本發(fā)明屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種厭氧氨氧化與反硝化耦合裝置及控制運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：
目前，生物脫氮法是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的污水脫氮技術(shù)之一，厭氧氨氧化是新型高效生物脫氮技術(shù)，是氮循環(huán)中一個(gè)重要的反應(yīng)，與傳統(tǒng)硝化與反硝化相比，厭氧氨氧化具有需氧量低、不需外加碳源、污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn),節(jié)省了大量的運(yùn)行費(fèi)用。厭氧氨氧化原理是在厭氧或缺氧的條件下，厭氧氨氧化菌以亞硝態(tài)氮為電子受體，將NH4+-N直接氧化為N2過(guò)程，產(chǎn)氮過(guò)程中N2的兩個(gè)氮原子分別來(lái)自NO2-N和NH4+-N。NH4++NO2-→N2+H2O(△G＝-297KJ/M)NH4+1.32NO2-+0.066HCO3-+0.13H+→1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O厭氧氨氧化特別適合處理低碳高氨氮廢水，近年來(lái)厭氧氨氧化已成國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，然而在有機(jī)環(huán)境下，反應(yīng)器系統(tǒng)中可能同時(shí)存在厭氧氨氧化與反硝化兩種主要的厭氧脫氮反應(yīng)，如能在同一反應(yīng)器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化與反硝化脫氮的協(xié)同作用，則對(duì)生物脫氮技術(shù)開發(fā)具有重要意義。反硝化是指反硝化細(xì)菌在缺氧環(huán)境條件下，還原硝酸鹽，釋放出分子氮的過(guò)程，絕大部分消化細(xì)菌是厭氧異養(yǎng)菌，它以有機(jī)物為碳源和能量，進(jìn)行無(wú)氧呼吸。在反硝化的生物過(guò)程中，產(chǎn)生能量的反應(yīng)(異化作用)和細(xì)胞合成反應(yīng)(內(nèi)化作用)的公式1.6NO3-+CH3COOH→0.8N2+2CO2+1.2H2O+1.60H-(△G＝-843KJ/M)1.2NO3-+CH3COOH+0.1NH4+→0.1C5H7O2N+0.6N2+1.5CO2+1.1OH-+1.3H2O目前關(guān)于厭氧氨氧化與反硝化耦合工藝的研究還很少，厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)系統(tǒng)建立基于兩種可能：一是通過(guò)一定條件的馴化培養(yǎng)，系統(tǒng)內(nèi)存在兩種功能的菌，即厭氧氨氧化菌和反硝化菌，它們?cè)谔厥獾沫h(huán)境中能夠共存，相互競(jìng)爭(zhēng)，也相互促進(jìn)；二是在這個(gè)耦合系統(tǒng)中存在一種特殊的脫氮功能菌，它同時(shí)具有厭氧氨氧化和反硝化特性，能夠在有機(jī)碳源存在的情況下，利用氨氮和亞硝氮(控制一定比例條件)代謝，將氨氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，最終達(dá)到脫氮效果。從厭氧氨氧化與反硝化的反應(yīng)方程式來(lái)看，反硝化反應(yīng)消耗有機(jī)物并產(chǎn)生CO2，為厭氧氨氧化反應(yīng)消除了有機(jī)碳源的抑制作用并提供無(wú)機(jī)碳源，反硝化菌在電子供體不足的條件下將NO3--N還原為NO2--N，為厭氧氨氧化反應(yīng)提供底物NO2—N；而厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生一定量的NO3--N能為反硝化提供電子受體，因此，兩者共存，相互促進(jìn)。從反應(yīng)的吉布斯自由能來(lái)看，反硝化反應(yīng)具有更低的自由能，當(dāng)存在有機(jī)物時(shí)，反硝化菌比厭氧氨氧化菌更容易利用NO2--N，二者對(duì)反應(yīng)底物NO2--N存在限制性競(jìng)爭(zhēng)。厭氧氨氧化與反硝化耦合易受到條件因素的影響，如選擇合適的反應(yīng)器以及控制合適的水力停留時(shí)間；控制合適的環(huán)境條件，如DO濃度和pH值；控制合適的底物濃度，如NH4+、NO2－和COD濃度及C/N等，對(duì)系統(tǒng)建立具有重要意義。厭氧氨氧化與反硝化耦合系統(tǒng)通常進(jìn)水氨氮和亞硝氮，厭氧氨氧化只能去除90％以氨和亞硝酸形式存在的氮，仍有10％的氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮不能被去除；而污水中通常氨氮的濃度很高，亞硝氮濃度很低，甚至沒(méi)有更不易大量積累，脫氮效果不是很好。而在有機(jī)環(huán)境條件下，耦合工藝中的反硝化菌可通過(guò)生物作用利用在環(huán)境中能夠穩(wěn)定存在的NO3-N，并轉(zhuǎn)化成厭氧氨氧化菌可直接利用的NO2--N，解除了二者的限制性競(jìng)爭(zhēng)，也克服了NO2--N難于高效積累的難題，同時(shí)厭氧氨氧化過(guò)程產(chǎn)生的NO3--N可再利用，這些都能提高脫氮的處理效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種厭氧氨氧化與反硝化耦合裝置及控制運(yùn)行方法，實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化在含有機(jī)碳源時(shí)與反硝化協(xié)同脫氮，使厭氧氨氧化與反硝化耦合系統(tǒng)控制良好，運(yùn)行出水穩(wěn)定。一種厭氧氨氧化與反硝化耦合裝置，包括反應(yīng)器、進(jìn)水裝置、氮?dú)夤?、水浴循環(huán)裝置及排氣裝置，所述反應(yīng)器進(jìn)口端連接進(jìn)水裝置和氮?dú)夤?，出口端連接排氣裝置，在反應(yīng)器外周設(shè)有水浴套，水浴套連接水浴循環(huán)裝置；使用時(shí)，進(jìn)水裝置的進(jìn)水箱內(nèi)投放廢水液體混合物。進(jìn)一步地，所述進(jìn)水裝置包括進(jìn)水箱、pH測(cè)量?jī)x和計(jì)量泵，進(jìn)水箱的出水口通過(guò)計(jì)量泵連接反應(yīng)器進(jìn)口端，在進(jìn)水箱內(nèi)設(shè)置pH測(cè)量?jī)x。進(jìn)一步地，所述水浴循環(huán)裝置包括循環(huán)泵、水浴箱和溫控儀，水浴箱通過(guò)循環(huán)泵連接反應(yīng)器的水浴套進(jìn)水口，水浴套的回水口通過(guò)回流管路連接水浴箱，在水浴箱內(nèi)還設(shè)置有溫控儀。進(jìn)一步地，所述反應(yīng)器為UASB反應(yīng)器，其內(nèi)設(shè)置三相分離器，反應(yīng)器外周設(shè)置水浴套。進(jìn)一步地，所述排氣裝置為氣體收集瓶，反應(yīng)器和三相分離器的出氣口分別通過(guò)管道連接氣體收集瓶。本發(fā)明厭氧氨氧化與反硝化耦合裝置的控制運(yùn)行方法，包括如下步驟：。第I步厭氧氨氧化系統(tǒng)培養(yǎng)馴化：1)以城市污水廠二沉池污泥為接種污泥，通過(guò)反應(yīng)器培養(yǎng)馴化，反應(yīng)采用連續(xù)流方式運(yùn)行，進(jìn)水主要控制進(jìn)水氮源為氨氮(NH4—N)和硝態(tài)氮(NO2—N)，其中氨氮以NH4Cl提供，進(jìn)水濃度120～180mg/L；亞硝氮以NaNO2提供，進(jìn)水濃度150～200mg/L；2)以NaHCO3作為無(wú)機(jī)碳源，NaHCO3濃度為0.1～0.15g/L；同時(shí)NaHCO3作為緩沖劑調(diào)節(jié)pH值，pH值范圍控制在6.5～8.5；3)控制水浴溫度在20～35℃，用黑色塑料薄膜裹附于反應(yīng)器表面以避光；4)其它元素進(jìn)水指標(biāo)：ρ(KH2PO4)＝6mg/L，ρ(MgSO4·7H2O)＝300mg/L，ρ(CaCl2·2H2O)＝56mg/L；微量元素I、II各1mL加入1L進(jìn)水中，其中：微量元素I:ρ(EDTA)＝5000mg/L，ρ(FeSO4)＝5000mg/L；微量元素II:ρ(EDTA)＝15000mg/L，ρ(ZnSO4·7H2O)＝430mg/L，ρ(MnCl2·4H2O)＝990mg/L，CH3BO4)＝14mg/L，ρ(CuSO4·5H2O)＝250mg/L，ρ[(NaMoO4·2H2O]＝220mg/L，ρ[(NaSeO4·10H2O]＝210mg/L，ρ(NiCl2·6H2O)＝190mg/L；5)經(jīng)過(guò)180d的馴化培養(yǎng)污泥80％比例鮮紅色的橢球形、圓球狀顆粒污泥，厭氧氨氧化系統(tǒng)建立并穩(wěn)定運(yùn)行；第II步厭氧氨氧化與反硝化耦合階段：1)反應(yīng)采用連續(xù)流方式運(yùn)行，進(jìn)水主要控制指標(biāo)氨氮(NH4—N)和硝態(tài)氮(NO3—N)，進(jìn)水中以NO3—N代替NO2—N，NO3—N由NaNO3提供，向系統(tǒng)提供氮源，其中NH4--N濃度為120～180mg/L，NO3—N濃度為165～198mg/L，進(jìn)水中氨氮和硝態(tài)氮的濃度比為1：(1.08～1.32)；2)以NaOH調(diào)節(jié)pH值，pH值范圍控制在6.5～8.5；3)以淀粉、乙酸鈉、污水廠剩余污泥經(jīng)水解發(fā)酵液其中一種或多種組合提供有機(jī)氮源，有機(jī)碳源COD濃度為180～240mg/L，保持C:N為0.4～0.6，以促進(jìn)耦合工藝；4)以KH2PO4作為磷源，濃度65～70mg/L，保持N:P＝(3～5):1；5)其它元素進(jìn)水指標(biāo)ρ(MgSO4·7H2O)＝300mg/L，ρ(CaCl2·2H2O)＝56mg/L；微量元素I、II各1mL加入2L進(jìn)水中，其中：微量元素I:ρ(EDTA)＝5000mg/L，ρ(FeSO4)＝5000mg/L；微量元素II:ρ(EDTA)＝15000mg/L，ρ(ZnSO4·7H2O)＝430mg/L，ρ(MnCl2·4H2O)＝990mg/L，CH3BO4)＝14mg/L，ρ(CuSO4·5H2O)＝250mg/L，ρ[(NaMoO4·2H2O]＝220mg/L，ρ[(NaSeO4·10H2O]＝210mg/L，ρ(NiCl2·6H2O)＝190mg/L；6)控制水浴溫度在20～35℃，用黑色塑料薄膜裹附于反應(yīng)器表面以避光；7)向反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)通入氮?dú)?，形成不易解體的密實(shí)顆粒污泥。本發(fā)明的有益效果是：由于硝態(tài)氮的穩(wěn)定性克服了亞硝態(tài)氮的難于積累的苛刻條件，為整個(gè)系統(tǒng)不斷地提供氮源素物料，在反硝化菌的生物作用下，能夠提供穩(wěn)定濃度的亞硝態(tài)氮滿足厭氧氨氧化過(guò)程的物料需求，促進(jìn)整個(gè)厭氧氨氧化與反硝化耦合工藝的不斷趨于穩(wěn)定、高效。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的耦合裝置示意圖。圖2為本發(fā)明的控制運(yùn)行方法原理圖。圖中，1、進(jìn)水箱，2、pH測(cè)量?jī)x，3、計(jì)量泵，4、氮?dú)夤蓿?、循環(huán)泵，6、水浴箱，7、溫控儀，8、三相分離器，9、氣體收集瓶，10、反應(yīng)器，11、水浴套，Ⅰ、水浴循環(huán)裝置，Ⅱ、排氣裝置，Ⅲ、進(jìn)水裝置；a、NH4--N(NH4Cl)；b、NO3—N(NaNO3)或NO2—N(NaNO2)；c、碳源；d、KH2PO4；e、MgSO4·7H20；f、CaCl2·2H20。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述：實(shí)施例：如圖1、圖2所示，本發(fā)明一種厭氧氨氧化與反硝化耦合裝置，包括反應(yīng)器10、進(jìn)水裝置Ⅲ、氮?dú)夤?、水浴循環(huán)裝置Ⅰ及排氣裝置Ⅱ，所述反應(yīng)器10進(jìn)口端連接進(jìn)水裝置Ⅲ和氮?dú)夤?，出口端連接排氣裝置Ⅱ，在反應(yīng)器10外周設(shè)有水浴套11，水浴套11連接水浴循環(huán)裝置Ⅰ；使用時(shí)，進(jìn)水裝置Ⅲ的進(jìn)水箱1內(nèi)投放廢水液體混合物。所述廢水液體混合物包含a、NH4--N(NH4Cl)；b、NO3—N(NaNO3)或NO2—N(NaNO2)；c、碳源；d、KH2PO4；e、MgSO4·7H20；f、CaCl2·2H20。所述進(jìn)水裝置Ⅲ包括進(jìn)水箱1、pH測(cè)量?jī)x2和計(jì)量泵3，進(jìn)水箱1的出水口通過(guò)計(jì)量泵3連接反應(yīng)器10進(jìn)口端，在進(jìn)水箱1內(nèi)設(shè)置pH測(cè)量?jī)x2。所述水浴循環(huán)裝置Ⅰ包括循環(huán)泵5、水浴箱6和溫控儀7，水浴箱6通過(guò)循環(huán)泵5連接反應(yīng)器10的水浴套11進(jìn)水口，水浴套11的回水口通過(guò)回流管路連接水浴箱6，在水浴箱6內(nèi)還設(shè)置有溫控儀7。所述反應(yīng)器10為UASB反應(yīng)器，其內(nèi)設(shè)置三相分離器8，反應(yīng)器10外周設(shè)置水浴套6。所述排氣裝置Ⅱ?yàn)闅怏w收集瓶9，反應(yīng)器10和三相分離器8的出氣口分別通過(guò)管道連接氣體收集瓶9。本發(fā)明的厭氧氨氧化與反硝化耦合裝置的控制運(yùn)行方法，包括如下步驟：。第I步厭氧氨氧化系統(tǒng)培養(yǎng)馴化：1)以城市污水廠二沉池污泥為接種污泥，通過(guò)反應(yīng)器10培養(yǎng)馴化，反應(yīng)采用連續(xù)流方式運(yùn)行，進(jìn)水主要控制進(jìn)水氮源為氨氮(NH4—N)和硝態(tài)氮(NO2—N)，其中氨氮以NH4Cl提供，進(jìn)水濃度120～180mg/L；亞硝氮以NaNO2提供，進(jìn)水濃度150～200mg/L；2)以NaHCO3作為無(wú)機(jī)碳源，NaHCO3濃度為0.1～0.15g/L；同時(shí)NaHCO3作為緩沖劑調(diào)節(jié)pH值，pH值范圍控制在6.5～8.5；3)控制水浴溫度在20～35℃，用黑色塑料薄膜裹附于反應(yīng)器表面以避光；4)其它元素進(jìn)水指標(biāo)：ρ(KH2PO4)＝6mg/L，ρ(MgSO4·7H2O)＝300mg/L，ρ(CaCl2·2H2O)＝56mg/L；微量元素I、II各1mL加入1L進(jìn)水中，其中：微量元素I:ρ(EDTA)＝5000mg/L，ρ(FeSO4)＝5000mg/L；微量元素II:ρ(EDTA)＝15000mg/L，ρ(ZnSO4·7H2O)＝430mg/L，ρ(MnCl2·4H2O)＝990mg/L，CH3BO4)＝14mg/L，ρ(CuSO4·5H2O)＝250mg/L，ρ[(NaMoO4·2H2O]＝220mg/L，ρ[(NaSeO4·10H2O]＝210mg/L，ρ(NiCl2·6H2O)＝190mg/L；5)經(jīng)過(guò)180d的馴化培養(yǎng)污泥80％比例鮮紅色的橢球形、圓球狀顆粒污泥，厭氧氨氧化系統(tǒng)建立并穩(wěn)定運(yùn)行；第II步厭氧氨氧化與反硝化耦合階段：1)反應(yīng)采用連續(xù)流方式運(yùn)行，進(jìn)水主要控制指標(biāo)氨氮(NH4—N)和硝態(tài)氮(NO3—N)，進(jìn)水中以NO3—N代替NO2—N，NO3—N由NaNO3提供，向系統(tǒng)提供氮源，其中NH4--N濃度為120～180mg/L，NO3—N濃度為165～198mg/L，進(jìn)水中氨氮和硝態(tài)氮的濃度比為1：(1.08～1.32)；2)以NaOH調(diào)節(jié)pH值，pH值范圍控制在6.5～8.5；3)以淀粉、乙酸鈉、污水廠剩余污泥經(jīng)水解發(fā)酵液其中一種或多種組合提供有機(jī)氮源，有機(jī)碳源COD濃度為180～240mg/L，保持C:N為0.4～0.6，以促進(jìn)耦合工藝；4)以KH2PO4作為磷源，濃度65～70mg/L，保持N:P＝(3～5):1；5)其它元素進(jìn)水指標(biāo)ρ(MgSO4·7H2O)＝300mg/L，ρ(CaCl2·2H2O)＝56mg/L；微量元素I、II各1mL加入2L進(jìn)水中，其中：微量元素I:ρ(EDTA)＝5000mg/L，ρ(FeSO4)＝5000mg/L；微量元素II:ρ(EDTA)＝15000mg/L，ρ(ZnSO4·7H2O)＝430mg/L，ρ(MnCl2·4H2O)＝990mg/L，CH3BO4)＝14mg/L，ρ(CuSO4·5H2O)＝250mg/L，ρ[(NaMoO4·2H2O]＝220mg/L，ρ[(NaSeO4·10H2O]＝210mg/L，ρ(NiCl2·6H2O)＝190mg/L；6)控制水浴溫度在20～35℃，用黑色塑料薄膜裹附于反應(yīng)器表面以避光；7)向反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)通入氮?dú)?，促進(jìn)氣、液、固三相共同作用，在較強(qiáng)的水力條件下，可以形成密實(shí)的顆粒污泥，強(qiáng)化微生物和污染物的傳質(zhì)作用，污泥顆粒不易解體。