PD/A原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法及装置

pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法及装置
技术领域
1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法及装置。


背景技术：

2.随着城市污水中氮磷元素的大量排放，使其成为水体富营养化的主要因素，因此污水除磷、脱氮已经成为了污水处理中的重要课题。厌氧氨氧化是指在缺氧条件下，利用no
2-‑
n作为电子受体，将nh
4 -n直接转化为n2。厌氧氨氧化工艺(anammox)能够在无需外加碳源以及曝气的状况下实现高氨氮废水的有效处理。但实际废水中往往nh
4 -n含量高而no
2-‑
n来源不稳定，从而使anammox受到no
2-‑
n基质不足的限制，导致脱氮效率降低。近年来，短程反硝化(pd)作为一种相对稳定获取no
2-‑
n的新途径，常常将其与anammox耦合形成短程反硝化-厌氧氨氧化(pd/a)体系进而强化脱氮效能，此外相比于传统硝化反硝化工艺节省了40％左右的碳源需求，同时具有节约曝气能耗和降低污泥产量的效果。但单独的pd/a工艺处理污水时无法对磷进行有效的同步去除。
3.传统生物除磷装置是通过厌氧/好氧工艺，利用聚磷菌的过量吸磷，达到污水生物除磷的目的。到了20世纪末，人们发现有一类反硝化聚磷菌可在厌氧/缺氧交替运行的环境中富集磷和氮，为氮、磷的同步去除创造了条件。在此基础上，人们进一步筛选出了以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷菌，从而实现了短程反硝化除磷。现有技术通常会将sbr反应器和厌氧氨氧化反应器两用，sbr反应器先缺氧反硝化去除上周期多余亚硝酸盐，再厌氧释磷，好氧吸磷并发生部分短程硝化，出水同污泥发酵液一起进入厌氧氨氧化反应器，氨氮与亚硝酸盐通过厌氧氨氧化菌自养脱氮除去，从而实现生活污水的脱氮除磷。
4.上述现有技术，利用短程硝化、anammox与反硝化菌的作用实现脱氮除磷，但由于菌种生存条件的差异，整个工艺很难耦合在一个反应器中进行，使得工艺难以推广应用；而现有技术中尚未提出过能够实现深度脱氮除磷一体化、将脱氮与除磷过程耦合的方法。此外，上述工艺中，反硝化过程需要消耗有机碳源；短程硝化产生的亚硝酸盐需同时向反硝化除磷菌和anammox菌提供电子供体，易于导致电子供体的不足，这些也会导致工艺的除氮磷效果受到抑制。


技术实现要素：

5.本发明解决的是现有技术缺少一体化的深度脱氮除磷方法的技术问题，进而提供一种能够实现氮磷的同步高效去除、节约有机碳源消耗，且同时还可进一步实现生物反应器的二氧化碳资源化、可去除部分有机氮的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法及装置。
6.本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
7.一种pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法，包括将污水送入短程反硝化-厌氧氨氧化反应区进行处理的步骤；在所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区富集有藻类并
投加有光催化材料；向污水中投加乙酸作为碳源；
8.处理过程中使用可见光对所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区进行光照，通过调节光照参数控制藻类数量，使所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区的溶解氧浓度保持为0.9-1.5mg/l，原位生成氨氧化菌。
9.所述光催化材料为c3n4材料。
10.所述光催化材料为经2,4-二羟基嘧啶分子修饰的c3n4材料。
11.所述藻类在所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区内原位富集生成，藻类与污泥的相对含量比chl-a：mlvss为0.25-0.5mg/g。
12.污水中乙酸的投加量为10mg toc/l；反应器内温度为34.5-35.5℃，进水ph值为7.0-7.5。
13.所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区的启动过程为：接种运行良好的短程反硝化-厌氧氨氧化活性污泥，以含硝酸盐、氨氮、无机盐和微量元素的污水或者模拟污水作为进水，投加乙酸作为碳源，反应区的温度维持在34.5-35.5℃，进水ph为7.0-7.5，搅拌条件下运行至亚硝酸盐及氨氮去除率均达到85％以上；向反应区投加150-200mg/l的c3n4材料，控制光照参数，运行反应至完成原位富集藻类且脱氮率达到90％以上。
14.启动过程中，作为进水的所述含硝酸盐、氨氮、无机盐和微量元素的污水或者模拟污水中，氨氮和硝态氮的摩尔比为1:1左右。
15.一种pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置，包括：反应器，设置有进水口和排水口，在所述反应器内设置有短程反硝化-厌氧氨氧化反应区，在所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区富集有藻类并投加有光催化材料，在所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区还设置有搅拌装置；碳源投加装置，用于向所述反应器内投加碳源；可见光照射装置，对所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区进行光照；通过调节光照参数控制藻类数量，使所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区的溶解氧浓度为0.9-1.5mg/l，原位生成氨氧化菌。
16.所述可见光照射装置包括：溶解氧探头，位于所述短程反硝化-厌氧氨氧化反应区；脉冲式光源组件，通过控制器与所述溶解氧探头连接，以溶解氧探头的检测值为指标控制光照频率与时长。
17.在所述反应器中下部的内壁上设置有多个凹槽，每个所述凹槽沿竖直方向延伸，多个凹槽环所述内壁面均匀分布，在所述凹槽中固定有所述脉冲式光源组件；所述脉冲式光源组件的光照强度为3000-8000lux。
18.本发明所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法，将微藻与细菌相结合，形成菌藻共生的pd/a-pn/a(短程硝化-厌氧氨氧化)体系。本发明中构建菌藻共生体系存在的技术瓶颈在于，由于藻类细胞个体和重力比较小，污泥絮体沉降性能差，尤其藻类容易随着出水流出而造成生物量减少，因此菌藻共生体系通常伴随着藻类不易固定的问题，需要借助填料载体等完成藻类的固化。且藻类的光能利用率低，常因对光照捕捉能力不足而难以进行光合作用来进行生长繁殖，无法在生物反应器中原位富集而与菌群形成自然耦合。为了解决这一问题，本技术在共生体系中添加了光催化材料，在光照条件下因其光催化特性能对光能高效捕捉并产生光生电子还原co2。
19.因此将光催化材料投入水中可以作为一种光捕捉剂协助藻类进行光合作用，以此弥补藻类光能捕捉困难的缺点。与此同时对co2固定也具有一定程度的贡献；且由于光催化
材料的光催化功能激活藻类孢子使其在水中快速分裂，促进细胞生长而使藻类原位富集并附着于菌群外表面以及反应器壁上，自然形成藻类固定化，这就在省去了传统菌藻共生填充填料载体等的藻类固定化程序，节约了经济成本。所以，本发明利用光催化材料的光捕捉特性诱导藻类在生物反应器中原位富集并自然固定化，解决了菌藻共生体系耦合困难，反应器启动时间长、菌藻固定化效果差、藻类光能捕捉困难的技术瓶颈。光催化功能激活藻类孢子快速分离，从机理上分析，可能是光催化材料产生的光生电子能够穿过细胞膜上的孔进入细胞，通过参与细胞电子传递，刺激了细胞的代谢活性。
20.本发明优选使用c3n4作为光催化材料、光捕捉剂，进一步优选采用纳米级的c3n4。c3n4作为一种具有合适的电子能带结构的半导体光催化材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，价格低廉、制备成本低，同时生物相容性良好，不会对微生物的生长产生毒害作用。且相比于其他光催化材料，c3n4纳米颗粒的体系性能更优，能够快速构建更高效、更稳定的菌藻共生pd/a-pn/a体系。进一步地，本发明优选经2，4-二羟基嘧啶分子修饰的c3n4材料作为光催化材料，其可进一步提升构建稳定菌藻共生pd/a-pn/a体系的效率。
21.本发明中所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法，是一种适应多种水质的同步深度脱氮除磷工艺技术：
22.(1)本发明中所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法，为反应体系增加了除磷效能，通过藻类生理代谢过量吸磷可达到污水中磷的高效去除。磷是藻类生长不可或缺的元素，本发明通过藻类的引入而在反应体系中过量摄磷，使原pda体系几近于零的磷去除率提升到90％左右，实现了单一反应器中同步进行深度脱氮除磷，在实际工程中无需增设除磷单元，大幅节约了经济成本。
23.(2)本发明中所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法，可强化pd/a体系的脱氮效果。本发明构建的菌藻共生体系中，利用藻类所释放的氧气，使aob菌群(氨氧化菌)在微氧状态下原位生长，逐渐形成pd/a-pn/a耦合工艺，其中pn过程的aob菌能够将nh
4 -n氧化为no
2-‑
n，为厌氧氨氧化提供一条新的亚硝来源途径而优化原体系的亚硝积累效果，强化体系的脱氮性能，并且使体系能够同时适用于高氨氮废水以及高硝态氮废水等多种水质废水的处理。相比于单独利用藻类脱氮以及单一的微生物菌群脱氮，本发明所构建的基于菌藻共生的pd/a-pn/a体系强化氨氮转化效果并为anammox过程提供充足的亚硝来源，最终实现接近100％的氨氮去除率和硝酸盐去除率，大幅度提升了总氮去除效果。
24.并且，本发明通过构建菌藻共生体系，能够在强化无机氮去除效果的同时实现一定量的有机氮去除。本发明中的菌藻共生体系中的藻类除了摄取水中无机氮作为营养物质之外，尿素等有机氮也能够通过同化作用被其消耗利用，因此本发明通过c3n4的光捕捉作用在pd/a反应器中原位富集藻类构建的pd/a-pn/a体系可以实现对水体中的有机氮去除，强化水质净化效果。
25.(3)本发明中所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法，可节约有机碳源消耗。一方面本发明构建的pd/a-pn/a体系中pn过程aob菌发挥作用补充了一条亚硝积累新途径，减轻了原pd/a体系中pd段的压力；另一方面藻类在暗反应时厌氧发生消解产生大量小分子有机物为pd提供碳源，从而减少了外加碳源量。
26.(4)本发明中所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法，可实现生物反应器的二氧化碳资源化。本发明利用c3n4对光能高效捕捉，刺激藻类在反应器中原位富集，
通过藻类的光合作用将co2固定为各类有机质；此外，光催化材料产生的光生电子还可以激活anammox菌中的wlp(wood ljungdahl pathway)固碳过程，anammox菌固碳与藻类固碳一起，形成了本发明体系中的多重固碳途径，有效强化了二氧化碳的固定，进而促进碳减排。
27.为了使本发明所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法及装置的技术方案更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
附图说明
28.如图1所示是本发明所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置的结构示意图；
29.其中附图标记为：
30.1-碳源进水桶；2-污水进水桶；3-进液水泵；4-搅拌装置；5-时控开关；6-反应器恒温水套；7-出水桶；8-控制器；9-溶解氧探头。
具体实施方式
31.本实施方式提供了一种pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置，所述装置如图1所示，包括间歇式反应器(pd/a-sbr反应器)，所述反应器的有效体积为6l，所述反应器设置有进水口和排水口，在所述反应器的筒壁上设置有反应器恒温水套6；在所述反应器的上游设置有碳源投加装置，所述碳源投加装置包括碳源进水桶1，所述碳源进水桶1内的水中添加有乙酸碳源。在所述反应器的上游还设置有污水进水桶2，所述污水进水桶2和碳源进水桶1分别通过支管道连通至一根总进水管道上，在所述支管道上设置有进液水泵3，与所述进液水泵3安装有时控开关5，用于自动控制水泵的通断。所述总进水管道的出水口与所述反应器的进水口相连通。进水进入反应器，形成反应区，在所述反应器的反应区内设置有搅拌装置4。在反应器的下游设置有出水桶7，排水口的出水进入所述出水桶7。
32.所述装置设置有可见光照射装置，所述可见光照射装置包括脉冲式光源组件，脉冲式光源组件安装在所述反应器的内壁上，在所述反应器中下部的内壁上设置有多个凹槽，每个所述凹槽沿竖直方向延伸，多个凹槽环所述内壁面均匀分布，在所述凹槽中固定有所述脉冲式光源组件。所述脉冲式光源组件的可见光光照强度范围为3000-8000lux。在所述反应器内部安装有溶解氧探头9，溶解氧探头9延伸至反应器的下部，所述脉冲式光源组件通过控制器8与所述溶解氧探头9连接，所述控制器8以溶解氧探头9的检测值为指标控制光照频率与时长。
33.实施例1
34.本实施例提供了一种基于图1中所述pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置的脱氮除磷的方法。本实施例中的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法以模拟废水为处理对象，包括启动和处理两个阶段。
35.所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置的启动过程为：
36.向反应器中接种pd/a活性污泥，污泥混合液悬浮固体浓度均控制在4.5-5.5g/l，反应器的操作参数为：温度为34.5-35.5℃，进水ph为7.0-7.5，以人工合成污水为进水，水力停留时间为12h，搅拌装置的转速均为700
±
5rpm。所述pd/a-sbr反应器的运行时序为进水10min，搅拌660min，沉淀20min，排水10min，排水比为50％。
37.所述人工合成污水在配置时，以水为溶剂，向水中添加无机质和1ml的微量元素溶液配置得到，其中，向每升水中添加的无机质的量为：1000mg的khco3；60mg的mgso4·
5h2o；60mg的cacl2·
2h2o。
38.微量元素溶液中各个微量元素的浓度如下：edta，15000mg
·
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；cocl2·
6h2o，240mg
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；znso4·
7h2o，430mg
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h2o，990mg
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39.按照以上操作参数运行反应器，保持进水氨氮与硝酸盐含量比值为1:1，进水乙酸碳源浓度为45mg toc
·
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左右，即每升进水中投加相当于45mg toc的乙酸碳源。每天运行一个周期，长期保持此运行条件至第15天，经监测，反应器亚硝酸盐转换率以及氨氮去除率均达到85％以上，出水硝酸盐低于5mg/l左右，开始向反应器中按照180mg/l的投加量投加c3n4材料，即每升进水中投加180mg纳米级c3n4材料，同时利用反应器中的可见光照射装置引入光照，进入原位富集藻类阶段。本实施例中添加的c3n4材料为实验室热聚合法制备而成的纳米级纯g-c3n4材料，呈粉末状，在使用前所述纳米级纯g-c3n4材料在干燥箱中先进行干燥。作为可选择的实施方式，也可以使用市售的纳米级纯g-c3n4材料。所述纳米级纯g-c3n4材料经x-射线衍射仪(xrd)、扫描电子显微镜(sem)、透射电子显微镜(tem)、x-射线光电子能谱(xps)等技术表征之后，结果显示所制备材料具有良好的光催化性能。
40.完成g-c3n4材料投加后，保持反应器操作参数不变，利用均匀分布于反应器中下部的脉冲式光源组件进行光照，光源从反应器中下部向上照射，达到对反应器污泥均匀且全方位照射，并通过控制器对脉冲式照射的光照频率、光照时间进行定量调节。本实施方式中脉冲照射时间的间隔设置为1h，总光暗时间比设置为12h：12h，调节光源组件光强为6000lux。保持此模式两反应器同步运行，观察到反应器在第25天反应器达到相当量的藻类富集，藻类相对含量chl-a：mlvss上升并维持在0.35左右，且体系脱氮率达到90％以上，此外总磷去除率达到70％，基于菌藻生物质浓度达到稳定且体系总体效能显现明显提升的情况，开始进入调节脉冲式光照模式优化菌藻综合效能阶段。
41.该阶段随反应器内do含量的变化，通过控制器调节脉冲式光照的频率，保持反应器溶解氧浓度为0.9-1.5mg/l。本实施例中，这一阶段总光暗时间比为6h：18h，下调光照强度为4000lux，以此方式控制光合作用强度进而维持反应器内藻类与菌群的生物量的平衡，且反应器内始终保持在微氧状态，aob菌群在微氧状态原位富集生长，成功原位富集藻类并形成稳定运行的菌藻共生pd/a-pn/a体系，至此启动过程完成。
42.待反应器完成启动过程后，基于所述装置的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法为：
43.将污水送入反应器内进行处理，同样投加乙酸作为碳源，乙酸的投加量下降为10mg toc/l，在此碳源浓度下，硝酸盐去除率达到100％，说明当下碳源量能够满足体系反硝化菌高代谢活性；反应器内温度仍均保持为34.5-35.5℃，进水ph为7.0-7.5，水力停留时间为12h，搅拌装置的转速为700
±
5rpm。所述pd/a-sbr反应器的运行时序为进水10min，搅拌660min，沉淀20min，排水10min，排水比在50％的条件下运行。通过控制器调节脉冲式光照频率，保持反应器溶解氧浓度为0.9-1.5mg/l。
44.本实施例中处理的污水为模拟污水，所述模拟污水在配置时，以水为溶剂，向水中
添加无机质和1ml的微量元素溶液配置得到。向每升水中添加的无机质的量为：kno3，43mg；nh4cl，43mg；kh2po4，30mg；khco3，1000mg；mgso4·
5h2o，60mg；cacl2·
2h2o，60mg。
45.微量元素溶液中各个微量元素的浓度如下：edta，15000mg
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；cocl2·
6h2o，240mg
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7h2o，430mg
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以及h3bo4，14mg
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46.在污水处理工艺运行的40天内，每天对出水水质进行检测，结果表明由光催化材料诱导形成的菌藻共生pd/a-pn/a体系实现了高效污水氮磷去除效果，氨氮去除率在运行期间持续升高并最终实现氨氮的完全去除，总氮去除率在30-40天保持在95％以上，同时总磷去除率高至90％。本实施方式中污水深度脱氮除磷的方法，显著提升了体系氨氮转换率以及磷去除效率，且相比于pd/a体系，外加碳源消耗量得到大幅减少，由45mg toc/l降低至10mg toc/l。此外反应器内活性污泥沉降性能均得到显著提升，svi5显著下降，由60.2
±
1.2ml
·
g-1
ss降低到31.1
±
1.3ml
·
g-1
ss。以上实验结果表明，通过光催化剂材料的投加和脉冲式光照对藻类进行原位富集以建立pd/a-pn/a体系可以实现同步深度脱氮除磷，且活性污泥特性优良，活性增强。
47.实施例2
48.本实施例中使用到的同样是图1中所述pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置，同实施例1。本实施例中基于所述装置的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法也以模拟废水为处理对象，包括启动和处理两个阶段。
49.本实施例所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置的启动工艺为：
50.向间歇式反应器中接种pd/a活性污泥，污泥混合液悬浮固体浓度均控制在4.5-5.5g/l，反应器的运行参数为：温度为34.5-35.5℃，进水ph为7.0-7.5，以人工合成废水为进水，水力停留时间为12h，搅拌装置的转速均为700
±
5rpm。所述间歇式反应器的运行时序为进水10min，搅拌660min，沉淀20min，排水10min，排水比为50％。
51.所述人工合成废水在配置时，以水为溶剂，向水中添加无机质和1ml的微量元素溶液配置得到，其中，向每升水中添加的无机质的量为：1000mg的khco3；60mg的mgso4·
5h2o；60mg的cacl2·
2h2o。
52.微量元素溶液中各个微量元素组成的浓度如下：edta，15000mg
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；cocl2·
6h2o，240mg
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53.按照以上运行方式，保持进水氨氮与硝酸盐含量比值为1:1，进水乙酸碳源浓度为45mg toc
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左右，每天运行一个周期，长期保持此运行条件至第15天，反应器亚硝酸盐转换率以及氨氮去除率均达到85％以上，出水硝酸盐低于5mg/l左右，此时向反应器中按照180mg/l的投加量投加cds纳米颗粒，同时利用pd/a-sbr反应器的可见光照射装置引入光照，进入原位富集藻类阶段。本实施例中的cds纳米颗粒在实验室利用溶剂热法制备得到，在使用前先将cds纳米颗粒置于干燥箱中干燥。经x-射线衍射仪(xrd)、扫描电子显微镜(sem)、透射电子显微镜(tem)、x-射线光电子能谱(xps)等技术表征之后，结果显示制备得到的cds纳米颗粒具有良好的光催化性能。
54.保持反应器操作参数不变，利用均匀分布于反应器中下部的脉冲式光源组件进行光照，光源从反应器中下部向上照射，达到对反应器污泥均匀且全方位照射，并通过控制器对脉冲式照射的光照频率、光照时间进行定量调节，本实施方式中脉冲照射时间的间隔设置为1h，总光暗时间比设置为12h：12h，调节光源组件光强为6000lux。保持此模式两反应器同步运行，观察到反应器于第30天开始进入优化菌藻综合效能阶段，此时藻类相对含量chl-a：mlvss达到且稳定于0.3左右，总氮去除率增加至88％，总磷去除率从零突破至55％。
55.该阶段随反应器内do含量的变化，通过控制器调节脉冲式光照频率，保持反应器溶解氧浓度在0.9-1.5mg/l。本实施例中，本阶段总光暗时间比为6h：18h，下调光照强度为4000lux，以此方式控制光合作用强度进而维持反应器内藻类与菌群的生物量的平衡，且反应器内始终保持在微氧状态，aob菌群在微氧状态原位富集生长，成功原位富集藻类并形成稳定运行的菌藻共生pd/a-pn/a体系，至此启动过程完成。
56.基于本实施方式中所述装置的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法为：
57.待反应器完成启动过程，将污水送入反应器内进行处理，同样投加乙酸作为碳源，本实施例中，为了使硝酸盐去除率接近100％，乙酸的投加量需要15mg toc/l，低于此投加量，则硝酸盐去除率随之下降。反应器内温度仍均保持为34.5-35.5℃，进水ph为7.0-7.5，水力停留时间为12h，搅拌装置的转速为700
±
5rpm。所述pd/a-sbr反应器的运行时序为进水10min，搅拌660min，沉淀20min，排水10min，排水比在50％的条件下运行。通过控制器调节脉冲式光照频率，保持反应器溶解氧浓度为0.9-1.5mg/l。
58.本实施例中使用的污水为模拟废水，所述模拟废水在配置时，以水为溶剂，向水中添加无机质和1ml的微量元素溶液配置得到。向每升水中添加的无机质的量为：kno3，43mg；nh4cl，43mg；kh2po4，30mg；khco3，1000mg；mgso4·
5h2o，60mg；cacl2·
2h2o，60mg。
59.微量元素溶液中各个微量元素组成的浓度如下：edta，15000mg
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；cocl2·
6h2o，240mg
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7h2o，430mg
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2h2o，220mg
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5h2o，250mg
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6h2o，190mg
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l-1
。
60.在污水处理工艺运行的40天内，每天对出水水质进行检测，结果表明由光催化材料诱导形成的菌藻共生pd/a-pn/a体系实现了高效污水氮磷去除效果，反应器在运行期间体系氮素去除效能不断得到优化，氨氮去除率最终保持95％以上，总氮去除率升高并维持在90％以上，总磷去除率达到90％。外加碳源消耗量得到大幅减少由45mg toc/l降低至15mg toc/l。svi5显著下降，由59.5
±
0.9ml
·
g-1
ss下降到33.4
±
1.4ml
·
g-1
ss。
61.相比于实施例2中的cds纳米颗粒，实施例1中的可见光催化剂g-c3n4纳米颗粒的体系性能更优，能够快速构建更高效、更稳定的菌藻共生pd/a-pn/a体系。
62.实施例3
63.本实施例中使用到的同样是图1中所述pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置，同实施例1和2。本实施例中基于所述装置的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法也以模拟废水为处理对象，包括启动和处理两个阶段。
64.本实施例所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置的启动工艺为：
65.向间歇式反应器中接种pd/a活性污泥，污泥混合液悬浮固体浓度均控制在4.5-5.5g/l，反应器的运行参数为：温度为34.5-35.5℃，进水ph为7.0-7.5，以人工合成废水为
进水，水力停留时间为12h，搅拌装置的转速均为700
±
5rpm。所述间歇式反应器的运行时序为进水10min，搅拌660min，沉淀20min，排水10min，排水比为50％。
66.所述人工合成废水在配置时，以水为溶剂，向水中添加无机质和1ml的微量元素溶液配置得到。向每升水中添加的无机质的量为：1000mg的khco3；60mg的mgso4·
5h2o；60mg的cacl2·
2h2o。
67.微量元素溶液中各个微量元素组成的浓度如下：edta，15000mg
·
l-1
；cocl2·
6h2o，240mg
·
l-1
；znso4·
7h2o，430mg
·
l-1
；mncl4·
h2o，990mg
·
l-1
；namoo4·
2h2o，220mg
·
l-1
；cuso4·
5h2o，250mg
·
l-1
；naseo4·
10h2o,210mg
·
l-1
；nicl
·
6h2o，190mg
·
l-1
；h3bo4，14mg
·
l-1
。
68.反应器按照以上参数运行，保持进水氨氮与硝酸盐含量比值为1:1，进水乙酸碳源浓度为45mg toc
·
l-1
左右，每天运行一个周期，长期保持此运行条件至第15天，反应器亚硝酸盐转换率以及氨氮去除率均达到85％以上，出水硝酸盐低于5mg/l左右，此时向反应器中按照180mg/l的投加量投加改性g-c3n4颗粒，同时利用反应器上的光源装置引入光照，进入原位富集藻类阶段。本实施例中添加的改性g-c3n4为实验室热解法制备而成的经2，4-二羟基嘧啶分子修饰的c3n4材料，具体制备方法为：向20g尿素中加入50mg的2,4-二羟基吡啶，经过机械搅拌均匀后转移至有盖的氧化铝坩埚中，把盛有样品的坩埚放入马弗炉内，从室温开始，设置5℃/min的升温速率加热至550℃，并在该温度下保温2h。程序结束后，自然冷却至室温，取出得到的淡黄色块状固体样品，经研钵研磨后，得到最终的淡黄色粉末状的经2，4-二羟基嘧啶分子修饰的c3n4材料，材料大小为微米级别，在使用前将其在干燥箱中干燥。
69.完成改性g-c3n4颗粒投加后，保持反应器操作参数不变，利用均匀分布于反应器透明恒温水套中下部的可见光光源组件进行光照，光源从反应器中下部向上照射，达到对反应器污泥均匀且全方位照射，并通过控制器对脉冲式照射的光照频率、光照时间进行定量调节，本实施方式中脉冲照射时间的间隔设置为12h，即每天进行模拟太阳光12小时连续照射，日光暗比为12h：12h，并调节光源组件光强为6000lux；保持此运行模式至第16天，观察到藻类在反应器菌群表面及反应器壁上达到相当量富集，藻类相对含量chl-a：mlvss为0.35，同时体系脱氮率较前一阶段大幅提升，达到90％以上，此外体系总磷去除率从零突破至70％，开始进入调节脉冲式光照模式优化菌藻综合效能阶段。
70.该阶段随反应器内do含量的变化，通过控制器调节脉冲式光照频率，保持反应器溶解氧浓度在0.9-1.5mg/l。本实施例中，本阶段总光暗时间比为6h：18h，下调光照强度为4000lux，以此方式控制光合作用强度进而维持反应器内藻类与菌群的生物量的平衡，且反应器内始终保持在微氧状态，aob菌群在微氧状态原位富集生长，成功原位富集藻类并形成稳定运行的菌藻共生pd/a-pn/a体系，至此启动过程完成。
71.基于本实施方式中所述装置的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法为：
72.待反应器完成启动过程，将污水送入反应器内进行处理，同样投加乙酸作为碳源，乙酸的投加量为8mg toc/l，在此碳源浓度下，硝酸盐去除率达到100％；反应器内温度仍均保持为34.5-35.5℃，进水ph为7.0-7.5，水力停留时间为12h，搅拌装置的转速为700
±
5rpm。所述pd/a-sbr反应器的运行时序为进水10min，搅拌660min，沉淀20min，排水10min，排水比在50％的条件下运行。通过控制器调节脉冲式光照频率，保持反应器溶解氧浓度为0.9-1.5mg/l。
73.所述模拟废水在配置时，以水为溶剂，向水中添加无机质和1ml的微量元素溶液配置得到。向每升水中添加的无机质的量为：kno3，43mg；nh4cl，43mg；kh2po4，30mg；khco3，1000mg；mgso4·
5h2o，60mg；cacl2·
2h2o，60mg。
74.微量元素溶液中各个微量元素组成的浓度如下：edta，15000mg
·
l-1
；cocl2·
6h2o，240mg
·
l-1
；znso4·
7h2o，430mg
·
l-1
；mncl4·
h2o，990mg
·
l-1
；namoo4·
2h2o，220mg
·
l-1
；cuso4·
5h2o，250mg
·
l-1
；naseo4·
10h2o，210mg
·
l-1
；nicl
·
6h2o，190mg
·
l-1
以及h3bo4，14mg
·
l-1
。
75.在污水处理工艺运行的40天内，每天对出水水质进行检测，结果表明由光催化材料诱导形成的菌藻共生pd/a-pn/a体系实现了高效污水氮磷去除效果，反应器在运行期间体系氮素去除效能不断得到优化，氨氮去除率在运行期间持续升高并最终实现氨氮的完全去除，总氮去除率升高并维持在95％以上，总磷去除率达到90％。外加碳源消耗量得到大幅减少由45mg toc/l降低至8mg toc/l。svi5显著下降，由61.3
±
1.1ml
·
g-1
ss降低到29.1
±
1.2ml
·
g-1
ss。
76.实施例4
77.本实施例中使用到的同样是图1中所述pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置，同实施例1-3。本实施例中基于所述装置的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法以实际工业废水为处理对象，包括启动和处理两个阶段。
78.本发明所述的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的装置的启动工艺为：
79.向反应器中接种pd/a活性污泥，污泥混合液悬浮固定浓度在4.5-5.5g/l，以煤气化工业废水为进水，同时用乙酸作为外加碳源，反应器内温度为34.5-35.5℃，水力停留时间为12h，搅拌装置的转速为700
±
5rpm。所述pd/a-sbr反应器的运行时序为进水10min，搅拌660min，沉淀20min，排水10min，排水比在50％的条件下运行。
80.所述工业废水来源于煤气化工厂排放污水，其水质状况与污染物组成及含量主要包括：tn，190-225mg/l；nh
4 -n，181-224mg/l；no
3-‑
n，130-155mg/l；cod，485-513mg/l；tp，30-45mg/l；ph，8.2-8.5；悬浮固体(ss)，56-101mg/l。进水之前对工业废水进行过滤预处理，通过过滤去除大部分悬浮物。
81.按照以上运行参数，每天运行一个周期，至第10天，反应器氨氮去除率稳定且上升到80％以上，总氮去除率稳定在70％左右，乙酸碳源每周期消耗量为20mg toc/l。至此，保持反应器操作参数不变，向反应器中投加180mg/l的改性g-c3n4，本实施例中添加的改性g-c3n4为实验室热解法制备而成的经2,4-二羟基嘧啶分子修饰的c3n4材料，材料大小为微米级别，呈浅黄色粉末状，在使用前将其在干燥箱中干燥。利用均匀分布于反应器透明恒温水套中下部的可见光光源组件进行光照，光源从反应器中下部向上照射，达到对反应器污泥均匀且全方位照射，并通过控制器对脉冲式照射的光照频率、光照时间进行定量调节，本实施方式中脉冲照射时间的间隔设置为12h，即每天进行模拟太阳光12小时连续照射，日光暗比为12h：12h，并调节光源组件光强为6000lux；保持此运行模式至第20天，观察到藻类在反应器菌群表面及反应器壁上达到相当量富集，藻类相对含量chl-a：mlvss为0.3，同时体系脱氮率较前一阶段大幅提升，达到85％以上，此外体系总磷去除率从零突破至55％，开始进入调节脉冲式光照模式优化菌藻综合效能阶段。
82.该阶段随反应器内do含量的变化，通过控制器调节脉冲式光照的频率，保持反应
器溶解氧(do)在0.9-1.5mg/l。本实施例中，此时总光暗时间比为6h：18h，下调光照强度为4000lux，以此方式控制光合作用强度进而维持反应器内藻类与菌群的生物量的平衡，且反应器内始终保持在微氧状态，aob菌群在微氧状态原位富集生长，成功原位富集藻类并形成稳定运行的菌藻共生pd/a-pn/a体系，至此启动过程完成。
83.基于本实施方式中所述装置的pd/a原位耦合藻类实现深度脱氮除磷的方法为：
84.待反应器完成启动过程，将污水送入反应器内进行处理，同样投加乙酸作为碳源，乙酸的投加量为10mg toc/l；反应器内温度仍保持为34.5-35.5℃，水力停留时间为12h，搅拌装置的转速为700
±
5rpm。所述pd/a-sbr反应器的运行时序为进水10min，搅拌660min，沉淀20min，排水10min，排水比在50％的条件下运行。通过控制器调节脉冲式光照频率，保持反应器溶解氧(do)在0.9-1.5mg/l。
85.本实施方式中污水仍采用前述工业废水，其水质状况与污染物组成及含量主要包括：tn，190-225mg/l；nh
4 -n，181-224mg/l；no
3-‑
n，130-155mg/l；cod，485-513mg/l；tp，30-45mg/l；ph，8.2-8.5；悬浮固体(ss)，56-101mg/l。
86.在污水处理工艺运行的40天内，对出水水质进行检测，结果表明氨氮去除率保持95％以上，最高达到100％完全去除，总氮去除率保持在90％以上，总磷去除率高至90％，且体系cod去除效果最终稳定在98％，本实施方式中污水深度脱氮除磷的方法，显著提升了体系氨氮转换率以及磷去除效率。反应器内活性污泥沉降性能显著提升，svi5由60.2
±
1.2ml
·
g-1
ss降低到38.9
±
2.3ml
·
g-1
ss。综上实验结果证明，通过半导体光催化材料改性g-c3n4的投加以及脉冲式光照，能够原位富集藻类并通过藻类光合放氧改变体系微环境，实现pd/a-pn/a体系的构建并对污染物浓度高的工业废水进行同步深度脱氮除磷，同时该体系微生物活性良好，具有高度稳定性。
87.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。