技术领域：
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种同时实现城市污水处理和磷回收的装置和方法，特别是侧流除磷污水自养脱氮除磷工艺处理城市污水并实现磷回收的装置和方法。
背景技术：
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近年来，我国水体富营养化现象仍较为严重，其中氮磷是主要的污染因子之一。根据2014年中国环境状况公报：开展营养状态监测的61个湖泊(水库)中，贫营养的10个，中营养的36个，轻度富营养的13个，中度富营养的2个；对全国423条主要河流、62座重点湖泊(水库)的968个国控地表水监测断面(点位)开展了水质监测，发现i、ii、iii、iv、v、劣v类水质断面分别占3.4％、30.4％、29.3％、20.9％、6.8％、9.2％，且主要污染指标为化学需氧量、总磷和五日生化需氧量；在全国近岸海域国控监测点中，i类海水占28.6％，同比上升4.0个百分点；ii类占38.2％，同比下降3.6个百分点；iii类占7.0％，同比下降1.0个百分点；iv类占7.6％，同比上升0.6个百分点；劣iv类占18.6％，同比持平。主要污染指标为无机氮和活性磷酸盐。因此，我国对于氮磷的排放标准也要求的越来越严格，国家最新颁布的污水排放标准(gb18918-2002)中要求，所有排污单位最后出水氮磷的含量达到一级a排放标准，即要求出水总磷小于1mg/l，氨氮小于5mg/l，总氮小于15mg/l。
然而，自然界中的磷是一类不可再生、难以代替的资源。因此，除磷的同时实现污水中磷的资源化回收与利用具有非常广阔的前景，通过侧流除磷工艺来实现污水中磷的回收和资源化利用十分重要。因此，迫切需要设计一种新型的侧流除磷耦合自养脱氮除磷工艺，采用自养脱氮除磷sbbr反应器串联侧流除磷sbr反应器的方式，在实现城市污水脱氮除磷的同时，实现高浓度磷酸盐的回收。在自养脱氮除磷sbbr反应器中：一方面，采用短程硝化厌氧氨氧化技术可以实现污水中氮的去除，且无需有机碳源；另一方面，采用强化生物除磷技术可实现污水中磷的去除，污水中的有机碳源仅用于除磷，解决了城市污水在脱氮除磷过程中碳源不足的问题；在侧流除磷sbr反应器中，通过强化厌氧释磷但无好氧或缺氧吸磷环境的条件下，可实现高浓度磷酸盐的回收利用。
技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种侧流除磷污水自养脱氮除磷工艺处理城市污水并实现磷回收的装置和方法，在实现无外加碳源条件下城市污水高效、节能、稳定脱氮除磷的同时，实现污水中磷资源的回收及再利用。
为了实现上述目的，本发明所述同时实现城市污水处理和磷回收的装置主体结构包括城市污水原水水箱、自养脱氮除磷sbbr反应器、中间水箱、出水水箱、在线监测和反馈控制系统、二次释磷sbr反应器和磷回收水箱；城市污水原水水箱的左侧上部和右侧下部分别设有第一溢流管和放空管，城市污水原水水箱通过第一进水泵与自养脱氮除磷sbbr反应器相连接；自养脱氮除磷sbbr反应器内设置有第一搅拌桨，第一搅拌桨伸出自养脱氮除磷sbbr反应器并与第一搅拌器连接，自养脱氮除磷sbbr反应器的底部设有曝气头，曝气头与安装在自养脱氮除磷sbbr反应器外侧的气体流量计连接，气体流量计通过电磁阀与气泵相连；自养脱氮除磷sbbr反应器内安装有均与ph/do测定仪连接的ph传感器和do传感器，自养脱氮除磷sbbr反应器右侧下部自上而下依次设有排泥阀、采样口和第一电动排水阀，自养脱氮除磷sbbr反应器通过排泥阀与中间水箱相连接，通过第一电动排水阀与出水水箱相连接，出水水箱的右侧上部连接有第二溢流管；中间水箱通过第二进水泵与二次释磷sbr反应器的顶部相连接，二次释磷sbr反应器内安装有第二搅拌桨，第二搅拌桨伸出二次释磷sbr反应器并与第二搅拌器相连；二次释磷sbr反应器的底部通过第二电动排水阀与磷回收水箱相连接，磷回收水箱的右侧设有第三溢流管；二次释磷sbr反应器通过污泥回流泵与自养脱氮除磷sbbr反应器相连接；在线监测和反馈控制系统5包括计算机和可编程过程控制器，可编程过程控制器右侧内置信号转换器da转换接口和信号转换器ad转换接口，可编程过程控制器左侧自上而下依次置有曝气继电器、搅拌器继电器和ph/do数据信号接口；其中，信号转换器ad转换接口通过电缆线与计算机相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机；计算机通过信号转换器da转换接口与可编程过程控制器相连接，将计算机的数字指令传递给可编程过程控制器；曝气继电器与电磁阀相连接；搅拌器继电器与第一搅拌器相连接；ph/do数据信号接口与ph/do测定仪相连接。
本发明进行污水处理的过程为：城市污水通过第一进水泵由城市污水原水水箱抽入自养脱氮除磷sbbr反应器；在自养脱氮除磷sbbr反应器内，聚磷菌(paos)利用城市污水中的有机碳源进行厌氧释磷，并同时储存内碳源pha于体内；然后开启气泵并调控气体流量计，自养脱氮除磷sbbr反应器进入低氧曝气搅拌阶段，氨氧化菌(aob)利用城市污水中的氨氮进行短程硝化作用，并将其转化为亚硝态氮，同时，厌氧氨氧化菌(anammox)利用城市污水中的氨氮和短程硝化作用产生的亚硝态氮进行厌氧氨氧化作用，并将其转化为氮气和少量的硝态氮，以实现城市污水的自养脱氮，paos则利用体内储存的碳源pha进行好氧吸磷和缺氧反硝化除磷，以实现城市污水中的磷的去除；自养脱氮除磷sbbr反应器低氧曝气搅拌结束后进行排泥，排泥通过排泥阀排入中间水箱后经第二进水泵抽入二次释磷sbr反应器；自养脱氮除磷sbbr反应器排泥结束后进行沉淀排水，出水通过第一电动排水阀排入出水水箱；在二次释磷sbr反应器内进行厌氧搅拌，paos利用体内储存的pha进行二次释磷，以回收高浓度的磷酸盐；厌氧搅拌结束后，进行沉淀排水，出水经第二电动排水阀排入磷回收水箱，剩余污泥则经污泥回流泵回流至自养脱氮除磷sbbr反应器。
本发明处理城市污水并实现磷回收的具体步骤如下：
(1)将现有具有良好除磷性能的强化生物除磷系统的剩余污泥和具有良好脱氮性能的短程硝化污泥分别投加至自养脱氮除磷sbbr反应器内，使自养脱氮除磷sbbr反应器内悬浮活性污泥浓度达到1500～2500mg/l；将具有厌氧氨氧化脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至自养脱氮除磷sbbr反应器内，使自养脱氮除磷sbbr反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到自养脱氮除磷sbbr反应器有效容积的1/2～3/4；
(2)将城市污水加入城市污水原水水箱，启动第一进水泵将城市污水抽入自养脱氮除磷sbbr反应器内，先厌氧搅拌60～240min，再低氧曝气搅拌15～300min，当nh4+-n浓度＜1.0mg/l且po43--p浓度＜0.5mg/l时进行排泥，排泥先经排泥阀排入中间水箱后再经第二进水泵抽入二次释磷sbr反应器；此处的低氧曝气搅拌是指do浓度为＜1.0mg/l；自养脱氮除磷sbbr反应器排泥结束后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入出水水箱；
(3)自养脱氮除磷sbbr反应器的排泥第二进水泵抽入二次释磷sbr反应器后，进行厌氧搅拌60～240min，实现磷的二次释放，以达到回收高浓度磷酸盐的目的；厌氧搅拌结束后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入磷回收水箱，部分污泥则经污泥回流泵抽入自养脱氮除磷sbbr反应器，完成城市污水的处理和磷的回收。
本发明所述自养脱氮除磷sbbr反应器运行时需排泥，使自养脱氮除磷sbbr反应器内悬浮活性污泥浓度维持在1500～2500mg/l范围内。
本发明所述二次释磷sbr反应器运行时，不投加活性污泥，其活性污泥来源于自养脱氮除磷sbbr反应器低氧曝气搅拌阶段的排泥，并通过调控污泥回流泵的运行时间使二次释磷sbr反应器内活性污泥浓度维持在2000～3000mg/l；当二次释磷sbr反应器内活性污泥浓度＞3000mg/l时，增加污泥回流泵的运行时间；当二次释磷sbr反应器内活性污泥浓度＜2000mg/l时，减少污泥回流泵的运行时间。
本发明与现有技术相比，结合了短程硝化、厌氧氨氧化和强化生物除磷等新型生物脱氮除磷技术的优点，在实现城市污水自养脱氮的同时，去除污水中的磷，该发明还结合了侧流除磷工艺的优点，在保证城市污水脱氮除磷的同时，在侧流工艺中通过强化厌氧释磷实现污水中磷资源的回收，具体具有以下优点：一是将全程自养脱氮技术，将短程硝化厌氧氨氧化技术应用于城市污水的脱氮过程中，无需有机碳源，解决了城市污水脱氮除磷过程中碳源不足的问题；二是将强化生物除磷技术应用于城市污水的除磷过程中，城市污水中的有机碳源主要用于paos的内碳源储存，为后续侧流除磷反应器中磷的二次释放提供可能；三是将侧流除磷工艺与自养脱氮除磷工艺联合应用于城市污水的脱氮除磷和磷资源的回收，在保证城市污水高效、稳定脱氮除磷的同时，实现污水中磷资源的回收及再利用。
附图说明：
图1为本发明所述同时实现城市污水和磷回收的装置主体结构原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
本实施例所述同时实现城市污水处理和磷回收的装置主体结构包括城市污水原水水箱1、自养脱氮除磷sbbr反应器2、中间水箱3、出水水箱4、在线监测和反馈控制系统5、二次释磷sbr反应器6和磷回收水箱7；城市污水原水水箱1的左侧上部和右侧下部分别设有第一溢流管1.1和放空管1.2，城市污水原水水箱1通过第一进水泵2.1与自养脱氮除磷sbbr反应器2相连接；自养脱氮除磷sbbr反应器2内设置有第一搅拌桨2.4，第一搅拌桨2.4伸出自养脱氮除磷sbbr反应器2并与第一搅拌器2.3连接，自养脱氮除磷sbbr反应器2的底部设有曝气头2.8，曝气头2.8与安装在自养脱氮除磷sbbr反应器2外侧的气体流量计2.7连接，气体流量计2.7通过电磁阀2.6与气泵2.5相连；自养脱氮除磷sbbr反应器2内安装有均与ph/do测定仪2.12连接的ph传感器2.13和do传感器2.14，自养脱氮除磷sbbr反应器2右侧下部自上而下依次设有排泥阀2.9、采样口2.10和第一电动排水阀2.11，自养脱氮除磷sbbr反应器2通过排泥阀2.9与中间水箱3相连接，通过第一电动排水阀2.11与出水水箱4相连接，出水水箱4的右侧上部连接有第二溢流管4.1；中间水箱3通过第二进水泵6.1与二次释磷sbr反应器6的顶部相连接，二次释磷sbr反应器6内安装有第二搅拌桨6.3，第二搅拌桨伸出二次释磷sbr反应器6并与第二搅拌器6.2相连；二次释磷sbr反应器6的底部通过第二电动排水阀6.4与磷回收水箱7相连接，磷回收水箱7的右侧设有第三溢流管7.1；二次释磷sbr反应器6通过污泥回流泵2.2与自养脱氮除磷sbbr反应器2相连接；在线监测和反馈控制系统5包括计算机5.1和可编程过程控制器5.2，可编程过程控制器5.2右侧内置信号转换器da转换接口5.3和信号转换器ad转换接口5.4，可编程过程控制器5.2左侧自上而下依次置有曝气继电器5.5、搅拌器继电器5.6和ph/do数据信号接口5.7；其中，信号转换器ad转换接口5.4通过电缆线与计算机5.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机5.1；计算机5.1通过信号转换器da转换接口5.3与可编程过程控制器5.2相连接，将计算机5.1的数字指令传递给可编程过程控制器5.2；曝气继电器5.5与电磁阀2.6相连接；搅拌器继电器5.6与第一搅拌器2.3相连接；ph/do数据信号接口5.7与ph/do测定仪2.12相连接。
本实施例进行污水处理的过程为：城市污水通过第一进水泵2.1由城市污水原水水箱1抽入自养脱氮除磷sbbr反应器2；在自养脱氮除磷sbbr反应器2内，聚磷菌(paos)利用城市污水中的有机碳源进行厌氧释磷，并同时储存内碳源pha于体内；然后开启气泵2.5并调控气体流量计2.7，自养脱氮除磷sbbr反应器2进入低氧曝气搅拌阶段，氨氧化菌(aob)利用城市污水中的氨氮进行短程硝化作用，并将其转化为亚硝态氮，同时，厌氧氨氧化菌(anammox)利用城市污水中的氨氮和短程硝化作用产生的亚硝态氮进行厌氧氨氧化作用，并将其转化为氮气和少量的硝态氮，以实现城市污水的自养脱氮，paos则利用体内储存的碳源pha进行好氧吸磷和缺氧反硝化除磷，以实现城市污水中的磷的去除；自养脱氮除磷sbbr反应器2低氧曝气搅拌结束后进行排泥，排泥通过排泥阀2.9排入中间水箱3后经第二进水泵6.1抽入二次释磷sbr反应器6；自养脱氮除磷sbbr反应器2排泥结束后进行沉淀排水，出水通过第一电动排水阀2.11排入出水水箱4；在二次释磷sbr反应器6内进行厌氧搅拌，paos利用体内储存的pha进行二次释磷，以回收高浓度的磷酸盐；厌氧搅拌结束后，进行沉淀排水，出水经第二电动排水阀6.4排入磷回收水箱7，剩余污泥则经污泥回流泵2.2回流至自养脱氮除磷sbbr反应器2。
本实施例处理城市污水并实现磷回收的具体步骤如下：
(1)将现有具有良好除磷性能的强化生物除磷系统的剩余污泥和具有良好脱氮性能的短程硝化污泥分别投加至自养脱氮除磷sbbr反应器2内，使自养脱氮除磷sbbr反应器2内悬浮活性污泥浓度达到1500～2500mg/l；将具有厌氧氨氧化脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至自养脱氮除磷sbbr反应器2内，使自养脱氮除磷sbbr反应器2内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到自养脱氮除磷sbbr反应器2有效容积的1/2～3/4；
(2)将城市污水加入城市污水原水水箱1，启动第一进水泵2.1将城市污水抽入自养脱氮除磷sbbr反应器2内，先厌氧搅拌60240min，再低氧曝气搅拌15～300min，当nh4+-n浓度＜1.0mg/l且po43--p浓度＜0.5mg/l时进行排泥，排泥先经排泥阀2.9排入中间水箱3后再经第二进水泵6.1抽入二次释磷sbr反应器6；此处的低氧曝气搅拌是指do浓度为＜1.0mg/l；自养脱氮除磷sbbr反应器2排泥结束后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入出水水箱4；
(2)自养脱氮除磷sbbr反应器2的排泥第二进水泵6.1抽入二次释磷sbr反应器6后，进行厌氧搅拌60～240min，实现磷的二次释放，以达到回收高浓度磷酸盐的目的；厌氧搅拌结束后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入磷回收水箱7，部分污泥则经污泥回流泵2.2抽入自养脱氮除磷sbbr反应器2，完成城市污水的处理和磷的回收。
本实施例所述自养脱氮除磷sbbr反应器2运行时需排泥，使自养脱氮除磷sbbr反应器2内悬浮活性污泥浓度维持在1500～2500mg/l范围内。
本实施例所述二次释磷sbr反应器6运行时，不投加活性污泥，其活性污泥来源于自养脱氮除磷sbbr反应器2低氧曝气搅拌阶段的排泥，并通过调控污泥回流泵2.2的运行时间使二次释磷sbr反应器6内活性污泥浓度维持在2000～3000mg/l；当二次释磷sbr反应器6内活性污泥浓度＞3000mg/l时，增加污泥回流泵2.2的运行时间；当二次释磷sbr反应器6内活性污泥浓度＜2000mg/l时，减少污泥回流泵2.2的运行时间。
实施例2：
本实施例所述城市污水取自某大学家属区生活污水，具体水质如下：cod浓度为150～270mg/l，nh4+-n浓度为45～65mg/l，no2--n浓度<0.5mg/l，no3--n浓度<1mg/l，p浓度为3～7mg/l，采用的装置如图1所示，各反应器为有机玻璃材质，其中自养脱氮除磷sbbr反应器2有效容积为10l，二次释磷sbr反应器6有效容积为5l，具体过程如下：
(1)将现有具有良好除磷性能的强化生物除磷系统的剩余污泥和具有良好脱氮性能的短程硝化污泥分别投加至自养脱氮除磷sbbr反应器2内，使自养脱氮除磷sbbr反应器2内悬浮活性污泥浓度达到2000mg/l；将具有厌氧氨氧化脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至自养脱氮除磷sbbr反应器2内，使自养脱氮除磷sbbr反应器2内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到自养脱氮除磷sbbr反应器2有效容积的1/3；二次释磷sbr反应器6启动时不投加活性污泥；
(2)将城市污水加入城市污水原水水箱1，启动第一进水泵2.1将4l城市污水抽入自养脱氮除磷sbbr反应器2内，先厌氧搅拌180min，再低氧曝气搅拌240min，控制do浓度在0.3mg/l，并当nh4+-n浓度＜1.0mg/l且po43--p浓度＜0.5mg/l时进行排泥，2l排泥先经排泥阀2.9排入中间水箱3后经第二进水泵6.1抽入二次释磷sbr反应器6；自养脱氮除磷sbbr反应器2排泥结束后沉淀排水，排水比为0.35，出水排入出水水箱4；
(3)自养脱氮除磷sbbr反应器2的2l排泥经第二进水泵6.1抽入二次释磷sbr反应器6后，进行厌氧搅拌150min，实现磷的二次释放，以达到回收高浓度磷酸盐的目的；厌氧搅拌结束后沉淀排水，排水比为0.4，出水排入磷回收水箱7，部分污泥则经污泥回流泵2.2抽入自养脱氮除磷sbbr反应器2，完成污水的处理和磷的回收。
本实施例所述自养脱氮除磷sbbr反应器2运行时需排泥，使自养脱氮除磷sbbr反应器2内悬浮活性污泥浓度维持在2000mg/l左右。
本实施例所述二次释磷sbr反应器6运行时，活性污泥来源于自养脱氮除磷sbbr反应器2低氧曝气搅拌阶段的排泥，并通过调控污泥回流泵2.2的运行时间使二次释磷sbr反应器6内活性污泥浓度维持在2500mg/l左右；当二次释磷sbr反应器6内悬浮活性污泥浓度＞3000mg/l时，增加污泥回流泵2.2的运行时间；当二次释磷sbr反应器6内活性污泥浓度＜2000mg/l时，减少污泥回流泵2.2的运行时间。
本实施例的试验结果表明：运行稳定后，自养脱氮除磷sbbr反应器2出水cod浓度为39～49mg/l，nh4+-n浓度＜3mg/l，no2--n为＜1mg/l，no3--n＜5mg/l，tn浓度＜10mg/l，po43--p浓度＜0.5mg/l，出水可达一级a排放标准；二次释磷sbr反应器6出水po43--p浓度为9～18mg/l。