本發(fā)明涉及一種水處理方法，具體涉及一種基于好氧顆粒污泥實(shí)現(xiàn)全自養(yǎng)脫氮廢水處理裝置及處理方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在污水處理領(lǐng)域中，全程硝化-反硝化過(guò)程是當(dāng)前最常用的生物脫氮工藝，其具有運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單和技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在處理能耗高、嚴(yán)重依賴碳源和剩余污泥產(chǎn)量大等亟待改善的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)低C/N比廢水的高效處理、追求更高出水要求、推進(jìn)物質(zhì)回收與能源自給等新目標(biāo)，基于厭氧氨氧化（anammox）技術(shù)的新型生物脫氮方法越來(lái)越獲得水處理行業(yè)的重視。其中，CANON（completely autotrophic nitrogen removal over nitrite）工藝是國(guó)內(nèi)外研究最為廣泛、實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用較早的全自養(yǎng)脫氮技術(shù)方法之一。從理論上講，CANON反應(yīng)過(guò)程需要硝化菌（AOB）與厭氧氨氧化菌（AMX）共同協(xié)作才能完成。首先，水中的一部分氨氮在好氧條件下由AOB轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，隨后剩余的氨氮與亞硝態(tài)氮在缺/厭氧條件下由AMX大部分轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴乃忻摮瑫r(shí)生成少量硝態(tài)氮。與最初的亞硝化-厭氧氨氧化兩單元串聯(lián)工藝不同，CANON工藝要求在單個(gè)反應(yīng)器中完成脫氮過(guò)程，因而常采用生物膜反應(yīng)器設(shè)計(jì)，運(yùn)行控制的要求也很高。

在高基質(zhì)負(fù)荷、高水力選擇壓的條件下，部分菌群能夠通過(guò)自適應(yīng)機(jī)制完成自固定過(guò)程，逐步實(shí)現(xiàn)顆?；?，不需要投加任何人工載體。好氧顆粒污泥作為一種特殊的生物膜技術(shù)，不僅可以有效截留生長(zhǎng)速率較慢的自養(yǎng)微生物，如AMX和AOB等，獲得遠(yuǎn)超傳統(tǒng)活性污泥的微生物總量，而且能夠利用各個(gè)方向的基質(zhì)傳質(zhì)與微生物生態(tài)位差異，形成由外到內(nèi)的多個(gè)功能分層，從而達(dá)到縮小反應(yīng)器體積和增強(qiáng)反應(yīng)器處理效能的目標(biāo)。因此，具備CANON反應(yīng)功能的好氧顆粒污泥（簡(jiǎn)稱：CANON顆粒污泥）被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)全自養(yǎng)生物脫氮過(guò)程的良好載體。

但需要注意的是，反應(yīng)裝置是進(jìn)行污水生化處理的場(chǎng)所，也是決定處理效果的關(guān)鍵因素，如中國(guó)專利CN103787499A公開了一種序批式全程自養(yǎng)脫氮顆粒污泥的高效運(yùn)行方法，采用周期培養(yǎng)方法，該運(yùn)行方法采用SBR反應(yīng)器；中國(guó)專利CN104261555A公開了一種在連續(xù)流反應(yīng)器中培養(yǎng)全程自養(yǎng)脫氮顆粒污泥的方法，該方法在連續(xù)流反應(yīng)器中運(yùn)行，該連續(xù)流反應(yīng)器的反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃精加工而成，反應(yīng)器底部安裝曝氣裝置和進(jìn)水口，在反應(yīng)器頂部安裝三相分離器，污泥經(jīng)三相分離器截留后，出水從反應(yīng)器頂部溢流堰流走，在反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)之間設(shè)置回流口，采用該連續(xù)流反應(yīng)器，其MLVSS為3.4g/L，反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為12h~24h。

現(xiàn)有的污水處理反應(yīng)裝置及其控制方法無(wú)法充分發(fā)揮CANON工藝的優(yōu)勢(shì)并確保其穩(wěn)定運(yùn)行，原因包括：（1）在現(xiàn)有裝置中，序批式生物反應(yīng)器（SBR）常用于好氧顆粒污泥的培養(yǎng)。盡管借助較高的水力選擇壓和基質(zhì)周期性變化等條件，SBR可以獲得良好的脫氮性能，但其容積利用率偏低，對(duì)自動(dòng)控制要求較高，與其他連續(xù)處理裝置較難連接，只適用于小規(guī)模污水處理的情形；（2）在現(xiàn)有裝置中，各類連續(xù)流反應(yīng)器能夠用于更大規(guī)模的污水處理，但很難獲得足夠的水力剪切力以維持顆粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。當(dāng)水中溶解氧濃度過(guò)高、氨氮濃度過(guò)低時(shí)，污泥中容易出現(xiàn)亞硝態(tài)氮氧化菌（NOB）過(guò)度生長(zhǎng)，從而嚴(yán)重破壞CANON反應(yīng)過(guò)程，削弱反應(yīng)器運(yùn)行的穩(wěn)定性；（3）在現(xiàn)有裝置中，當(dāng)曝氣反應(yīng)池與泥水分離裝置分開建造時(shí)，污泥內(nèi)回流的動(dòng)力通常由葉片式水泵提供，在該過(guò)程中顆粒污泥極易發(fā)生解體，從而失去脫氮功能。

因此，如何創(chuàng)新反應(yīng)裝置構(gòu)型設(shè)計(jì)及其控制方法，最大程度地適應(yīng)CANON顆粒污泥的結(jié)構(gòu)與功能特性，以獲得高效、穩(wěn)定的脫氮效能是推動(dòng)新型生物脫氮工藝實(shí)用化的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于好氧顆粒污泥實(shí)現(xiàn)全自養(yǎng)脫氮廢水處理裝置。

本發(fā)明同時(shí)還提供一種采用上述處理裝置處理廢水的方法，其充分發(fā)揮CANON工藝的優(yōu)越性，脫氮效率高、無(wú)需外加碳源、處理能耗低、剩余污泥少、出水水質(zhì)穩(wěn)定、適應(yīng)范圍較廣。

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于好氧顆粒污泥實(shí)現(xiàn)全自養(yǎng)脫氮廢水處理裝置，包括用于待處理廢水進(jìn)水的進(jìn)水管、用于處理后廢水出水的出水管及內(nèi)部填充有CANON顆粒污泥的反應(yīng)池，所述處理裝置還包括連接在所述反應(yīng)池底部的具有曝氣功能的曝氣升流管、與所述反應(yīng)池連接用于分離顆粒污泥和水的旋流分離器及連接在所述曝氣升流管和旋流分離器之間的用于回流顆粒污泥的污泥回流系統(tǒng)，所述曝氣升流管的一端由所述反應(yīng)池底部穿過(guò)并延伸至所述反應(yīng)池內(nèi)部，所述進(jìn)水管與所述曝氣升流管相連，所述出水管與所述旋流分離器相連。

優(yōu)選地，所述曝氣升流管包括與所述反應(yīng)池底部連接且一端部穿過(guò)所述反應(yīng)池底部并延伸至所述反應(yīng)池內(nèi)部的曝氣升流管本體及設(shè)置在所述曝氣升流管本體內(nèi)的曝氣頭，所述污泥回流系統(tǒng)與所述曝氣升流管本體相連，所述進(jìn)水管與所述曝氣升流管本體相連。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述曝氣升流管本體包括與所述反應(yīng)池底部連接且一端部穿過(guò)所述反應(yīng)池底部并延伸至所述反應(yīng)池內(nèi)部的圓管及一端部與所述圓管的另一端部連接的漸擴(kuò)管，所述進(jìn)水管與所述漸擴(kuò)管的另一端部相連，所述污泥回流系統(tǒng)與所述漸擴(kuò)管的側(cè)部相連，所述曝氣頭設(shè)置在所述漸擴(kuò)管內(nèi)。

更優(yōu)選地，所述漸擴(kuò)管的一端部的橫截面積大于所述漸擴(kuò)管的另一端部的橫截面積。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)池的池壁開設(shè)有出水堰，所述旋流分離器包括用于分離顆粒污泥和水的旋流分離器本體、與所述旋流分離器本體相連的進(jìn)水渠及一端與所述旋流分離器本體相連的用于排放水的出水渠，所述旋流分離器本體還與所述污泥回流系統(tǒng)相連，所述進(jìn)水渠與所述反應(yīng)池相連且所述進(jìn)水渠連接在所述出水堰處使得從所述出水堰流出的顆粒污泥和水的混合物進(jìn)入所述進(jìn)水渠然后進(jìn)入所述旋流分離器本體進(jìn)行顆粒污泥和水的分離，所述出水渠的另一端與所述出水管相連。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述旋流分離器本體包括與所述進(jìn)水渠和出水渠相連的旋流分離區(qū)、設(shè)置在所述旋流分離區(qū)下方的污泥沉降區(qū)及設(shè)置在所述污泥沉降區(qū)下方的泥斗，所述泥斗與所述污泥回流系統(tǒng)相連，所述泥斗上還連接有用于污泥排放的污泥排放管。

優(yōu)選地，所述污泥回流系統(tǒng)包括連接在所述曝氣升流管和旋流分離器之間的污泥回流管及設(shè)置在所述污泥回流管上的用于提供污泥回流動(dòng)力的螺桿泵。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)池內(nèi)按順序依次設(shè)置有第一隔墻、第二隔墻和第三隔墻將反應(yīng)池內(nèi)部分隔成按順序依次排列的第一廊道、第二廊道、第三廊道和第四廊道，所述第一隔墻的一端部、第三隔墻的一端部通過(guò)連接隔墻連接，所述第二隔墻的一端部與所述反應(yīng)池的側(cè)壁連接，使得所述第一廊道的一端部與所述第二廊道的一端部連通，所述第三廊道的一端部與所述第四廊道的一端部連通，所述第一廊道的另一端部和第四廊道的另一端部連通，所述第二廊道的另一端部和第三廊道的另一端部連通，所述第一廊道、第二廊道、第三廊道和第四廊道內(nèi)部均填充有所述CANON顆粒污泥，所述待處理廢水進(jìn)入所述反應(yīng)池后與所述CANON顆粒污泥混合后形成污泥混合液，所述污泥混合液在所述反應(yīng)池內(nèi)按順序依次流經(jīng)四個(gè)廊道，在所述反應(yīng)池內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一隔墻、第二隔墻、第三隔墻分別沿所述反應(yīng)池的長(zhǎng)度方向設(shè)置。

進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述第一隔墻、第二隔墻、第三隔墻三者相互平行。

進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述第一廊道的所述一端部和第二廊道的所述一端部通過(guò)第一弧形廊道連通，所述第三廊道的所述一端部和第四廊道的所述一端部通過(guò)第二弧形廊道連通，所述第二廊道的所述另一端部和第三廊道的所述另一端部通過(guò)第三弧形廊道連通，所述第一廊道的所述另一端部和第四廊道的所述另一端部通過(guò)第四弧形廊道通道。

具體地，所述第一弧形廊道、第二弧形廊道、第三弧形廊道內(nèi)分別設(shè)置有導(dǎo)流板。

具體地，所述曝氣升流管與所述第四弧形廊道底部連接且所述一端部由所述第四弧形廊道底部穿過(guò)并延伸至所述第四弧形廊道內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述處理裝置還包括設(shè)置在所述反應(yīng)池底的多個(gè)推流器。更優(yōu)選地，各所述推流器的安裝角度為斜向上12~14度。

優(yōu)選地，所述處理裝置還包括設(shè)置在所述反應(yīng)池底的曝氣管和加熱機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述CANON顆粒污泥為棕色或紅棕色球形或橢球形，其粒徑為0.5~1.4mm，5分鐘污泥沉降指數(shù)為20~25ml/g。

本發(fā)明中，所述CANON顆粒污泥中，脫氮功能菌包括以Nitrosomonas屬為主的AOB，所述Nitrosomonas屬占細(xì)菌總數(shù)的比例（相對(duì)豐度）優(yōu)選為11~38%；以Candidatus Kuenenia屬為主的AMX，所述Candidatus Kuenenia屬相對(duì)豐度優(yōu)選為4~10%；以Nitrospira屬為主的NOB，所述Nitrospira屬相對(duì)豐度優(yōu)選為低于3%；其他微生物還包括Saprospiraceae屬、Anaerolineaceae屬、Haliangium屬、Comamonadaceae屬、Phaeodactylibacter屬、Denitratisoma屬、Arenimonas屬、Rhodocyclaceae屬、Xanthomonadaceae屬等。

本發(fā)明采取另一技術(shù)方案是：

一種采用上述基于好氧顆粒污泥實(shí)現(xiàn)全自養(yǎng)脫氮廢水處理裝置處理廢水的方法，所述方法包括以下步驟：在反應(yīng)池內(nèi)填充CANON顆粒污泥，然后以從曝氣升流管連續(xù)進(jìn)水的方式啟動(dòng)裝置，啟動(dòng)后，待處理廢水與反應(yīng)池內(nèi)的顆粒污泥混合形成污泥混合液，污泥混合液在所述反應(yīng)池內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，流動(dòng)過(guò)程中，部分污泥混合液繼續(xù)在所述反應(yīng)池內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，另一部分污泥混合液進(jìn)入旋流分離器分離得到顆粒污泥和出水，部分顆粒污泥通過(guò)污泥回流系統(tǒng)回流至所述曝氣升流管內(nèi)，在曝氣氣流作用下，與待處理廢水混合后從所述曝氣升流管頂部溢流進(jìn)入所述反應(yīng)池內(nèi)，另一部分顆粒污泥排出旋流分離器。

其中，所述反應(yīng)池內(nèi)水力停留時(shí)間優(yōu)選為0.9~4.0h，氨氮容積負(fù)荷優(yōu)選為1.4~3.3 kg/(m³·d)，污泥混合液濃度（MLVSS）優(yōu)選為7000~13000 mg/L，污泥混合液中溶解氧/氨氮濃度比值（DO/NH₄⁺-N）優(yōu)選為0.10~0.25，其中，DO濃度優(yōu)選為0.8~1.5 mg/L，剩余NH₄⁺-N濃度不得低于4.0 mg/L；所述曝氣升流管內(nèi)水力停留時(shí)間為10~60s，表面氣速為水流上升流速的40~80倍。

優(yōu)選地，污泥停留時(shí)間優(yōu)選為40~65 d。

優(yōu)選地，反應(yīng)池內(nèi)pH值優(yōu)選為7.8~8.2，水溫優(yōu)選為25~32 ℃；。

優(yōu)選地，所述污泥回流的回流比為5%~20%。

優(yōu)選地，所述旋流分離器內(nèi)水力停留時(shí)間優(yōu)選為30~90 s。

優(yōu)選地，所述待處理廢水中氨氮（NH₄⁺-N）濃度范圍為70~500 mg/L，可降解有機(jī)物濃度（BOD₅）控制在NH₄⁺-N濃度的0.25倍以下，pH為7.5~8.5。

由于上述技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

為維持顆粒污泥結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，本發(fā)明的處理裝置采用曝氣升流管和旋流分離器的配合使用，確保顆粒污泥保持在顆粒狀態(tài)，及時(shí)洗脫絮狀污泥，并通過(guò)在低DO條件下，設(shè)置適宜的剩余氨氮濃度，有效抑制污泥中NOB的過(guò)度生長(zhǎng)。

本發(fā)明的處理裝置能夠充分發(fā)揮顆粒污泥沉降性能好的優(yōu)勢(shì)，有效截留生長(zhǎng)速率緩慢的自養(yǎng)微生物。

本發(fā)明中，MLVSS約為傳統(tǒng)活性污泥法（典型值2000~2500 mg/L）的3~7倍，對(duì)應(yīng)的氨氮容積負(fù)荷可達(dá)傳統(tǒng)活性污泥法（典型值0.1 kg/(m³·d)）的15~35倍。這意味著在處理相同規(guī)模的廢水時(shí)，本發(fā)明中廢水處理裝置的體積要遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)活性污泥法，有利于降低其建造成本。

采用本發(fā)明處理裝置處理廢水，能夠在低DO條件下處理各類低C/N廢水。

說(shuō)明書附圖

圖1為本發(fā)明處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明處理裝置的反應(yīng)池的第一廊道的側(cè)視圖（1-1斷面）。

圖3為本發(fā)明處理裝置的旋流分離器、污泥回流系統(tǒng)、曝氣升流管和反應(yīng)池的連接示意圖（2-2斷面）。

圖中，10、曝氣升流管；11、曝氣頭；12、圓管；13、漸擴(kuò)管；20、反應(yīng)池；201、第一隔墻；202、第二隔墻；203第三隔墻；204、連接隔墻；205、第一廊道；206、第二廊道；207、第三廊道；208、第四廊道；21、推流器；22、加熱機(jī)構(gòu)；23、曝氣管；24、導(dǎo)流板；25、出水堰；30、旋流分離器；31、進(jìn)水渠；32、出水渠；321、出水管；33、旋流分離區(qū)；34、污泥沉降區(qū)；35、泥斗；351、污泥排放管；40、污泥回流系統(tǒng)；41、螺桿泵；42、污泥回流管；50、CANON顆粒污泥；60、進(jìn)水管。

圖4為實(shí)施例一使用的好氧顆粒污泥照片。

圖5為實(shí)施例一使用的好氧顆粒污泥的微生物種群構(gòu)成圖。

圖6為實(shí)施例一的處理裝置對(duì)市政污水的處理效果圖。

圖7為實(shí)施例二使用的好氧顆粒污泥照片。

圖8為實(shí)施例二使用的好氧顆粒污泥的微生物種群構(gòu)成圖。

圖9為實(shí)施例二的處理裝置對(duì)高濃度氨氮廢水的處理效果圖。

具體實(shí)施方式

如圖1~3所示，本發(fā)明提供一種基于好氧顆粒污泥實(shí)現(xiàn)全自養(yǎng)脫氮處理裝置，包括用于待處理廢水進(jìn)水的進(jìn)水管60及內(nèi)部填充有CANON顆粒污泥50的反應(yīng)池20，該處理裝置還包括連接在反應(yīng)池20底部的具有曝氣功能的曝氣升流管10、與反應(yīng)池20連接用于分離顆粒污泥和水的旋流分離器30及連接在曝氣升流管10和旋流分離器30之間的用于回流顆粒污泥的污泥回流系統(tǒng)40，曝氣升流管10的一端由反應(yīng)池20底部穿過(guò)并延伸至反應(yīng)池20內(nèi)部，進(jìn)水管60與曝氣升流管10相連。

反應(yīng)池20為廊道回轉(zhuǎn)式反應(yīng)池，具體地，反應(yīng)池20內(nèi)按順序依次設(shè)置有第一隔墻201、第二隔墻202和第三隔墻203將反應(yīng)池20內(nèi)部分隔成按順序依次排列的第一廊道205、第二廊道206、第三廊道207和第四廊道208，第一隔墻201的一端部、第三隔墻203的一端部通過(guò)連接隔墻204連接，第二隔墻202的一端部與反應(yīng)池20的側(cè)壁連接，使得第一廊道205的一端部與第二廊道206的一端部連通，第三廊道207的一端部與第四廊道208的一端部連通，第一廊道205的另一端部與第四廊道208的另一端部連通，第二廊道206的另一端部與第三廊道207的另一端部連通，第一廊道205、第二廊道206、第三廊道207和第四廊道208均填充有CANON顆粒污泥，待處理廢水進(jìn)入反應(yīng)池20后與CANON顆粒污泥混合后形成污泥混合液，污泥混合液在反應(yīng)池20內(nèi)按順序依次流經(jīng)四個(gè)廊道，在反應(yīng)池20內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。

本實(shí)施方式中，第一隔墻201、第二隔墻202、第三隔墻203分別沿反應(yīng)池20的長(zhǎng)度方向設(shè)置且三者相互平行；第一廊道205的一端部和第二廊道206的一端部通過(guò)第一弧形廊道連通，第三廊道207的一端部和第四廊道208的一端部通過(guò)第二弧形廊道連通，第二廊道206的另一端部和第三廊道207的另一端部通過(guò)第三弧形廊道連通，第一廊道201的另一端部和第四廊道208的另一端部通過(guò)第四弧形廊道連通，第一弧形廊道、第二弧形廊道、第三弧形廊道內(nèi)分別設(shè)置有導(dǎo)流板24，具體地，導(dǎo)流板24設(shè)置在弧形廊道的中部。

本實(shí)施方式中，該處理裝置還包括設(shè)置在反應(yīng)池20底的多個(gè)推流器21。具體地，第一廊道205、第二廊道206、第三廊道207、第四廊道208和第四弧形廊道均分別設(shè)置多個(gè)推流器21。更具體地，推流器21設(shè)置在各廊道或弧形廊道的兩端部，采用多臺(tái)并聯(lián)方式，安裝角度優(yōu)選為斜向上12~14度。

具體地，第一廊道205、第二廊道206、第三廊道207和第四廊道208均為寬度和長(zhǎng)度一致的直廊道，直廊道長(zhǎng)寬比約為4~5:1，寬深（有效水深）比約為1:1~1.5；第一弧形廊道、第二弧形廊道、第三弧形廊道、第四弧形廊道為180度彎道，第一弧形廊道、第二弧形廊道、第三弧形廊道的彎道半徑一致且半徑與直廊道的寬度相同，第四弧形廊道的彎道半徑為直廊道寬度的2倍。

本實(shí)施方式中，該處理裝置還包括設(shè)置在反應(yīng)池20底的曝氣管23和加熱機(jī)構(gòu)22，具體地，在第一廊道205、第二廊道206、第三廊道207和第四廊道208內(nèi)均分別設(shè)置有曝氣管23和加熱機(jī)構(gòu)22，曝氣管23的曝氣服務(wù)面積約為直廊道面積的0.4~0.7倍，該加熱機(jī)構(gòu)22為電加熱管或熱蒸汽管道。

曝氣升流管10包括與反應(yīng)池20底部連接且一端部穿過(guò)反應(yīng)池20底部并延伸至反應(yīng)池20內(nèi)部的曝氣升流管本體及設(shè)置在曝氣升流管本體內(nèi)的曝氣頭11，污泥回流系統(tǒng)40與曝氣升流管本體相連。具體地，曝氣升流管本體包括與反應(yīng)池20底部連接且一端部穿過(guò)反應(yīng)池20底部并延伸至反應(yīng)池20內(nèi)部的圓管12及一端部與圓管12的另一端部連接的漸擴(kuò)管13，進(jìn)水管60與漸擴(kuò)管13的另一端部相連，污泥回流系統(tǒng)40與漸擴(kuò)管13的側(cè)部相連，曝氣頭11設(shè)置在漸擴(kuò)管13內(nèi)。漸擴(kuò)管13的與圓管12相連的一端的橫截面積大于漸擴(kuò)管13的與進(jìn)水管60相連的一端的橫截面積。

本實(shí)施方式中，圓管12的一端部由第四弧形廊道底部穿過(guò)而延伸至第四弧形廊道內(nèi)，具體位于第四弧形廊道的中部位置；圓管12的截面直徑優(yōu)選為直廊道寬度的0.2~0.4倍，高徑比為6~8:1，頂端與反應(yīng)池20中的水面平齊；漸擴(kuò)管13下截面（即與進(jìn)水管60相連的一端的截面）直徑優(yōu)選為直廊道寬度的0.1~0.2倍，上下截面直徑比值為2:1，高度優(yōu)選為直廊道寬度的0.4倍。

本發(fā)明中，反應(yīng)池20的池壁開設(shè)有出水堰25，旋流分離器30包括用于分離顆粒污泥和水的旋流分離器本體、與旋流分離器本體相連的進(jìn)水渠31及與旋流分離器本體相連的用于排放水的出水渠32，旋流分離器本體還與污泥回流系統(tǒng)相連，進(jìn)水渠31與反應(yīng)池20相連且進(jìn)水渠31連接在出水堰25處使得從出水堰25流出的顆粒污泥和水的混合物進(jìn)入進(jìn)水渠31然后進(jìn)入旋流分離器本體進(jìn)行顆粒污泥和水的分離。

旋流分離器本體包括與進(jìn)水渠31和出水渠32相連的旋流分離區(qū)33、設(shè)置在旋流分離區(qū)33下方的污泥沉降區(qū)34及設(shè)置在污泥沉降區(qū)34下方的泥斗35，泥斗35與污泥回流系統(tǒng)40相連，泥斗35上還連接有用于污泥排放的污泥排放管351。

該處理裝置還包括與出水渠32連接的出水管321。

本實(shí)施方式中，旋流分離區(qū)33呈圓柱形，橫截面直徑優(yōu)選為直廊道寬度的0.6~1倍，高（有效水深）徑比為0.4~0.6:1；污泥沉降區(qū)34呈圓柱形，橫截面直徑優(yōu)選為直廊道寬度的0.3~0.4倍，高徑比為1.5:1，其通過(guò)漸縮形結(jié)構(gòu)與旋流分離區(qū)33連接；泥斗35呈漸縮形結(jié)構(gòu)，上截面直徑與污泥沉降區(qū)34相等，下截面直徑和高度均為直廊道寬度的0.1~0.2倍。

本實(shí)施方式中，出水堰25的堰寬優(yōu)選為直廊道寬度的0.2~0.6倍，具體地，出水堰25開設(shè)在第四廊道208的側(cè)壁；進(jìn)水渠31包括與反應(yīng)池20連接的進(jìn)水渠一部及一端部與進(jìn)水渠一部相連、另一端部與旋流分離區(qū)33相連的進(jìn)水渠二部，進(jìn)水渠一部的長(zhǎng)度方向與進(jìn)水渠二部的長(zhǎng)度方向垂直，進(jìn)水渠一部的寬度與出水堰25的寬度相等，長(zhǎng)寬比為1~2:1，寬深（有效水深）比為1:0.8，進(jìn)水渠二部的長(zhǎng)度優(yōu)選為直廊道寬度的1~1.5倍，長(zhǎng)寬比為6~8:1，寬深（有效水深）比為1:1.5，其外側(cè)與旋流分離區(qū)33外沿相切；出水渠32包括與旋流分離區(qū)33相連的出水渠一部及一端部與出水渠一部相連、另一端部與出水管321相連的出水渠二部，出水渠一部的長(zhǎng)度方向與出水渠二部的長(zhǎng)度方向垂直，出水渠一部長(zhǎng)度優(yōu)選為直廊道寬度的1~1.5倍，長(zhǎng)寬比為2~3:1，寬深（有效水深）比為2~3:1，出水渠一部與進(jìn)水渠二部采用共壁合建，出水渠一部的中軸線穿過(guò)旋流分離區(qū)33橫截面圓心，出水渠二部的長(zhǎng)度優(yōu)選為直廊道寬度的0.5~1倍，長(zhǎng)寬比為1:1，寬深（有效水深）比為2:1，末端連接出水管321。

污泥回流系統(tǒng)40包括連接在曝氣升流管10和旋流分離器30之間的污泥回流管41及設(shè)置在污泥回流管41上的用于提供污泥回流動(dòng)力的螺桿泵42。

采用上述處理裝置處理廢水，待處理廢水中氨氮（NH₄⁺-N）的濃度范圍優(yōu)選為70~500 mg/L，可降解有機(jī)物濃度（BOD₅）需控制在NH₄⁺-N濃度的0.25倍以下，pH優(yōu)選為7.5~8.5。

具體處理方法包括以下步驟：

在反應(yīng)池20內(nèi)填充CANON顆粒污泥，然后以從曝氣升流管本體連續(xù)進(jìn)水的方式啟動(dòng)裝置，裝置啟動(dòng)后，待處理廢水與反應(yīng)池20內(nèi)的顆粒污泥混合形成污泥混合液，運(yùn)行過(guò)程中，待處理廢水從進(jìn)水管60進(jìn)入曝氣升流管本體，在曝氣氣流作用下，與污泥回流管42回流的顆粒污泥形成混合液并呈升流狀態(tài)，最終從圓管12頂部溢流進(jìn)入第四弧形廊道，與反應(yīng)池20內(nèi)顆粒污泥和水混合；曝氣升流管本體內(nèi)水力停留時(shí)間為10~60s，表面氣速為水流上升流速的40~80倍；在水下推流器21作用下，依次流經(jīng)第一廊道205、第二廊道206、第三廊道207和第四廊道208，然后回到第一廊道205，混合液在反應(yīng)池20內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中，部分混合液從出水堰25流出反應(yīng)池20，進(jìn)入進(jìn)水渠31，經(jīng)進(jìn)水渠31沿切線方向流入旋流分離區(qū)33，旋流分離區(qū)33內(nèi)的水力停留時(shí)間優(yōu)選為30~90s；顆粒污泥在離心力作用下從水中分離，并沿內(nèi)壁向下進(jìn)入污泥沉降區(qū)34，處理后的廢水經(jīng)出水渠32排出；分離后的顆粒料污泥在重力作用下在污泥沉降區(qū)34得到進(jìn)一步濃縮，大部分經(jīng)泥斗35進(jìn)入到污泥回流管42，其他可通過(guò)污泥排放管351排出。

其中，反應(yīng)池水力停留時(shí)間優(yōu)選為0.9~4.0 h，氨氮容積負(fù)荷優(yōu)選為1.4~3.3 kg/(m³·d)，污泥混合液濃度（MLVSS）優(yōu)選為7000~13000 mg/L，污泥停留時(shí)間優(yōu)選為40~65 d；在線監(jiān)測(cè)混合液pH， pH范圍優(yōu)選為7.8~8.2，并通過(guò)向待處理廢水中投加酸堿進(jìn)行調(diào)節(jié)；反應(yīng)池內(nèi)水溫優(yōu)選為25~32 ℃，在線監(jiān)測(cè)水溫變化，利用池底加熱管和使用熱空氣曝氣進(jìn)行加熱，并采取池體加蓋等保溫措施；混合液中溶解氧/氨氮濃度比值（DO/NH₄⁺-N）優(yōu)選為0.10~0.25，其中，DO濃度優(yōu)選為0.8~1.5 mg/L，剩余NH₄⁺-N濃度不得低于4.0 mg/L。

上述技術(shù)方案中，對(duì)混合液中DO和NH₄⁺-N濃度實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣量、污泥回流量和水力停留時(shí)間等參數(shù)來(lái)控制；當(dāng)DO濃度持續(xù)增大時(shí)，應(yīng)在確保顆粒污泥能夠處于完全流化狀態(tài)的條件下，適當(dāng)調(diào)低曝氣量，增大污泥回流比，反之，適當(dāng)調(diào)高曝氣量，降低污泥回流比；當(dāng)剩余NH₄⁺-N濃度持續(xù)降低時(shí)，應(yīng)在確保DO/NH₄⁺-N相對(duì)穩(wěn)定的條件下，適當(dāng)縮短反應(yīng)池水力停留時(shí)間，降低污泥回流比，反之，適當(dāng)延長(zhǎng)反應(yīng)池水力停留時(shí)間，增大污泥回流比；污泥回流比優(yōu)選為5%~20%。

綜上所述，本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 充分發(fā)揮顆粒污泥沉降性能好的優(yōu)勢(shì)，有效截留生長(zhǎng)速率緩慢的自養(yǎng)微生物。在本發(fā)明中，反應(yīng)池中的生物量（MLVSS）約為傳統(tǒng)活性污泥法（典型值2000~2500 mg/L）的3~7倍，對(duì)應(yīng)的氨氮容積負(fù)荷可達(dá)傳統(tǒng)活性污泥法（典型值0.1 kg/(m³·d)）的15~35倍。這意味著在處理相同規(guī)模的廢水時(shí)，本發(fā)明中廢水處理裝置的體積要遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)活性污泥法，有利于降低其建造成本；

(2) 目前，為維持顆粒污泥結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通常采用高徑比較大的SBR反應(yīng)器，并要求其在較大水力選擇壓的條件下運(yùn)行，因而不適用于大規(guī)模的廢水處理。與之相比，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)廢水連續(xù)處理的同時(shí)，可以借助曝氣升流管較高的水力剪切力、適宜的剩余氨氮濃度與旋流分離器較大的淘汰壓，確保顆粒污泥空間形態(tài)的穩(wěn)定，有效抑制NOB過(guò)度生長(zhǎng)，并及時(shí)洗脫絮狀污泥；

(3) 在傳統(tǒng)生物脫氮反應(yīng)器中，通常需交替設(shè)置好氧（DO濃度>2 mg/L）、缺氧區(qū)域及內(nèi)回流系統(tǒng)，同時(shí)要求待處理水具有較高的碳氮比（C/N≮4~6），以確保異養(yǎng)反硝化步驟的順利進(jìn)行，這些使得系統(tǒng)的運(yùn)行成本較高，剩余污泥產(chǎn)量較大。與之相比，本發(fā)明基于好氧顆粒污泥實(shí)現(xiàn)了CANON工藝的全自養(yǎng)脫氮處理功能，無(wú)需設(shè)置內(nèi)回流，并能在低DO條件下處理各類低C/N廢水；其次，本發(fā)明設(shè)定的污泥停留時(shí)間遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)活性污泥法（典型值≯14 d），因而剩余污泥產(chǎn)量很小，有利于降低后續(xù)污泥處理的成本；此外，本發(fā)明中旋流分離器的水力停留時(shí)間遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的二沉池（典型值1~2 h），可顯著降低建造成本，同時(shí)，顆粒污泥在沉降區(qū)內(nèi)得到充分濃縮，使得污泥回流比遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)活性污泥法的50%，這也有利于降低廢水處理裝置的運(yùn)行能耗；

(4) 本發(fā)明提供的處理方法中，圍繞DO/NH₄⁺-N這一核心參數(shù)，針對(duì)好氧顆粒污泥提出了曝氣量、水力停留時(shí)間和污泥量（污泥回流比）等多參數(shù)協(xié)同的控制思路，這使得本發(fā)明中廢水處理裝置具有很強(qiáng)的水質(zhì)適應(yīng)性，能夠應(yīng)對(duì)大跨度的進(jìn)水氨氮（70~500 mg/L）條件，這是傳統(tǒng)生物脫氮反應(yīng)器的無(wú)法達(dá)到的。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一

本實(shí)施例采用的處理裝置的具體參數(shù)設(shè)置如下：

圓管12：截面直徑為32 mm，高徑比為7:1，頂部與反應(yīng)池20中水面齊平；

漸擴(kuò)管13：高度為48 mm，下截面直徑為16 mm；

反應(yīng)池20：總?cè)莘e約0.05 m³， 其中，直廊道寬度為120 mm，長(zhǎng)寬比為5:1，寬深（有效水深）比為1:1，第一廊道、第四廊道的曝氣服務(wù)面積比約為70%，第二廊道、第三廊道的曝氣服務(wù)面積比約為50%；

出水堰25：寬度60 mm；

進(jìn)水渠31：進(jìn)水渠一部寬度為60 mm，長(zhǎng)寬比為1:1，寬深（有效水深）比為1:0.8，進(jìn)水渠二部的長(zhǎng)度為180 mm，長(zhǎng)寬比為6:1，寬深（有效水深）比為1:1.5；

出水渠32：出水渠一部長(zhǎng)度為180 mm，長(zhǎng)寬比為2:1，寬深（有效水深）比為3:1，出水渠二部的長(zhǎng)度為60 mm，長(zhǎng)寬比為1:1，寬深（有效水深）比為2:1；

旋流分離區(qū)33：呈圓柱形，橫截面直徑為120 mm，有效水深50 mm；

污泥沉降區(qū)34：呈圓柱形，橫截面直徑為50 mm，高徑比為1.5:1，其通過(guò)漸縮形結(jié)構(gòu)與旋流分離區(qū)連接，高度20 mm；

泥斗35：呈漸縮形結(jié)構(gòu)，上截面直徑為50 mm，下截面直徑與高度均為20 mm。

本實(shí)施例使用的CANON顆粒污泥50如圖4所示，其微生物種群構(gòu)成如圖5所示，具體地，CANON顆粒污泥為棕色的橢球形，平均粒徑為0.8 mm，5分鐘SVI值約為21 ml/g；顆粒污泥50的微生物結(jié)構(gòu)可以描述為，AOB、AMX和NOB分別以Nitrosomonas屬、Candidatus Kuenenia屬和Nitrospira屬為主，對(duì)應(yīng)的相對(duì)豐度分別為12.6 %、4.5 %和0.4%，其他菌屬還包括Anaerolineaceae屬、Saprospiraceae屬、Arenimonas屬、Rhodocyclaceae屬、Xanthomonadaceae屬等。

采用本實(shí)施例的處理裝置處理經(jīng)厭氧反應(yīng)器預(yù)處理后的市政污水，其中，待處理市政污水：pH 7.5~8.0，NH₄⁺-N約70 mg/L，BOD₅<15 mg/L，SS<100 mg/L。

具體處理步驟為：

待處理市政污水以48 L/h流量由曝氣升流管本體底部的進(jìn)水管60流入，在曝氣氣流的作用下，與經(jīng)污泥回流管42回流的顆粒污泥形成混合液，最終從頂部溢流進(jìn)入廊道回轉(zhuǎn)式反應(yīng)池20中與反應(yīng)池20內(nèi)的顆粒污泥和水混合，反應(yīng)池20內(nèi)的混合液在水下推流器21作用下，依次流經(jīng)第一廊道205、第二廊道206、第三廊道207和第四廊道208，然后回到第一廊道205，混合液在反應(yīng)池20內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中，部分混合液經(jīng)第四廊道208上的出水堰25進(jìn)入進(jìn)水渠31，然后進(jìn)入旋流分離器30，其他部分繼續(xù)沿大彎道在反應(yīng)池20內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；流出的混合液在旋流分離區(qū)33的水力停留時(shí)間為40s，顆粒污泥50在離心力作用下從水中分離，并沿內(nèi)壁向下進(jìn)入污泥沉降區(qū)34，處理后廢水經(jīng)出水渠32排出，即完成廢水處理過(guò)程；分離后的顆粒污泥在重力作用下得到進(jìn)一步濃縮，濃縮后的污泥大部分經(jīng)泥斗35進(jìn)入到污泥回流系統(tǒng)40，少量通過(guò)污泥排放管351排出。

參數(shù)控制：曝氣升流管本體內(nèi)水力停留時(shí)間為14 s，水流上升流速為0.02 m/s，表面氣速控制在1.2 m/s；廊道回轉(zhuǎn)式反應(yīng)池20的總水力停留時(shí)間約為1.0 h，對(duì)應(yīng)的氨氮容積負(fù)荷為1.6 kg/(m³·d)，顆粒污泥50呈完全流化狀態(tài)，MLVSS濃度約為7000 mg/L，污泥停留時(shí)間控制在43~50 d；混合液pH為 7.8~8.2，借助電加熱管，控制水溫在28~30 ℃；調(diào)節(jié)曝氣量和污泥回流比，使混合液中DO/NH₄⁺-N穩(wěn)定在0.16~0.21，其中，DO濃度范圍為0.8~0.9 mg/L，剩余NH₄⁺-N的平均濃度為4.2 mg/L；控制螺桿泵41轉(zhuǎn)速，使污泥回流比在5%~10%之間，以維持反應(yīng)池20中MLVSS濃度相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)廢水連續(xù)處理。

使用本發(fā)明連續(xù)處理經(jīng)預(yù)處理的市政污水136天，運(yùn)行情況如附圖6所示。實(shí)施例1的結(jié)果表明，在無(wú)需外加碳源的條件下，本發(fā)明能夠在很短的水力停留時(shí)間（約1 h）內(nèi)，去除市政污水中85.9±3.5%的氨氮和82.7±1.4%的總氮，對(duì)應(yīng)的總氮去除負(fù)荷約為1.32 kg/(m³·d)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)活性污泥法的0.075~0.09 kg/(m³·d)。本發(fā)明處理出水中氨氮、總氮指標(biāo)均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求，剩余污泥產(chǎn)量極低（處理每噸污水產(chǎn)生剩余污泥10~25 g），反應(yīng)池中DO濃度水平較低，曝氣能耗得到有效控制。因此，經(jīng)放大后，本發(fā)明可用于現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水廠的提標(biāo)改造工程。

實(shí)施例2

本實(shí)施例采用的處理裝置的具體參數(shù)設(shè)置如下：

圓管12：截面直徑為40 mm，高徑比為8:1，頂部與反應(yīng)池20中水面齊平；

漸擴(kuò)管13：高度為60 mm，下截面直徑為20 mm；

反應(yīng)池20：總?cè)莘e約0.1 m³， 其中，直廊道寬度為150 mm，長(zhǎng)寬比為5:1，寬深（有效水深）比為1:1，第一廊道、第四廊道的曝氣服務(wù)面積比約為70%，第二廊道、第三廊道的曝氣服務(wù)面積比約為50%；

出水堰25：寬度50 mm；

進(jìn)水渠31：進(jìn)水渠一部寬度為50 mm，長(zhǎng)寬比為2:1，寬深（有效水深）比為1:0.8，進(jìn)水渠二部的長(zhǎng)度為240 mm，長(zhǎng)寬比為8:1，寬深（有效水深）比為1:1.5；

出水渠32：出水渠一部長(zhǎng)度為240 mm，長(zhǎng)寬比為2:1，寬深（有效水深）比為3:1，出水渠二部的長(zhǎng)度為80 mm，長(zhǎng)寬比為1:1，寬深（有效水深）比為2:1；

旋流分離區(qū)33：呈圓柱形，橫截面直徑為120 mm，有效水深60 mm；

污泥沉降區(qū)34：呈圓柱形，橫截面直徑為60 mm，高徑比為1.5:1，其通過(guò)漸縮形結(jié)構(gòu)與旋流分離區(qū)連接，高度30 mm；

泥斗35：呈漸縮形結(jié)構(gòu)，上截面直徑為60 mm，下截面直徑與高度均為30 mm。

本實(shí)施例使用的CANON顆粒污泥50如圖7所示，其微生物種群構(gòu)成如圖8所示，具體地，CANON顆粒污泥50為深紅棕色的橢球形，平均粒徑為1.1 mm，5分鐘SVI值約為23 ml/g；顆粒污泥50的微生物結(jié)構(gòu)可以描述為，AOB、AMX和NOB分別以Nitrosomonas屬、Candidatus Kuenenia屬和Nitrospira屬為主，對(duì)應(yīng)的相對(duì)豐度分別為36.3%、9.5%和1.1%，其他菌屬還包括Saprospiraceae屬、Anaerolineaceae屬、Comamonadaceae屬、Phaeodactylibacter屬、Haliangium屬、Denitratisoma屬等。

采用本實(shí)施例的處理裝置處理高濃度氨氮廢水，其中，高濃度氨氮廢水：pH 8.1~8.2，NH₄⁺-N 500 mg/L，BOD₅<50 mg/L。

具體處理步驟為：

待處理高濃度氨氮廢水以26 L/h流量由曝氣升流管本體底部的進(jìn)水管60流入，在曝氣氣流的作用下，與經(jīng)污泥回流管42回流的顆粒污泥形成混合液，最終從頂部溢流進(jìn)入廊道回轉(zhuǎn)式反應(yīng)池20中與反應(yīng)池20內(nèi)的顆粒污泥和水混合，反應(yīng)池20內(nèi)的混合液在水下推流器21作用下，依次流經(jīng)第一廊道205、第二廊道206、第三廊道207和第四廊道208，然后回到第一廊道205，混合液在反應(yīng)池20內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中，部分混合液經(jīng)第四廊道208上的出水堰25進(jìn)入進(jìn)水渠31，然后進(jìn)入旋流分離器30，其他部分繼續(xù)沿大彎道在反應(yīng)池20內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；流出的混合液在旋流分離區(qū)33的水力停留時(shí)間約為78 s，顆粒污泥50在離心力作用下從水中分離，并沿內(nèi)壁向下進(jìn)入污泥沉降區(qū)34，處理后廢水經(jīng)出水渠32排出，即完成廢水處理過(guò)程；分離后的顆粒污泥在重力作用下得到進(jìn)一步濃縮，濃縮后的污泥大部分經(jīng)泥斗35進(jìn)入到污泥回流系統(tǒng)40，少量通過(guò)污泥排放管351排出。

參數(shù)控制：曝氣升流管本體內(nèi)水力停留時(shí)間約為50 s，水流上升流速為0.64 cm/s，表面氣速控制在0.45 m/s；廊道回轉(zhuǎn)式反應(yīng)池20的總水力停留時(shí)間約為3.8 h，對(duì)應(yīng)的氨氮容積負(fù)荷為3.1 kg/(m³·d)，顆粒污泥50呈完全流化狀態(tài)，MLVSS濃度約為13000 mg/L，污泥停留時(shí)間控制在55~65 d；反應(yīng)池內(nèi)混合液pH為 7.8~8.2，借助電加熱管，控制水溫在28~30 ℃；調(diào)節(jié)曝氣量和污泥回流比，使混合液中DO/NH₄⁺-N穩(wěn)定在0.10~0.13，其中，DO濃度范圍為1.1~1.3 mg/L，剩余NH₄⁺-N的平均濃度為10.8 mg/L；控制螺桿泵41轉(zhuǎn)速，使污泥回流比在10%~20%之間，以維持反應(yīng)池20中MLVSS濃度相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)廢水連續(xù)處理。

使用本發(fā)明連續(xù)處理高濃度氨氮廢水120天，運(yùn)行情況如附圖9所示。實(shí)施例2的結(jié)果表明，在無(wú)需外加碳源的條件下，本發(fā)明能夠在較短的水力停留時(shí)間（約3.8h）內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了高濃度氨氮廢水的生化處理，對(duì)氨氮和總氮的去除率分別為97.9±0.5%和85.7±0.9%，對(duì)應(yīng)的總氮去除負(fù)荷高達(dá)2.66 kg/(m³·d)。本發(fā)明處理出水中氨氮指標(biāo)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）要求，經(jīng)放大后，可用于高濃度氨氮廢水的處理工程。

以上對(duì)本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，且本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。