CN116199339A - 一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置和方法，该装置包括用于接收外界原水的污水进水箱，其能将原水按比例分别输送至UASB反应器和连续流反应器内；UASB反应器用于将原水中有机物转化为甲烷；在连续流反应器内投加悬浮厌氧氨氧化菌填料，通过短程硝化/厌氧氨氧化和短程反硝化/厌氧氨氧化实现原水脱氮，延长缺氧区水力停留时间实现污泥同步原位发酵，设置止回门解决污泥返混问题；二沉池对脱氮后的原水进行沉淀，并将部分污泥回流至连续流反应器。本发明无需额外投加碳源，有效解决反应区返混问题，实现公路服务区等产生的分散式污水有机物资源化利用和污泥减量化，具有脱氮效率高、性能稳定并能有效降低碳排放等特点。

Description

一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置和方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，特别是涉及一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置和方法。

背景技术

随着我国社会经济的发展，城市和农村用水量不断增加，高速公路服务区及各大景区相继开发，集中式污水处理设施无法满足日益增加的处理负荷和分散区域污水处理需求，因此，采用分散式污水处理技术对污水进行小规模就地处理已成为未来发展的必然趋势。公路服务区、港口码头、景区、农村生活区等产生的分散式污水以生活污水为主，受日人流量和季节气候影响较大，具有水质波动性大、有机污染浓度高、氮磷含量高等特点，尤其是污水中氨氮浓度，若未达标排放则会造成严重的水体富氧氧化问题。目前，我国对氮排放标准日趋严格，现有传统脱氮工艺处理效果不佳且能耗大，运行费用高，亟需寻求一种脱氮效率高、能耗低及运行性能稳定的新型污水脱氮技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，脱氮效率高、能耗低及运行性能稳定。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，包括污水进水箱、UASB反应器、中间水箱、连续流反应器、二沉池；所述污水进水箱用于接收外界原水，并将其按比例分别输送至UASB反应器和连续流反应器内；所述UASB反应器用于将原水中有机物通过厌氧消化转化为甲烷，60％废水首先进入厌氧消化反应器，厌氧产甲烷菌将进水有机物转化为甲烷，并将其进行回收资源化利用，其出水进入中间水箱；所述中间水箱的出水用于进入连续流反应器，在连续流反应器内投加悬浮厌氧氨氧化菌填料，通过短程硝化/厌氧氨氧化和短程反硝化/厌氧氨氧化过程进行原水脱氮，延长缺氧区水力停留时间实现污泥同步原位发酵，设置止回门解决污泥返混问题；所述二沉池设有溢流堰、二沉池出水口、污泥排泥闸阀、污泥回流控制闸阀，二沉池用于对脱氮后的原水进行沉淀处理，并将部分污泥回流至所述连续流反应器。工作时，污水由进水箱经第一进水泵和第二进水泵分别进入UASB反应器和第一缺氧反应器，UASB反应器上端设置出水口，通过中间水箱进水泵和中间水箱进水管连接中间水箱，中间水箱经第三进水泵和第三进水管连接第一好氧反应器；连续流反应器末端设置出水口，通过连续流反应器出水管连接二沉池，出水经泥水分离后通过出水口排出系统；二沉池污泥部分经污泥回流控制闸阀控制及污泥回流泵回流至第一好氧反应器，剩余污泥经污泥排泥闸阀控制排出系统；连续流反应器内污水通过隔板出水孔处设置的止回门严格控制水流单向流动；好氧反应器的曝气量通过曝气泵及气体流量计控制，并经环形曝气盘曝气，其中第一好氧反应器、第二好氧反应器和第四好氧反应器溶解氧控制在0.1-0.3mg/L，第三好氧反应器和第五好氧反应器溶解氧控制在2-3mg/L；缺氧反应器内装有刚柔组合搅拌桨；好氧反应器和缺氧反应器内投加悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料，波纹状填料比表面积大，易于厌氧氨氧化菌附着，均采用直径为(20-30)±2mm的聚丙烯填料，填充比为25％-30％。

可选的，所述污水进水箱设有出水管，所述出水管分别连通有第一进水管和第二进水管，所述第一进水管上设有第一进水泵，所述第一进水管末端与所述UASB反应器底部连通；所述第二进水管上设有第二进水泵，所述第二进水管末端与所述连续流反应器的第一缺氧反应器连通。

可选的，所述UASB反应器内设有多级三相分离器，所述多级三相分离器顶部设有集气口，所述UASB反应器下方一侧设有多个取样口，所述UASB反应器底部排空口处设有排空阀，所述UASB反应器上方一侧设有出水口，出水口通过中间水箱进水泵和中间水箱进水管连接中间水箱；所述UASB反应器底部的进水口与所述污水进水箱连通；所述UASB反应器上方内回流口通过内回流泵与所述UASB反应器底部的进水口连通。

可选的，多级三相分离器包括污泥沉降斜板、集气罩、集气板、集气管和集气室；对称布置的污泥沉降斜板上方设有多个三角状的集气罩，所述集气罩连通有所述集气板，所述集气板顶部连通有集气管，所述集气管上方连通有集气室，所述集气室顶部与所述集气口连通。

可选的，所述连续流反应器包括自左至右通过隔板依次间隔设置的第一好氧反应器、第二好氧反应器、第三好氧反应器、第一缺氧反应器、第二缺氧反应器、第三缺氧反应器、第四缺氧反应器、第四好氧反应器和第五好氧反应器，所述隔板上开设有出水孔，所述出水孔右侧铰接有止回门，所述第一好氧反应器通过第三进水泵和第三进水管与所述中间水箱的出水口连通；所述第一好氧反应器、第二好氧反应器、第三好氧反应器、第四好氧反应器和第五好氧反应器内底部均分别设有环形曝气盘，多个所述环形曝气盘分别通过管路连接有曝气泵，所述环形曝气盘与所述曝气泵连接的管路上设有气体流量计；所述第一缺氧反应器、第二缺氧反应器、第三缺氧反应器、第四缺氧反应器内均分别设有刚柔组合搅拌桨，第一好氧反应器、第二好氧反应器、第一缺氧反应器、第二缺氧反应器、第三缺氧反应器、第四缺氧反应器和第四好氧反应器内均设有悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料；第五好氧反应器通过连续流反应器出水管与二沉池连通，二沉池底部的污泥口通过污泥回流泵和污泥回流管与所述第一好氧反应器连通。

可选的，所述悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料外观为规则的球体波纹状结构，表面分布多个小孔隙，所述悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料表层及空隙内富集有厌氧氨氧化菌。

可选的，所述刚柔组合搅拌桨包括搅拌桨转轴、柔性曲面搅拌板和刚性直面搅拌板，所述刚柔组合搅拌桨上下两层分别等距设置六个相同刚性直面搅拌板，中间层设置六个相同柔性曲面搅拌板，柔性曲面搅拌板两端分别与上下层的刚性直面搅拌板交错连接，实现表面弧度最大化。

可选的，所述止回门为圆形挡板结构，其正上端通过转轴与隔板相连接，止回门能够进行自由转动；位于隔板水流相反方向一侧设置直径小于止回门的空心圆，即形成止回门卡槽，以阻挡止回门反向转动。

可选的，所述环形曝气盘包括进气管、不同直径的曝气管及曝气孔，曝气管上均匀分布多个曝气孔，其孔径与环形曝气盘直径呈正比，气体进入进气管，经曝气管上的曝气孔排出至水体中，呈现外侧气泡直径大，内侧气泡密度大，直径小的特点。

本发明还提供一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理方法，利用厌氧产甲烷菌去除大部分有机物，通过多级三相分离器分离后经中间水箱进入连续流装置前置好氧区；剩余40％污水进入连续流缺氧区；在连续流装置中实现短程硝化/厌氧氨氧化和短程反硝化/厌氧氨氧化脱氮；其中，通过去除原水有机物、控制曝气量、在好氧区投加悬浮厌氧氨氧化菌填料，实现短程硝化/厌氧氨氧化脱氮；通过分段进水提供氨氮和有机物、延长水力停留时间实现污泥同步原位发酵提供碳源、充分搅拌及设置止回门防止返混等措施，实现短程反硝化/厌氧氨氧化脱氮；连续流反应器末端设置好氧区，通过投加的厌氧氨氧化菌填料进一步去除污泥原位发酵过程释放的氨氮，保障出水氨氮达标。本系统可解决反应区返混问题，为厌氧氨氧化菌脱氮提供有利条件，运行过程无需额外投加碳源，利用污泥原位发酵产生的碳源易实现稳定的亚硝态氮积累，达到污泥减量效果，同时将污水有机物进行预回收产甲烷，促进分散式污水资源化利用，具体包括如下步骤：

1)接种服务区污水处理工艺的二沉池回流污泥，投加至UASB反应器和连续流反应器，并培养使污泥至设定浓度，使污泥浓度达到3000-4000mg/L，再向好氧反应器和缺氧反应器投加厌氧氨氧化菌填料，填充比为25％-30％；

2)分别设定UASB反应器和连续流反应器内平均水力停留时间，UASB反应器平均水力停留时间为3-4h，连续流反应器的平均水力停留时间HRT控制在20-23h，其中为实现同步原位污泥发酵，缺氧反应器水力停留时间HRT控制在12-15h；通过污泥排泥闸阀控制剩余污泥排放，控制反应器中絮体污泥的污泥龄在设定时间，控制反应器中絮体污泥的污泥龄在14-16d；

3)污水进水箱中的污水分段进入到连续流反应器，其中60％的废水进入UASB反应器，40％废水进入第一缺氧反应器；UASB反应器出水进入中间水箱，经第三进水泵进入第一好氧反应器；第一好氧反应器通过气体流量计控制曝气量，经环形曝气盘提供微量氧气，将原水中部分氨氮转化为亚硝态氮，附着在悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料上的厌氧氨氧化菌利用亚硝态氮和原水中氨氮生成氮气和硝态氮；接着进入第三好氧反应器，经曝气泵提供大量氧气，将第二好氧反应器出水中氨氮全部转化为硝态氮；第三好氧反应器出水与40％原水同时进入第一缺氧反应器，在刚柔组合搅拌桨搅拌下，厌氧氨氧化菌利用污泥原位发酵产生的有机物和原水有机物，将第三好氧反应器出水的硝态氮转化为亚硝态氮，进而与40％原水中氨氮反应生成氮气和硝态氮；随后，第四缺氧反应器出水进入第四好氧反应器，在微曝气条件下，部分氨氮被氧化为亚硝态氮，厌氧氨氧化菌利用水中亚硝态氮和剩余氨氮进一步转化为氮气和硝态氮，最后进入第五好氧反应器，硝化菌在充足的曝气量下将水中剩余氨氮进行氧化，氨氮达标的出水进入二沉池；

4)二沉池污泥部分通过污泥回流泵回流至第一好氧反应器，控制污泥回流比为50％，剩余的部分污泥通过污泥排泥闸阀排出系统。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明工艺操作简单，运行管理方便，适宜地处偏远、工作人员受限的公路服务区、景区等场景应用。

1)本发明UASB反应器单元与连续流反应器九个单元格室共同组成一个完整的脱氮工艺链，各单元互相关联、互相协作，无需外加碳源，通过控制曝气量和水力停留时间，实现短程硝化/短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统对分散式污水的高效低碳处理效果，达到资源利用最大化；

2)分段进水可充分利用水中有机物，部分被转化为甲烷进行资源回收利用，其余部分为短程反硝化过程提供碳源，其中甲烷气体回收采用多级三相分离器进行分散式收集，利于提高集气效率，降低单个三相分离器气体收集压力；

3)缺氧区污泥同步原位发酵提供易利用的有机碳源，促进反硝化过程亚硝态氮稳定积累，减少碳源投加成本，利于污泥减量化；

4)缺氧区HRT的确定是实现污泥原位发酵产酸的关键，污泥厌氧发酵过程所需时间长，其中水解阶段为主要的控速步骤，将复杂高分子有机物分解为小分子有机物，进而进入酸化阶段，被转化为易利用的挥发性脂肪酸等有机物；为富集一定量的挥发酸，经大量对比试验优化最佳发酵时间，最终确定缺氧区HRT控制在12-15h，促进了短程反硝化积累亚硝，进一步实现厌氧氨氧化脱氮，在分散式污水处理领域具有一定的创造性；

5)废水进入好氧区前，预先进行有机物去除，降低异养菌及有机物等对厌氧氨氧化菌的冲击，利于厌氧氨氧化菌的富集；向好氧区微曝气反应器投加厌氧氨氧化菌填料，通过严格控制曝气量实现短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮，能够大大降低曝气量，降低运行成本，减少污泥产量，其中厌氧氨氧化菌填料采用球型波纹状设计，大幅增加比表面积，且其上密布空隙，利于厌氧氨氧化菌的富集生长；

6)连续流各反应器采用隔板隔离，出水口处均设置止回门，当水流正向流动时，止回门被打开，当水流反向流动时，止回门关闭，可指导水流单向流动，防止返混问题出现，形成对硝化菌、反硝化菌及厌氧氨氧化菌各自有利的微环境，满足脱氮菌株适宜的生存需求，利于厌氧氨氧化菌的富集，提高脱氮效率；

7)缺氧区设置刚柔组合搅拌桨，上下两桨叶之间交错排列的柔性挡板无规则抖动形成螺旋涡，强化上下两层桨叶之间流体混合性能，有效解决反应器“死角”污泥长期堆积问题；

8)好氧区设置环形曝气盘，外环大气泡与内环小气泡形成空间压力差，实现泥水及悬浮填料大范围持续循环扰动，提高反应效率；

9)反应器接种污泥浓度确定在3000-4000mg/L，厌氧氨氧化菌填料填充比确定为25％-30％，经大量不同污泥浓度的小试对比试验得知，污泥或填料浓度过高会影响混合效果，减小菌与污染物接触面积，降低反应效率，造成污泥裂解，浓度过低则菌量不足，导致出水效果不佳，因而该参数的确定具有较强的可操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置示意图；

图2为UASB反应器中多级三相分离器结构示意图；

图3为止回门立体结构示意图；

图4为环形曝气盘结构示意图；

图5为环形曝气盘结构示意图；

图6为止回门侧视结构示意图；

其中，1-污水进水箱，11-出水管；2-UASB反应器，21-第一进水泵，22-第一进水管，23-多级三相分离器，24-集气口，25-取样口，26-排空阀，27-出水口，28-内回流泵；3-中间水箱，31-中间水箱进水泵，32-中间水箱进水管；4-连续流反应器，41-第二进水泵，42-第三进水泵，43-第二进水管，44-第三进水管，451-第一好氧反应器，452-第二好氧反应器，453-第三好氧反应器，454-第四好氧反应器，455-第五好氧反应器，461-第一缺氧反应器，462-第二缺氧反应器，463-第三缺氧反应器，464-第四缺氧反应器，47-环形曝气盘，48-曝气泵，49-气体流量计，410-刚柔组合搅拌桨，411-隔板，412-止回门，413-悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料，414-连续流反应器出水管，415-污泥回流泵，416-污泥回流管；5-二沉池，51-溢流堰，52-二沉池出水口，53-污泥排泥闸阀，54-污泥回流控制闸阀，231-污泥沉降斜板，232-集气罩，233-集气板，234-集气管，235-集气室，4121-止回门卡槽，471-曝气孔，472-进气管，473-曝气管，4101-柔性曲面板，4102-刚性直面板，4103-搅拌桨转轴。

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。

本发明的目的是提供一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，脱氮效率高、能耗低及运行性能稳定。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

相较于传统脱氮工艺，短程硝化/短程反硝化耦合厌氧氨氧化具有节省曝气量和有机碳源、降低污泥产量及氮去除负荷高等优点，因而得到广泛关注。亚硝酸盐稳定的获取是实现厌氧氨氧化脱氮的关键步骤，短程硝化作为获取途径之一，可节省60％曝气量和100％的碳源，但短程硝化过程受环境影响较大，在有机物存在的条件下，反硝化菌会与厌氧氨氧化菌争夺亚硝态氮，抑制厌氧氨氧化菌活性，因此需利用厌氧发酵菌提前去除水中有机物，为短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺提供良好的反应环境；由于硝化过程和厌氧氨氧化过程不可避免会产生一定量的硝酸盐，影响出水氮浓度，因此后接短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程进行深度脱氮；通过控制pH、有机物浓度/硝态氮浓度及有机物种类可实现反硝化过程亚硝酸盐积累，然而原水中有机物浓度较低，不利于实现短程反硝化，需额外投加碳源。目前我国水厂每年会产生大量污泥，经发酵后形成的发酵液中含有氨氮和易利用的有机碳源，包括乙酸和其他挥发性脂肪酸等，利于促进反硝化过程积累亚硝酸盐，若不合理利用，则会造成资源浪费。因此，可利用同步原位发酵产生的易降解有机物驯化短程反硝化菌，促进污泥减量，实现稳定亚硝酸盐积累的同时节约了外碳源的投加成本和污泥处置费用；发酵过程释放的氨氮可通过后接短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器去除，进一步达到低能耗深度脱氮的效果。基于此发明人独特的设计了本发明中基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置和方法。

具体的，如图1所示，本发明基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置的污水进水箱1设有出水管11；UASB反应器2设有第一进水泵21、第一进水管22、多级三相分离器23、集气口24、取样口25、排空阀26、出水口27和内回流泵28；中间水箱3设有中间水箱进水泵31和中间水箱进水管32；连续流反应器4包括第一好氧反应器451、第二好氧反应器452、第三好氧反应器453、第一缺氧反应器461、第二缺氧反应器462、第三缺氧反应器463、第四缺氧反应器464、第四好氧反应器454、第五好氧反应器455，连续流反应器4还设有第二进水泵41、第三进水泵42、第二进水管43、第三进水管44、环形曝气盘47、曝气泵48、气体流量计49、刚柔组合搅拌桨410、隔板411、止回门412、悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料413、连续流反应器出水管414、污泥回流泵415和污泥回流管416；二沉池5设有溢流堰51、二沉池出水口52、污泥排泥闸阀53、污泥回流控制闸阀54；工作时，去除有机物废水进入短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器，在微氧条件下，硝化菌将水中部分氨氮转化为亚硝态氮，厌氧氨氧化菌利用亚硝态氮与原水氨氮反应生成氮气实现脱氮；剩余氨氮在充足的曝气量条件下被转化为硝态氮，进入缺氧区；缺氧区污泥在长HRT条件下被发酵菌分解生成易于利用的挥发性脂肪酸等有机物，利于反硝化菌将硝态氮转化为亚硝态氮，厌氧氨氧化菌利用积累的亚硝态氮与40％进水氨氮反应生成氮气；出水进入短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器，硝化菌将发酵过程释放的部分氨氮进一步转化为亚硝态氮，进而被厌氧氨氧化菌利用实现废水氮素去除；后进入完全硝化反应器，将氨氮全部转化为硝态氮，保证系统出水氨氮浓度达标，最终实现分散式废水高效经济深度脱氮与污泥减量化。

进一步优选的，本发明具体工作流程为，污水由污水进水箱1经第一进水泵21和第二进水泵41分别进入UASB反应器2和第一缺氧反应器461，UASB反应器2内部设置多级三相分离器23，结构如图2所示，通过多级集气罩232分散沼气收集压力，经集气板233和集气管234将沼气收集至集气室235内，同时精准有效拦截厌氧絮体污泥，使其随重力沿污泥沉降斜板231自然沉降回反应区，可提高三相分离效率；UASB反应器2通过内回流泵28强化内部絮体污泥流化，使废水有机物与微生物充分接触反应；反应器上端设置出水口27，通过中间水箱进水泵31和中间水箱进水管32连接中间水箱3，中间水箱3经第三进水泵42和第三进水管44连接第一好氧反应器451；连续流反应器4末端设置出水口，通过连续流反应器出水管414连接二沉池5，出水经泥水分离后通过二沉池出水口52排出系统；二沉池污泥部分经污泥回流控制闸阀54控制及污泥回流泵415回流至第一好氧反应器451，剩余污泥经污泥排泥闸阀53控制排出系统。

如图3和图6所示，连续流反应器4内污水通过隔板411出水孔处设置的止回门412严格控制水流单向流动，门沿水流方向打开，设置止回门卡槽4121以防止门反向打开，造成溶解氧流入缺氧区，消耗有机物，影响反硝化效果，确保反应器各功能区的缺氧、厌氧或好氧状态。

好氧反应器的曝气量通过曝气泵48及气体流量计49控制，并经环形曝气盘47曝气，如图4所示，气体经进气管472进入曝气管473，通过其上的曝气孔471排出，曝气孔471呈环形分布，有效解决泥水混合不均问题，强化脱氮效果；其中第一好氧反应器451、第二好氧反应器452和第四好氧反应器454溶解氧控制在0.1-0.3mg/L，第三好氧反应器453和第五好氧反应器455溶解氧控制在2-3mg/L；如图5所示，缺氧反应器内装有刚柔组合搅拌桨410，其包括搅拌桨转轴4103，采取刚-柔线条相结合的设计形式，通过柔性曲面板4101对反应器中部区域水体多角度扰动及刚性直面板4102对水横向扰动，使得各区域湍流强度均匀化，上下两桨叶之间交错排列的柔性挡板无规则抖动形成螺旋涡，强化上下两层桨叶之间流体混合性能，促进氮污染物与微生物密切接触反应，实现氮素脱除；好氧反应器和缺氧反应器内投加悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料413，波纹状填料比表面积大，易于厌氧氨氧化菌附着，均采用直径为(20-30)±2mm的聚丙烯填料，填充比为25％-30％。

实施例一

某农村产生的生活污水采用厌氧产甲烷UASB反应器2和O/A/O连续流反应器相结合工艺进行深度处理。废水经沉砂池处理后60％进入厌氧产甲烷UASB反应器2，与反应器内微生物充分接触反应，产生的甲烷气体随泥水混合物上升至多级三相分离器23，其设置多个集气罩232有效分散了三相分离压力，甲烷气体顺着集气罩232进入集气板233内，进一步经集气管234进入集气室235，得到高效资源化回收，同时污泥颗粒被集气罩232层层拦截随重力沉降至污泥沉降斜板231，后下滑返回反应区；废水经UASB反应器2沉淀区泥水分离后进入中间水箱3；

中间水箱3废水进入连续流反应器4好氧区，氧气经环形曝气泵413进入反应器内，由于环形曝气管473直径与其上的曝气孔471大小呈正比，反应器内呈现四周大气泡、中心小气泡的特点，形成了压力差，有效增大泥水及填料的混合效果，利于实现短程硝化；好氧区内悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料413外部波纹状形态增大了比表面积，促进其与废水进行充分接触，且聚丙烯材料使其表面具有多个空隙，利于厌氧氨氧化菌附着生长，通过利用产生的亚硝及废水氨氮实现氮素的去除；

好氧区出水经止回门410与40％沉砂池出水同时进入缺氧区，止回门410随正向水流动力作用被开启，当逆向水流通过时则关闭，有效解决返混问题，为好氧区和缺氧区不同微生物提供了独立生存条件，确保厌氧氨氧化菌在严格的缺氧环境下发挥最佳脱氮效率；缺氧区较长的水力停留时间促使部分污泥分解生成易利用的有机物，促进短程反硝化，为厌氧氨氧化菌提供充足的基质亚硝；缺氧区内设置刚柔组合搅拌桨410，交错连接在刚性直面搅拌板4102的柔性曲面搅拌板4101随搅拌桨转轴4103转动，多角度冲击废水，使污泥悬浮物及填料充分混匀，最大化提高氮素去除效果；

缺氧区出水进入好氧区，发酵产生的氨氮经厌氧氨氧化过程或硝化过程进一步被去除，好氧区出水进入二沉池5，经沉降后排出系统。

农村废水进入该系统内，经有机物去除、短程硝化/短程反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮，可使出水有机物及氮浓度大大降低，实现高效稳定脱氮的同时达到污泥减量化的效果。

实施例二

具体试验用水采用某服务区分散式污水处理工艺沉砂池出水作为原水，具体水质如下：COD浓度为110-800mg/L，TN浓度为20-210mg/L，NH_3-N浓度为12-150mg/L，试验用污泥采用该服务区污水处理工艺二沉池回流污泥。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃支撑，厌氧产甲烷UASB反应器2有效体积为20L，连续流反应器4有效容积45.9L，共9个格室，每个格室为5.1L，缺氧区占4个格室，好氧区占6个格室，沉淀池有效容积14.9L。利用上述装置进行一种分散式污水处理的方法是按以下过程进行的：

1)接种服务区污水处理工艺的二沉池回流污泥，投加至UASB反应器2和连续流反应器4，并培养使污泥浓度达到3000-4000mg/L；UASB反应器2平均水力停留时间3-4h，连续流反应器4的平均水力停留时间HRT控制在20-23h，控制污泥回流比为100％，污泥龄SRT为14-16d；

2)原水分段进入UASB反应器2和第一缺氧反应器461的比例分别为60％和40％；通过调控气体流量计49以控制充氧量，控制第一好氧反应器、第二好氧反应器和第四好氧反应器溶解氧维持在0.1-0.3mg/L，控制第三好氧反应器和第五好氧反应器溶解氧维持在2-3mg/L；缺氧反应器内设置刚柔组合搅拌桨，以使活性污泥与污水充分接触混合；

3)运行过程中根据缺氧反应器有机物与硝态氮浓度比值不断调整缺氧区HRT，根据第一缺氧反应器461进水氨氮与亚硝态氮比值，不断调整分段进水比例，使比例接近1:1.32；待运行稳定后，系统好氧反应器和缺氧反应器内亚硝态氮浓度>1mg/L，缺氧反应器内有机物与硝态氮的比值达到2.5mg/L时，向第一好氧反应器、第二好氧反应器和第四好氧反应器和缺氧反应器投加厌氧氨氧化菌填料413，填充比为25％-30％，进入厌氧氨氧化脱氮连续运行状态。

试验结果表明，运行稳定后，系统出水COD浓度为30-59mg/L，TN浓度为2.5-10mg/L，NH_3-N浓度为0-5mg/L，利于实现服务区废水深度脱氮，同时该工艺运行简便，易于管理，适用于偏远地区的分散式污水处理。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：包括污水进水箱、UASB反应器、中间水箱、连续流反应器、二沉池；所述污水进水箱用于接收外界原水，并将其按比例分别输送至UASB反应器和连续流反应器内；所述UASB反应器用于将原水中有机物通过厌氧消化转化为甲烷，其出水进入中间水箱；所述中间水箱的出水进入连续流反应器，所述连续流反应器通过短程硝化/厌氧氨氧化和短程反硝化/厌氧氨氧化过程进行原水脱氮；所述二沉池用于对脱氮后的原水进行沉淀处理，并将部分污泥回流至所述连续流反应器。

2.根据权利要求1所述的基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：所述污水进水箱设有出水管，所述出水管分别连通有第一进水管和第二进水管，所述第一进水管上设有第一进水泵，所述第一进水管末端与所述UASB反应器底部连通；所述第二进水管上设有第二进水泵，所述第二进水管末端与所述连续流反应器的第一缺氧反应器连通。

3.根据权利要求1所述的基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：所述UASB反应器内设有多级三相分离器，所述多级三相分离器顶部设有集气口，所述UASB反应器下方一侧设有多个取样口，所述UASB反应器底部排空口处设有排空阀，所述UASB反应器上方一侧设有出水口，出水口通过中间水箱进水泵和中间水箱进水管连接中间水箱；所述UASB反应器底部的进水口与所述污水进水箱连通；所述UASB反应器上方内回流口通过内回流泵与所述UASB反应器底部的进水口连通。

4.根据权利要求3所述的基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：多级三相分离器包括污泥沉降斜板、集气罩、集气板、集气管和集气室；对称布置的污泥沉降斜板上方设有多个三角状的集气罩，所述集气罩连通有所述集气板，所述集气板顶部连通有集气管，所述集气管上方连通有集气室，所述集气室顶部与所述集气口连通。

5.根据权利要求2所述的基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：所述连续流反应器包括自左至右通过隔板依次间隔设置的第一好氧反应器、第二好氧反应器、第三好氧反应器、第一缺氧反应器、第二缺氧反应器、第三缺氧反应器、第四缺氧反应器、第四好氧反应器和第五好氧反应器，所述隔板上开设有出水孔，所述出水孔右侧铰接有止回门，所述第一好氧反应器通过第三进水泵和第三进水管与所述中间水箱的出水口连通；所述第一好氧反应器、第二好氧反应器、第三好氧反应器、第四好氧反应器和第五好氧反应器内底部均分别设有环形曝气盘，多个所述环形曝气盘分别通过管路连接有曝气泵，所述环形曝气盘与所述曝气泵连接的管路上设有气体流量计；所述第一缺氧反应器、第二缺氧反应器、第三缺氧反应器、第四缺氧反应器内均分别设有刚柔组合搅拌桨，第一好氧反应器、第二好氧反应器、第一缺氧反应器、第二缺氧反应器、第三缺氧反应器、第四缺氧反应器和第四好氧反应器内均设有悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料；第五好氧反应器通过连续流反应器出水管与二沉池连通，二沉池底部的污泥口通过污泥回流泵和污泥回流管与所述第一好氧反应器连通。

6.根据权利要求5所述的基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：所述悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料外观为规则的球体波纹状结构，表面分布多个小孔隙，所述悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料表层及空隙内富集有厌氧氨氧化菌。

7.根据权利要求5所述的基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：所述刚柔组合搅拌桨包括搅拌桨转轴、柔性曲面搅拌板和刚性直面搅拌板，所述刚柔组合搅拌桨上下两层分别等距设置六个相同刚性直面搅拌板，中间层设置六个相同柔性曲面搅拌板，柔性曲面搅拌板两端分别与上下层的刚性直面搅拌板交错连接。

8.根据权利要求5所述的基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：所述止回门为圆形挡板结构，其正上端通过转轴与隔板相连接，止回门能够进行自由转动；位于隔板水流相反方向一侧设置直径小于止回门的空心圆，即形成止回门卡槽，以阻挡止回门反向转动。

9.根据权利要求5所述的基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理装置，其特征在于：所述环形曝气盘包括进气管、不同直径的曝气管及曝气孔，曝气管上均匀分布多个曝气孔，其孔径与环形曝气盘直径呈正比。

10.一种基于厌氧氨氧化的分散式污水低碳处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)接种服务区污水处理工艺的二沉池回流污泥，投加至UASB反应器和连续流反应器，并培养使污泥至设定浓度，再向好氧反应器和缺氧反应器投加厌氧氨氧化菌填料；

2)分别设定UASB反应器和连续流反应器内平均水力停留时间；通过污泥排泥闸阀控制剩余污泥排放，控制反应器中絮体污泥的污泥龄在设定时间；

3)污水进水箱中的污水分段进入到连续流反应器，其中60％的废水进入UASB反应器，40％废水进入第一缺氧反应器；UASB反应器出水进入中间水箱，经第三进水泵进入第一好氧反应器；第一好氧反应器通过气体流量计控制曝气量，经环形曝气盘提供微量氧气，将原水中部分氨氮转化为亚硝态氮，附着在悬浮球型波纹状厌氧氨氧化菌填料上的厌氧氨氧化菌利用亚硝态氮和原水中氨氮生成氮气和硝态氮；接着进入第三好氧反应器，经曝气泵提供氧气，将第二好氧反应器出水中氨氮全部转化为硝态氮；第三好氧反应器出水与40％原水同时进入第一缺氧反应器，在刚柔组合搅拌桨搅拌下，厌氧氨氧化菌利用污泥原位发酵产生的有机物和原水有机物，将第三好氧反应器出水的硝态氮转化为亚硝态氮，进而与40％原水中氨氮反应生成氮气和硝态氮；随后，第四缺氧反应器出水进入第四好氧反应器，在微曝气条件下，部分氨氮被氧化为亚硝态氮，厌氧氨氧化菌利用水中亚硝态氮和剩余氨氮进一步转化为氮气和硝态氮，最后进入第五好氧反应器，硝化菌在充足的曝气量下将水中剩余氨氮进行氧化，氨氮达标的出水进入二沉池；

4)二沉池污泥部分通过污泥回流泵回流至第一好氧反应器，控制污泥回流比为50％，剩余的部分污泥通过污泥排泥闸阀排出系统。

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