CN113371820A - 铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置及方法，装置包括原水箱、铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器、除磷除有机物出水水箱、短程硝化反应器、短程硝化出水水箱。本发明采用铁碳微电解技术耦合厌氧氨氧化工艺处理城市污水，在实现同步脱氮除磷的同时，协同铁碳原料中的零价铁和原电池反应生成的亚铁离子作为电子供体还原硝酸盐氮生成氮气，有效参与氮素转变过程。同时，铁离子也可以通过静电中和与带负电荷的微生物细胞结合，促进微生物聚集体的形成，从而加速厌氧氨氧化污泥的颗粒化进程。铁碳微电解除磷过程将吸收废水中的溶解氧，为内源反硝化/厌氧氨氧化工艺创造厌氧环境。
Description
技术领域
本申请属于污水生物处理技术领域，具体涉及铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置及方法。
背景技术
磷酸盐的排放是水体富营养化的主要因素之一。目前在污水处理中，磷酸盐的去除依然存在较大问题，现阶段除磷多采用生物法、化学沉淀法和吸附法等处理技术。生物法除磷对温度、碳源和泥龄等要求较高，需要一定的运行维护管理水平；化学沉淀法除磷需要投加大量药剂，并且会产生较多污泥；吸附法除磷采用特定的吸附剂，吸附易饱和，需要再生。相较于传统除磷技术，铁碳微电解除磷技术具有工艺简单、成本低廉、处理效果好、操作维护方便、电力消耗低以及对生物、环境作用安全等优点，是一种新型友好的水体除磷技术。
铁碳微电解技术除磷的基本原理是其发生了电化学腐蚀，以废水做电解质，在铁(Fe)和碳(Fe3C)之间形成了无数微小的原电池，在此过程中产生了大量的Fe2+和Fe3+，一方面能与磷酸根形成难溶性的盐，另一方面能水解生成具有较长线形结构的多核羟基络合物，通过电中和、吸附架桥及卷扫作用使胶体凝聚将磷酸根沉淀去除。同时，原电池反应也产生了大量具有强化学活性的游离氢[H]和O·，可以破坏许多有机污染物的碳链，将难降解有机物还原成易降解有机物，从而提高废水的可生化性。
厌氧氨氧化工艺作为一种新型的生物脱氮工艺，以CO2作为碳源，无需溶解氧和有机物的参与，被认为是实现城市污水低耗脱氮的有效手段。不过，从代谢机理上来看，厌氧氨氧化反应的最大理论脱氮率仅为89％，所以往往需要耦合反硝化来解决出水NO3 -积累的问题。又因为实际城市污水C/N比往往较低，可能不足以满足反硝化所需的碳源，需要额外补充碳源，这不仅增加了处理成本，又容易产生有机残留物和添加剂。又由于实际城市污水水质水量波动变化大，有机物成分较为复杂，当环境中有机物浓度过高或出现波动时，反硝化菌与厌氧氨氧化菌对于底物基质和生存空间的竞争会变得更为激烈，容易出现***失稳和出水水质变差的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置及方法，将铁碳微电解除磷方法和内源反硝化/厌氧氨氧化脱氮方法耦合，用于实现城市污水同步脱氮除磷的目的。
为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：
一种铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置，所述铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置包括：原水箱、铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器、除磷除有机物出水水箱、短程硝化反应器、短程硝化出水水箱，其中：
所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵与原水箱相连，用于将城市污水原水由原水箱注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器中，所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器采用出水阀Ⅰ与所述除磷除有机物出水水箱相连，用于将除磷及除有机物出水排入除磷除有机物出水水箱，所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器内部设有铁刨花填料、铁刨花填料承托板、承接块，与铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵连接的进水口上方设置有互相对称的四个承接块，所述铁刨花填料承托板置于四个承接块上，所述铁刨花填料用铅丝固定在铁刨花填料承托板上；
所述短程硝化反应器通过短程硝化反应器进水泵与所述除磷除有机物出水水箱相连，用于将除磷除有机物出水水箱中的除磷及除有机物出水注入短程硝化反应器中，所述短程硝化反应器采用短程硝化反应器出水阀与短程硝化出水水箱相连，用于将短程硝化反应后的短程硝化液排入短程硝化出水水箱，所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器通过短程硝化液进水泵与短程硝化出水水箱相连，用于将短程硝化出水水箱中的短程硝化液注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器，短程硝化液经厌氧氨氧化反应深度脱氮后，最终通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器的出水阀Ⅱ出水。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
作为优选，所述原水箱上设有第一进水管、第一放空管和第一溢流管；
所述除磷除有机物出水水箱上设有第三进水管、第三放空管和第三溢流管；
所述短程硝化出水水箱上设有第五进水管、第五放空管和第五溢流管。
作为优选，所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器的内部设有搅拌装置Ⅰ、pH传感探头Ⅰ、加热棒Ⅰ，所述pH传感探头Ⅰ连接在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器外部的pH测定仪上，所述加热棒Ⅰ连接在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器外部的温度控制器Ⅰ；
所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器的壁上设有第二溢流管、第二放空管以及所述出水阀Ⅰ和所述出水阀Ⅱ。
作为优选，所述短程硝化反应器的内部设有搅拌装置Ⅱ、pH传感探头Ⅱ、DO传感探头、加热棒Ⅱ，所述pH传感探头Ⅱ和DO传感探头连接在短程硝化反应器外部的pH和DO测定仪，所述加热棒Ⅱ连接在短程硝化反应器外部的温度控制器Ⅱ；
所述短程硝化反应器的底部设有微孔曝气头，所述微孔曝气头连接在短程硝化反应器外部的气体流量计上，所述气体流量计连接有曝气泵；
所述短程硝化反应器的壁上设有第四溢流管、第四放空管以及所述短程硝化反应器出水阀。
本申请还提供一种铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，所述铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，包括以下步骤：
1)接种启动阶段：在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器中接种实验室培养成功的厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥浓度控制为2000～3000mg/L；在短程硝化反应器中接种实验室培养成功的短程硝化污泥，污泥浓度控制为3000～4000mg/L；
2)实际运行阶段：以城市污水原水为处理对象，启动铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵将原水箱中的城市污水原水注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器中，城市污水原水与厌氧氨氧化颗粒污泥混合均匀且与铁刨花填料充分接触反应，密闭厌氧搅拌2.0～3.0h，然后沉淀20～30min，再通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器的出水阀Ⅰ将除磷及除有机物出水排入除磷除有机物出水水箱，排水比为60～70％；启动短程硝化反应器进水泵将除磷及除有机物出水由除磷除有机物出水水箱注入短程硝化反应器，先缺氧搅拌30～60min，将短程硝化反应器内上周期残留的NO2 --N进行充分反硝化，再曝气2.0～2.5h，并控制溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L，后沉淀30～40min，再通过短程硝化反应器出水阀将短程硝化液排入短程硝化出水水箱，排水比为60～70％；启动短程硝化液进水泵将短程硝化液由短程硝化出水水箱再次注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器，先密闭缺氧搅拌2.0～3.0h，后沉淀20～30min，最终出水通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器的出水阀Ⅱ排出，排水比为60～70％。
作为优选，所述步骤2)中，在短程硝化液进水泵将短程硝化液由短程硝化出水水箱再次注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器的阶段，通过控制短程硝化液进水泵的运行时间，将铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器内的NO2 --N/NH4 +-N的浓度比值控制在1.0～1.5之间。
作为优选，所述步骤2)中的铁刨花填料定期进行酸洗除去表面沉积物，以恢复除磷功效，在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器停止运行期间，将铁刨花填料承托板连带铁刨花填料取出，先用10％的稀盐酸浸泡铁刨花填料3min，后用清水冲洗3遍，除去表面沉积物。
作为优选，所述步骤2)中的铁刨花填料来源于机械加工厂铁制品切削废料。
本申请提供的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)采用铁碳微电解技术进行除磷，其原理基于原电池，不用外加电源，采用废弃铁刨花作铁碳材料，取自工业废料，具有以废治废、环境友好、节能低耗的特点。
(2)厌氧氨氧化工艺通过耦合铁碳微电解技术，不仅可以利用铁碳原料中的零价铁和原电池反应生成的亚铁离子作为电子供体还原硝酸盐氮生成氮气，有效提高脱氮效率，而且铁碳微电解技术除磷过程中产生了铁离子和亚铁离子，为厌氧氨氧化菌的生长代谢提供了更有利的环境。
(3)铁碳微电解技术除磷过程中产生的Fe2+和Fe3+，对厌氧氨氧化菌的生理生化功能具有重要影响，铁离子的存在将有利于厌氧氨氧化菌细胞血红素的合成，促进多种功能蛋白的合成，增强能量代谢，使菌群结构与形态更趋于稳定。
(4)铁离子可以通过静电中和与带负电荷的微生物细胞结合，促进微生物聚集体的形成，从而加速厌氧氨氧化污泥的颗粒化进程。
(5)铁碳微电解除磷过程将吸收废水中的溶解氧，为内源反硝化/厌氧氨氧化工艺创造厌氧环境，从而提高脱氮效率。
(6)由于铁刨花设置在厌氧氨氧化反应器内以及结合内源反硝化/厌氧氨氧化工艺的特殊性，城市污水将在厌氧氨氧化反应器内进行二次除磷，第一次为外碳源转化为内碳源阶段，第二次为厌氧氨氧化反应阶段，二次除磷将大大提高除磷效率。
(7)双污泥***为短程硝化菌和厌氧氨氧化菌分别提供了好氧和厌氧环境，有利于各自实现功能菌效能最大化，保障***的稳定深度脱氮。
(8)内源反硝化聚糖菌能将外源有机物内源化，避免了有机物存在对厌氧氨氧化菌活性的抑制，提高了***的抗冲击负荷能力，同时也能将硝酸盐作电子供体通过反硝化反应去除，解决厌氧氨氧化反应出水硝酸盐累积的问题。
附图说明
图1为本申请的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置的结构示意图。
图示中的附图标记说明如下：1、原水箱；2、铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器；3、除磷除有机物出水水箱；4、短程硝化反应器；5、短程硝化出水水箱；1.1、第一进水管；1.2、第一放空管；1.3、第一溢流管；2.1、铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵；2.2、搅拌装置Ⅰ；2.3、第二溢流管；2.4、第二放空管；2.5、pH传感探头Ⅰ；2.6、加热棒Ⅰ；2.7、pH测定仪；2.8、温度控制器Ⅰ；2.9、出水阀Ⅰ；2.10、出水阀Ⅱ；2.11、铁刨花填料；2.12、铁刨花填料承托板；2.13、承接块；3.1、第三进水管；3.2、第三放空管；3.3、第三溢流管；4.1、短程硝化液进水泵；4.2、短程硝化反应器进水泵；4.3、搅拌装置Ⅱ；4.4、pH传感探头Ⅱ；4.5、DO传感探头；4.6、加热棒Ⅱ；4.7、pH和DO测定仪；4.8、温度控制器Ⅱ；4.9、第四放空管；4.10、第四溢流管；4.11、曝气泵；4.12、气体流量计；4.13、微孔曝气头；4.14、短程硝化反应器出水阀；5.1、第五进水管；5.2、第五放空管；5.3、第五溢流管。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
实施例1
本实施例提供一种铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置，用于实现城市污水同步脱氮除磷。
如图1所示，本实施例的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置，包括原水箱1、铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2、除磷除有机物出水水箱3、短程硝化反应器4、短程硝化出水水箱5。
具体的，铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵2.1与原水箱1相连，用于将城市污水原水由原水箱1注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2中，铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2采用出水阀Ⅰ2.9与除磷除有机物出水水箱3相连，用于将除磷及除有机物出水排入除磷除有机物出水水箱3，铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2内部设有铁刨花填料2.11、铁刨花填料承托板2.12、承接块2.13，与铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵2.1连接的进水口上方设置有互相对称的四个承接块2.13，铁刨花填料承托板2.12置于四个承接块2.13上，铁刨花填料2.11用铅丝固定在铁刨花填料承托板2.13上。
短程硝化反应器4通过短程硝化反应器进水泵4.2与除磷除有机物出水水箱3相连，用于将除磷除有机物出水水箱3中的除磷及除有机物出水注入短程硝化反应器4中，短程硝化反应器4采用短程硝化反应器出水阀4.14与短程硝化出水水箱5相连，用于将短程硝化反应后的短程硝化液排入短程硝化出水水箱5，铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2通过短程硝化液进水泵4.1与短程硝化出水水箱5相连，用于将短程硝化出水水箱5中的短程硝化液注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2，短程硝化液经厌氧氨氧化反应深度脱氮后，最终通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2的出水阀Ⅱ2.10出水。
本申请采用铁碳微电解技术耦合厌氧氨氧化工艺处理城市污水，在实现同步脱氮除磷的同时，协同铁碳原料中的零价铁和原电池反应生成的亚铁离子作为电子供体还原硝酸盐氮生成氮气，有效参与氮素转变过程。同时，铁离子也可以通过静电中和与带负电荷的微生物细胞结合，促进微生物聚集体的形成，从而加速厌氧氨氧化污泥的颗粒化进程。铁碳微电解除磷过程将吸收废水中的溶解氧，为内源反硝化/厌氧氨氧化工艺创造厌氧环境。
为进一步实现城市污水的稳定深度脱氮，本申请采用厌氧氨氧化工艺与内源反硝化相耦合的方法，利用城市污水中的碳源通过反硝化作用去除硝酸盐氮，而且内源反硝化聚糖菌能将外源有机物内源化，避免了有机物存在对厌氧氨氧化菌活性的抑制，也提高了***的抗冲击负荷能力。所以，内源反硝化能更好的应用于水质波动变化大、有机物成分复杂的实际城市污水的深度脱氮。
因此，本申请将铁碳微电解技术与内源反硝化/厌氧氨氧化工艺耦合，对城市污水进行同步脱氮除磷处理。
本申请设计了操作简单、“以废治废”的铁刨花除磷单元，并结合微量铁元素对厌氧氨氧化菌的生长代谢有益，对亚硝化反应有显著的促进作用，以及有利于加快厌氧氨氧化污泥的颗粒化进程等特点，耦合铁碳微电解和厌氧氨氧化同步脱氮除磷，既保障了稳定高效的脱氮除磷，又实现了对污水物理、化学、生物的协同处理。
本申请双污泥***为短程硝化菌和厌氧氨氧化菌分别提供了好氧和厌氧环境，有利于各自实现功能菌效能最大化，耦合反硝化聚糖菌的内源反硝化作用，保障了整个脱氮***在处理实际城市污水时性能稳定，脱氮效果好，且能耗低。
需要说明的是，本实施例中的原水箱1、除磷除有机物出水水箱3和短程硝化出水水箱5的进出水均通过水管进行导水。例如本申请中提及的铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2采用出水阀Ⅰ2.9与除磷除有机物出水水箱3相连，应理解为铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2上的出水阀Ⅰ2.9采用水管与除磷除有机物出水水箱3相连，且该水管贯穿除磷除有机物出水水箱3的壳体深入内部，用于将铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2的除磷及除有机物出水导入除磷除有机物出水水箱3中，其余同理。
为了进一步提高装置使用的便利性，在另一实施例中，原水箱1上设有第一进水管1.1、第一放空管1.2和第一溢流管1.3；除磷除有机物出水水箱3上设有第三进水管3.1、第三放空管3.2和第三溢流管3.3；短程硝化出水水箱5上设有第五进水管5.1、第五放空管5.2和第五溢流管5.3。
其中，进水管的作用是将水体注入水箱，放空管的作用是将水箱排空，溢流管的作用是平衡压力且排出水箱内多余液体。
为了便于控制铁碳微电解和内源反硝化/厌氧氨氧化的条件，在另一实施例中，铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2的内部设有搅拌装置Ⅰ2.2、pH传感探头Ⅰ2.5、加热棒Ⅰ2.6，所述pH传感探头Ⅰ2.5连接在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2外部的pH测定仪2.7上，所述加热棒Ⅰ2.6连接在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2外部的温度控制器Ⅰ2.8；铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2的壁上设有第二溢流管2.3、第二放空管2.4以及出水阀Ⅰ2.9和出水阀Ⅱ2.10。
短程硝化反应器4的内部设有搅拌装置Ⅱ4.3、pH传感探头Ⅱ4.4、DO传感探头4.5、加热棒Ⅱ4.6，所述pH传感探头Ⅱ4.4和DO传感探头4.5连接在短程硝化反应器4外部的pH和DO测定仪4.7，所述加热棒Ⅱ4.6连接在短程硝化反应器4外部的温度控制器Ⅱ4.8；短程硝化反应器4的底部设有微孔曝气头4.13，所述微孔曝气头4.13连接在短程硝化反应器4外部的气体流量计4.12上，所述气体流量计4.12连接有曝气泵4.11；短程硝化反应器4的壁上设有第四溢流管4.10、第四放空管4.9以及所述短程硝化反应器出水阀4.14。
本实施例提供的反应器对条件的控制更加准确，且运行稳定，易于实现城市污水的同步脱氮除磷。
实施例2
本实施例中提供一种铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，该方法基于上述任一实施例所述的装置完成。
具体的，铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，包括以下步骤：
1)接种启动阶段：在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2中接种实验室培养成功的厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥浓度控制为2000～3000mg/L；在短程硝化反应器4中接种实验室培养成功的短程硝化污泥，污泥浓度控制为3000～4000mg/L；
2)实际运行阶段：以城市污水原水为处理对象，启动铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵2.1将原水箱1中的城市污水原水注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2中，城市污水原水与厌氧氨氧化颗粒污泥混合均匀且与铁刨花填料2.11充分接触反应，以达到二次除磷且助于Anammox菌的生长的效果，密闭厌氧搅拌2.0～3.0h，然后沉淀20～30min，再通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2的出水阀Ⅰ2.9将除磷及除有机物出水排入除磷除有机物出水水箱3，排水比为60～70％。
启动短程硝化反应器进水泵4.2将除磷及除有机物出水由除磷除有机物出水水箱3注入短程硝化反应器4，先缺氧搅拌30～60min，再曝气2.0～2.5h，并控制溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L，后沉淀30～40min，再通过短程硝化反应器出水阀4.14将短程硝化液排入短程硝化出水水箱5，排水比为60～70％；启动短程硝化液进水泵4.1将短程硝化液由短程硝化出水水箱5再次注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2，先密闭缺氧搅拌2.0～3.0h，后沉淀20～30min，最终出水通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2的出水阀Ⅱ2.10排出，排水比为60～70％。
本实施例的脱氮方法是将反硝化聚糖菌和厌氧氨氧化菌结合到同一反应器中，首先利用反硝化聚糖菌将城市污水原水中的外源碳转化为内碳源储存于细胞体内，厌氧聚碳完成后，注入短程硝化反应器发生短程硝化反应后富含NO2 --N的短程硝化出水，氨氮和亚硝酸盐主要通过厌氧氨氧化反应转化为氮气和少量硝酸盐，同时一部分亚硝酸盐和硝酸盐可通过内源反硝化反应转化为N2，从而实现城市污水深度脱氮除磷的目的。
为了准确控制铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2内的NO2 --N/NH4 +-N比，在一实施例中，在短程硝化液进水泵4.1将短程硝化液由短程硝化出水水箱5再次注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2的阶段，通过控制短程硝化液进水泵4.1的运行时间，将铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2内的NO2 --N/NH4 +-N的浓度比值控制在1.0～1.5之间。
本实施例的除磷方法是利用铁刨花与城市污水进行铁碳微电解反应，利用原电池反应产生的大量Fe2+和Fe3+与磷酸根形成难溶盐或由其水解胶体凝聚将磷酸盐沉淀去除。所以，在电解过程中产生的沉淀容易堆积在铁屑表面，使铁刨花表面钝化，影响处理效果。
为了长期保持高效的除磷效果，需要对铁刨花进行除磷功效的恢复。在另一实施例中，铁刨花填料2.11需要定期进行酸洗除去表面沉积物，以恢复除磷功效，在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2停止运行期间，将可拆卸的铁刨花填料承托板2.12连带铁刨花填料2.11取出，先用10％的稀盐酸浸泡铁刨花填料3min，后用清水冲洗3遍，除去表面沉积物；酸洗频率由铁刨花填料表面沉积物变化情况来确定，例如每五天一次。
本实施例的步骤1)中的厌氧氨氧化污泥和短程硝化污泥均来源于实验室自主培养，也可以从市场上购买。
本实施例的步骤2)铁刨花填料来源于机械加工厂铁制品切削废料。
以下通过实施例进一步说明本申请的有益效果。
试验例
本实施例采用杭州某污水处理厂初沉池出水作为城市污水原水，具体水质如下：COD浓度为192.3±22.8mg/L，
浓度为51.2±4.5mg/L，
浓度为0.4±0.2mg/L，NO-3-N浓度为0.6±0.4mg/L，TN浓度为57.8±4.9mg/L，TP浓度为5.7±0.8mg/L。
试验基于本申请的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化工艺同步脱氮除磷装置进行，其中原水箱1有效容积为50L，铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2和短程硝化反应器4有效容积为6L，除磷及有机物出水水箱3和短程硝化出水水箱5有效容积为25L，水箱和反应器均采用有机玻璃制成；铁刨花填料2.11装填铁刨花1503.6g，装填体积为2102.9cm3，在装填过程中具有较小的堆积密度，仅为715kg/m3。
运行方式按照以下步骤进行：
(1)打开铁碳微电解耦合厌氧氨氧化***进水泵2.1将3.6L城市污水由原水箱1注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2，进水混合后厌氧搅拌2.0h，进行充分的厌氧聚碳反应，沉淀45min泥水分离，将出水上清液排入除磷及有机物出水水箱3，排水比为60％，该出水的COD浓度为75.4±12.9mg/L，
浓度为30.7±4.5mg/L，TN浓度为34.7±5.0mg/L，TP浓度为1.9±0.3mg/L。
(2)打开短程硝化***进水泵4.2，将3.6L除磷及有机物出水注入短程硝化反应器4，缺氧搅拌30min，再曝气1.5h，控制曝气阶段DO浓度为0.5～1.0mg/L，曝气结束后沉淀30min，短程硝化出水排入短程硝化出水水箱5，排水比为60％，短程硝化出水的COD浓度为32.5±9.4mg/L，
浓度为0.6±0.3mg/L，
浓度为16.5±3.2mg/L，TN浓度为19.2±2.9mg/L。
(4)打开短程硝化液进水泵4.1将3.6L短程硝化液再次注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器2，缺氧搅拌2.0h，进行厌氧氨氧化反应和反硝化反应，沉淀15min后，排出出水，排水比为60％。出水的COD浓度为33.2±4.7mg/L，
浓度为0.6±0.8mg/L，TN浓度为2.3±0.6mg/L，TP浓度为0.3±0.2mg/L，总铁浓度为0.8±0.5mg/L。
连续运行结果表明：该工艺处理实际城市污水时，可获得出水的COD浓度<40mg/L，
浓度<1.5mg/L，TN浓度<3mg/L，TP浓度<0.5mg/L，总铁浓度＜1.5mg/L，TN去除率达到90％以上，TP去除率达到90％以上。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置，其特征在于，所述铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置包括：原水箱(1)、铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)、除磷除有机物出水水箱(3)、短程硝化反应器(4)、短程硝化出水水箱(5)，其中：
所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵(2.1)与原水箱(1)相连，用于将城市污水原水由原水箱(1)注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)中，所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)采用出水阀Ⅰ(2.9)与所述除磷除有机物出水水箱(3)相连，用于将除磷及除有机物出水排入除磷除有机物出水水箱(3)，所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)内部设有铁刨花填料(2.11)、铁刨花填料承托板(2.12)、承接块(2.13)，与铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵(2.1)连接的进水口上方设置有互相对称的四个承接块(2.13)，所述铁刨花填料承托板(2.12)置于四个承接块(2.13)上，所述铁刨花填料(2.11)用铅丝固定在铁刨花填料承托板(2.13)上；
所述短程硝化反应器(4)通过短程硝化反应器进水泵(4.2)与所述除磷除有机物出水水箱(3)相连，用于将除磷除有机物出水水箱(3)中的除磷及除有机物出水注入短程硝化反应器(4)中，所述短程硝化反应器(4)采用短程硝化反应器出水阀(4.14)与短程硝化出水水箱(5)相连，用于将短程硝化反应后的短程硝化液排入短程硝化出水水箱(5)，所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)通过短程硝化液进水泵(4.1)与短程硝化出水水箱(5)相连，用于将短程硝化出水水箱(5)中的短程硝化液注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)，短程硝化液经厌氧氨氧化反应深度脱氮后，最终通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)的出水阀Ⅱ(2.10)出水。
2.如权利要求1所述的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置，其特征在于，所述原水箱(1)上设有第一进水管(1.1)、第一放空管(1.2)和第一溢流管(1.3)；
所述除磷除有机物出水水箱(3)上设有第三进水管(3.1)、第三放空管(3.2)和第三溢流管(3.3)；
所述短程硝化出水水箱(5)上设有第五进水管(5.1)、第五放空管(5.2)和第五溢流管(5.3)。
3.如权利要求1所述的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置，其特征在于，所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)的内部设有搅拌装置Ⅰ(2.2)、pH传感探头Ⅰ(2.5)、加热棒Ⅰ(2.6)，所述pH传感探头Ⅰ(2.5)连接在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)外部的pH测定仪(2.7)上，所述加热棒Ⅰ(2.6)连接在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)外部的温度控制器Ⅰ(2.8)；
所述铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)的壁上设有第二溢流管(2.3)、第二放空管(2.4)以及所述出水阀Ⅰ(2.9)和所述出水阀Ⅱ(2.10)。
4.如权利要求1所述的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷装置，其特征在于，所述短程硝化反应器(4)的内部设有搅拌装置Ⅱ(4.3)、pH传感探头Ⅱ(4.4)、DO传感探头(4.5)、加热棒Ⅱ(4.6)，所述pH传感探头Ⅱ(4.4)和DO传感探头(4.5)连接在短程硝化反应器(4)外部的pH和DO测定仪(4.7)，所述加热棒Ⅱ(4.6)连接在短程硝化反应器(4)外部的温度控制器Ⅱ(4.8)；
所述短程硝化反应器(4)的底部设有微孔曝气头(4.13)，所述微孔曝气头(4.13)连接在短程硝化反应器(4)外部的气体流量计(4.12)上，所述气体流量计(4.12)连接有曝气泵(4.11)；
所述短程硝化反应器(4)的壁上设有第四溢流管(4.10)、第四放空管(4.9)以及所述短程硝化反应器出水阀(4.14)。
5.一种基于权利要求1所述装置的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，其特征在于，所述铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，包括以下步骤：
1)接种启动阶段：在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)中接种实验室培养成功的厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥浓度控制为2000～3000mg/L；在短程硝化反应器(4)中接种实验室培养成功的短程硝化污泥，污泥浓度控制为3000～4000mg/L；
2)实际运行阶段：以城市污水原水为处理对象，启动铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器进水泵(2.1)将原水箱(1)中的城市污水原水注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)中，城市污水原水与厌氧氨氧化颗粒污泥混合均匀且与铁刨花填料(2.11)充分接触反应，密闭厌氧搅拌2.0～3.0h，然后沉淀20～30min，再通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)的出水阀Ⅰ(2.9)将除磷及除有机物出水排入除磷除有机物出水水箱(3)，排水比为60～70％；启动短程硝化反应器进水泵(4.2)将除磷及除有机物出水由除磷除有机物出水水箱(3)注入短程硝化反应器(4)，先缺氧搅拌30～60min，将短程硝化反应器(4)内上周期残留的NO2 --N进行充分反硝化，再曝气2.0～2.5h，并控制溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L，后沉淀30～40min，再通过短程硝化反应器出水阀(4.14)将短程硝化液排入短程硝化出水水箱(5)，排水比为60～70％；启动短程硝化液进水泵(4.1)将短程硝化液由短程硝化出水水箱(5)再次注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)，先密闭缺氧搅拌2.0～3.0h，后沉淀20～30min，最终出水通过铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)的出水阀Ⅱ(2.10)排出，排水比为60～70％。
6.如权利要求5所述的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，其特征在于，所述步骤2)中，在短程硝化液进水泵(4.1)将短程硝化液由短程硝化出水水箱(5)再次注入铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)的阶段，通过控制短程硝化液进水泵(4.1)的运行时间，将铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)内的NO2 --N/NH4 +-N的浓度比值控制在1.0～1.5之间。
7.如权利要求5所述的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，其特征在于，所述步骤2)中的铁刨花填料(2.11)定期进行酸洗除去表面沉积物，以恢复除磷功效，在铁碳微电解耦合厌氧氨氧化反应器(2)停止运行期间，将铁刨花填料承托板(2.12)连带铁刨花填料(2.11)取出，先用10％的稀盐酸浸泡铁刨花填料(2.11)3min，后用清水冲洗3遍，除去表面沉积物。
8.如权利要求5所述的铁碳微电解耦合内源反硝化/厌氧氨氧化的脱氮除磷方法，其特征在于，所述步骤2)中的铁刨花填料(2.11)来源于机械加工厂铁制品切削废料。
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