CN114853170A - 一种通过优先强化除磷菌启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过优先强化除磷菌启动稳定短程硝化‑内源反硝化脱氮的方法，该方法针对低C/N（P）生活污水的处理，通过实时控制梯级曝气，在A/O工艺SBR中优先培养富集大量高活性的除磷菌，再利用这些除磷菌快速贮存厌氧段外碳源COD和消耗好氧段高曝气氧气的特性，使反应器内维持低有机物、低DO环境，AOB和DGAOs成为主导脱氮菌群，实现稳定的短程硝化‑内源反硝化脱氮。本发明可有效解除磷菌和脱氮菌的共存矛盾，监控反应进程，在30d内启动了稳定的短程硝化‑内源反硝化除磷，出水满足GB18918‑2002一级A标准，亚硝化率85%以上。
Description
技术领域
本发明属于污水处理与再生技术领域，具体涉及一种通过优先强化除磷菌（PAOs）启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法。
背景技术
传统污水生物处理工艺运行成本较高，主要体现在外碳源投加和曝气电耗两方面，近年处理方法逐渐发生根本性转变，以实现“碳中和”等节能目标，如厌氧氨氧化、短程脱氮、CANON等工艺的研究和应用，这些工艺都是以短程硝化为基础的新技术。然而，实际处理低碳氮（磷）比（C/N(P)）的生活污水时，碳源不足和短程硝化不稳定依旧是难以克服的问题，亚硝化率不高，导致出水水质不稳定。
充分利用微生物胞内贮存碳源进行脱氮和除磷，是目前生物处理研究的热点。将污水外碳源（COD）贮存到细胞内，形成内源-聚β羟基脂肪酸（PHA），当环境不利时再利用其生长，是PAOs和聚糖菌（GAOs）两类微生物的特有功能，如在传统厌氧/好氧（A/O）工艺中，PAOs和GAOs在厌氧段充分吸收COD储存到体内为PHA，PAOs释磷，而GAOs不释磷；而后进入好氧段，外源COD缺乏时，PAOs和GAOs可分解PHA获取能量生长，不同的是，PAOs同时过量吸磷，而GAOs不吸磷。由此可见，GAOs不除磷，但它包括的一类菌群—反硝化聚糖菌（DGAOs）却对反硝化脱氮起到至关重要的作用：DGAOs可利用厌氧段合成的PHA在好氧段或缺氧段反硝化硝态氮NOx --N生成氮气（N2），实现氮去除，DGAOs在同步硝化反硝化脱氮系统中普遍存在。因此，如想使一个同步脱氮除磷污水处理系统运行高效，PAOs、DGAOs和硝化细菌之间必定要协同作用，结构不断优化。
在DGAOs存在的基础上，短程硝化将进一步节省碳源，提升脱氮效率。短程硝化也称为亚硝化，是以硝化细菌分支—氨氧化细菌（AOB）为主导的硝化反应，氨氮（NH4 +-N）仅被氧化成亚硝酸盐（NO2 --N），而不再继续被硝化细菌另一分支—亚硝酸盐氧化菌（NOB）氧化为硝酸盐（NO3 --N）。这一过程与全程硝化相比，可节省50%曝气。同时，基于NO2 --N的反硝化还能节省40%的碳源，有效缓解了污水处理耗能问题。但是，短程硝化在常规环境下很难稳定，这主要是因为AOB和NOB的生长受多种因素影响，如温度、COD浓度、污泥龄、游离氨浓度、DO等外界条件的微弱改变，就可能导致被抑制的NOB增殖，短程硝化失败。因此，多因素持续抑制、淘洗NOB，仅存AOB，是提高系统耐受力，稳定NO2 --N积累的根本途径。
综上所述，提升短程脱氮功能菌群DGAOs和AOB比例，促进其协同作用，是启动和稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的关键。这两类菌群的培养富集条件有诸多相似之处：在好氧条件下，都喜低DO浓度、低COD浓度，这为它们的协同生长提供了良好前提。本发明采用A/O工艺运行的SBR反应装置，优先强化除磷，在获得大量高活性的PAOs之后，再利用其在厌氧段快速去除COD，以及在好氧初期快速消耗DO的特性，为DGAOs和AOB菌群营造适宜的、持续的低DO、低COD环境，同时通过DO、pH在线监控反馈PLC对好氧段曝气进行精准梯级控制，将NOB和好氧聚糖菌（AGAOs）抑制并淘洗，稳定短程硝化，优化内源贮存与利用，实现高效内源同步除磷和脱氮，该方法对C/N（P）≈4（40）的人工污水的COD、TN、TP等指标处理效果达GB18918-2002一级A标准，且亚硝化率85%以上，该方法还可为基于NO2 --N底物的其它节能脱氮工艺提供原料生产。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，该方法针对低C/N（P）生活污水的处理，通过实时控制梯级曝气，优先培养出大量高活性的PAOs，再利用这些PAOs快速消耗厌氧COD和好氧氧气，持续维持反应器中低有机物、低DO环境，促进AOB和DGAOs生长，抑制淘洗NOB，最终实现A/O工艺SBR中的短程硝化-内源反硝化同步脱氮除磷。
本发明为解决上述技术问题采用了如下技术方案，一种通过优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，可在结构简单、单级运行的传统A/O工艺SBR反应装置中实现。本装置为全自动程序控制，包括污水箱、进水蠕动泵、主体SBR反应桶、机械搅拌桨、DO、pH在线监测仪、气体流量计、PLC、梯级曝气装置、排水蠕动泵和取样池等。开始运行时，污水自污水箱由蠕动泵打入SBR主反应桶，同时PLC开启搅拌桨，装置厌氧运行，此段去除大部分COD，PAOs和DGAOs将外碳源贮存为内源PHA，PAOs释磷。好氧段曝气开启，搅拌桨持续搅拌，PLC通过定时或在线监测反馈，对曝气进行梯级控制，此段目的在于，在低COD浓度条件下，AOB硝化NH4 +-N，PAOs和DGAOs菌群利用PHA过量吸磷和内源反硝化，并且反应顺序优先保证PAOs吸磷，即好氧前段为两阶高曝气，后段低曝气，始终维持反应器内DO浓度低于0.4mg/L，使AOB、DGAOs的反硝化脱氮自然完成。每个周期完成后，PLC同时关闭搅拌和曝气，系统进入沉淀段，最终处理水由排水蠕动泵抽出至取样池暂存分析，排水比1/2。具体过程包括三个阶段：阶段一为强化培养PAOs和恢复硝化细菌阶段，阶段二为利用高活性PAOs优选DGAOs和AOB阶段，阶段三为进一步富集DGAOs和AOB，淘洗NOB阶段，短程硝化-内源反硝化脱氮除磷完成。
本发明利用优先培养出的高活性PAOs在厌氧段大量降解COD，以及在好氧段快速消耗DO吸磷的特性，通过在线监测实时反馈调控的手段在单级SBR中创造了稳定低COD、低DO环境，适合AOB、DGAOs生长，实现了同步的短程脱氮除磷，且出水亚硝化率达80%以上。工艺运行主要包括以下步骤：
1）首先，接种某城市污水处理厂硝化回流池污泥，硝化、除磷性能良好，接种后使SBR主反应桶内污泥浓度（MLSS）达5.0-6.0g/L，不宜低于3.5g/L，因为高生物量利于抵抗好氧段初期高曝气剪切和冲击。采用的实验水质为，COD质量浓度280-350mg/L、NH4 +-N质量浓度65-70mg/L、NO2 --N质量浓度0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度0-0.5mg/L、TN质量浓度70-75mg/L、TP质量浓度6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3。
2）阶段一为强化培养PAOs和恢复硝化细菌阶段。在水温11-28℃条件下，运行SBR反应装置的具体方法为：采用COD质量浓度为330-350mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3的人工污水。运行周期包括进水段、厌氧段、好氧段、沉淀段、排水段和闲置段。周期开始时，厌氧段搅拌同时进水，进水蠕动泵从污水箱吸取污水4L，进水时间小于5min，污水中外碳源迅速被PAOs合成体内PHAs并释磷，COD浓度大大降低，磷酸盐（PO4 3+）大量释出，pH逐渐上升，ORP持续下降，设置厌氧段40-50min。开启好氧段，阶段一的梯级曝气不控制，两阶曝气同时开启，空气总流量为2-3L/min，呈高曝气紊流态，DO浓度保证在2.0mg/L以上，用以强化培养PAOs和恢复硝化细菌。由于好氧段PAOs吸磷和硝化细菌（包括AOB和NOB）降解NH4 +-N，所以ORP逐渐升高，pH不断降低，设置好氧段2h。反应结束后，沉淀30min、排水5min，闲置6-8h。以上工况每日运行2-4个周期，直至出水TP质量浓度低于0.5mg/L，COD质量浓度低于50mg/L，NH4 +-N质量浓度低于5mg/L，说明PAOs和硝化细菌活性增强，本阶段5-7d结束。
3）阶段二为利用高活性PAOs优选DGAOs和AOB阶段。在水温11-28℃条件下，运行SBR反应装置的具体方法为：采用COD质量浓度为330-350mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3的人工污水。运行周期包括进水段、厌氧段、好氧段、沉淀段、排水段和闲置段，周期开始时，厌氧段搅拌同时进水，进水蠕动泵从污水箱吸取污水4L，进水时间小于5min，污水中外碳源迅速被PAOs合成体内PHAs并释磷，COD浓度大大降低，PO4 3+大量释出，pH逐渐上升，ORP持续下降，设置厌氧段40-50min。开启好氧段，阶段二对好氧段进行梯级曝气控制，前期两阶曝气全部开启，空气总流量为2-3L/min，呈高曝气紊流态，持续1h，而后PLC关停一级曝气，余下单阶曝气继续开启，空气总流量降为1-1.5L/min，DO浓度也随之降低至1.0-1.5mg/L之间，设置单阶曝气的时间为1h，总好氧段仍为2h。阶段二运行时，由于进水COD在厌氧段已被高活性的PAOs大量储存，且后续梯级曝气的低DO浓度足够维持硝化细菌生长，这种低有机物和低DO环境更适合优选出AOB和DGAOs。因此，好氧段的ORP逐渐升高，pH不断降低。而后，沉淀30min、排水5min，闲置6-8h。以上工况每日运行2-4个周期，直至好氧段初期两阶曝气时的DO浓度降至0.5 mg/L以下，出水TP质量浓度低于0.5mg/L，NO2 --N与NO3 --N总质量浓度低于20 mg/L，厌氧段末的COD质量浓度低于60 mg/L，TN去除率65%-70%结束，说明高活性的PAOs已发挥了在厌氧段去除大量COD，在好氧段快速吸磷消耗氧气的作用，DGAOs也开始富集，好氧硝化-反硝化同步发生，本阶段5-7d结束。
4）阶段三为进一步富集DGAOs和AOB，淘洗NOB阶段。在水温11-28℃条件下，运行SBR反应装置的具体方法为：降低进水COD质量浓度为280-300mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3的人工污水。运行周期包括进水段、厌氧段、好氧段、沉淀段、排水段和闲置段，过程中反应器内的pH和DO数值实时反馈至PLC，PLC则对反应进程进行控制。周期开始时，厌氧段搅拌同时进水，进水蠕动泵从污水箱吸取污水4L，进水时间小于5min，污水中外碳源迅速被PAOs合成体内PHAs并释磷，COD浓度降低，PO4 3+大量释出，pH逐渐上升，ORP持续下降，当pH升至最高点而开始出现下降时，马上PLC启动曝气装置，结束厌氧段，此时PAOs和DGAOs完成PHA储备。开启好氧段，维持机械搅拌浆搅拌，曝气方式改为由PLC根据DO和pH变化实时梯级控制，先同时启动空压机一和空压机二，曝气头一和曝气头二同时曝气，反应器内两阶曝气，呈高曝气紊流态，气体流量计控制2-3L/min。此时由于PAOs的高活性和较低氧亲和力，适合高曝气的快速耗氧，所以此时DO浓度维持在0-0.2mg/L，为AOB和DGAOs提供良好环境。直至突然DO出现快速升高信号，2min内DO浓度增长到0.5-0.6mg/L，而pH值仍在下降，表明PAOs吸磷基本完成，马上PLC关闭空压机一和曝气头一，仅剩空压机二和曝气头二运行，系统单阶曝气，气体流量降为1-1.5L/min，DO浓度也随之又降至0.0-0.2mg/L以下，此时仅剩部分NH4 +-N继续被硝化细菌氧化，pH持续降低，ORP继续升高，直至DO和pH同时出现突跃信号，好氧段马上结束。而后，PLC关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置6-8h，以上工况每日运行2-4个周期，直至出水亚硝化率（NO2 --N/NOx --N×100%）达85%以上，NH4 +-N质量浓度低于1.0mg/L，总硝态氮（NOx --N）质量浓度低于12.0mg/L，TP质量浓度维持低于0.5mg/L，TN去除率80%以上结束，说明短程硝化-内源反硝化脱氮除磷高效运行。本阶段约持续7-9d。
本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明针对低C/N比生活污水处理中，A/O工艺难以高效同步脱氮除磷的问题，通过对反应器内DO和pH实时监测并反馈PLC对曝气系统梯级控制，优先强化PAOs，再利用大量高活性的PAOs优化污水碳源分配和氧气消耗，在好氧段形成了良好的低有机物、低DO环境，为DGAOs和AOB的筛选富集创造了条件，从而实现稳定的基于短程硝化的内源同步脱氮除磷。在室温（11-28℃）条件下，在一个A/O工艺SBR反应器中开展实验，反应器内MLSS=5.0-6.0g/L，不排泥，污泥龄不控制，底部设有两级可控曝气系统。运行分为三个阶段，阶段一强化培养PAOs和恢复硝化细菌，阶段二利用高活性PAOs优选DGAOs和AOB。前两阶段采用COD浓度较高的进水，厌氧40 min，好氧2h。阶段三进一步富集DGAOs和AOB，淘洗NOB，此阶段降低COD浓度，C/N≈4，曝气梯度、厌氧和好氧时间均由PLC根据DO和pH变化进行实时控制。该方法可有效解PAOs和脱氮菌之间的共存矛盾，监控反应进程，在30d内启动了稳定的短程硝化-内源反硝化同步脱氮除磷，出水满足GB18918-2002一级A标准，亚硝化率85%以上。
附图说明
图1是本发明方法的A/O工艺SBR装置示意图；
图面说明：1-水箱，2-主体SBR反应桶，3-排水蠕动泵，4-PLC中央控制系统，5-进水蠕动泵，6-机械搅拌桨，7-ORP、pH和DO在线监测仪，8-气体流量计，9-曝气头一，10-空压机一，11-取样池，12-曝气头二，13-空压机二。
图2是本发明方法SBR中三个阶段亚硝化率及污染物浓度变化情况。
图3是本发明方法SBR中三个阶段AOB和NOB的微生物活性变化情况。
图4是本发明方法SBR中阶段一和阶段二PHA和Gly的变化以及阶段三PHA、Gly在DO、pH和ORP实时控制情况下的变化情况。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
为解决低C/N比生活污水处理中，A/O工艺同步脱氮除磷碳源不足和短程硝化不稳定的问题，本发明在传统A/O工艺SBR中，采用实时控制梯级曝气的简易方法，对反应进程进行监控，优先强化出高活性PAOs，再利用PAOs快速除去厌氧段COD和好氧段初期高阶曝气的氧气，使反应器内始终维持低有机物、低DO环境，筛选富集出DGAOs和AOB，启动了稳定的短程硝化-内源反硝化，实现了高效节能的同步氮磷去除。
如图1所示，基于实时控制的A/O工艺SBR装置，主要由水箱1、主体SBR反应桶2、排水蠕动泵3、PLC中央控制系统4、进水蠕动泵5、机械搅拌桨6、ORP、pH和DO在线监测仪7、气体流量计8、曝气头一9、空压机一10、取样池11、曝气头二12和空压机二13组成。该装置中的主体SBR反应桶2由有机玻璃制成，有效容积为8L，其排水水位在桶1/2有效水深处，周期排水4L。主体SBR反应桶2从水箱1中取水，以A/O工艺运行，曝气头一9和曝气头二12、空压机一10和空压机二13均由PLC中央控制系统4实时控制启闭，来实现不同阶段的梯级曝气，过程中不控制SRT，不排泥。方法由三个运行阶段实现，处理后出水由排水蠕动泵3抽出至取样池11留以检测分析。
通过优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，主要包括以下步骤：
阶段一：强化培养PAOs和恢复硝化细菌阶段
1）主体SBR反应桶中的机械搅拌浆开始搅拌，控制转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5 min内完成进水，厌氧段开始，设置时间为40-50min。MLSS=5.0-6.0g/L，进水水质为COD质量浓度为330-350mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3。
2）启动好氧段，维持机械搅拌搅拌，PLC中央控制系统启动空压机一和空压机二，曝气头一和曝气头二同时运行，两阶曝气全开，反应器内呈现高曝气紊流态，气体流量计控制流量2-3L/min，DO浓度保证在2.0mg/L以上，末端DO浓度低于6.0mg/L，设置该段时间为2h。而后，PLC中央控制系统关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置6-8h。以上工况每日运行2-4个周期，直至出水TP浓度低于0.5mg/L，COD浓度低于50mg/L，NH4 +-N浓度低于5mg/L，说明PAOs和硝化细菌活性增强，本阶段5-7d结束。
阶段二：利用高活性PAOs优选DGAOs和AOB阶段
3）SBR中的机械搅拌浆开始搅拌，控制转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5min内完成进水，厌氧段开始，设置时间为40-50min。MLSS=5.0-6.0g/L，进水水质为COD质量浓度为330-350mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3。
4）启动好氧段，维持机械搅拌浆搅拌，曝气方式改由PLC中央控制系统进行梯级控制，先同时启动空压机一和空压机二以及曝气头一和曝气头二，两阶曝气全开，反应器内呈现高曝气紊流态，气体流量计控制2-3L/min，设置时间1h。而后PLC中央控制系统关闭空压机 一和曝气头一，仅剩空压机二和曝气头二运行，开单阶曝气，气体流量降为1-1.5L/min，DO浓度也随之降低至1.0mg/L以下，设置该段1h，总好氧段仍为2h。而后，PLC中央控制系统关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置6-8h。以上工况每日运行2-4个周期，直至好氧段初期DO浓度降至0.5mg/L以下，出水TP浓度维持0.5mg/L以下，厌氧段末的COD浓度低于60mg/L，出水NOx --N浓度10-20mg/L，TN去除率65%-70%，本阶段5-7d结束。
阶段三：进一步富集DGAOs和AOB，淘洗NOB阶段
5）SBR中的机械搅拌浆开始搅拌，控制转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5min内完成进水，厌氧段开始，pH逐渐上升，ORP持续下降，当pH升至最高而出现下降时，马上结束厌氧段。MLSS=5.0-6.0g/L，进水水质为COD质量浓度为280-300mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3、C/N（P）≈4（40）。
6）启动好氧段，维持机械搅拌浆搅拌，曝气方式改为由PLC根据DO和pH变化实时梯级控制，先同时启动空压机一和空压机二以及曝气头一和曝气头二，两阶曝气全开，反应器内呈现高曝气紊流态，气体流量计控制2-3L/min，DO浓度一直为0-0.2mg/L，直至突然出现快速升高信号，2min内DO浓度增长到0.5-0.6mg/L，而pH值仍在下降，马上PLC关闭空压机一和曝气头一，仅剩空压机二和曝气头二运行，系统单阶曝气，气体流量降为1-1.5L/min，DO浓度也随之又降至0.0-0.2mg/L以下，再次至DO和pH同时出现突跃信号，好氧段马上结束，而后，PLC关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置6-8h，以上工况每日运行2-4个周期，直至出水亚硝化率（NO2 --N/NOx --N×100%）达85%以上，NH4 +-N质量浓度低于1.0mg/L，总硝态氮（NOx --N）质量浓度低于12.0mg/L，TP质量浓度维持低于0.5mg/L，TN去除率80%以上结束。本阶段7-9d结束。
实施例
通过优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的反应装置构型为：由水箱、主体SBR反应桶、排水蠕动泵、PLC中央控制系统、进水蠕动泵、机械搅拌桨、ORP、pH和DO在线监测仪、气体流量计、曝气头一、空压机一、取样池、空压机二和曝气头二组成。该装置中的主体SBR反应桶为有机玻璃制成，有效容积为8L，其排水水位在1/2有效水深处，排水量4L。主体SBR反应桶从水箱中取水，以A/O工艺运行，梯级曝气装置由两套空压机和曝气头组成，分别为空压机一和空压机二以及曝气头一和曝气头二，其中空压机一和空压机二分别通过曝气管与曝气头一和曝气头二连接，气体流量计控制曝气流量，PLC中央控制系统实时控制启闭，来实现不同阶段的梯级曝气。过程中不控制SRT，不排泥。运行过程由三个阶段来实现，处理后出水由排水蠕动泵抽出至取样池留以检测分析。
采用的实验污水水质为：NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3，阶段一和阶段二COD质量浓度较高为330-350mg/L、4（40）≤ C/P（N）≤5（50），阶段三COD质量浓度降为280-300mg/L、C/P（N）≈4（40）。
工艺运行工况和控制过程如下：
1）阶段一，SBR以进水段5min、厌氧段40min、好氧段2h、沉淀段30min、排水段5min和闲置段6h周期运行，系统MLSS=6.0-6.5g/L。本阶段的进水水质为COD质量浓度为330-350mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3。运行开始时，SBR中的机械搅拌浆开始搅拌，转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5min内完成进水，厌氧段开始，设置时间为40min。启动好氧段，维持机械搅拌浆搅拌，PLC中央控制系统启动空压机一和空压机二，曝气头一和曝气头二同时运行，气体流量计控制流量2L/min，DO浓度在2.0mg/L以上，末端DO浓度低于6.0mg/L，设置时间为2h。而后，PLC中央控制系统关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置8h。以上工况每日运行2个周期，直至出水TP浓度低于0.5mg/L，COD浓度低于50mg/L，NH4+-N浓度低于5mg/L，本阶段7d结束。
2）阶段二，SBR以进水段5min、厌氧段40min、好氧段2h、沉淀段30min、排水段5min和闲置段6h周期运行，系统MLSS=6.0-6.5g/L。本阶段的进水水质为COD质量浓度为330-350mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3。运行开始时，SBR中的机械搅拌浆开始搅拌，转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5min内完成进水，厌氧段开始，设置时间为40min。启动好氧段，维持机械搅拌浆搅拌，曝气方式改由PLC中央控制系统进行梯级控制，先同时启动空压机一和空压机二以及曝气头一和曝气头二，气体流量计控制2L/min，设置时间1h。而后PLC中央控制系统关闭空压机一和曝气头一，仅剩空压机二和曝气头二运行，气体流量降为1L/min，DO浓度也随之降低至0.8-1.0mg/L，设置该段1h，总好氧段仍为2h。而后，PLC中央控制系统关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置8h。以上工况每日运行2个周期，直至好氧段初期DO浓度降至0.5mg/L以下，出水TP浓度维持0.5mg/L以下，厌氧段末的COD浓度低于60mg/L，出水NOx --N浓度10-20mg/L，TN去除率65%-70%，本阶段7d结束。
3）阶段三，SBR以进水段5min、厌氧段、好氧段、沉淀段30min、排水段5min和闲置段8h周期运行，系统MLSS=6.0-6.5g/L。本阶段的进水水质为COD质量浓度为280-300mg/L、NH4 +-N质量浓度为65-70mg/L、NO2 --N质量浓度为0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度为0-0.5mg/L、TN质量浓度为70-75mg/L、TP质量浓度为6.5-7.5mg/L、pH为7.0-7.3。运行开始时，SBR中的机械搅拌浆开始搅拌，转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5min内完成进水，厌氧段开始，pH逐渐上升，ORP持续下降，当pH升至最高而出现下降时，马上结束厌氧段，厌氧时间在40min-1h。启动好氧段，维持机械搅拌浆搅拌，曝气方式改为PLC中央控制系统根据DO和pH变化梯级控制，先同时启动空压机一和空压机二以及曝气头一和曝气头二，气体流量计控制2L/min，DO浓度一直为0-0.2mg/L，直至出现快速升高阶段，2min内DO浓度增长到0.5-0.6mg/L，而pH值仍在下降，PLC中央控制系统关闭空压机一和曝气头一，仅剩空压机二和曝气头二运行，气体流量降为1L/min，DO浓度也随之又降至0.0-0.2mg/L以下，直至DO和pH同时出现突跃，好氧段结束，好氧时间在100-250min。而后，PLC关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置8h。以上工况每日运行2个周期，直至出水亚硝化率（NO2 --N / NOx --N×100%）达85%以上，NH4 +-N浓度低于1.0mg/L，NOx --N浓度低于12.0mg/L，TP浓度维持0.5mg/L以下，TN去除率80%以上，本阶段9d结束，出水满足GB18918-2002一级A标准。
本发明方法采用分阶段实时控制梯级曝气的运行方式，优先强化除磷，再利用高活性的PAOs改进厌氧外碳源去除与内储存，维持好氧段低COD、低DO浓度，高效富集AOB和DGAOs，淘洗NOB，实现了低C/N（P）比条件下的稳定短程硝化-内源反硝化，反应进程可控化，运行效果更稳定、节能。该技术不仅可处理污水，还能为其他以获取NO2 --N底物为目的的脱氮工艺提供支持。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (6)
1.一种通过优先强化除磷菌启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，其特征在于：采用实时控制梯级曝气的方法，对厌氧/好氧（A/O）工艺序批式生物反应器（SBR）中的反应进程进行监控，优先强化PAOs，再利用高活性的PAOs快速除去厌氧段有机污染物（COD）和好氧初期高阶曝气时的溶解氧（DO），始终维持好氧段处于低碳源浓度和DO≤0.3mg/L状态，为氨氧化细菌（AOB）和反硝化聚糖菌（DGAOs）富集创造条件，启动了稳定的短程硝化-内源反硝化同步氮磷去除。
2.根据权利要求1所述的通过优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，其特征在于：A/O工艺SBR反应器的底部需设置两级或两级以上的梯级曝气装置，以便使其好氧段曝气量由高到低调控，SBR以厌氧、好氧、沉淀、排水、闲置周期运行，其中厌氧段和好氧段的运行时间是通过DO和pH在线监测系统反馈给自动控制系统（PLC）实时控制的。
3.根据权利要求1所述的一种通过优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，其特征在于：启动过程分三阶段运行，实验进水水质的COD质量浓度由高降低，其它指标质量浓度基本不变，其中，阶段一和阶段二的进水水质条件为：COD质量浓度300-350mg/L、氨氮（NH4 +-N）质量浓度65-70mg/L、亚硝酸盐（NO2 --N）质量浓度0-0.5mg/L、硝酸盐（NO3 --N）质量浓度0-0.5mg/L、总氮（TN）质量浓度70-75mg/L、总磷（TP）质量浓度6.5-7.5mg/L、pH 7.0-7.3；阶段三的进水水质条件为：COD质量浓度280-300mg/L、NH4 +-N质量浓度65-70mg/L、NO2 --N质量浓度0-0.5mg/L、NO3 --N质量浓度0-0.5mg/L、TN质量浓度70-75mg/L、TP质量浓度6.5-7.5mg/L、pH 7.0-7.3，进水水质的COD/TN（C/N）比逐渐下降。
4.根据权利要求1所述的一种通过优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，其特征在于：反应器内初始接种污泥浓度（MLSS）不宜低于3.5g/L，高生物量有利于抵抗好氧段初期高曝气的剪切和冲击，还有利于反应器内的氧气快速被消耗，出现高曝气量低DO浓度的环境，为AOB富集提供保障，同时，MLSS高会使污泥絮体内部存在缺氧微区域，促进DGAOs的富集和反硝化反应的发生。
5.根据权利要求1所述的一种通过优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，其特征在于：整个反应过程中无需排泥，长污泥龄培养，MLSS可达6.5-8.0g/L，属于高污泥浓度活性污泥法。
6.根据权利要求1所述的一种通过优先强化PAOs启动稳定短程硝化-内源反硝化脱氮的方法，其特征在于：阶段一，目的为强化培养PAOs和恢复硝化细菌，该阶段开始时，SBR中的机械搅拌浆开始搅拌，控制转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5min内完成进水，厌氧段开始，设置时间为40-50min，好氧段维持机械搅拌浆搅拌，PLC启动空压机一和空压机二，此时曝气头一和曝气头二同时曝气，反应器内两阶曝气，呈高曝气紊流态，气体流量计控制流量2-3L/min，好氧段全程两阶曝气全开，DO浓度保证在2.0mg/L以上，末端DO浓度低于6.0mg/L，PLC设置该段时间为2h，好氧段结束后，PLC关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，SBR闲置6-8h，以上工况每日运行2-4个周期，直至出水TP质量浓度低于0.5mg/L，COD质量浓度低于50mg/L，NH4 +-N质量浓度低于5mg/L结束；阶段二，目的为利用高活性PAOs优选DGAOs和AOB，该阶段开始时，SBR中的机械搅拌浆开始搅拌，控制转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5min内完成进水，厌氧段开始，设置时间为40-50min，好氧段维持机械搅拌浆搅拌，曝气方式改由PLC进行梯级控制，先同时启动空压机一和和空压机二，曝气头一和曝气头二同时曝气，反应器内两阶曝气，呈高曝气紊流态，气体流量计控制2-3L/min，设置两阶曝气的时间为1h，而后PLC关闭空压机一和曝气头一，仅剩空压机二和曝气头二运行，气体流量降为1-1.5L/min，DO浓度也随之降低，至1.0-1.5mg/L之间，设置单阶曝气的时间为1h，总好氧段仍为2h，好氧段结束后，PLC关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置6-8h，以上工况每日运行2-4个周期，直至好氧段初期两阶曝气时的DO浓度降至0.5 mg/L以下，出水TP质量浓度低于0.5 mg/L，NO2 --N与NO3 --N总质量浓度低于20 mg/L，厌氧段末的COD质量浓度低于60 mg/L，TN去除率65%-70%结束；阶段三，目的为进一步富集DGAOs和AOB，淘洗亚硝酸盐氧化菌（NOB），该阶段开始时，SBR中的机械搅拌浆开始搅拌，控制转速150r/min，同时进水蠕动泵开始抽水，5min内完成进水，厌氧段开始，pH逐渐上升，ORP持续下降，当pH升至最高点而开始出现下降时，马上PLC启动曝气装置，结束厌氧段，好氧段维持机械搅拌浆搅拌，曝气方式改为由PLC根据DO和pH变化实时梯级控制，先同时启动空压机一和空压机二，曝气头一和曝气头二同时曝气，反应器内两阶曝气，呈高曝气紊流态，气体流量计控制2-3L/min，此时DO浓度维持在0-0.2mg/L，直至突然出现快速升高信号，2min内DO浓度增长到0.5-0.6mg/L，而pH值仍在下降，马上PLC关闭空压机一和曝气头一，仅剩空压机二和曝气头二运行，系统单阶曝气，气体流量降为1-1.5L/min，DO浓度也随之又降至0.0-0.2mg/L以下，直至DO和pH同时出现突跃信号，好氧段马上结束，而后，PLC关闭搅拌和曝气，沉淀30min、排水5min，出水由排水蠕动泵抽入取样池暂存分析，闲置6-8h，以上工况每日运行2-4个周期，直至出水亚硝化率（NO2 --N/NOx --N×100%）达85%以上，NH4 +-N质量浓度低于1.0mg/L，总硝态氮（NOx --N）质量浓度低于12.0mg/L，TP质量浓度维持低于0.5mg/L，TN去除率80%以上结束。
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