本實用新型屬于污水處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強化脫氮除磷的兩級人工快滲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氮、磷均是生物生長所必須的營養(yǎng)元素，但是由于未經(jīng)達標處理的工業(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重超過生物生長需求，導致水體氮磷污染，進而引發(fā)水體富營養(yǎng)化，破壞水生態(tài)平衡，對水生生物和人體健康造成威脅。面對日趨嚴峻的環(huán)境污染和水體富營養(yǎng)化問題，越來越多的國家和地區(qū)開始制定更加嚴格的氮磷排放標準。因此，污水脫氮除磷技術(shù)成為近年來水處理領(lǐng)域的研究熱點和難點，研究和開發(fā)一套高效的、經(jīng)濟的、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)是近年來發(fā)展起來的一種特色鮮明的新型污水處理技術(shù)，通過濾料截留、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、水力負荷低、易于堵塞等問題，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，對總氮(TN)、總磷(TP)的去除率分別僅為10％～30％、30％～50％，難以達標排放，限制了該技術(shù)的推廣。分析認為，人工快速滲濾系統(tǒng)對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)，然而進入反硝化階段后由于有機物缺乏，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)停留時間較短，傳統(tǒng)濾料如河砂、大理石砂、沸石砂對磷素污染物的吸附作用以及化學沉淀作用均較弱，加上在人工快速滲濾系統(tǒng)中難以通過“厭氧釋磷-好氧吸磷”過程實現(xiàn)生物除磷，因而出水中TP含量較高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是解決上述問題，提供一種強化脫氮除磷的兩級人工快滲系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效提高傳統(tǒng)單級人工快滲系統(tǒng)脫氮除磷效率。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是：一種強化脫氮除磷的兩級人工快滲系統(tǒng)，包括依次通過水管連接的進水池、一級反應(yīng)池、中轉(zhuǎn)池、二級反應(yīng)池以及出水池，污水依次流經(jīng)進水池、一級反應(yīng)池、中轉(zhuǎn)池、二級反應(yīng)池進入出水池后流出，所述一級反應(yīng)池內(nèi)填充的填料上附著有硝化菌，所述二級反應(yīng)池內(nèi)填充的填料上附著有反硝化菌。
優(yōu)選地，所述一級反應(yīng)池采用下行流進水方式，進水池和一級反應(yīng)池之間還連接有水泵一，且進水池和一級反應(yīng)池之間的水管上還安裝有定時器和流量計。
優(yōu)選地，所述一級反應(yīng)池內(nèi)由上及下依次設(shè)置有保護層、填料層一和承托層一，所述保護層不填充任何填料，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，所述二級反應(yīng)池采用上行流進水方式，中轉(zhuǎn)池和二級反應(yīng)池之間還連接有水泵二。
優(yōu)選地，所述二級反應(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。
本實用新型的有益效果是：本實用新型提供的強化脫氮除磷的兩級人工快滲系統(tǒng)，采用兩級串聯(lián)來實現(xiàn)高效脫氮除磷，相對現(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，該兩級人工快滲系統(tǒng)，具有運行成本低、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定性高的優(yōu)點，是一種高效、經(jīng)濟的污水處理系統(tǒng)，適于規(guī)?；a(chǎn)，值得在業(yè)內(nèi)推廣。
附圖說明
圖1是本實用新型強化脫氮除磷的兩級人工快滲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標記說明：1、進水池；2、一級反應(yīng)池；3、中轉(zhuǎn)池；4、二級反應(yīng)池；5、出水池；6、水泵一；7、定時器；8、流量計；9、水泵二；10、保護層；11、填料層一；12、承托層一；13、承托層二；14、填料層二；15、出水層。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的說明：
如圖1所示，本實用新型的強化脫氮除磷的兩級人工快滲系統(tǒng)，包括依次通過水管連接的進水池1、一級反應(yīng)池2、中轉(zhuǎn)池3、二級反應(yīng)池4以及出水池5，污水依次流經(jīng)進水池1、一級反應(yīng)池2、中轉(zhuǎn)池3、二級反應(yīng)池4進入出水池5后流出，一級反應(yīng)池2內(nèi)填充的填料上附著有硝化菌，二級反應(yīng)池4內(nèi)填充的填料上附著有反硝化菌。
在本實施例中，進水池1和一級反應(yīng)池2之間還連接有水泵一6，且進水池1和一級反應(yīng)池2之間的水管上還安裝有定時器7和流量計8。通過定時器7和流量計8調(diào)節(jié)布水時間和濕干比，水力負荷周期一般為6～8h，濕干比一般為1：2～1：5。一級反應(yīng)池2采用下行流進水方式，其內(nèi)按照體積比為2：10：1由上及下依次設(shè)置有保護層10、填料層一11和承托層一12。保護層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)量分數(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)量分數(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)預處理方法均可。
一級反應(yīng)池2通過自然復氧滿足硝化過程對氧氣的需求，無需曝氣，節(jié)約了能耗，同時豐富的填料類型使系統(tǒng)不易堵塞，有利于系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。
中轉(zhuǎn)池3和二級反應(yīng)池4之間還連接有水泵二9。二級反應(yīng)池4采用上行流進水方式，污水在二級反應(yīng)池4的水力停留時間一般為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)量分數(shù)為4％的氫氧化鈉溶液中，在25℃恒溫搖床中以60r/min的速率震蕩2h，清洗后烘干。預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)預處理方法均可。
二級反應(yīng)池4采用改性絲瓜絡(luò)作為主要填料，滿足了反硝化過程對碳源的需求，同時實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，達到“以廢治廢”的目的。
需要說明的是，上述各反應(yīng)池等具體組成裝置的具體尺寸并沒有特殊的限制，具體尺寸可根據(jù)實際污水處理量及其它設(shè)計要求進行相應(yīng)的設(shè)定。同樣的，一級/二級反應(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、比例以及相應(yīng)的粒徑，都可以根據(jù)實際要求進行調(diào)整，并沒有特殊的限定，也可采用本領(lǐng)域中其它常規(guī)的反應(yīng)池設(shè)計方法。尤其是，鐵碳填料的目的是為能進一步增強硝化細菌的活性，同時通過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。進一步的，本實施例中的一級/二級反應(yīng)池(2、4)的具體運行方式，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、水力負荷周期、進水流量等具體參數(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整。
本實用新型對氮的去除機理是：在一級反應(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/干交替運行模式形成的有氧環(huán)境下，利用無機碳將大部分氨氮氧化為亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮，進入二級反應(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)釋放的有機碳作為反硝化碳源，將亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮還原為氮氣，從而實現(xiàn)高效脫氮。與此同時，鐵碳填料產(chǎn)生的鐵離子或亞鐵離子能增強硝化細菌的活性，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，可進一步提高人工快滲系統(tǒng)的脫氮效能。
本實用新型對磷的去除機理是：在一級反應(yīng)池2內(nèi)，磷素污染物被填料截留或吸附，部分被微生物生長代謝消耗，部分則通過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，當鐵屑和焦炭浸沒在污水中時會形成許多小的原電池，陽極(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+在適宜條件下會形成混凝效果較強的Fe(OH)2或Fe(OH)3，有利于磷的絮凝沉淀。而污水進入二級反應(yīng)池4后，填料會進一步截留或吸附一級反應(yīng)池2內(nèi)未被去除的磷，從而達到高效除磷的目的。
以下通過具體實施例對本實用新型進行進一步的說明，以進一步展示本實用新型的原理和優(yōu)點：
采用本實用新型對校園生活污水進行處理，運行效果顯示，COD去除率為86.5％～97.6％，比傳統(tǒng)單級人工快速滲濾系統(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范圍內(nèi)。