本實用新型屬于污水處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化低C/N比污水脫氮效能的人工快滲裝置。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)快滲系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的人工快滲系統(tǒng)是一種基建投資少、工藝過程簡便、運(yùn)行成本較低的新型污水生態(tài)處理技術(shù)，該技術(shù)在處理小城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活污水和受污染的地表水時效果明顯，對化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH₃-N)、懸浮物(SS)和陰離子表面活性劑(LAS)等的去除率均能在80％以上，具有重要的應(yīng)用和推廣價值。然而，當(dāng)污水C/N比偏低時，人工快滲池下部雖然具備缺/厭氧條件，但由于碳源不足，反硝化細(xì)菌活性較低，導(dǎo)致系統(tǒng)反硝化性能較差，總氮(TN)去除率低，僅為10％～30％，不能達(dá)標(biāo)排放。含氮污染物大量排入江河會造成水體富營養(yǎng)化，亞硝酸還可以和胺作用生成具有“三致”效應(yīng)的亞硝胺，進(jìn)而危害人體健康。因此，如何提高人工快滲系統(tǒng)對低C/N比污水的脫氮效能已成為該工藝應(yīng)用推廣的技術(shù)難點(diǎn)，也越來越受到國內(nèi)外污水處理專家的重視。

目前，人工快滲系統(tǒng)的強(qiáng)化脫氮研究主要集中在優(yōu)化填料配置、改變運(yùn)行參數(shù)、增設(shè)飽水層、補(bǔ)充外加碳源、分段進(jìn)水等方面。其中，優(yōu)化填料配置、改變運(yùn)行參數(shù)、增設(shè)飽水層等方法能在一定程度上改善反硝化菌的脫氮環(huán)境，但是沒有從根本上解決碳源不足的問題，長期效果并不理想；補(bǔ)充外加碳源則主要采用甲醇、乙醇、乙酸等小分子液體碳源，雖然能有效提高脫氮效率，但是卻存在成本高、投加量不易控制、可能引發(fā)二次污染等弊端，難以工業(yè)化應(yīng)用；分段進(jìn)水是一種成本相對最低的增加缺(厭)氧段C/N比的方式，通常采用不同進(jìn)水口組合和不同進(jìn)水比例的對比研究來確定分段進(jìn)水的位置和水量，但是由于污水在人工快滲系統(tǒng)反硝化段的水力停留時間較短，污染物往往得不到充分降解而隨出水排出，在提高反硝化脫氮性能的同時極易造成其他污染物的超標(biāo)排放。

因此，針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種強(qiáng)化低C/N比污水脫氮效能的人工快滲裝置具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是解決上述問題，提供一種強(qiáng)化低C/N比污水脫氮效能的人工快滲裝置，該裝置可以為解決傳統(tǒng)人工快滲系統(tǒng)脫氮效率低的問題提供新途徑。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是：一種強(qiáng)化低C/N比污水脫氮效能的人工快滲裝置，包括第一快滲單元、第二快滲單元和回流單元，其中，所述第一快滲單元包括進(jìn)水池和第一快滲池，所述第二快滲單元包括集水池、布水器以及設(shè)置于布水器下方的第二快滲池，所述回流單元包括通過回流儲水池和水泵，所述進(jìn)水池、第一快滲池、集水池、布水器之間，以及所述第二快滲池、回流儲水池、水泵之間均分別通過管道順次連接，所述水泵的出水口與第一快滲池通過管道連接，所述回流儲水池的水按照設(shè)定比例進(jìn)行排放和回流。

優(yōu)選地，所述第一快滲池采用上行流進(jìn)水方式，其內(nèi)由下及上依次設(shè)置緩沖段一、填料段一、過濾段以及出水段。

優(yōu)選地，所述緩沖段一和過濾段均采用設(shè)定比例卵石、碎石均勻填充，所述填料段一采用無煙煤、麥飯石、蛭石均勻填充，所述出水段不作任何填充。

優(yōu)選地，所述填料段一一直處于淹水狀態(tài)，進(jìn)水流量為0.5L/h。

優(yōu)選地，所述第二快滲池采用下行流進(jìn)水方式，其內(nèi)由上及下依次設(shè)置進(jìn)水段、填料段二以及緩沖段二。

優(yōu)選地，所述進(jìn)水段不做任何填充，所述填料段二采用設(shè)定比例的無煙煤、綠沸石、火山石均勻填充，所述緩沖段二采用設(shè)定比例的卵石、碎石均勻填充。

優(yōu)選地，所述填料段二采用淹水/落干交替運(yùn)行的方式，濕干比1：1～1：3，水力負(fù)荷周期6～8h。

優(yōu)選地，所述第一快滲池所處水平位置不高于進(jìn)水池，所述進(jìn)水池和第一快滲池之間的管道上安裝有調(diào)節(jié)閥一和流量計一。

優(yōu)選地，所述布水器所處水平位置不高于集水池，所述集水池和第二快滲池之間的管道上安裝有定時器、調(diào)節(jié)閥二以及流量計二。

優(yōu)選地，所述回流儲水池和水泵之間的管道上安裝有流量計三，所述回流部分通過流量計三控制回流比。

本實用新型的有益效果是：本發(fā)明提供的強(qiáng)化低C/N比污水脫氮效能的人工快滲裝置，設(shè)置了通過管道依次循環(huán)連接的第一快滲單元、第二快滲單元和回流單元，通過第一快滲單元的反硝化階段和第二快滲單元的硝化階段，進(jìn)入回流單元的出水含有較高濃度的硝態(tài)氮、較低濃度的氨氮和有機(jī)物，將其按設(shè)定回流比部分回流至第一快滲池與原污水同時進(jìn)水，通過異養(yǎng)反硝化實現(xiàn)有機(jī)物和硝態(tài)氮的同步去除，有效降低出水的總氮濃度，從而提高了低C/N比污水的脫氮效能。同時，反硝化過程產(chǎn)生的堿度可為第二快滲池的硝化過程補(bǔ)充堿度?？傮w而言，該人工快滲裝置具有運(yùn)行成本低、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，且高效、節(jié)能、無二次污染，適于規(guī)模化生產(chǎn)，值得在業(yè)內(nèi)推廣。

附圖說明

圖1是本實用新型強(qiáng)化低C/N比污水脫氮效能的人工快滲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1、進(jìn)水池；2、調(diào)節(jié)閥一；3、流量計一；4、第一快滲池；5、集水池；6、定時器；7、調(diào)節(jié)閥二；8、流量計二；9、布水器；10、第二快滲池；11、回流儲水池；12、水泵；13、流量計三。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步的說明：

如圖1所示，本實用新型的一種強(qiáng)化低C/N比污水脫氮效能的人工快滲裝置，包括第一快滲單元、第二快滲單元和回流單元。第一快滲單元包括進(jìn)水池1和第一快滲池4，第二快滲單元包括集水池5、布水器9以及第二快滲池10，回流單元包括通過回流儲水池11和水泵12。進(jìn)水池1、第一快滲池4、集水池5、布水器9之間，以及第二快滲池10、回流儲水池11、水泵12之間均分別通過管道順次連接。水泵12的出水口與第一快滲池4通過管道連接，回流儲水池11的水按照設(shè)定比例進(jìn)行排放和回流。

具體的，在本實施例中，第一快滲單元中，第一快滲池4所處的水平位置不高于進(jìn)水池1，原污水可依靠重力流進(jìn)入第一快滲池4。進(jìn)水池1和第一快滲池4之間的管道上還安裝有調(diào)節(jié)閥一2和流量計一3，可通過調(diào)節(jié)閥一2和流量計一3控制進(jìn)水流量。第一快滲池4采用上行流進(jìn)水方式，即底部進(jìn)水、頂部出水的進(jìn)水方式。池高80cm、內(nèi)徑16cm，其內(nèi)由下及上按照體積比為0.5：5：0.5：2依次設(shè)置緩沖段一、填料段一、過濾段以及出水段。緩沖段一和過濾段均采用按照體積比為1：3的卵石、碎石均勻填充，卵石、碎石粒徑分別為10～35mm、5～15mm。填料段一采用按照體積比為7：2：1的無煙煤、麥飯石、蛭石均勻填充，無煙煤、麥飯石、蛭石粒徑分別為0.5～1mm、1～2mm、1～3mm。出水段不作任何填充。第一快滲池4和集水池5通過管道連接，出水段的出水進(jìn)入集水池5。第一快滲池4中的填料段一一直處于淹水狀態(tài)，進(jìn)水流量為0.5L/h。

第二快滲單元中，布水器9所處水平位置不高于集水池5，第二快滲池10設(shè)置于布水器9下方，集水池5內(nèi)的污水則可以依靠重力流通過布水器9均勻布水直接進(jìn)入第二快滲池10。集水池5和第二快滲池10之間的管道上安裝有定時器6、調(diào)節(jié)閥二7以及流量計二8，定時器6用于控制進(jìn)水時間，調(diào)節(jié)閥二7和流量計二8控制進(jìn)水流量。第二快滲池10采用下行流進(jìn)水方式，即頂部進(jìn)水、底部出水的進(jìn)水方式。池高80cm、內(nèi)徑16cm，其內(nèi)由上及下按照體積比為2.5：5：0.5依次設(shè)置進(jìn)水段、填料段二以及緩沖段二。進(jìn)水段不做任何填充。填料段二按照體積比為7：2：1的無煙煤、綠沸石、火山石均勻填充，無煙煤、綠沸石、火山石粒徑分別為0.5～1mm、1～2mm、1～3mm。緩沖段二按照體積比1：3的卵石、碎石均勻填充，卵石、碎石粒徑分別為10～35mm、5～15mm。第二快滲池10和回流儲水池11通過管道連接，緩沖段出水進(jìn)入回流儲水池11。第二快滲池10中的填料段二采用淹水/落干交替運(yùn)行的方式實現(xiàn)填料段的自然復(fù)氧，濕干比1：1～1：3，水力負(fù)荷周期6～8h。

回流單元中，回流儲水池11和水泵12之間的管道上安裝有流量計三13，水泵12的出水口與第一快滲池4通過管道連接?；亓鲀λ?1的水按照設(shè)定比例部分排放、部分回流，回流部分通過流量計三13控制回流比，經(jīng)水泵12輸送至第一快滲池4底部與原污水同時進(jìn)水。

需要說明的是，上述第一快滲池4和第二快滲池10的具體尺寸并不限于本實施例中所述，快滲池的具體尺寸可根據(jù)實際污水處理量及其它設(shè)計要求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定。同樣的，第一/第二快滲池(4、10)中各區(qū)段的具體設(shè)置，包括相應(yīng)的填料種類以及比例，都可以根據(jù)實際要求進(jìn)行調(diào)整，并沒有特殊的限定，也可采用本領(lǐng)域中其它常規(guī)的快滲池設(shè)計方法。此外，上述中的填料段一/二的具體運(yùn)行，也僅是本實施例所選擇的優(yōu)選方式，也可根據(jù)實際情況對濕干比、水力負(fù)荷周期、進(jìn)水流量等具體參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。進(jìn)一步的，流儲水池的水排放和回流的比例也并沒限定，完全可以根據(jù)污水各種指標(biāo)的事情情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

在本實施例中，第一快滲單元和第二快滲單元中的進(jìn)水池1和集水池5分別位于第一快滲池4和第二快滲池10上方，污水可以依靠重力直接進(jìn)入對應(yīng)的快滲池，無需額外設(shè)置污水輸送泵，同時第二快滲池10采用淹水/落干交替運(yùn)行的方式實現(xiàn)填料段的自然復(fù)氧，無需額外設(shè)置曝氣機(jī)供氧，節(jié)約了能耗，降低了運(yùn)行成本。

進(jìn)一步的，第一快滲池4和第二快滲池10均采用多種不同粒徑級配的濾料進(jìn)行填充，在保持較高水力負(fù)荷的同時有效避免了系統(tǒng)的堵塞，微生物通過附著在填料表面形成生物膜對污水中的污染物進(jìn)行降解，不產(chǎn)生剩余污泥，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，穩(wěn)定性好。

此外，第一快滲池4采用上行流進(jìn)水方式，充分利用進(jìn)水的可降解有機(jī)物和回流液中的硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化，提高脫氮效率的同時免去了外加碳源，同時反硝化過程產(chǎn)生的堿度可為第二快滲池10的硝化過程補(bǔ)充堿度，為強(qiáng)化低C/N比污水脫氮效能提供了一種高效、節(jié)能、無二次污染的人工快滲裝置。

本實用新型對低C/N比污水的脫氮過程主要包括以下三個階段：

反硝化階段：第一快滲池4采用上行流進(jìn)水方式，填料段一一直處于淹水狀態(tài)，使第一快滲池4基本處于缺氧狀態(tài)，有利于反硝化過程的進(jìn)行。將回流比控制在100％～300％，利用進(jìn)水的可降解有機(jī)物和回流液中的硝態(tài)氮在第一快滲池4中進(jìn)行反硝化，提高脫氮效率的同時無需外加碳源，同時反硝化過程產(chǎn)生的堿度可為第二快滲池10的硝化過程補(bǔ)充堿度。

硝化階段：第二快滲池10采用下行流進(jìn)水方式，填料段二處于淹水/落干交替狀態(tài)，使第二快滲池10能夠?qū)崿F(xiàn)填料段的自然復(fù)氧，有利于硝化過程的進(jìn)行。污水中的氨氮被填料吸附或截留，在填料表面生物膜中硝化菌的作用下轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮。

回流階段：由于原污水中含有較高濃度的氨氮、較低濃度的硝態(tài)氮和一定難度的有機(jī)物，進(jìn)入第一快滲池4后并不能進(jìn)行良好的反硝化，而回流儲液池中的出水含有較高濃度的硝態(tài)氮、較低濃度的氨氮和有機(jī)物，將其部分回流至第一快滲池4與原污水同時進(jìn)水，通過異養(yǎng)反硝化實現(xiàn)有機(jī)物和硝態(tài)氮的同步去除，可有效降低出水的總氮濃度。

以下通過具體實驗例對本實用新型的使用方法及使用效果進(jìn)行說明，以進(jìn)一步展示本實用新型的優(yōu)點(diǎn)和原理：

實驗例1

采用人工配制的模擬低C/N比污水作為本實用新型的進(jìn)水，其基本水質(zhì)指標(biāo)如下：COD、NH₃-N、TP濃度分別為350mg/L、100mg/L、4mg/L，pH為7.5。為使填料上的微生物生長良好，每10L配水中添加0.1mL微量元素營養(yǎng)液，配方如下：CaCl₂·2H₂O 1200mg/L，MgSO₄·7H₂O 1100mg/L，ZnSO₄·5H₂O 20mg/L，MnCl₄·4H₂O 20mg/L，CuSO₄·5H₂O 13mg/L，NaMoO₄·2H₂O 10mg/L。運(yùn)行參數(shù)如下：第一快滲池4進(jìn)水流量0.5L/h，第二快滲池10濕干比1：1，水力負(fù)荷周期8h，回流比300％。監(jiān)測方法：COD采用重鉻酸鉀法，NH₃-N采用納氏試劑比色法，TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，每2～3d監(jiān)測一次進(jìn)出水水質(zhì)。

監(jiān)測結(jié)果表明，該人工快滲裝置在運(yùn)行27d后趨于穩(wěn)定，出水COD濃度為17.8～25.5mg/L，平均去除率為92.9％；出水NH₃-N濃度為2.7～4.6mg/L，平均去除率為96.6％；出水TN濃度為8.5～11.3mg/L，平均去除率為90.1％。

實驗例2

采用人工配制的模擬低C/N比污水作為本實用新型的進(jìn)水，其基本水質(zhì)指標(biāo)如下：COD、NH₃-N、TP濃度分別為210mg/L、100mg/L、2mg/L，pH為7.5。為使填料上的微生物生長良好，每10L配水中添加0.1mL微量元素營養(yǎng)液，配方如下：CaCl₂·2H₂O 1200mg/L，MgSO₄·7H₂O 1100mg/L，ZnSO₄·5H₂O 20mg/L，MnCl₄·4H₂O 20mg/L，CuSO₄·5H₂O 13mg/L，NaMoO₄·2H₂O 10mg/L。運(yùn)行參數(shù)如下：第一快滲池4進(jìn)水流量0.5L/h，第二快滲池10濕干比1：3，水力負(fù)荷周期8h，回流比150％。監(jiān)測方法：COD采用重鉻酸鉀法，NH₃-N采用納氏試劑比色法，TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，每2～3d監(jiān)測一次進(jìn)出水水質(zhì)。

監(jiān)測結(jié)果表明，該人工快滲裝置在運(yùn)行31d后趨于穩(wěn)定，出水COD濃度為8.5～11.5mg/L，平均去除率為95.3％；出水NH₃-N濃度為3.9～4.8mg/L，平均去除率為95.6％；出水TN濃度為14.2～17.2mg/L，平均去除率為84.5％。

實驗例3

采用人工配制的模擬低C/N比污水作為本實用新型的進(jìn)水，其基本水質(zhì)指標(biāo)如下：COD、NH₃-N、TP濃度分別為90mg/L、100mg/L、1mg/L，pH為7.5。為使填料上的微生物生長良好，每10L配水中添加0.1mL微量元素營養(yǎng)液，配方如下：CaCl₂·2H₂O 1200mg/L，MgSO₄·7H₂O 1100mg/L，ZnSO₄·5H₂O 20mg/L，MnCl₄·4H₂O 20mg/L，CuSO₄·5H₂O 13mg/L，NaMoO₄·2H₂O 10mg/L。運(yùn)行參數(shù)如下：第一快滲池4進(jìn)水流量0.5L/h，第二快滲池10濕干比1：2，水力負(fù)荷周期6h，回流比100％。監(jiān)測方法：COD采用重鉻酸鉀法，NH₃-N采用納氏試劑比色法，TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，每2～3d監(jiān)測一次進(jìn)出水水質(zhì)。

監(jiān)測結(jié)果表明，該人工快滲裝置在運(yùn)行25d后趨于穩(wěn)定，出水COD濃度為2.1～4.5mg/L，平均去除率為96.8％；出水NH₃-N濃度為2.9～6.3mg/L，平均去除率為95.3％；出水TN濃度為17.5～19.2mg/L，平均去除率為81.8％。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應(yīng)被理解為本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實用新型實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。