
本实施方式中基于所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统的处理方法，包括以下步骤：
（1）启动SFPDA反应器：按照短程反硝化污泥和anammox颗粒污泥中VSS质量比为2:4的比例投加实验室培养好的NTR达到90%，即NTR大于或者等于90%的短程反硝化污泥、总氮素处理浓度为600mg/L的anammox颗粒污泥于SFPDA反应器中，保持污泥浓度为7000-9000mg/L, 投加低密度海绵填料31以持留反应器中的菌种，填充比为30%，进水分别采用氯化铵及硝酸钠配制的NH4 +和N03 -浓度分别为330mg/L和250mg/L的人工配水，选用乙酸钠作为碳源，COD/N03 -为4.0左右,当系统出水总氮小于10mg/L且稳定维持15日时，短程反硝化/anammox启动成功。此时不再投加乙酸钠，按照VSS质量比为6:1的比例投加消化污泥于SFPDA反应器中，即投加的消化污泥中VSS的质量与SFPDA反应器中污泥的VSS的质量比为6:1。保持污泥浓度为8000-10000mg/L, 每天向SFPDA反应器泵入新鲜泥水混合液，所述泥水混合液中污泥为污水厂剩余污泥，控制SFPDA反应器内污泥龄为15-30天，污泥浓度为8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和反应器内的污泥浓度决定，当出水氨氮浓度小于1mg/L、总氮去除率达到90%以上且稳定维持15日时，SFPDA反应器启动成功。
启动序批式硝化反应器6：接种城市污水处理厂好氧池活性污泥，保持序批式硝化反应器6污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为氯化铵配制的NH4 +浓度为470mg/L的人工配水。每天运行6个周期，每周期4h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程。人工配水由进水泵泵入序批式硝化反应器6，进水结束后，同时开启曝气装置61，并通过气泵控制反应器中溶解氧为3-6mg/L,好氧曝气1.5-2.5h，沉淀0.5h，排水比为50%，闲置时间为1-2h，当95%以上的氨氮被转化为硝态氮时，该序批式SBR反应器启动成功。
启动升流式厌氧污泥床反应器9：接种活性良好的消化污泥，保持污泥浓度为3000-5000mg/L,进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为110mg/L的人工配水，选用腐殖质作为碳源，C/N为3：1，出水回流比控制在2-3，以使系统中的污泥处于流态化，当系统出水总氮小于1mg/L时，COD在5mg/L以下时，升流式厌氧污泥床反应器9启动成功。
（2）联合运行：SFPDA反应器、序批式硝化反应器6、升流式厌氧污泥床反应器9分别启动成功后，将三个反应器按照SFPDA反应器-序批式硝化反应器6-升流式厌氧污泥床反应器9的先后顺序串联运行：进水水箱中800mg/L的高氨氮废水、泥水贮存池2中的泥水混合液、序批式硝化反应器6的回流水分别经过pH调节为8.0-9.0后，由水泵泵入SFPDA反应器,其中进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持SFPDA反应器内污泥龄15-30天,污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间为15-20h，反应过程中不控制溶解氧浓度。
在SFPDA反应器中，发酵、短程反硝化、anammox菌在低密度海绵填料上大量富集，同时空心滚筒33包围的搅拌器9的慢速搅拌避免了低密度海绵填料被搅拌桨破坏的风险，实现了菌种定向负载及其与污染基质的充分接触，从而达到多种功能菌种协同发挥水解发酵及生物脱氮作用的目的。在此反应过程中，NO3 --N可以强化DOMCOD（如HS）在厌氧环境下的降解程度以减弱HS对污泥水解的抑制作用，同时基于NO3 --N本身对ORP的调节作用借助WTW监测器35实时反馈的废水ORP大小，通过控制序批式硝化反应器6出水回流比，将DOMCOD的反应控制在水解-酸化阶段，从而达到大量污泥产酸及释放氨氮的效果，最终实现污泥高效减量。进入体系中的DOMBOD会与发酵产生的酸共同被短程反硝化菌（PD）利用并生成亚硝态氮，与氨氮共同被anammox菌用于生物脱氮。最终SFPDA反应器生成的氮气从气体出口15排出，废水中的氨氮（包括原水中及污泥解吸的）、少量NOx，以及污泥发酵产生的DOMBOD、DOMCOD和原水中未被去除的DOMCOD从SFPDA反应器出水口37排出。SFPDA反应器出水COD为1900-2012mg/L，NH4 +浓度为462-481mg/L。
SFPDA反应器出水经过pH调节为7.0-8.0后，首先泵入所述气-液混合装置与空气充分接触，之后进入序批式硝化反应器6，开启曝气系统以控制溶解氧为3-6mg/L，曝气1.5-2.5小时后，沉淀出水，序批式硝化反应器6的排水比为50%。部分出水按照回流比控制在1.7-2.3回流至SFPDA反应器，以供给前端SFPDA反应器所需NO3 -。通过多孔管22对废水再度进行曝气，从而进一步实现气液的充分混合，反应器内存在好氧反硝化菌，从而使得进水中的DOMBOD均被氧化脱除，DOMCOD被部分吸附，NH4 +、NOx全部转化成NO3 -。最终从序批式硝化反应器的出水口64排出的废水中仅含NO3 -和部分DOMCOD。本实施方式中序批式硝化反应器6出水COD为322-340mg/L，NO3 -浓度为105-116mg/L。
序批式硝化反应器6出水经过厌氧曝气水箱8调节pH为8.0-9.0并缺氧曝气后，由水泵泵入升流式厌氧污泥床反应器9。升流式厌氧污泥床反应器9的水力停留时间为25-30h，其回流比控制在2-3以使上流式升流式厌氧污泥床反应器9内泥水处于流化状态,反应过程不控制溶解氧浓度。
在升流式厌氧污泥床反应器9中，通过多处斜挡板对反应器进水进行引流，同时利用水泵和液体流量计及分流管91将部分升流式厌氧污泥床反应器9出水口排出的废水分散导入升流式厌氧污泥床反应器9内部以稀释进水，并使得内部水流处于环形运动状态，避免了污泥反应死角区的出现，保证了废水与污泥的充分接触，大大提升了反应器整体的运行效率及出水效果。同时通过多孔管引入的SFPDA回流气体的曝气作用，进一步实现了反应器内部气-液-固三相的完全混合。借助WTW监测器实时反馈的废水ORP大小，通过控制序批式硝化反应器6出水回流比以调节升流式厌氧污泥床反应器9进水中的NO3 -浓度，从而促进rDOM在厌氧环境下的降解。最终产生的甲烷、氮气等导入中间水箱，实现N-SBR出水的厌氧曝气，而处理后的废水部分从升流式厌氧污泥床反应器9出水口98排出。本实施方式中升流式厌氧污泥床反应器9出水COD为10mg/L以下，TN<5mg/L。
本实施方式中所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统，系统运行稳定后污泥减量可达到50-60%。
实施例2
本实施例中所述高效污泥减量同步碳氮脱除系统包括：进水调节装置；本实施方式所述进水调节装置包括依次连接的原水贮存装置1和第一pH调节池11，所述原水贮存装置1和第一pH调节池11通过输送管道连通，在所述输送管道上安装有水泵和液体流量计；所述第一pH调节池配置11有pH检测器111及酸碱投加装置112。系统还设置有泥水贮存装置，所述泥水贮存装置包括泥水贮存池2和位于泥水贮存池2下游的第二pH调节池21。
污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3（SFPDA反应器），进水调节装置的出水进入所述SFPDA反应器，泥水贮存装置中泥水被送入所述SFPDA反应器。所述SFPDA反应器内设置有填料和搅拌装置；所述SFPDA反应器采用升流式反应器。与实施例1不同的是，本实施例中所述的SFPDA反应器内填充有球形填料，填充比为30%。
第一pH调节装置和气-液混合装置，污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3的出水经所述第一pH调节装置调节后进入所述气-液混合装置；在所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3和所述第一pH调节装置之间的管道上同样设置有水泵和液体流量计。所述第一pH调节装置包括第一池体4，和安装在池体内的pH检测器41和酸碱投加装置42。所述气-液混合装置采用气-液混合水箱5，所述气-液混合水箱5内设置有用于曝入空气的曝气装置。
序批式硝化反应器6, 所述气-液混合装置的出水进入所述序批式硝化反应器6，在所述序批式硝化反应器6内设置有曝气装置61；作为优选的实施方式，本实施方式在序批式硝化反应器6内设置有斜向圆环挡板62，所述斜向圆环挡板62由下向上逐渐收缩，呈顶端开口的锥形筒体，在所述斜向圆环挡板62的顶端开口下方，靠近所述顶端开口处安装有曝气装置61。通过在所述斜向圆环挡板62的顶端开口下方设置曝气区，可极大地节省曝气量。本实施方式中通过气泵实现序批式硝化反应器6和气-液混合装置的曝气，所述气泵52通过第一支管与气-液混合水箱5连通，通过第二支管与所述序批式硝化反应器6内的曝气装置61连接，在第一支管和第二支管上分别设置有气体流量计51、53。
厌氧曝气水箱8，与所述序批式硝化反应器6的出水口64连通；所述序批式硝化反应器6的出水口64同时与第二pH调节装置连通，所述第二pH调节装置包括第二池体7，和安装在池体内的pH检测器71和酸碱投加装置72。所述第二pH调节装置的出水口通过回流管道与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器连通，在厌氧曝气水箱8内同样设置有pH检测器81和酸碱投加装置82。
升流式厌氧污泥床反应器9，与所述厌氧曝气水箱8的出水口连通。本实施方式中的所述升流式厌氧污泥床反应器9同实施例1，在筒体内设置有多处斜挡板。所述升流式厌氧污泥床反应器9设置有回流装置，其出水通过设置有泵和流量计的管道再次回流至反应器筒体内，在管道的出水端设置有分流管91，分流管91位于所述反应器筒体的中下部。所述升流式厌氧污泥床反应器9的底端呈收缩筒体，所述升流式厌氧污泥床反应器9的进水口设置在所述收缩筒体的底部，在升流式厌氧污泥床反应器9的筒体内共设置有多处斜挡板，其中位于最下方的第一斜挡板92由所述收缩筒体的壁面斜向上方延伸，在第一斜挡板92的顶端与所述升流式厌氧污泥床反应器9的筒体侧壁之间形成第一流体通道93；第二斜挡板94位于所述第一斜挡板92的上方，由与所述第一流体通道93同侧的筒体侧壁斜向上方延伸，第二斜挡板94的顶端与位于另一侧的筒体侧壁之间形成第二流体通道95；所述第二斜挡板94位于所述分流管91的下方。在第二流体通道95上设置有第三斜挡板96，所述第三斜挡板96沿竖直方向布置，所述第三斜挡板96位于所述分流管91与所述反应器的筒体侧壁之间。在所述分流管91上方设置有所述第四斜挡板97，所述第四斜挡板97由与所述第二流体通道95同侧的筒体侧壁斜向上方延伸设置。作为优选的实施方式，所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3的排气口34通过第一输气通道与所述升流式厌氧污泥床反应器9的底部连通，在所述第一输气通道的出气端设置有多孔管99。
本实施例中基于所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统的处理方法包括以下步骤：
（1）启动SFPDA反应器：按照VSS质量比为2:4的比例投加实验室培养好的NTR达到90%的短程反硝化污泥、总氮素处理浓度为600mg/L的anammox颗粒污泥于常规的不配备搅拌及滚筒设计的传统升流式UASB反应器中，保持污泥浓度为7000-9000mg/L, 投加球形填料，填料的填充比为30%，进水分别采用氯化铵及硝酸钠配制的NH4 +和N03 -浓度分别为330mg/L和250mg/L的人工配水，选用乙酸钠作为碳源，COD/N03 -为4.0左右,当系统出水总氮小于15mg/L且稳定维持30日时，短程反硝化/anammox启动成功。此时不再投加乙酸钠，按照VSS质量比为6:1的比例投加消化污泥于SFPDA反应器中，保持污泥浓度为8000-10000mg/L，每天向SFPDA反应器泵入新鲜泥水混合液，所述泥水混合液中的污泥为污水厂剩余污泥；控制SFPDA反应器内污泥龄为15-30天，污泥浓度为8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和反应器内的污泥浓度决定，当出水氨氮浓度在10-20mg/L、总氮去除率达到80%以上且稳定维持30日时，传统升流式UASB反应器启动成功。
（2）启动序批式硝化反应器6：接种城市污水处理厂好氧池活性污泥，保持序批式硝化反应器6污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为氯化铵配制的NH4 +浓度为470mg/L的人工配水。每天运行6个周期，每周期4h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程。人工配水由进水泵泵入序批式硝化反应器6，进水结束后，同时开启曝气装置61，并通过气泵控制反应器中溶解氧为3-6mg/L,好氧曝气1.5-2.5h，沉淀0.5h，排水比为50%，闲置时间为1-2h，当95%以上的氨氮被转化为硝态氮时，该序批式SBR反应器启动成功。
（3）启动升流式厌氧污泥床反应器9：接种活性良好的消化污泥于配有多处隔板设计的升流式厌氧污泥床反应器9，保持污泥浓度为3000-5000mg/L,进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为110mg/L的人工配水，选用腐殖质作为碳源，C/N为3：1，出水回流比控制在2-3，以使系统中的污泥处于流态化，当系统出水总氮小于1mg/L时，COD在5mg/L以下时，升流式厌氧污泥床反应器9启动成功。
（4）联合运行：SFPDA反应器、序批式硝化反应器6、升流式厌氧污泥床反应器9分别启动成功后，将三个反应器按照SFPDA反应器-序批式硝化反应器6-升流式厌氧污泥床反应器9的先后顺序串联运行：进水水箱中800mg/L的高氨氮废水、泥水贮存池2中的泥水混合液、序批式硝化反应器6的回流水分别经过pH调节为8.0-9.0后，由水泵泵入SFPDA反应器,其中进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持SFPDA反应器内污泥龄15-30天,污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间为15-20h，反应过程中不控制溶解氧浓度。SFPDA反应器出水COD为2718-2882mg/L，NH4 +浓度为676-683mg/L左右。
SFPDA反应器出水经过pH调节为7.0-8.0后，首先泵入气液混合设备与空气充分接触，之后进入序批式硝化反应器6，开启曝气系统以控制溶解氧为3-6mg/L，曝气1.5-2.5小时后，沉淀出水，排水比为50%，出水回流比控制在1.7-2.3以供给前端传统升流式UASB反应器所需NO3 -。序批式硝化反应器6出水COD为492-499mg/L，NO3 -浓度为167-174mg/L。
序批式硝化反应器6出水经过中间水箱调节pH为8.0-9.0并缺氧曝气后，由水泵泵入升流式厌氧污泥床反应器9。升流式厌氧污泥床反应器9的水力停留时间为25-30h，回流比控制在2-3以使上流式升流式厌氧污泥床反应器9内泥水处于流化状态,反应过程不控制溶解氧浓度, 升流式厌氧污泥床反应器9出水COD为50mg/L左右，TN为5-15mg/L。系统运行稳定后污泥减量37-42%。
实施例3
本实施例提供了一种高效污泥减量同步碳氮脱除系统，所述高效污泥减量同步碳氮脱除系统包括：进水调节装置；本实施例所述进水调节装置包括依次连接的原水贮存装置1和第一pH调节池11，所述原水贮存装置1和第一pH调节池11通过输送管道连通，在所述输送管道上安装有水泵和液体流量计；所述第一pH调节池配置有pH检测器111及酸碱投加装置112。系统还设置有泥水贮存装置，所述泥水贮存装置包括泥水贮存池2和位于泥水贮存池2下游的第二pH调节池21。
污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3（SFPDA反应器），进水调节装置的出水进入所述SFPDA反应器，泥水贮存装置中泥水被送入所述SFPDA反应器。所述SFPDA反应器内设置有填料31和搅拌装置3；所述SFPDA反应器采用升流式反应器。本实施方式中所述的SFPDA反应器内安装有空心滚筒和搅拌装置3，所述搅拌装置3的搅拌轴321位于所述空心滚筒33内，所述空心滚筒33与所述SFPDA反应器的中心轴同轴设置；所述空心滚筒33上设置有通孔331，在所述空心滚筒33外壁面与反应器筒体内壁面之间投加有富集菌种的低密度海绵填料31。
第一pH调节装置和气-液混合装置，污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3的出水经所述第一pH调节装置调节后进入所述气-液混合装置；所述第一pH调节装置包括第一池体4，和安装在池体内的pH检测器41和酸碱投加装置42。
序批式硝化反应器6, 所述气-液混合装置的出水进入所述序批式硝化反应器6，在所述序批式硝化反应器6内设置有曝气装置61；作为优选的实施方式，本实施方式在序批式硝化反应器6内设置有斜向圆环挡板62，所述斜向圆环挡板62由下向上逐渐收缩，呈顶端开口的锥形筒体，在所述斜向圆环挡板62的顶端开口下方，靠近所述顶端开口处安装有曝气装置61。通过在所述斜向圆环挡板62的顶端开口下方设置曝气区，可极大地节省曝气量。本实施方式中通过气泵实现序批式硝化反应器6和气-液混合装置的曝气，所述气泵52通过第一支管与气-液混合水箱5连通，通过第二支管与所述序批式硝化反应器6内的曝气装置61连接，在第一支管和第二支管上分别设置有气体流量计51、53。
厌氧曝气水箱8，与所述序批式硝化反应器6的出水口64连通；所述序批式硝化反应器6的出水口64同时与第二pH调节装置连通，所述第二pH调节装置包括第二池体7，和安装在池体内的pH检测器71和酸碱投加装置72。所述第二pH调节装置的出水口通过回流管道与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3连通，在厌氧曝气水箱8内同样设置有pH检测器81和酸碱投加装置82。
升流式厌氧污泥床反应器9，与所述厌氧曝气水箱8的出水口连通。本实施方式中的所述升流式厌氧污泥床反应器9采用现有技术中的升流式厌氧污泥床反应器9。所述升流式厌氧污泥床反应器9的筒体上部设置有三相分离器，但未设置斜挡板。作为优选的实施方式，所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器3的排气口34通过第一输气通道与所述升流式厌氧污泥床反应器9的底部连通，在所述第一输气通道的出气端设置有多孔管99，通过多孔管引入的SFPDA反应器回流气体的曝气作用，进一步实现了反应器内部气-液-固三相的完全混合。所述升流式厌氧污泥床反应器9的排气口910同时通过第二输气通道与所述厌氧曝气水箱8连通。
基于本实施例中所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统的处理方法包括如下步骤：
（1）启动SFPDA反应器：按照VSS质量比为2:4的比例投加实验室培养好的NTR达到90%的短程反硝化污泥、总氮素处理浓度为600mg/L的anammox颗粒污泥于配备搅拌及滚筒设计的SFPDA反应器中，保持污泥浓度为7000-9000mg/L, 投加低密度海绵填料以持留反应器中的菌种，填充比为30%，进水分别采用氯化铵及硝酸钠配制的NH4 +和N03 -浓度分别为330mg/L和250mg/L的人工配水，选用乙酸钠作为碳源，COD/N03 -为4.0左右,当系统出水总氮小于10mg/L且稳定维持15日时，短程反硝化/anammox启动成功。此时不再投加乙酸钠，按照VSS质量比为6:1的比例投加活性良好的消化污泥于SFPDA反应器中，保持污泥浓度为8000-10000mg/L, 每天向SFPDA反应器泵入新鲜泥水混合液，所述泥水混合液中污泥为污水厂剩余污泥，控制SFPDA反应器内污泥龄为15-30天，污泥浓度为8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和反应器内的污泥浓度决定，当出水氨氮浓度小于1mg/L、总氮去除率达到90%以上且稳定维持15日时，SFPDA反应器启动成功。
（2）启动序批式硝化反应器6：接种城市污水处理厂好氧池活性污泥，保持序批式硝化反应器6污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为氯化铵配制的NH4+浓度为470mg/L的人工配水。每天运行6个周期，每周期4h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程。人工配水由进水泵泵入序批式硝化反应器6，进水结束后，同时开启曝气装置61，并通过气泵控制反应器中溶解氧为3-6mg/L,好氧曝气1.5-2.5h，沉淀0.5h，排水比为50%，闲置时间为1-2h，当95%以上的氨氮被转化为硝态氮时，该序批式SBR反应器启动成功。
（3）启动升流式厌氧污泥床反应器9：接种活性良好的消化污泥于不配备多处隔板设计的传统UASB反应器中，保持污泥浓度为3000-5000mg/L,进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为110mg/L的人工配水，选用腐殖质作为碳源，C/N为3：1，出水回流比控制在2-3，以使系统中的污泥处于流态化，当系统出水总氮为15-30mg/L时，COD在60mg/L左右时，升流式厌氧污泥床反应器9启动成功。
（4）联合运行：SFPDA反应器、序批式硝化反应器6、升流式厌氧污泥床反应器9分别启动成功后，将三个反应器按照SFPDA反应器-序批式硝化反应器6-升流式厌氧污泥床反应器9的先后顺序串联运行：进水水箱中800mg/L的高氨氮废水、泥水贮存池2中的泥水混合液、序批式硝化反应器6的回流水分别经过pH调节为8.0-9.0后，由水泵泵入SFPDA反应器,其中进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持SFPDA反应器内污泥龄15-30天,污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间为15-20h，反应过程中不控制溶解氧浓度。SFPDA反应器出水COD为1920-2080mg/L，NH4 +浓度为459-471mg/L。
SFPDA反应器出水经过pH调节为7.0-8.0后，首先泵入气液混合设备与空气充分接触，之后进入序批式硝化反应器6，开启曝气系统以控制溶解氧为3-6mg/L，曝气1.5-2.5小时后，沉淀出水，排水比为50%，出水回流比控制在1.7-2.3以供给前端SFPDA反应器所需NO3 -。序批式硝化反应器6出水COD为327-341mg/L，NO3 -浓度为105-117mg/L。
序批式硝化反应器6出水经过中间水箱调节pH为8.0-9.0并缺氧曝气后，由水泵泵入升流式厌氧污泥床反应器9。升流式厌氧污泥床反应器9的水力停留时间为25-30h，回流比控制在2-3以使上流式升流式厌氧污泥床反应器9内泥水处于流化状态,反应过程不控制溶解氧浓度, 升流式厌氧污泥床反应器9出水COD为28-33mg/L，TN在10-15mg/L，系统运行稳定后污泥减量34-39%。
上述实施例1-3所述的系统，在每个反应器的壁面上设置有水循环夹层102，还有与水循环夹层102配合使用的水浴箱10、温控仪101，在水循环夹层102与水浴箱10之间的各个管路上设置有开关，从而构成了一个优良的水浴系统，实现三个反应器所需的温度范围。本发明具有污水脱氮效率高，污泥减量效果好，运行效果稳定，反应速率快，无需外加碳源等特点。
对比例
为了进一步证明本发明中所述的高效污泥减量同步碳氮脱除系统及基于该系统的处理方法的技术效果，进一步提供以下对比例实验。
对比例1
本对比例中的处理系统采用序批式硝化反应器和SFPDA反应器，基于所述系统的具体操作过程如下：
（1）启动序批式硝化反应器：接种城市污水处理厂好氧池活性污泥，保持序批式硝化反应器污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为氯化铵配制的NH4 +浓度为550mg/L的人工配水。每天运行6个周期，每周期4h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程。人工配水由进水泵泵入序批式硝化反应器，进水结束后，同时开启曝气装置61，并通过气泵控制反应器中溶解氧为3-6mg/L,好氧曝气1.5-2.5h，沉淀0.5h，排水比为50%，闲置时间为1-2h，当95%以上的氨氮被转化为硝态氮时，该序批式SBR反应器启动成功。
（2）启动SFPDA反应器：按照VSS质量比为2:4的比例投加实验室培养好的NTR达到90%的短程反硝化污泥、总氮素处理浓度为600mg/L的anammox颗粒污泥于SFPDA反应器中，保持污泥浓度为7000-9000mg/L, 投加低密度海绵填料以持留反应器中的菌种，填充比为30%，进水分别采用氯化铵及硝酸钠配制的NH4 +和N03 -浓度分别为330mg/L和250mg/L的人工配水，选用乙酸钠作为碳源，COD/N03 -为4.0左右,当系统出水总氮小于10mg/L且稳定维持15日时，短程反硝化/anammox启动成功。此时不再投加乙酸钠，按照VSS质量比为6:1的比例投加活性良好的消化污泥于SFPDA反应器中，保持污泥浓度为8000-10000mg/L, 每天向SFPDA反应器泵入新鲜泥水混合液，所述泥水混合液中污泥为污水厂剩余污泥，控制SFPDA反应器内污泥龄为15-30天，污泥浓度为8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和反应器内的污泥浓度决定，当出水氨氮浓度小于1mg/L、总氮去除率达到90%以上且稳定维持15日时，SFPDA反应器启动成功。
（3）联合运行：序批式硝化反应器、SFPDA反应器分别启动成功后，将两个反应器按照序批式硝化反应器-SFPDA反应器的先后顺序串联运行：进水水箱中550mg/L的高氨氮废水经过pH调节为7.0-8.0后，首先泵入气液混合设备与空气充分接触，之后进入序批式硝化反应器，开启曝气系统以控制溶解氧为3-6mg/L，曝气1.5-2.5小时后，沉淀出水，排水比为50%。序批式硝化反应器出水NO3 -浓度为526-538mg/L。
泥水贮存池2中的泥水混合液、序批式硝化反应器的出水分别经过pH调节为8.0-9.0后，由水泵泵入SFPDA反应器,其中进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持SFPDA反应器内污泥龄15-30天,污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间为15-20h，反应过程中不控制溶解氧浓度。SFPDA反应器出水COD为56-61mg/L，TN为10mg/L, 系统运行稳定后污泥减量20%。
由本对比例结果可知，本发明中所述的处理系统及处理方法的COD去除率及污泥减量比例大于对比例1。
对比例2
本对比例中的处理系统以及基于所述系统的处理方法及进水均同实施例1，区别仅在于所述SFPDA反应器的启动方式不同，本对比例中启动SFPDA反应器的方法为：接种污水处理厂剩余污泥和消化污泥，按照VSS质量比为6:1的比例投加到配备搅拌及滚筒设计的SFPDA反应器中，保持污泥浓度8000-10000mg/L，投加填料以持留厌氧氨氧化菌，填料采用低密度海绵填料块体，填充比为30%，进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为250mg/L的人工配水，选用乙酸钠作为碳源，COD/N03-为4.0左右,当系统中亚硝态氮积累率稳定且达到80%以上时，短程反硝化启动成功；此时不再投加乙酸钠，每天向SFPDA反应器内泵入新鲜的剩余污泥，控制SFPDA反应器内污泥龄为15-30天，污泥浓度为8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和反应器内的污泥浓度决定，当出水氨氮浓度为5-15mg/L、总氮去除率达到80%以上且稳定维持30日时，SFPDA反应器启动成功。
本对比例中系统运行稳定后，SFPDA反应器出水COD为2486-2537mg/L，NH4 +浓度为590-607mg/L。序批式硝化反应器出水COD为447-459mg/L，NO3 -浓度为143-151mg/L。升流式厌氧污泥床反应器出水COD为39-44mg/L，TN在8-12mg/L，系统的污泥减量40%左右。本发明实施例1相比于对比例2，具有更高的COD和NH4 +去除效率，且能达到更高的污泥减量比例。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.高效污泥减量同步碳氮脱除装置，其特征在于，包括：
进水调节装置；
污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器，进水调节装置的出水进入所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器，所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内设置有填料和搅拌装置；
气-液混合装置，与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的出水口连通；
序批式硝化反应器, 与所述气-液混合装置的出水口连通，在所述序批式硝化反应器内设置有曝气装置；
厌氧曝气水箱，与所述序批式硝化反应器的出水口连通；所述序批式硝化反应器的出水口同时通过回流管道与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器连通；
升流式厌氧污泥床反应器，与所述厌氧曝气水箱的出水口连通；
其中所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的启动方法为：按照VSS质量比为0.4-0.6的比例投加实验室培养好的NO3 --N-NO2 --N转化比NTR达到90%的短程反硝化污泥、总氮素处理浓度为500-700mg/L的anammox颗粒污泥于SFPDA污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器中，保持污泥浓度为7000-9000mg/L，投加低密度海绵填料以持留反应器中的菌种，填充比为30%，进水采用氯化铵及硝酸钠配制的人工配水，选用乙酸钠作为碳源，COD/NO3 -为3.5-4.5，当所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的出水总氮小于10mg/L且稳定维持15日时，短程反硝化/anammox启动成功；此时不再投加乙酸钠，按照VSS质量比为5-7的比例投加消化污泥，保持污泥浓度为8000-10000mg/L, 每天向污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器泵入新鲜泥水混合液，控制污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内污泥龄为15-30天，污泥浓度为8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和反应器内的污泥浓度决定，当出水氨氮浓度小于1mg/L、总氮去除率达到90%以上且稳定维持15日时，SFPDA污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器启动成功；
所述升流式厌氧污泥床反应器的启动方法为：接种活性良好的消化污泥，保持污泥浓度为3000-5000mg/L，进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为110mg/L的人工配水，选用腐殖质作为碳源，C/N为3-5，出水回流比控制在2-3，以使所述升流式厌氧污泥床反应器中的污泥处于流态化，当所述升流式厌氧污泥床反应器出水总氮小于1mg/L时，COD在5mg/L以下时，升流式厌氧污泥床反应器启动成功。
2.根据权利要求1所述的高效污泥减量同步碳氮脱除装置，其特征在于，还包括泥水调节装置，所述泥水调节装置包括泥水贮存池和位于泥水贮存池下游的pH调节池，所述pH调节池的出水口与所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器连通。
3.根据权利要求1或2所述的高效污泥减量同步碳氮脱除装置，其特征在于，在所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内安装有空心滚筒和搅拌装置，所述搅拌装置的搅拌轴位于所述空心滚筒内；所述空心滚筒上设置有通孔，在所述空心滚筒外壁面与反应器筒体内壁面之间投加有富集菌种的低密度海绵填料。
4.根据权利要求3所述的高效污泥减量同步碳氮脱除装置，其特征在于，所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器采用升流式反应器。
5.根据权利要求1所述的高效污泥减量同步碳氮脱除装置，其特征在于，在所述序批式硝化反应器内设置有斜向圆环挡板，所述斜向圆环挡板由下向上逐渐收缩，在所述斜向圆环挡板的顶端开口下方，靠近所述顶端开口处安装有曝气装置。
6.根据权利要求1所述的高效污泥减量同步碳氮脱除装置，其特征在于，在所述升流式厌氧污泥床反应器内设置有多处斜挡板；所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的排气口通过输气通道与所述升流式厌氧污泥床反应器的底部连通。
7.根据权利要求6所述的高效污泥减量同步碳氮脱除装置，其特征在于，所述升流式厌氧污泥床反应器设置有回流装置。
8.基于权利要求1所述的高效污泥减量同步碳氮脱除装置的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）分别启动所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器、序批式硝化反应器和升流式厌氧污泥床反应器；
（2）联合运行：三个反应器分别启动成功后，按照污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器-序批式硝化反应器-升流式厌氧污泥床反应器的先后顺序串联运行。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述序批式硝化反应器的启动方法为：接种城市污水处理厂好氧池活性污泥，保持序批式硝化反应器污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为氯化铵配制的NH4 +浓度为420-520mg/L的人工配水；每天运行6个周期，每周期3-5h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程；人工配水由进水泵泵入所述序批式硝化反应器，进水结束后，同时开启曝气装置，并通过气泵控制反应器中溶解氧为3-6mg/L，好氧曝气1.5-2.5h，沉淀0.3-0.5h，排水比为50%，闲置时间为1-2h，当95%以上的氨氮被转化为硝态氮时，所述序批式硝化反应器启动成功。
10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，步骤（2）中的联合运行方法为：氨氮浓度为600-1000mg/L的进水经过pH调节为8-9后，进入所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器,反应器的进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持反应器内的污泥龄为15-30天,污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间为15-20h；所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器内的搅拌装置在150-200rmp下进行搅拌；
所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器的出水pH被调节至7-8后，送入所述气-液混合装置进行混合；所述气-液混合装置的出水进入所述序批式硝化反应器，开启所述序批式硝化反应器的曝气装置，控制溶解氧为3-6mg/L，每个运行周期的曝气时间为1.5-2.5小时；
所述序批式硝化反应器的部分出水调节至pH为8-9后，通过回流管道回流至所述污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物反应器，回流比控制在1.7-2.3；所述序批式硝化反应器的剩余出水进入厌氧曝气水箱，完成厌氧曝气；
厌氧曝气水箱的出水的pH值调节至8-9后，进入升流式厌氧污泥床反应器进行处理。
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