CN115432805A - 一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的方法与装置，属于工业废水生物处理领域。经厌氧消化的发酵类废水先进入短程硝化同步厌氧氨氧化‑SBR系统，采用厌氧‑好氧的运行模式，厌氧段反硝化菌、异养菌捕获碳源和去除上周期剩余NO_x ^‑‑N，好氧段通过低DO、PLC自控等手段维持稳定的短程硝化，为聚氨酯海绵填料上的AnAOB提供合适的NO₂ ^‑‑N/NH₄ ⁺‑N比例。其排水和一定质量浓度的S^2‑‑S溶液一同泵入UASB反应器，硫自养反硝化菌对厌氧氨氧化生成的11％NO₃ ^‑‑N及残余的NO₂ ^‑‑N进行深度脱氮，并将S^2‑‑S控制在S⁰‑S阶段而实现硫素资源化、无害化。本发明实现了发酵类废水自养脱氮过程，又具有处理高效、成本低廉、污泥可出售及无二次污染等优点。

Description

一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类 废水深度脱氮除硫的方法与装置

技术领域

本发明所涉及的一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的方法与装置，属于工业废水生物处理领域，适用于高浓度有机物、高浓度硫酸盐、高氨氮发酵类废水的深度脱氮除硫。

背景技术

当前发酵类废水处理行业因高有机物含量、高氨氮、高硫酸盐浓度、可生化性差的水质特点使得其普遍存在能耗高、物耗高、碳排放高的“三高”特征，节能减排潜力巨大，然而整个发酵类废水处理行业针对节能减排改造的方向却不够明朗。为了出水水质达标，其处理工艺主要采取“预处理+厌氧+好氧+深度处理”的多级多组联合，技术原理上还是传统的硝化反硝化，这套冗杂工艺不单是“四大”问题-占地面积大、碳足迹量大、曝气电耗大、污泥产量大，且导致了“三多”的问题-氮硫元素及有机质等可回收资源浪费多、泥水处置成本多、运行管理费用多。

厌氧氨氧化作为一种绿色可持续脱氮工艺，相较于传统硝化反硝化技术理论上电耗可降低60％，碳足迹排放量缩减90％，污泥产量降低50％以上，以能消能、污染转嫁地解决了污水处理技术的困境，也逐渐被应用于高氨氮废水处理领域。但厌氧氨氧化工艺中也存在TIN不达标、有残余NO₃ ^--N、NO₂ ^--N，常通过耦合异养反硝化进行深度脱氮。而这也产生了碳源投入成本、剩余污泥产量增多、易造成有机物超标等新问题。同时，发酵类废水处理工艺一般会在厌氧时回收甲烷，如若废水中硫酸盐浓度高，那在有机物降解及产出沼气时，往往也会产生大量硫化氢危害环境。如果将自养脱氮体系与硫循环偶联，那么厌氧氨氧化及其衍生工艺即有新的电子供体替代传统碳源，发酵类废水沼气脱硫产物硫化氢的去除即有电子受体，将有益于实现发酵类废水全处理链的同步脱氮除硫，大大缩减发酵类废水的建设及运营成本。

目前大部分研究是将硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合于一体化反应器中，脱氮硫菌属在无氧或缺氧环境下利用S₂O₃ ^2--S、S⁰-S、S^2--S等电子供体将硫素氧化成硫酸盐，还原厌氧氨氧化工艺中残余NO₃ ^--N、NO₂ ^--N并产生N₂，从而实现氮、硫的同步脱除。而应用到发酵类废水中必须要考虑同一空间如何保持两种菌生理特性的平衡点、选取哪种还原态硫素驱动硫循环引入自养脱氮体系。

本发明采用两段式短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化工艺，在SBR系统搭建一定填充比的聚氨酯海绵以持留AnAOB，通过PLC自控、传感器实时反馈、计算机在线监测等方法控制好氧末NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N＝1.0-1.5；在UASB系统建立S^2--S驱动型自养反硝化，对前段产生的11％NO₃ ^--N、残余的NO₂ ^--N进行深度脱氮，对厌氧消化产物硫化氢回用且将S^2--S控制在S⁰-S阶段而达到资源化的目的。其在脱氮除硫的同时节能减排、成本低廉。

发明内容

本发明提供了一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的方法与装置，以期达到发酵类废水同步脱氮除硫、节能降耗、固定碳足迹等目的。

1.一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的装置，其特征包括：发酵类废水水箱(1)、短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)、中间水箱Ι(3)、含S₂O₃ ^2--S/S^2--S水箱Ⅱ(4)、硫自养反硝化-UASB反应器(5)；

发酵类废水水箱(1)设有蠕动泵Ι(1.1)、出水口(1.2)；短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)设有曝气泵(2.1)、转子流量计(2.2)、曝气盘(2.3)、曝气砂头(2.4)、计算机(2.5)、pH传感器Ι(2.6)、DO传感器(2.7)、搅拌装置(2.8)、排水阀(2.9)、进水口(2.10)、出水口(2.11)、排泥阀(2.12)、溢流阀(2.13)、NH₄ ⁺-N传感器Ι(2.14)、NO₂ ^--N传感器Ι(2.15)、NO₃ ^--N传感器Ι(2.16)、PLC控制箱(2.17)、填料固定支架(2.18)、聚氨酯海绵填料(2.19)；中间水箱Ι(3)设有蠕动泵Ⅱ(3.1)、进水口(3.2)、出水口(3.3)；含S₂O₃ ^2--S/S^2--S水箱Ⅱ(4)设有蠕动泵Ⅲ(4.1)、进水口(4.2)、出水口(4.3)；硫自养反硝化-UASB反应器(5)设有温度控制器(5.1)、U型出水管(5.2)、集气口(5.3)、取泥口及取样口(5.4)、温度传感器(5.5)、NH₄ ⁺-N传感器Ⅱ(5.6)、NO₂ ^--N传感器Ⅱ(5.7)、NO₃ ^--N传感器Ⅱ(5.8)、SO₄ ^2-传感器(5.9)、S₂O₃ ^2--S传感器(5.10)、S^2--S传感器(5.11)、pH传感器Ⅱ(5.12)、蠕动泵Ⅳ(5.13)、线束连接器(5.14)、四通阀(5.15)；

实验装置的连接：发酵类废水水箱(1)的出水口(1.2)通过蠕动泵Ι(1.1)与短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)的进水口(2.10)相连，空气依次通过曝气泵(2.1)、转子流量计(2.2)、曝气盘(2.3)、曝气砂头(2.4)进入短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)；短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)的出水口(2.11)通过排水阀(2.9)与中间水箱Ι(3)的出水口(3.3)相连；由蠕动泵Ⅱ(3.1)、蠕动泵Ⅲ(4.1)分别将中间水箱Ι(3)中的发酵类废水出水和含S₂O₃ ^2--S/S^2--S水箱Ⅱ(4)内的溶液共同并入硫自养反硝化-UASB反应器(5)；硫自养反硝化-UASB反应器(5)通过U型出水管(5.2)出水，反应产生的氮气由集气口(5.3)而排至空气中，污泥通过蠕动泵Ⅳ(5.13)回流至UASB反应器底部。pH传感器Ι(2.6)、DO传感器(2.7)、NH₄ ⁺-N传感器Ι(2.14)、NO₂ ^--N传感器Ι(2.15)、NO₃ ^--N传感器Ι(2.16)、温度传感器(5.5)、NH₄ ⁺-N传感器Ⅱ(5.6)、NO₂ ^--N传感器Ⅱ(5.7)、NO₃ ^--N传感器Ⅱ(5.8)、SO₄ ^2-传感器(5.9)、S₂O₃ ^2--S传感器(5.10)、S^2--S传感器(5.11)、pH传感器Ⅱ(5.12)将采集的信号传输至PLC控制箱(2.17)，再实时反馈给计算机(2.5)，在线监测反应过程中温度、pH、DO，及NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃ ^--N、S₂O₃ ^2--S、S^2--S、SO₄ ^2-的质量浓度，通过硫素质量平衡推算硫单质产量，以便于根据监测数据进行实时调整运行参数，控制短程硝化同步厌氧氨氧化和硫自养反硝化过程。

2.应用所述装置的方法，其特征在于，包括如下过程：

1)系统的启动：

(1)短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统的启动：接种短程硝化絮体污泥和附着厌氧氨氧化菌的聚氨酯海绵填料，控制絮体、生物膜的污泥质量浓度均为3000-4000mg/L、聚氨酯海绵填料填充比为20-30％；实际发酵类废水进水水质为NH₄ ⁺-N＝300-500mg/L、NO₃ ^--N＝5-10mg/L；通过调节气体流量计曝气量在0.3-0.5L/min，由在线实时监测控制好氧段DO维持在0.2-1.0mg/L、pH为6.5-8；设置运行周期为3-4cycle/d，并设定排水比为50-60％；在上述条件下运行反应器，当其出水NO₂ ^--N、NH₄ ⁺-N质量浓度均小于5mg/L时，认为短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统启动成功；

(2)硫自养反硝化-UASB反应器的启动：接种硫自养反硝化絮体污泥，控制污泥质量浓度为2000-4000mg/L，HRT为4-8h；维持NO₃ ^--N/S₂O₃ ^2--S＝1-1.2，用质量浓度为30-40mg/L KNO₃、30-48mg/LNa₂S₂O₃作为模拟废水进入UASB反应器以富集培养硫自养反硝化菌；通过在线实时控制装置维持反应器内温度在35±1℃，用NaHCO₃/KHCO₃调节pH为7-8，设定污泥回流量在100-300％；当反应器出水NO₃ ^--N、S₂O₃ ^2--S质量浓度均小于5mg/L时，认为硫自养反硝化-UASB反应器启动成功。

2)系统启动后的运行：

(1)打开蠕动泵Ι，使发酵类废水泵入短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统中，以厌氧-好氧的方式运行，每周期包括完整的进水、厌氧搅拌、低氧曝气、沉淀、排水和闲置，每天运行3-4个周期；其中厌氧搅拌0.5-1h，在厌氧段利用原水中COD反硝化掉上周期剩余的NO_x ^--N；厌氧末开启曝气泵，并调节气体流量计曝气量在0.3-0.5L/min，设定低氧曝气时间为3-6h，用DO实时监测装置控制好氧段DO维持在0.2-1.0mg/L，用pH实时监测装置调控反应器内pH为6.5-8，在好氧段主要进行半短程硝化、厌氧氨氧化反应；好氧末搅拌停止后，先静置沉淀30min，再开启排水阀将出水排至中间水箱，排水比为50-60％；实际发酵类废水进水水质为NH₄ ⁺-N＝300-500mg/L、NO₃ ^--N＝5-10mg/L，其排水NO₂ ^--N质量浓度＜5mg/L、NH₄ ⁺-N质量浓度＜2mg/L、NO₃ ^--N质量浓度＝20-40mg/L；

(2)打开蠕动泵Ⅱ、蠕动泵Ⅲ分别使中间水箱的发酵类废水和含有S^2--S溶液(使用的是Na₂S溶液)共同泵入UASB反应器的底部，打开蠕动泵Ⅳ设定污泥回流量在100-300％，运行过程中不主动排泥，维持HRT为4-8h，运行时间为24h；通过在线实时控制系统将反应器内温度、pH维持在35±1℃、7-8，且根据中间水箱Ι的NO₃ ^--N浓度调节含S^2--S水箱Ⅱ的进硫浓度，保证进入硫自养反硝化-UASB反应器内的NO₃ ^--N/S^2--S＝1-1.2；使其经过硫自养反硝化作用，最终出水TIN≤10mg/L，脱硫效率≥90％，产硫率为20-60％。

3.本发明的技术原理及优点：

技术原理：将经过厌氧消化的发酵类废水泵入短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统进行厌氧-好氧反应，在厌氧段将上周期剩余的NO_x ^--N反硝化掉，在好氧段实现半短程硝化、同步硝化反硝化、厌氧氨氧化。随后实时将含有11％NO₃ ^--N、残余NO₂ ^--N的出水与消化产物硫化氢回用的S^2--S溶液共同泵入UASB反应器，由兼性化能硫自养反硝化菌完成氮素的脱除、硫单质的产出。本发明的关键一是通过低DO、实时控制的方法实现稳定的短程硝化，以厌氧-好氧的运行模式和聚氨酯海绵填料共同维持AnAOB的活性，二是控制好发酵类废水在厌氧消化过程产出硫化氢经碱液吸收后的进硫浓度，还有调控N/S比、pH和HRT等参数，从而保证硫自养反硝化菌实现高NO₃ ^--N去除率的同时有高S⁰-S产出率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)技术先采用S₂O₃ ^2--S作为电子供体驯化硫自养反硝化菌可

以更好的被微生物利用、有更高的反硝化活性和适应低温，同时低浓度的S₂O₃ ^2--S也不会对微生物产生毒害作用，有利于维持较高的脱氮效率和系统的稳定。

(2)运行时改用S^2--S作为电子供体可以克服S₂O₃ ^2--S产生大量

SO₄ ^2-造成的二次污染，解决了S⁰-S碱度消耗量大、硫颗粒物的表面因较厚覆盖物而传质不均的问题，还可以将S^2--S氧化控制在S⁰-S而达到硫素资源化的目的，再者其来源是吸收厌氧消化过程中硫化氢产物后的碱液，在经济性上又简化了发酵类废水全处理链工艺流程。

(3)耦合体系将硫自养反硝化与厌氧氨氧化技术相结合，打破

了发酵类废水处理领域技术困局，完成了多生物协同碳-氮-硫循环；将厌氧氨氧化和硫自养反硝化的耦合设计成两段式，又可以避免两种菌受外界环境(如pH、温度、溶解氧和基质浓度等)波动的影响而无法维持高效稳定的脱氮性能。

(4)针对发酵类废水高硫酸盐、高氨氮、高有机浓度的水质特

征，先在SBR系统构建短程硝化同步厌氧氨氧化实现NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N、磷酸盐同步降解，所生成的NO₃ ^--N和残余的NO₂ ^--N共同进入以兼性硫自养反硝化菌为主导的UASB体系。此技术不仅适用于如食品发酵、发酵制药、生产发酵制品的化工等多种发酵类行业废水的处理；还实现了无外加碳源下硫化物的产硫回用、有机物的二次去除、氮素的深度脱除，是兼具经济效益型与生态绿色型的生物脱氮方式。

附图说明

图1为一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的装置；

图2为试验运行模式及参数设置图。

图1中，主要符号说明如下：

1-发酵类废水水箱 2-短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统

3-中间水箱Ι 4-含S₂O₃ ^2--S/S^2--S水箱Ⅱ

5-硫自养反硝化-UASB反应器

1.1-蠕动泵Ι 1.2-出水口 2.1-曝气泵 2.2-转子流量计

2.3-曝气盘 2.4-曝气砂头 2.5-计算机

2.6-pH传感器Ι 2.7-DO传感器 2.8-搅拌装置 2.9-排水阀

2.10-进水口 2.11-出水口 2.12-排泥阀 2.13-溢流阀

2.14-NH₄ ⁺-N传感器Ι 2.15-NO₂ ^--N传感器Ι

2.16-NO₃ ^--N传感器Ι 2.17-PLC控制箱

2.18-填料固定支架 2.19-聚氨酯海绵填料

3.1-蠕动泵Ⅱ 3.2-进水口 3.3-出水口

4.1-蠕动泵Ⅲ 4.2-进水口 4.3-出水口

5.1-温度控制器 5.2-U型出水管 5.3-集气口

5.4-取泥口及取样口 5.5-温度传感器 5.6-NH₄ ⁺-N传感器Ⅱ

5.7-NO₂ ^--N传感器Ⅱ 5.8-NO₃ ^--N传感器Ⅱ 5.9-SO₄ ^2-传感器

5.10-S₂O₃ ^2--S传感器 5.11-S^2--S传感器 5.12-pH传感器Ⅱ

5.13-蠕动泵Ⅳ 5.14-线束连接器5 .15-四通阀

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细的说明。

1.如图1所示，实验装置的连接为：发酵类废水水箱(1)的出水口(1.2)通过蠕动泵Ι(1.1)与短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)的进水口(2.10)相连，空气依次通过曝气泵(2.1)、转子流量计(2.2)、曝气盘(2.3)、曝气砂头(2.4)进入短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)；短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)的出水口(2.11)通过排水阀(2.9)与中间水箱Ι(3)的出水口(3.3)相连；由蠕动泵Ⅱ(3.1)、蠕动泵Ⅲ(4.1)分别将中间水箱Ι(3)中的发酵类废水出水和含S₂O₃ ^2--S/S^2--S水箱Ⅱ(4)内的溶液共同并入硫自养反硝化-UASB反应器(5)；硫自养反硝化-UASB反应器(5)通过U型出水管(5.2)出水，反应产生的氮气由集气口(5.3)而排至空气中，污泥通过蠕动泵Ⅳ(5.13)回流至UASB反应器底部。pH传感器Ι(2.6)、DO传感器(2.7)、NH₄ ⁺-N传感器Ι(2.14)、NO₂ ^--N传感器Ι(2.15)、NO₃ ^--N传感器Ι(2.16)、温度传感器(5.5)、NH₄ ⁺-N传感器Ⅱ(5.6)、NO₂ ^--N传感器Ⅱ(5.7)、NO₃ ^--N传感器Ⅱ(5.8)、SO₄ ^2-传感器(5.9)、S₂O₃ ^2--S传感器(5.10)、S^2--S传感器(5.11)、pH传感器Ⅱ(5.12)将采集的信号传输至PLC控制箱(2.17)，再实时反馈给计算机(2.5)，在线监测反应过程中温度、pH、DO，及NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃ ^--N、S₂O₃ ^2--S、S^2--S、SO₄ ^2-的质量浓度，通过硫素质量平衡推算硫单质产量，以便于根据监测数据进行实时调整运行参数，控制短程硝化同步厌氧氨氧化和硫自养反硝化过程。

本实例中试验用水为河北省某发酵类企业的玉米深加工废水，其NH₄ ⁺-N质量浓度为300-500mg/L，COD质量浓度为7000-10000mg/L，TP质量浓度为40-60mg/L，NO₂ ^--N质量浓度≤10mg/L，NO₃ ^--N质量浓度为5-10mg/L。试验装置如图1所示，实现半短程硝化和厌氧氨氧化反应的场所是有效体积为10L的序批式反应器，维持硫自养反硝化菌活性的反应器是有效体积为5L的上流式厌氧污泥床。接种厌氧氨氧化菌的聚氨酯海绵填料其密度、孔隙率和比表面分别为0.02-0.03g/cm³、20-30％、120-160cm²/g。

2.具体实验步骤：

1)系统的启动：

(1)短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统的启动：接种短程硝化絮体污泥和附着厌氧氨氧化菌的聚氨酯海绵填料，控制絮体、生物膜的污泥质量浓度均为3000-4000mg/L、聚氨酯海绵填料填充比为20-30％；实际发酵类废水进水水质为NH₄ ⁺-N＝300-500mg/L、NO₃ ^--N＝5-10mg/L；通过调节气体流量计曝气量在0.3-0.5L/min，由在线实时监测控制好氧段DO维持在0.2-1.0mg/L、pH为6.5-8；设置运行周期为3-4cycle/d，并设定排水比为50-60％；在上述条件下运行反应器，当其出水NO₂ ^--N、NH₄ ⁺-N质量浓度均小于5mg/L时，认为短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统启动成功；

(2)硫自养反硝化-UASB反应器的启动：接种硫自养反硝化絮体污泥，控制污泥质量浓度为2000-4000mg/L，HRT为4-8h；维持NO₃ ^--N/S₂O₃ ^2--S＝1-1.2，用质量浓度为30-40mg/L KNO₃、30-48mg/LNa₂S₂O₃作为模拟废水进入UASB反应器以富集培养硫自养反硝化菌；通过在线实时控制装置维持反应器内温度在35±1℃，用NaHCO₃/KHCO₃调节pH为7-8，设定污泥回流量在100-300％；当反应器出水NO₃ ^--N、S₂O₃ ^2--S质量浓度均小于5mg/L时，认为硫自养反硝化-UASB反应器启动成功。

3)系统启动后的运行：

(1)打开蠕动泵Ι，使发酵类废水泵入短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统中，以厌氧-好氧的方式运行，每周期包括完整的进水、厌氧搅拌、低氧曝气、沉淀、排水和闲置，每天运行3-4个周期；其中厌氧搅拌0.5-1h，在厌氧段利用原水中COD反硝化掉上周期剩余的NO_x ^--N；厌氧末开启曝气泵，并调节气体流量计曝气量在0.3-0.5L/min，设定低氧曝气时间为3-6h，用DO实时监测装置控制好氧段DO维持在0.2-1.0mg/L，用pH实时监测装置调控反应器内pH为6.5-8，在好氧段主要进行半短程硝化、厌氧氨氧化反应；好氧末搅拌停止后，先静置沉淀30min，再开启排水阀将出水排至中间水箱，排水比为50-60％；实际发酵类废水进水水质为NH₄ ⁺-N＝300-500mg/L、NO₃ ^--N＝5-10mg/L，其排水NO₂ ^--N质量浓度＜5mg/L、NH₄ ⁺-N质量浓度＜2mg/L、NO₃ ^--N质量浓度＝20-40mg/L；

(2)打开蠕动泵Ⅱ、蠕动泵Ⅲ分别使中间水箱的发酵类废水和含有S^2--S溶液(使用的是Na₂S溶液)共同泵入UASB反应器的底部，打开蠕动泵Ⅳ设定污泥回流量在100-300％，运行过程中不主动排泥，维持HRT为4-8h，运行时间为24h；通过在线实时控制系统将反应器内温度、pH维持在35±1℃、7-8，且根据中间水箱Ι的NO₃ ^--N浓度调节含S^2--S水箱Ⅱ的进硫浓度，保证进入硫自养反硝化-UASB反应器内的NO₃ ^--N/S^2--S＝1-1.2；使其经过硫自养反硝化作用，最终出水TIN≤10mg/L，脱硫效率≥90％，产硫率为20-60％。

Claims (2)

1.一种短程硝化同步厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现发酵类废水深度脱氮除硫的装置，其特征为：发酵类废水水箱(1)、短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)、中间水箱Ι(3)、含S₂O₃ ^2--S/S^2--S水箱Ⅱ(4)、硫自养反硝化-UASB反应器(5)；

发酵类废水水箱(1)设有蠕动泵Ι(1.1)、出水口(1.2)；短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)设有曝气泵(2.1)、转子流量计(2.2)、曝气盘(2.3)、曝气砂头(2.4)、计算机(2.5)、pH传感器Ι(2.6)、DO传感器(2.7)、搅拌装置(2.8)、排水阀(2.9)、进水口(2.10)、出水口(2.11)、排泥阀(2.12)、溢流阀(2.13)、NH₄ ⁺-N传感器Ι(2.14)、NO₂ ^--N传感器Ι(2.15)、NO₃ ^--N传感器Ι(2.16)、PLC控制箱(2.17)、填料固定支架(2.18)、聚氨酯海绵填料(2.19)；中间水箱Ι(3)设有蠕动泵Ⅱ(3.1)、进水口(3.2)、出水口(3.3)；含S₂O₃ ^2--S/S^2--S水箱Ⅱ(4)设有蠕动泵Ⅲ(4.1)、进水口(4.2)、出水口(4.3)；硫自养反硝化-UASB反应器(5)设有温度控制器(5.1)、U型出水管(5.2)、集气口(5.3)、取泥口及取样口(5.4)、温度传感器(5.5)、NH₄ ⁺-N传感器Ⅱ(5.6)、NO₂ ^--N传感器Ⅱ(5.7)、NO₃ ^--N传感器Ⅱ(5.8)、SO₄ ^2-传感器(5.9)、S₂O₃ ^2--S传感器(5.10)、S^2--S传感器(5.11)、pH传感器Ⅱ(5.12)、蠕动泵Ⅳ(5.13)、线束连接器(5.14)、四通阀(5.15)；

实验装置的连接：发酵类废水水箱(1)的出水口(1.2)通过蠕动泵Ι(1.1)与短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)的进水口(2.10)相连，空气依次通过曝气泵(2.1)、转子流量计(2.2)、曝气盘(2.3)、曝气砂头(2.4)进入短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)；短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统(2)的出水口(2.11)通过排水阀(2.9)与中间水箱Ι(3)的出水口(3.3)相连；由蠕动泵Ⅱ(3.1)、蠕动泵Ⅲ(4.1)分别将中间水箱Ι(3)中的发酵类废水出水和含S₂O₃ ^2--S/S^2--S水箱Ⅱ(4)内的溶液共同并入硫自养反硝化-UASB反应器(5)；硫自养反硝化-UASB反应器(5)通过U型出水管(5.2)出水，反应产生的氮气由集气口(5.3)而排至空气中，污泥通过蠕动泵Ⅳ(5.13)回流至UASB反应器底部；pH传感器Ι(2.6)、DO传感器(2.7)、NH₄ ⁺-N传感器Ι(2.14)、NO₂ ^--N传感器Ι(2.15)、NO₃ ^--N传感器Ι(2.16)、温度传感器(5.5)、NH₄ ⁺-N传感器Ⅱ(5.6)、NO₂ ^--N传感器Ⅱ(5.7)、NO₃ ^--N传感器Ⅱ(5.8)、SO₄ ^2-传感器(5.9)、S₂O₃ ^2--S传感器(5.10)、S^2--S传感器(5.11)、pH传感器Ⅱ(5.12)将采集的信号传输至PLC控制箱(2.17)，再实时反馈给计算机(2.5)。

2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括如下过程：

1)系统的启动：

(1)短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统的启动：接种短程硝化絮体污泥和附着厌氧氨氧化菌的聚氨酯海绵填料，控制絮体、生物膜的污泥质量浓度均为3000-4000mg/L、聚氨酯海绵填料填充比为20-30％；实际发酵类废水进水水质为NH₄ ⁺-N＝300-500mg/L、NO₃ ^--N＝5-10mg/L；通过调节气体流量计曝气量在0.3-0.5L/min，由在线实时监测控制好氧段DO维持在0.2-1.0mg/L、pH为6.5-8；设置运行周期为3-4cycle/d，并设定排水比为50-60％；在上述条件下运行反应器，当其出水NO₂ ^--N、NH₄ ⁺-N质量浓度均小于5mg/L时，认为短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统启动成功；

(2)硫自养反硝化-UASB反应器的启动：接种硫自养反硝化絮体污泥，控制污泥质量浓度为2000-4000mg/L，HRT为4-8h；维持NO₃ ^--N/S₂O₃ ^2--S＝1-1.2，用质量浓度为30-40mg/LKNO₃、30-48mg/LNa₂S₂O₃作为模拟废水进入UASB反应器以富集培养硫自养反硝化菌；通过在线实时控制装置维持反应器内温度在35±1℃，用NaHCO₃/KHCO₃调节pH为7-8，设定污泥回流量在100-300％；当反应器出水NO₃ ^--N、S₂O₃ ^2--S质量浓度均小于5mg/L时，认为硫自养反硝化-UASB反应器启动成功；

2)系统启动后的运行：

(1)打开蠕动泵Ι，使发酵类废水泵入短程硝化同步厌氧氨氧化-SBR系统中，以厌氧-好氧的方式运行，每周期包括完整的进水、厌氧搅拌、低氧曝气、沉淀、排水和闲置，每天运行3-4个周期；其中厌氧搅拌0.5-1h，在厌氧段利用原水中COD反硝化掉上周期剩余的NO_x ^--N；厌氧末开启曝气泵，并调节气体流量计曝气量在0.3-0.5L/min，设定低氧曝气时间为3-6h，用DO实时监测装置控制好氧段DO维持在0.2-1.0mg/L，用pH实时监测装置调控反应器内pH为6.5-8，在好氧段主要进行半短程硝化、厌氧氨氧化反应；好氧末搅拌停止后，先静置沉淀30min，再开启排水阀将出水排至中间水箱，排水比为50-60％；实际发酵类废水进水水质为NH₄ ⁺-N＝300-500mg/L、NO₃ ^--N＝5-10mg/L，其排水NO₂ ^--N质量浓度＜5mg/L、NH₄ ⁺-N质量浓度＜2mg/L、NO₃ ^--N质量浓度＝20-40mg/L；

(2)打开蠕动泵Ⅱ、蠕动泵Ⅲ分别使中间水箱的发酵类废水和含有S^2--S溶液共同泵入UASB反应器的底部，打开蠕动泵Ⅳ设定污泥回流量在100-300％，运行过程中不主动排泥，维持HRT为4-8h，运行时间为24h；通过在线实时控制系统将反应器内温度、pH维持在35±1℃、7-8，且根据中间水箱Ι的NO₃ ^--N浓度调节含S^2--S水箱Ⅱ的进硫浓度，保证进入硫自养反硝化-UASB反应器内的NO₃ ^--N/S^2--S＝1-1.2。

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