本實(shí)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)化脫氮除磷的兩級(jí)人工快滲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氮、磷均是生物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素，但是由于未經(jīng)達(dá)標(biāo)處理的工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水中含有較高濃度的氮、磷污染物，大量排入水體使其含量嚴(yán)重超過(guò)生物生長(zhǎng)需求，導(dǎo)致水體氮磷污染，進(jìn)而引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水生態(tài)平衡，對(duì)水生生物和人體健康造成威脅。面對(duì)日趨嚴(yán)峻的環(huán)境污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始制定更加嚴(yán)格的氮磷排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，污水脫氮除磷技術(shù)成為近年來(lái)水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，研究和開(kāi)發(fā)一套高效的、經(jīng)濟(jì)的、適用于現(xiàn)有技術(shù)條件的脫氮除磷工藝顯得尤為重要。
以滲透性能良好的介質(zhì)作為濾料的人工快速滲濾系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種特色鮮明的新型污水處理技術(shù)，通過(guò)濾料截留、吸附和生物降解的協(xié)同作用使污染物得以有效去除，解決了傳統(tǒng)土地處理存在的占地面積大、水力負(fù)荷低、易于堵塞等問(wèn)題，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。然而，人工快速滲濾系統(tǒng)的脫氮除磷效果較差，對(duì)總氮(TN)、總磷(TP)的去除率分別僅為10％～30％、30％～50％，難以達(dá)標(biāo)排放，限制了該技術(shù)的推廣。分析認(rèn)為，人工快速滲濾系統(tǒng)對(duì)TN去除效果較差的原因是：污水中的大部分氨氮(NH3-N)在硝化階段轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽氮(NO2--N)或硝酸鹽氮(NO3--N)，然而進(jìn)入反硝化階段后由于有機(jī)物缺乏，反硝化性能較差，僅有少部分NO2--N或NO3--N轉(zhuǎn)化成分子氮脫除，大部分NO2--N或NO3--N隨水流出系統(tǒng)，因而出水TN含量較高；對(duì)TP去除效果較差的原因是：污水在人工快速滲濾系統(tǒng)停留時(shí)間較短，傳統(tǒng)濾料如河砂、大理石砂、沸石砂對(duì)磷素污染物的吸附作用以及化學(xué)沉淀作用均較弱，加上在人工快速滲濾系統(tǒng)中難以通過(guò)“厭氧釋磷-好氧吸磷”過(guò)程實(shí)現(xiàn)生物除磷，因而出水中TP含量較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是解決上述問(wèn)題，提供一種強(qiáng)化脫氮除磷的兩級(jí)人工快滲系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效提高傳統(tǒng)單級(jí)人工快滲系統(tǒng)脫氮除磷效率。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種強(qiáng)化脫氮除磷的兩級(jí)人工快滲系統(tǒng)，包括依次通過(guò)水管連接的進(jìn)水池、一級(jí)反應(yīng)池、中轉(zhuǎn)池、二級(jí)反應(yīng)池以及出水池，污水依次流經(jīng)進(jìn)水池、一級(jí)反應(yīng)池、中轉(zhuǎn)池、二級(jí)反應(yīng)池進(jìn)入出水池后流出，所述一級(jí)反應(yīng)池內(nèi)填充的填料上附著有硝化菌，所述二級(jí)反應(yīng)池內(nèi)填充的填料上附著有反硝化菌。
優(yōu)選地，所述一級(jí)反應(yīng)池采用下行流進(jìn)水方式，進(jìn)水池和一級(jí)反應(yīng)池之間還連接有水泵一，且進(jìn)水池和一級(jí)反應(yīng)池之間的水管上還安裝有定時(shí)器和流量計(jì)。
優(yōu)選地，所述一級(jí)反應(yīng)池內(nèi)由上及下依次設(shè)置有保護(hù)層、填料層一和承托層一，所述保護(hù)層不填充任何填料，所述填料層一采用設(shè)定比例天然河砂、沸石砂、大理石砂、鐵碳混料均勻混合后作為填料，所述承托層一采用鵝卵石作為填料。
優(yōu)選地，所述天然河砂、沸石砂、大理石砂、鐵碳混料按體積比為2：2：1：5。
優(yōu)選地，所述鐵碳填料采用預(yù)處理后的廢鐵屑和焦炭按照體積比1：2均勻混合而成。
優(yōu)選地，所述填料層一和承托層一之間還設(shè)置有若干層土工布。
優(yōu)選地，所述二級(jí)反應(yīng)池采用上行流進(jìn)水方式，中轉(zhuǎn)池和二級(jí)反應(yīng)池之間還連接有水泵二。
優(yōu)選地，所述二級(jí)反應(yīng)池內(nèi)由下往上依次設(shè)置承托層二、填料層二和出水層，所述承托層二和出水層均采用鵝卵石作為填料，所述填料層二采用陶粒、厭氧顆粒污泥、改性絲瓜絡(luò)按照設(shè)定比例均勻混合后作為填料。
優(yōu)選地，所述陶粒、厭氧顆粒污泥、改性絲瓜絡(luò)按照體積比為1：1：3。
優(yōu)選地，所述承托層二和填料層二之間、填料層二與出水層之間分別設(shè)有若干層土工布。
本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供的強(qiáng)化脫氮除磷的兩級(jí)人工快滲系統(tǒng)，采用兩級(jí)串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效脫氮除磷，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，可提高脫氮效率30～60％，提高除磷效率20～40％。除了能提高脫氮除磷效率外，對(duì)COD、BOD、LAS等水體污染物也具有較好的去除效果。整體而言，該兩級(jí)人工快滲系統(tǒng)，具有運(yùn)行成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，是一種高效、經(jīng)濟(jì)的污水處理系統(tǒng)，適于規(guī)模化生產(chǎn)，值得在業(yè)內(nèi)推廣。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型強(qiáng)化脫氮除磷的兩級(jí)人工快滲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、進(jìn)水池；2、一級(jí)反應(yīng)池；3、中轉(zhuǎn)池；4、二級(jí)反應(yīng)池；5、出水池；6、水泵一；7、定時(shí)器；8、流量計(jì)；9、水泵二；10、保護(hù)層；11、填料層一；12、承托層一；13、承托層二；14、填料層二；15、出水層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明：
如圖1所示，本實(shí)用新型的強(qiáng)化脫氮除磷的兩級(jí)人工快滲系統(tǒng)，包括依次通過(guò)水管連接的進(jìn)水池1、一級(jí)反應(yīng)池2、中轉(zhuǎn)池3、二級(jí)反應(yīng)池4以及出水池5，污水依次流經(jīng)進(jìn)水池1、一級(jí)反應(yīng)池2、中轉(zhuǎn)池3、二級(jí)反應(yīng)池4進(jìn)入出水池5后流出，一級(jí)反應(yīng)池2內(nèi)填充的填料上附著有硝化菌，二級(jí)反應(yīng)池4內(nèi)填充的填料上附著有反硝化菌。
在本實(shí)施例中，進(jìn)水池1和一級(jí)反應(yīng)池2之間還連接有水泵一6，且進(jìn)水池1和一級(jí)反應(yīng)池2之間的水管上還安裝有定時(shí)器7和流量計(jì)8。通過(guò)定時(shí)器7和流量計(jì)8調(diào)節(jié)布水時(shí)間和濕干比，水力負(fù)荷周期一般為6～8h，濕干比一般為1：2～1：5。一級(jí)反應(yīng)池2采用下行流進(jìn)水方式，其內(nèi)按照體積比為2：10：1由上及下依次設(shè)置有保護(hù)層10、填料層一11和承托層一12。保護(hù)層10不填充任何填料，填料層一11采用按體積比為2：2：1：5的天然河砂、沸石砂、大理石砂、鐵碳混料均勻混合后作為填料，承托層一12采用鵝卵石作為填料。天然河砂、沸石砂、大理石砂的粒徑分別為0.2～0.45mm、0.8～2.5mm、2～3mm，鵝卵石粒徑為10～20mm。填料層一11和承托層一12之間還設(shè)置有若干層土工布，優(yōu)選2～3層。
鐵碳填料為采用預(yù)處理后的廢鐵屑和焦炭按照體積比1：2均勻混合而成。廢鐵屑、焦炭的粒徑分別為1～2mm、0.8～1.2mm。廢鐵屑和焦炭的預(yù)處理方法為：清洗后按照固液體積比1：3將廢鐵屑和焦炭分別置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的氫氧化鈉溶液中加熱10min，再清洗后按照固液體積比1：4將廢鐵屑和焦炭分別置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的鹽酸溶液中浸泡30min，清洗至中性后烘干，篩選出適宜粒徑的廢鐵屑和焦炭作為填料。預(yù)處理的目的是為了去除廢鐵屑和焦炭表面的雜質(zhì)/氧化物，顯然，并不限于本實(shí)施例所具體描述的方式和參數(shù)，在滿足前述目的的基礎(chǔ)下，采用本領(lǐng)域中其它常規(guī)預(yù)處理方法均可。
一級(jí)反應(yīng)池2通過(guò)自然復(fù)氧滿足硝化過(guò)程對(duì)氧氣的需求，無(wú)需曝氣，節(jié)約了能耗，同時(shí)豐富的填料類(lèi)型使系統(tǒng)不易堵塞，有利于系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
中轉(zhuǎn)池3和二級(jí)反應(yīng)池4之間還連接有水泵二9。二級(jí)反應(yīng)池4采用上行流進(jìn)水方式，污水在二級(jí)反應(yīng)池4的水力停留時(shí)間一般為4～8h，其內(nèi)按照體積比為1：10：1由下往上依次設(shè)置承托層二13、填料層二14和出水層15。承托層二13和出水層15均采用鵝卵石作為填料，填料層采用按體積比1：1：3的陶粒、厭氧顆粒污泥、改性絲瓜絡(luò)均勻混合后作為填料。鵝卵石粒徑為10～20mm陶粒、厭氧顆粒污泥、改性絲瓜絡(luò)的粒徑分別為0.5～2mm、1～3mm、2～5mm。承托層二13和填料層二14之間、填料層二14與出水層15之間分別設(shè)有若干層土工布，優(yōu)選2～3層。
改性絲瓜絡(luò)的制備方法如下：先剔除絲瓜絡(luò)中夾雜的絲瓜籽和其他雜質(zhì)，剪碎、清洗后烘干，放入高壓蒸汽鍋中121℃下蒸煮30min，取出自然冷卻，再按照固液體積比1：3將絲瓜絡(luò)置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的氫氧化鈉溶液中，在25℃恒溫?fù)u床中以60r/min的速率震蕩2h，清洗后烘干。預(yù)處理的目的在于提供絲瓜絡(luò)釋碳能力，為反硝化提供適宜濃度的碳源。顯然，并不限于本實(shí)施例所具體描述的方式和參數(shù)，在滿足前述目的的基礎(chǔ)下，采用本領(lǐng)域中其它常規(guī)預(yù)處理方法均可。
二級(jí)反應(yīng)池4采用改性絲瓜絡(luò)作為主要填料，滿足了反硝化過(guò)程對(duì)碳源的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，達(dá)到“以廢治廢”的目的。
需要說(shuō)明的是，上述各反應(yīng)池等具體組成裝置的具體尺寸并沒(méi)有特殊的限制，具體尺寸可根據(jù)實(shí)際污水處理量及其它設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定。同樣的，一級(jí)/二級(jí)反應(yīng)池(2、4)中各區(qū)段的具體設(shè)置，包括相應(yīng)的填料種類(lèi)、比例以及相應(yīng)的粒徑，都可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行調(diào)整，并沒(méi)有特殊的限定，也可采用本領(lǐng)域中其它常規(guī)的反應(yīng)池設(shè)計(jì)方法。尤其是，鐵碳填料的目的是為能進(jìn)一步增強(qiáng)硝化細(xì)菌的活性，同時(shí)通過(guò)鐵碳微電解作用去除部分磷素污染物，采用本領(lǐng)域中其他常規(guī)且具有相同作用的填料也可。改性絲瓜絡(luò)是為了提供反硝化碳源，采用其它碳源填料也可，如改性玉米芯等。進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的一級(jí)/二級(jí)反應(yīng)池(2、4)的具體運(yùn)行方式，也僅是本實(shí)施例所選擇的優(yōu)選方式，也可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)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。
本實(shí)用新型對(duì)氮的去除機(jī)理是：在一級(jí)反應(yīng)池2內(nèi)，氮素污染物被填料截留或吸附，填料上附著的硝化菌在濕/干交替運(yùn)行模式形成的有氧環(huán)境下，利用無(wú)機(jī)碳將大部分氨氮氧化為亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮，進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)池4后，填料上附著的反硝化菌在缺氧條件下，利用改性絲瓜絡(luò)釋放的有機(jī)碳作為反硝化碳源，將亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮還原為氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)高效脫氮。與此同時(shí)，鐵碳填料產(chǎn)生的鐵離子或亞鐵離子能增強(qiáng)硝化細(xì)菌的活性，使硝化速率加快，而鐵表面附著的生物膜內(nèi)部具有適合反硝化菌生存在的缺氧環(huán)境，為發(fā)生好氧反硝化和鐵自養(yǎng)反硝化創(chuàng)造了有利條件，可進(jìn)一步提高人工快滲系統(tǒng)的脫氮效能。
本實(shí)用新型對(duì)磷的去除機(jī)理是：在一級(jí)反應(yīng)池2內(nèi)，磷素污染物被填料截留或吸附，部分被微生物生長(zhǎng)代謝消耗，部分則通過(guò)鐵碳微電解作用去除。由于鐵碳之間氧化還原電位相差較大，當(dāng)鐵屑和焦炭浸沒(méi)在污水中時(shí)會(huì)形成許多小的原電池，陽(yáng)極(Fe)發(fā)生如下反應(yīng)：Fe-2e＝Fe2+，陰極(C)發(fā)生如下反應(yīng)：2H++2e＝H2↑(酸性條件)、O2+2H2O+4e＝4OH-(中性和堿性條件)，鐵碳微電解產(chǎn)生的Fe2+或Fe3+在適宜條件下會(huì)形成混凝效果較強(qiáng)的Fe(OH)2或Fe(OH)3，有利于磷的絮凝沉淀。而污水進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)池4后，填料會(huì)進(jìn)一步截留或吸附一級(jí)反應(yīng)池2內(nèi)未被去除的磷，從而達(dá)到高效除磷的目的。
以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，以進(jìn)一步展示本實(shí)用新型的原理和優(yōu)點(diǎn)：
采用本實(shí)用新型對(duì)校園生活污水進(jìn)行處理，運(yùn)行效果顯示，COD去除率為86.5％～97.6％，比傳統(tǒng)單級(jí)人工快速滲濾系統(tǒng)高出10％～25％；NH3-N去除率為91.4％～98.2％，比傳統(tǒng)單級(jí)人工快速滲濾系統(tǒng)高出5％～18％；TN去除率為80.3～93.8％，比傳統(tǒng)單級(jí)人工快速滲濾系統(tǒng)高出30％～60％；TP去除率為84.5～94.5％，比傳統(tǒng)單級(jí)人工快速滲濾系統(tǒng)高出20％～40％。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)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(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。