本发明属于废水生物处理技术领域，具体涉及一段式半亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合工艺处理城镇生活污水的方法。
背景技术：
目前城镇污水处理厂面临着日益严峻的提标改造要求，很多城镇污水处理厂出水水质要求由城镇污水处理厂污染物排放标准一级b标准提高到a标准，但是现有的传统生物脱氮工艺对于总氮去除率较差，且基建、运行费用较高，因此开发新型高效的生活污水处理技术、降低投资运行费用势在必行。
氧化沟工艺在城镇生活污水处理厂中应用十分广泛，属于活性污泥法的一种变型模式，因其构筑物为封闭的廊道状而得名。氧化沟通过曝气和搅拌设备，使混合液呈一定的速度向前推流前进，没有曝气的廊道形成缺氧区，氧化沟利用溶解氧在沟内的不同分布实现有机物和氮的去除。氧化沟工艺流程简单、操作管理方便、出水水质稳定，但是生活污水排放标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》（gb18918-2002）一级b提升到一级a标准后，该工艺达标较为困难且运行成本显著增加，限制了其进一步应用。
一段式半亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合工艺是利用亚硝酸菌、厌氧氨氧化菌间的协同作用，将氨氮转换为亚硝酸盐，利用氨氮及亚硝酸盐生成氮气，实现氮素的脱除，同时通过反硝化菌进一步提高总氮去除率，确保出水稳定达标。该耦合工艺将所有生化反应集中于一个反应器中，简化了工艺流程，减少了占地面积及基建费用，氨氮仅部分转化为亚硝态氮，减少了曝气量，降低了运行能耗，污泥处置费用也大大减少。在氧化沟内实现该耦合工艺，在高效提升氧化沟工艺总氮处理效果的同时，进一步降低运行成本，具有显著的社会、经济和环境效益。
但是，该工艺的核心功能菌种亚硝酸菌、厌氧氨氧化菌均为自养菌，工艺运行时间长，中试规模的厌氧氨氧化反应器往往启动就需要几个月时间，实际工程运用所需的启动时间则更久。此外，自养菌对温度、ph值敏感，污泥沉降性能差、污泥流失严重，且过程调控较为困难，严重制约了工艺的进一步应用。本发明提出一段式半亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合工艺处理城镇生活污水的方法，为该工艺的工程化提供了有力的技术支撑。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一段式半亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合工艺处理城镇生活污水的方法，解决了现有氧化沟工艺处理城镇生活污水总氮去除效果差、运行费用较高和半亚硝化-厌氧氨氧化工艺启动慢、运行调控困难、污泥流失严重的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一段式半亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合工艺处理城镇生活污水的方法，按照以下步骤进行：
步骤1：准备氧化沟、驯化成功的半亚硝化污泥、厌氧氨氧化污泥、挂有厌氧氨氧化生物膜的辫带式填料；
步骤2：在氧化沟内按质量比1:2加入准备好的半亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，使氧化沟中悬浮污泥浓度为3300~3400mg/l，同时在氧化沟内的非曝气区域悬挂有厌氧氨氧化生物膜的辫带式填料，增加氧化沟内厌氧氨氧化菌生物量；
步骤3：氧化沟采用连续流方式运行，廊道内设置底部推流推动水流，水力停留时间20小时；采用高负荷、低溶解氧浓度，同时分时段变气量曝气控制曝气强度的综合控制策略运行驯化；进水氨氮浓度110~130mg/l，逐步降低进水负荷；分廊道分时段变气量曝气，曝气区域溶解氧浓度控制在0.2mg/l，非曝气区域溶解氧浓度控制在0.1mg/l以下；维持ph为7.8~8.3，温度26~30℃；运行初期采用人工配水方式，氧化沟稳定运行且总氮去除效率达45%后，处理实际城镇污水。运行70天后总氮去除率保持在80%以上，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级a标准。
所述氧化沟每个廊道底部内设置潜水搅拌器推动水流，水力停留时间20小时。
所述悬浮污泥浓度为3300~3400mg/l，半亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按质量比1:2投加。
所述辫带式填料上附着有厌氧氨氧化生物膜，辫带式填料放置在氧化沟内的非曝气区域，以增加氧化沟内厌氧氨氧化菌生物量。
所述分廊道分时段变气量曝气，将氧化沟廊道划分为曝气区域和非曝气区域，曝气区域内按照4小时为一周期，前2小时曝气量为1m3/h，后2小时曝气量为2m3/h，交替进行，曝气区域溶解氧浓度控制在0.2mg/l，非曝气区域溶解氧浓度控制在0.1mg/l以下，曝气强度交替变化有利于提升短程硝化效果。
所述氧化沟的温度控制在26~30℃，ph为7.8~8.3。
所述工艺处理实际城镇污水，总氮去除率保持在80%以上，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级a标准。
在培养期间，可对进出水中cod、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等指标进行监测，以掌握工艺启动的进程。
本发明在氧化沟内的非曝气区域悬挂有厌氧氨氧化生物膜的辫带式填料，增加氧化沟内厌氧氨氧化菌生物量，同时将厌氧氨氧化菌保留在辫带式填料上，有效解决了厌氧氨氧化菌的污泥流失问题，有利于工艺的快速启动与稳定运行。
本发明在反应阶段，采用高负荷、低溶解氧浓度，同时分时段变气量曝气控制曝气强度的综合控制策略运行驯化将氧化沟廊道划分为曝气区域和非曝气区域，曝气区域内分时段变气量曝气控制，曝气强度交替变化有利于提升半亚硝化效果。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明通过在氧化沟内的非曝气区域悬挂有厌氧氨氧化生物膜的辫带式填料，增加氧化沟内厌氧氨氧化菌生物量，同时将厌氧氨氧化菌保留在辫带式填料上，有效解决了厌氧氨氧化菌的污泥流失问题，加速工艺的启动时间，仅需70天即可实现稳定运行。
（2）本发明在反应阶段，采用高负荷、低溶解氧浓度，同时分时段变气量曝气控制曝气强度的综合控制策略运行驯化将氧化沟廊道划分为曝气区域和非曝气区域，曝气区域内分时段变气量曝气控制，实现曝气量的灵活控制，曝气强度交替变化有利于提升半亚硝化效果。
附图说明
图1为carrousel氧化沟1-51天氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐去除效果统计图；
图2为carrousel氧化沟1-51天总氮去除效果统计图；
图3为carrousel氧化沟52-80天氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐去除效果统计图；
图4为carrousel氧化沟52-80天总氮去除效果统计图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
氧化沟由不锈钢制成，高1.8m，总容积6m3。沟体由4个廊道组成，分别命名为廊道1，廊道2，廊道3和廊道4，在廊道1和廊道3内安装底部推流装置，推流速度在线调控。在廊道2和廊道4内铺设微孔曝气装置，实时控制曝气。整个反应器在环境温度下运行。在氧化沟内按质量比1:2加入准备好的半亚硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，使氧化沟中悬浮污泥浓度为3300mg/l，同时在氧化沟内的非曝气区域悬挂有厌氧氨氧化生物膜的辫带式填料，增加氧化沟内厌氧氨氧化菌生物量。启动初期采用人工配水，总氮去除效率达45%以上后进水采用某污水处理厂沉砂池出水。采用高负荷、低溶解氧浓度，同时分时段变气量曝气控制曝气强度的综合控制策略运行驯化；进水为含氮废水，氨氮进水初始浓度为110-130mg/l，逐步降低进水负荷，同时进水添加微量元素；分廊道分时段变气量曝气，曝气量控制在1-2m3/h，曝气区域溶解氧浓度控制在0.2mg/l左右，非曝气区域溶解氧浓度控制在0.1mg/l以下；进水ph在7.8~8.3之间，温度26~30℃，水力停留时间20小时。运行70天后总氮去除率保持在80%以上，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级a标准。
本发明所述的反应器为carrousel氧化沟，但同样适合于其他类型的氧化沟反应器。本发明在氧化沟中处理实际城镇生活污水，经过70天的运行，成功实现一段式半亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合工艺的启动，有效缩短半亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合工艺的启动时间。本方法通过合理的参数控制，特别是分时段控制曝气，同时非曝气区域悬挂有厌氧氨氧化生物膜的辫带式填料，增加氧化沟内厌氧氨氧化菌生物量，有效截留厌氧氨氧化菌，加快反应器内功能菌群的筛选富集，使反应器快速启动成功。
其中图1、图2说明了carrousel氧化沟运行1-51天各项污染物去除效果，通过逐渐降低进水nh4+-n浓度，使系统逐渐适应低nh4+-n城市生活污水。该运行阶段后期，系统nh4+-n去除量仍维持在35mg/l左右，出水no2--n浓度维持在5mg/l以下，no3--n浓度维持在2mg/l以下，tn去除量保持在30mg/l，tn去除率为45%。
图3、图4说明了carrousel氧化沟运行52-80天各项污染物去除效果第自72d开始，nh4+-n出水浓度维持在2mg/l以下，no2--n和no3--n浓度均维持在1mg/l内，出水tn保持在4mg/l以下，tn去除率保持在80%以上，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级a标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。