[发明专利]多形态微生物聚集体自养脱氮一体化装置及运行方法

权利要求书

1.一种多形态微生物聚集体自养脱氮一体化装置，其特征是：整个装置主体为一个间歇运行的反应池(1)，池内装有絮状污泥、颗粒污泥、生物膜形态的微生物聚集体，反应池内安装有垂直推杆滗水装置(4)、固定式填料(5)、曝气器(17)，并设有pH值在线检测仪(6)、溶解氧在线检测仪(7)、氨氮在线检测仪(8)、硝态氮在线检测仪(9)；反应池连有进水管道(2)、排水管道(18)、排泥管道(12)、空气管道(13)、溢流管道(10)；所述固定式填料为直径100mm-200mm的塑料球形填料；所述垂直推杆滗水装置设有垂直升降的排水圆筒(20)，该排水圆筒上端连接有浮渣挡板与排水堰，排水堰上穿有孔径10-20mm的过水空洞；所述进水管道上设置有电动阀门(3)和进水泵(19)，所述排泥管道上设有手动阀门(11)，所述空气管道上设有气体流量计(14)、电动阀门(15)，并连接鼓风机(16)。

2.根据权利要求1所述的多形态微生物聚集体自养脱氮一体化装置，其特征是：所述空气管道上的气体流量计为在线气体流量计，所述进水泵与鼓风机均设有变频控制器，并设有PLC控制器；所述电动阀门为电动调节蝶阀或菱形阀，并配有PLC控制器；反应池内的pH值在线检测仪、溶解氧在线检测仪、氨氮在线检测仪、硝态氮在线检测仪、在线气体流量计均与PLC控制器进行信号连接。

3.根据权利要求1或2所述的多形态微生物聚集体自养脱氮一体化装置的运行方法，其特征包括以下步骤：

1)接种污泥：从城市污水处理厂回流污泥渠道中取活性污泥混合液并注入到反应池中，使反应池内污泥浓度达到2000-5000mg/L，静沉20分钟之后排出上部清液；

2)驯化培养：开启进水泵，将污水处理厂排放的高氨氮浓度的消化污泥脱水滤液注入反应池中，开启鼓风机进行曝气，当反应池内溶解氧浓度达到1.5-2.0mg/L水平，当氨氮的硝化反应使得反应池内氨氮浓度降低到10mg/L以下时，关闭鼓风机，沉淀30分钟，然后启动垂直推杆滗水装置将上部清液排出反应池；重复上述的进水-曝气-沉淀-排水的循环运行过程，当整个装置的氨氮去除负荷到达污水处理厂设计负荷：0.1kg/(m³·d)，即达到每立方米污水每天去除氨氮0.1kg时，此时既可确认活性污泥适应期即驯化培养步骤结束，进行下一步骤；

3)启动短程硝化反应：依次进行以下步骤：

进水：开启进水泵，将污水处理厂排放的高氨氮浓度的消化污泥脱水滤液注入反应池中，保持进水结束后反应池内的氨氮浓度在50-500mg/L，若消化污泥脱水滤液氨氮浓度较低，进水完成后反应池内氨氮浓度低于50mg/L，则投加碳酸氢铵补充氨氮浓度至50mg/L；若消化污泥脱水滤液氨氮浓度较高，进水完成后反应池内氨氮浓度高于500mg/L，则通过引入城市污水进行稀释；

曝气：进水完成后，通过调整曝气管道上的电动阀门，控制反应池内的溶解氧浓度在2.0mg/L；通过调整曝气头的数量和位置，保证悬浮污泥在反应池内充分混合，不出现死区现象；在整个曝气阶段，连续检测反应池内氨氮、亚硝态氮与硝态氮的浓度，控制整个曝气阶段亚硝态氮浓度不断提高，若出现亚硝态氮浓度降低情况，则调小曝气量以降低反应池内溶解氧浓度，当反应池内氨氮浓度降低到5mg/L以下时，停止曝气；

沉淀排泥：曝气停止后，进行沉淀20-50分钟，然后排出反应池底部的混合污泥，保持反应池污泥龄在6-8天；

排水：沉淀排泥结束后进行排水，排出反应池中的上层清水；

重复以上步骤，当反应池的氨氮去除负荷达到0.5kg/(m³d)，即达到每立方米污水每天去除氨氮0.5kg，并且出水中亚硝酸盐氮占总氮的比例超过80％时，确定启动短程硝化反应结束进入下一步；

4)接种厌氧氨氧化颗粒污泥：从已有的厌氧氨氧化UASB反应器中取得颗粒污泥，并注入到反应池内，按重量计，接种厌氧氨氧化颗粒污泥总量占反应池内微生物总量的5％，完成接种后进入下一步；

5)厌氧氨氧化颗粒污泥增殖期：反应池运行依然重复步骤3)启动短程硝化反应中的进水-曝气-沉淀排泥-排水四个步骤，在曝气阶段连续检测反应池内氨氮、亚硝态氮与硝态氮的浓度，控制反应池内溶解氧浓度在0.5-1.0mg/L，在反应过程中厌氧氨氧化颗粒污泥得到增殖，在保证反应池内亚硝态氮浓度高于10mg/L的前提下，逐渐提高反应池内的溶解氧浓度，当反应池内的氨氮去除负荷达到0.7kg/(m³·d)，同时总氮去除率超过60％时，确定厌氧氨氧化颗粒污泥增殖期结束，进入下一步；

6)厌氧氨氧化菌生物膜培养期：在反应池内安装固定填料为厌氧氨氧化菌的生长提供附着载体，反应池运行过程重复之前步骤3)中的进水-曝气-沉淀排泥-排水四个步骤，在曝气阶段连续检测反应池内氨氮、亚硝态氮与硝态氮的浓度，控制反应池内溶解氧浓度在0.8-1.2mg/L，反应池内亚硝酸盐浓度保持在50mg/L以下，并且调整反应池内的搅拌强度，不形成死区，厌氧氨氧化菌可以与反应池内填料充分接触，同时又不会因为曝气量太大而导致将已形成的厌氧氨氧化生物膜从填料上吹脱；经过3个月左右的培养，反应池内填料表面附着了明显的红色厌氧氨氧化菌生物膜，反应池内的氨氮去除负荷达到1.0kg/(m³·d)，同时总氮去除率超过85％，确定厌氧氨氧化菌生物膜培养期结束，进入下一步；

7)自养脱氮一体化装置稳定运行：通过上述步骤，多形态微生物聚集体在反应池内形成，装置启动阶段结束，控制曝气量，使反应池内溶解氧浓度在0.8-1.5mg/L，整个装置进入正常运行阶段。