本发明属于环境治理，具体涉及一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置、方法及应用。
背景技术：
1、城市生活污水在不同城市不同时期有着不同的水质特征，而且日益提高的城镇化水平和人民生活水平，导致日常用水量增加，加之城市管网建设滞后，跟不上污水处理厂的建设速度，因而致使碳源缺乏成为污水处理厂处理污水的难题，导致氮磷去除不充分。现阶段，剩余污泥的处理处置费用较高，约占污水处理厂运行费用的20％-45％。因此，有必要开发更低成本的污泥处理工艺。
2、污泥原位减量是一项在保证出水水质的基础上，采取适当的物理、化学、生物等措施，使更多的能量用于维持污泥的代谢，而非进行增殖的污水处理技术，这种原位减少污泥的技术与碳减排和中和的目标是一致的。其中，反硝化除磷菌(dpaos)和反硝化聚糖菌(dgaos)是强化低碳源进水下脱氮除磷效果的重要菌种，其生长需要更少的有机物质和溶解氧(do)，节省>50％的曝气并减少污泥产生，拥有更高的抗冲击负荷能力，其富集有助于降低遵循节能减排理念的废水处理工艺的碳足迹。在厌氧阶段，dpaos可以通过主动运输的方式吸收vfa，并最终以pha的形式存储在细胞体内，该过程由胞内多聚磷酸盐水解以及糖原酵解所驱动；进入缺氧阶段后，dpaos又能够以no3--n/no2--n为电子受体分解胞内碳源pha，产生的能量一部分用于微生物生长和糖原合成，其余能量则用于超量摄取环境中的磷酸根离子，并以多聚磷酸盐的形式储存于细胞体内，并在缺氧阶段结束后排出一部分富磷污泥，最终实现磷的去除。与dpaos类似，dgaos可以在厌氧条件下将vfa转化为内源储存物质存于胞内，在缺氧条件下则以no3--n/no2--n作为电子受体消耗胞内储存物质，发生内碳源反硝化。
3、同步硝化反硝化除磷(sndpr)工艺是一种“多用途碳”工艺，其污泥中富含dpaos与dgaos，主要以厌氧/好氧的顺序通过批处理的模式进行运行，但存在处理参数难以控制等问题，比如溶解氧浓度。由于更高的do浓度促进好氧异养反应并刺激完全硝化，而不是促进反dpaos和dgaos的生长，因此溶解氧浓度过高会导致不完全的反硝化，并使流出物中的n浓度偏高。但溶解氧浓度过低则会导致硝化不完全，影响反硝化效果。尽管内碳源反硝化菌较低的电子传递速率有利于其生长量的减少，但dpaos与dgaos的富集对原位污泥减量的贡献还未得到深入探讨与研究。为此，亟需开发一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置、方法及其在污泥减量中的应用，以提高污泥中富含内碳源的反硝化功能菌的丰度，从而应对低碳源进水下氮磷去除能力有限、污泥减量潜力不足的挑战。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置，该装置应用在城市生活污水污泥减量中，通过充分利用侧流厌氧反应器回流污泥所需的还原力，可以避免好氧异养微生物对溶解氧和碳源的竞争，进而富集dpao或dgao，最终实现低碳源微生物的富集与污泥减量，且同步脱氮效果更佳。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
3、本发明第一方面提供了一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置，所述装置包括沿着污水流动方向依次连接的主流厌氧池、主流好氧池以及二沉池，所述好氧池连接有侧流厌氧反应器，所述侧流厌氧反应器与好氧池的进水端及出水端连接，所述二沉池的侧壁设置有出水口，且所述二沉池的底部与厌氧池的底部相连接。所述侧流厌氧反应器的进泥口连通于好氧池，便于对好氧池中的污泥进行处理，所述侧流厌氧反应器的出泥口连通于好氧池，便于将污泥从好氧池中清除出去。
4、优选地，所述装置还包括主流缺氧池，所述缺氧池设置于厌氧池与好氧池之间，所述缺氧池还与好氧池的出水端连接。
5、优选地，所述侧流厌氧反应器为脉冲曝气厌氧反应器，所述侧流厌氧反应器中包括搅拌机构和曝气装置，所述搅拌机构设置于侧流厌氧反应器的内顶壁，所述曝气装置则设置于侧流厌氧反应器的内底壁。所述搅拌机构用于搅拌所述侧流厌氧反应器内的下层泥水混合液与上清液形成泥水混合液以用于出泥，或者用于搅拌下层泥水混合液与上清液用于混匀。
6、优选地，所述侧流厌氧反应器通过第一驱动泵和第二驱动泵进出泥。
7、本发明第二方面还提供了第一方面所述的低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置在城市生活污水污泥减量中的应用。
8、本发明第三方面还提供了一种低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，利用第一方面所述的低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置对低碳源污水进行处理：污水进入厌氧池，并通过好氧池或缺氧池和好氧池进一步处理，好氧池终端的泥水混合物进入二沉池，或按照3:1的比例一部分回流到缺氧池，一部分进入二沉池，经二沉池进行泥水分离后排出出水；在此阶段中，只有95％的泥水混合物进入二沉池或回流到缺氧池，剩余5％的泥水混合物则回流至侧流厌氧反应器，侧流厌氧反应器厌氧处理后的污泥再流入好氧池继续进行好氧处理，来自二沉池的底流则可以反馈到厌氧池的输入端，底流还可以是二沉池的输出；
9、上述过程的具体操作包括以下步骤：
10、s1：预处理：
11、选择合适的进水水质，确保其低碳源特性，其中进水cod为150-180mg/l，nh4+-n：10-40mg/l，tp：1-4mg/l；水源中的有机物含量较低，可以减少后续处理过程中的碳源输入，在选取的过程中，还能够通过定期监测水质指标，如化学需氧量cod、进水氮源nh4+及tn、进水磷源tp、悬浮物ss、营养盐以及重金属等，这些指标可以帮助判断水质是否合适，有助于筛选出适合后续处理的水源，并进行必要的物理和化学预处理，以去除较大颗粒物质，以提高水质，防止对后续处理的影响；
12、s2：主流调节厌氧/好氧比选择合适的微生物种群：
13、在低碳源的环境中，主流生物选择器的厌氧池和好氧池将废水和再循环生物质组合以促进内碳源转化、高电子受体梯度形成，创造内碳源反硝化功能菌的底物条件。使厌氧池与好氧池的水力停留时间比例≥1，筛选具有强适应能力的内碳源微生物，以促进物质循环和能量流动，维持生态平衡，并且还能够有效地降解环境污染物，对废物进行处理，从而有利于污泥的分离和富集；
14、s3：优化主流操作调节：
15、通过调节温度、ph值、do，使得微生物在不同的温度，不同的ph值以及不同的停留时间进行培养，选出最适合微生物生长繁殖的温度，ph值以及停留时间，从而能够促进储存内碳源微生物的生长繁殖，调配碳源的分配。由于溶解氧(do)在水中的含量会受到空气中氧气、温度、湿度等因素影响，通常会使用溶解氧(do)快速检测工具进行监测，通过监测的数字能够调整溶解氧(do)水平，根据出水水质调节后端溶解氧环境，进行好氧池后端的cod及n、p去除；
16、s4：实施同步提取：在处理过程中，定期提取二沉池富集的活性污泥，进行资源再利用或进行处理处置，使富集的污泥快速分离排出系统，从而减少污泥的滞留时间；
17、s5：调节侧流厌氧反应器循环流动系统：调节侧流厌氧反应器的污泥停留时间为10-15d，且其的水力停留时间为3-10d，每日的污泥交换率为10-15％，侧流厌氧反应器的污泥循环流动次数为4-6次/日，以保证dpao和dgao的丰度和系统的稳定性。通过采用循环流动系统，可以有效提高微生物的回流比，从而增加系统内部微生物的浓度，促进同类微生物之间的相互作用，提高处理效果，并且在传统主流工艺中的好氧池加入长污泥停留时间(srt＞5天)的含有侧流厌氧反应器的污泥回流管路；侧流厌氧反应器中高浓度生物质厌氧释放的磷酸盐和氨氮保证了dpao和dgao的p、n源，给主流带来的较长的缺氧效应保证内碳源反硝化功能菌的较高生态位。同时侧流厌氧反应器淘汰了不适合交替环境生长的微生物，其死亡带来的隐性增长实现了高达50％的减量效果，进一步奠定dpao与dgao的优势地位。
18、s6：侧流厌氧反应器监测和调整：定期监测侧流厌氧反应器与主流生物选择器的运行状态，包括污水中有机物的浓度、微生物活性、orp、ph、do变化、出水水质，及时调整侧流厌氧反应器操作参数，以保证dpao和dgao的丰度和系统的稳定性；例如调高侧流厌氧反应器的第一预设交换频率与第二预设交换频率，侧流厌氧反应器曝气次数及曝气持续时间。
19、优选地，s2中，调节厌氧池的水力停留时间为2.7h，好氧池的水力停留时间为2.3h；或者调节厌氧池的水力停留时间为2h，缺氧池的水力停留时间为2h，好氧池的水力停留时间为2h。
20、优选地，s3中，ph＝7.5，do＝2-3mg/l，t＝25℃。
21、优选地，s5中，在污泥进入侧流厌氧反应器后每2-3小时增加曝气一次，曝气持续时间为2min。
22、优选地，s6中，调整侧流厌氧反应器操作参数包括调节侧流厌氧反应器的第一预设交换频率与第二预设交换频率，所述侧流厌氧反应器的第一预设交换频率与第二预设交换频率均为4-6次/d；调整侧流厌氧反应器操作参数的依据包括污泥浓度为2500-3500mg/l、ph＝7-7.5、do变化为2-3mg/l、出水水质为一级a标。
23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24、本发明公开了一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置，所述装置包括沿着污水流动方向依次连接的主流厌氧池、主流好氧池以及二沉池，所述好氧池连接有侧流厌氧反应器，所述侧流厌氧反应器与好氧池的进水端及出水端连接，所述二沉池的侧壁设置有出水口，且所述二沉池的底部与厌氧池的底部相连接。该装置工艺布局简单，改造用地面积少，节省能源，用于低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量时，通过充分利用侧流厌氧反应器回流污泥所需的还原力，可以避免好氧异养微生物对溶解氧和碳源的竞争，进而富集dpao或dgao，最终实现低碳源微生物的富集与污泥减量，且同步脱氮效果更佳。总体而言，本发明具有以下优势：
25、(1)本发明提供的低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，在传统活性污泥工艺的好氧池中通过污泥回流管路引入长污泥停留时间(srt＞5天)的侧流厌氧反应器，每天的污泥交换率为10％-15％，厌氧污泥在极端饥饿时回流至好氧池后为恢复活性而加倍争夺氧气，而控制氧气一直在较低水平(0.5mg/l-1mg/l)，有利于增强dgao和dpao对硝态氮的竞争力，同时控制主流的低曝气量可以尽可能地扩大后天缺氧段的形成。
26、(2)本发明提供的低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，回流污泥中释放的磷酸盐有利于dpao在缺氧环境下吸收成为聚磷，同时侧流厌氧反应器创造的长停留时间使拥有内碳源的dgao与dpao存活，并在主流好氧系统中进行内源反硝化或除磷，进一步扩大竞争优势，而且侧流厌氧反应器回流污泥在好氧条件下死亡增多，进一步促进主流系统的隐性增长，提高专性微生物富集以及污泥减量效果。
27、(3)本发明提供的低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，通过调节主流厌氧/好氧比例，可以富集内源反硝化功能菌，使同步脱氮除磷效果更佳，同时能够充分利用侧流厌氧反应器回流污泥所需的还原力，避免好氧异养微生物对do的竞争，进而富集dpao或dgao。该工艺布局简单，改造用地面积少，节省能源，能够实现低碳源微生物的富集与污泥减量。
1.一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置，其特征在于，所述装置包括沿着污水流动方向依次连接的主流厌氧池、主流好氧池以及二沉池，所述好氧池连接有侧流厌氧反应器，所述侧流厌氧反应器与好氧池的进水端及出水端连接，所述二沉池的侧壁设置有出水口，且所述二沉池的底部与厌氧池的底部相连接。
2.根据权利要求1所述的一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置，其特征在于，所述装置还包括主流缺氧池，所述缺氧池设置于厌氧池与好氧池之间，所述缺氧池还与好氧池的出水端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置，其特征在于，所述侧流厌氧反应器为脉冲曝气厌氧反应器，所述侧流厌氧反应器中包括搅拌机构和曝气装置，所述搅拌机构设置于侧流厌氧反应器的内顶壁，所述曝气装置则设置于侧流厌氧反应器的内底壁。
4.根据权利要求1或2所述的一种低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置，其特征在于，所述侧流厌氧反应器通过第一驱动泵和第二驱动泵进出泥。
5.权利要求1-4任一项所述的低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置在城市生活污水污泥减量中的应用。
6.一种低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，其特征在于，利用权利要求1-4任一项所述的低碳源进水下富含内碳源的反硝化功能菌种泥驯化装置对低碳源污水进行处理：污水进入厌氧池，并通过好氧池或缺氧池和好氧池进一步处理，好氧池终端的泥水混合物进入二沉池，或按照3:1的比例一部分回流到缺氧池，一部分进入二沉池，经二沉池进行泥水分离后排出出水；在此阶段中，只有95％的泥水混合物进入二沉池或回流到缺氧池，剩余5％的泥水混合物则回流至侧流厌氧反应器，侧流厌氧反应器厌氧处理后的污泥再流入好氧池继续进行好氧处理，来自二沉池的底流则可以反馈到厌氧池的输入端，底流还可以是二沉池的输出；
7.根据权利要求6所述的一种低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，其特征在于，s2中，调节厌氧池的水力停留时间为2.7h，好氧池的水力停留时间为2.3h；或者调节厌氧池的水力停留时间为2h，缺氧池的水力停留时间为2h，好氧池的水力停留时间为2h。
8.根据权利要求6所述的一种低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，其特征在于，s3中，ph＝7.5，do＝2-3mg/l，t＝25℃。
9.根据权利要求6所述的一种低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，其特征在于，s5中，在污泥进入侧流厌氧反应器后每2-3小时增加曝气一次，曝气持续时间为2min。
10.根据权利要求6所述的一种低碳源进水下的微生物富集同步污泥减量方法，其特征在于，s6中，调整侧流厌氧反应器操作参数包括调节侧流厌氧反应器的第一预设交换频率与第二预设交换频率，所述侧流厌氧反应器的第一预设交换频率与第二预设交换频率均为4-6次/d；调整侧流厌氧反应器操作参数的依据包括污泥浓度为2500-3500mg/l、ph＝7-7.5、do变化为2-3mg/l、出水水质为一级a标。
