本發(fā)明涉及污水廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為碳氮分離式底部進水人工快速滲濾系統(tǒng)及其污水處理方法。
背景技術(shù)：
隨著國家工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，城鄉(xiāng)一體化的不斷推進，水資源短缺和水污染現(xiàn)象嚴(yán)重成為全國各地面臨的主要難題之一。傳統(tǒng)污水處理技術(shù)大多能處理污水中COD、懸浮物等物質(zhì)，但是對氮和磷效果不明顯，最新公布的消息顯示，磷、氮已經(jīng)分別排在污水危害物質(zhì)排行榜的第3、第4位。據(jù)不完全統(tǒng)計，近6年我國地下水中硝態(tài)氮含量劇烈猛增，局部地區(qū)上升10倍以上，而且仍保持著高增長趨勢。近10年來我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)上的水污染也是愈演愈烈，缺乏建設(shè)資金和缺乏適合中小城鎮(zhèn)、農(nóng)村地區(qū)實際的污水處理技術(shù)使得其勢頭仍沒有被遏制住。
目前，我國城市生活污水常用處理工藝，如SBR法、UNITANK法、氧化溝法、AB法、A/O法、A/A/O法、生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法、生物接觸氧化法、生物流化床法等，都各自存在一些難以克服的缺點。主要體現(xiàn)在以下幾方面：1基建投資和運行費用高；2操作復(fù)雜，難以管理；3產(chǎn)生大量的污泥，給環(huán)境重新造成潛在的危害；4傳統(tǒng)的污水二級生物處理方法可以有效的去除SS和COD等，但是對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除率較低（20%-50%）；5廢水生物處理方法一般驅(qū)動消耗較大，單位污水處理成本高。目前仍缺一種方便與農(nóng)村地區(qū)推行的污水處理技術(shù)。
人工快速滲濾系統(tǒng)(Constructed Rapid Infiltration，簡稱CRI)為土地處理的一種類型，它是指有控制地將污水投配于人工構(gòu)筑的滲濾介質(zhì)的表面，使其在向下滲透的過程中經(jīng)歷不同的物理、化學(xué)和生物作用，最終達到凈化污水的目的。CRI系統(tǒng)借鑒了污水快速滲濾土地處理系統(tǒng)和人工構(gòu)造濕地系統(tǒng)的優(yōu)點，并發(fā)展成為更高效、更廉價、占地面積更小的新型污水處理技術(shù)。
專利號為ZL200410073951.8，名為“人工快速滲濾污水處理系統(tǒng)裝置”的發(fā)明專利，公開了一種人工快速滲濾污水處理系統(tǒng)，它由隔柵池、預(yù)沉池和快滲池組成。其中快滲池分兩層，底部為墊層，填粒徑為30-40mm的卵石或碎石，墊層上部100mm為反濾層，填料為鵝卵石，墊層底部設(shè)集水管。但經(jīng)該人工快速滲濾系統(tǒng)占地面積大，且處理的生活污水總氮指標(biāo)達不到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A標(biāo)。這是將人工快速滲濾系統(tǒng)在廣大農(nóng)村推廣應(yīng)用必須解決的一個技術(shù)難題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種碳氮分離式底部進水人工快速滲濾系統(tǒng)及其污水處理方法，具體的技術(shù)方案為：
碳氮分離式底部進水人工快速滲濾系統(tǒng)，包括配水池、滲濾筒、出水停留池；
所述的滲濾筒下半部為厭氧反硝化段，上半部為好氧硝化段；所述的厭氧反硝化段的最底層為下礫石承托層，下礫石承托層上方為厭氧滲濾層，厭氧反硝化段頂部有孔板，孔板上方為好氧硝化段，所述的好氧硝化段底部為上礫石承托層，上礫石承托層上方為好氧硝化滲濾層；所述的厭氧反硝化段上端通過進水管與配水池連通，厭氧反硝化段上端還連接有溢流管；所述的好氧硝化段上方出口通過回流水管與出水停留池連通，回流水管上連接有提升泵；所述的下礫石承托層通過厭氧段高位出水管與出水停留池連通；所述的出水停留池有出水管。
所述的孔板下方設(shè)置擋板可控制孔板的出水。
所述的進水管、出水管和厭氧段高位出水管上分別安裝有止水閥。
厭氧滲濾層的濾料，由輪胎顆粒與天然河沙按照質(zhì)量比90：10組成：組成；好氧硝化滲濾層濾料，由沸石與天然河沙按照質(zhì)量比65；35組成。
碳氮分離式底部進水人工快速滲濾系統(tǒng)的污水處理方法，包括以下過程：廢水先通過進水管進入?yún)捬鯘B濾層進行第一次過濾，對廢水中有機物進行截留；經(jīng)厭氧滲濾層過濾的廢水進入出水停留池；出水停留池的第一次過濾出水通過提升泵提升進入好氧硝化滲濾層對廢水中氨氮進行吸附并且沖出硝態(tài)氮；好氧硝化滲濾層通過硝化作用將吸附的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；高硝出水通過孔板進入?yún)捬鯘B濾層與之前吸附的有機物進行反硝化作用；最后將干凈的出水通過出水管排出系統(tǒng)。
傳統(tǒng)CRI系統(tǒng)中氨氧化作用和硝化作用只是改變了氮的形態(tài)（將進水中的有機氮和氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮），硝化作用很強而反硝化作用很弱，咎其原因是缺少厭氧環(huán)境和反硝化所需要的碳源。傳統(tǒng)污水處理中的反硝化是反硝化菌在厭氧環(huán)境下和有機碳源的支持下，將硝態(tài)氮還原為氮氣，同時產(chǎn)生二氧化碳。
本發(fā)明提供的碳氮分離式底部進水人工快速滲濾系統(tǒng)及其污水處理方法，從增加厭氧環(huán)境、增加厭氧段有機碳源、改變?yōu)V料實現(xiàn)碳氮的部分分離改變廢水C/N強化好氧段自養(yǎng)硝化和亞硝化細(xì)菌的思路。1、增加厭氧環(huán)境：在厭氧滲濾層增設(shè)500mm的飽水層提供厭氧環(huán)境。2、增加厭氧段有機碳源：通過污水預(yù)先流經(jīng)厭氧滲濾層使污水中的有機物被截留和吸附很大部分。3、改變?yōu)V料實現(xiàn)碳氮分離：厭氧滲濾層采用輪胎顆粒與石英砂這兩種對有機物截留吸附很強但對氨氮吸附很弱的濾料，實現(xiàn)碳氮的初步分離，一方面可以使反硝化出水中氨氮不會因為厭氧段對原廢水氨氮吸附而導(dǎo)致出水氨氮增高超標(biāo)，另一方面可以改變好氧段進水C/N從而使好氧高硝段亞硝酸和硝酸細(xì)菌等自養(yǎng)型細(xì)菌處于優(yōu)勢地位；好氧滲濾層采用沸石與天然河沙混合濾料增強了滲濾層對氨氮的截留吸附從而進一步加強硝化作用。本發(fā)明改變了污水的進水方式、增加了飽水層和改變了濾料成分，使系統(tǒng)對碳氮分別吸附無需外加碳源，強化了系統(tǒng)的硝化作用并為反硝化作用提供了外部條件提高了系統(tǒng)對總氮的去除率。
CRI系統(tǒng)決定總氮去除率的決定性因素是反硝化的進行程度，而硝化作用通常比較充分，厭氧段截留的有機物可為反硝化提供碳源，其對氧氣的消耗也可以厭氧段更好地保持厭氧環(huán)境。這種進水方式對原水的有機碳利用率也高（近100%），在原水C/N比較高的情況下，無需添加碳源即可運行，總氮去除率高，可達90%，完全達到污水排放標(biāo)準(zhǔn)，后期僅投入少量電費。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。
如圖1所示，碳氮分離式底部進水人工快速滲濾系統(tǒng)，包括配水池1、滲濾筒、出水停留池10；
所述的滲濾筒下半部為厭氧反硝化段，上半部為好氧硝化段；所述的厭氧反硝化段的最底層為下礫石承托層2，下礫石承托層2上方為厭氧滲濾層5，厭氧反硝化段頂部有孔板6，孔板6上方為好氧硝化段，所述的好氧硝化段底部為上礫石承托層4，上礫石承托層4上方為好氧硝化滲濾層7；所述的厭氧反硝化段上端通過進水管3與配水池1連通，厭氧反硝化段上端還連接有溢流管13；所述的好氧硝化段上方出口通過回流水管8與出水停留池10連通，回流水管8上連接有提升泵9；所述的下礫石承托層2通過厭氧段高位出水管12與出水停留池10連通；所述的出水停留池10有出水管11。
所述的孔板6下方設(shè)置擋板可控制孔板的出水。
所述的進水管3、出水管11和厭氧段高位出水管12上分別安裝有止水閥。
厭氧滲濾層5的濾料，由輪胎顆粒與天然河沙按照質(zhì)量比90：10組成；好氧硝化滲濾層7濾料，由沸石與天然河沙按照質(zhì)量比65；35組成。
該系統(tǒng)采用不同于常規(guī)CRI系統(tǒng)的濾料和級配，厭氧滲濾層濾料，采用輪胎顆粒與天然河沙組合，這種濾料組合能對廢水中有機物大量的吸附為反硝化提供碳源并且對氨氮的吸附很少能夠減少出水的氨氮；好氧硝化層濾料，采用沸石與天然河沙的組合，這種濾料對氨氮的吸附具有很大的提升有利于提高硝化作用，進入好氧硝化層的廢水有機物含量很少，有利于使亞硝酸細(xì)菌與硝酸細(xì)菌等自養(yǎng)型細(xì)菌處于優(yōu)勢地位，能夠進一步提升硝化作用。
碳氮分離式底部進水人工快速滲濾系統(tǒng)的污水處理方法，包括以下過程：廢水先通過進水管3進入?yún)捬鯘B濾層5進行第一次過濾，對廢水中有機物進行截留；經(jīng)厭氧滲濾層5過濾的廢水進入出水停留池10；出水停留池10的第一次過濾出水通過提升泵9提升進入好氧硝化滲濾層7對廢水中氨氮進行吸附并且沖出硝態(tài)氮；好氧硝化滲濾層7通過硝化作用將吸附的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；高硝出水通過孔板6進入?yún)捬鯘B濾層5與之前吸附的有機物進行反硝化作用；最后將干凈的出水通過出水管11排出系統(tǒng)。
其處理過程具體分解：
過程1、有機物厭氧段吸附階段
打開進水管3的止水閥，開始厭氧段布水200mm，廢水從厭氧段高位出水管12流入出水停留池10中，廢水進入以輪胎顆粒和天然河沙為濾料的厭氧滲濾層5中，因為濾料對有機物的選擇性大量吸附，從而使有機物大量的停留在厭氧滲濾層5中，對氨氮吸附的量很少，從而使反硝化出水中氨氮不會因為厭氧段對原廢水氨氮吸附而導(dǎo)致出水氨氮增高超標(biāo)。
過程2、厭氧段出水回灌階段
待厭氧滲濾層5滲濾完畢，用提升泵9將第一次厭氧段出水回灌到好氧硝化滲濾層7內(nèi)。
過程3、好氧硝化階段
高氨氮低有機物廢水進入好氧硝化滲濾層7后，在改變?yōu)V料級配的加強氨氮吸附型CRI系統(tǒng)中將廢水中氨氮（NH4+-N）通過氨氧化作用和亞硝酸氧化作用轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮（NO2—N）和硝態(tài)氮（NO3--N），最后在外部不加控制條件下亞硝態(tài)氮將全部氧化為硝態(tài)氮，亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌又在低有機物環(huán)境下成為優(yōu)勢菌種進一步加強了氨氮向硝氮氮的轉(zhuǎn)化。
過程4、厭氧反硝化階段
廢水通過好氧硝化階段后將好氧硝化滲濾層7中的硝態(tài)氮沖出并進入?yún)捬鯘B濾層5，在厭氧滲濾層5中吸附了大量的有機物，厭氧滲濾層5為反硝化細(xì)菌提供的有機物和反應(yīng)底物（NO3-）使反硝化作用（硝態(tài)氮在厭氧并有有機物存在條件下變成氮氣）能夠順利的進行，使廢水中的總氮能夠大量的去除。出水管11的止水閥打開使干凈的水排出。
實驗采用配置廢水與實際生活污水混合發(fā)酵而成，初始氨氮40mg/l左右，COD350mg/l,系統(tǒng)水力負(fù)荷為0.5m/d，每天布水3次，每隔8h投配一次，一個水力負(fù)荷周期為8h，厭氧段布水0.5h，好氧段布水0.5h，落干7h。采用時間繼電器控制止水閥和提升泵的工作，實現(xiàn)定時定量布水、出水。
系統(tǒng)穩(wěn)定運行20d以后測出水質(zhì)：總氮（以N計）=4.2mg/l，氨氮（以N計）=1.42mg/l，總氮去除率為89.5%，氨氮去除率96.3%，無論總氮還是氨氮都遠(yuǎn)優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A標(biāo)。