一种农村化粪池污水无动力脱氮实验装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种农村化粪池污水无动力脱氮的实验装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]太湖流域作为中国区域经济最为发达的地区之一，近年来，农村人居生活水平迅速提高，其生活方式日益城市化，大量未经处理的生活污水的排放导致农村环境污染水平大幅提高，农村分散式生活污水已成为太湖流域氮、磷污染的重要来源，由此，太湖流域逐步开展了农村生活污水治理和处理设施建设，以生化一一生态处理技术为主流处理工艺，常用技术包括人工生态湿地、毛细管渗滤沟、塔式蚯蚓生态滤池、地埋式微动力氧化沟以及以SBR、MBR等为主体的一体化生化处理反应器等，目前，常用工艺处理量占农村已有生活污水处理总量的80%以上。然而，农村生活污水处理设施的有效运行是一项长期工程，由于运行费用及处理设施维护等问题导致现行的大量处理设施并不能正常运行，张悦等对太湖流域210个农村生活污水处理示范工程的运行情况调查后发现，约8%从来没有运行，其余工程均曾经出现过无法正常运行的现象。因此，在建立农村生活污水处理设施完善的经费投入及管理机制之前，因地制宜，开发投资小、基本无后续运行投入及维护管理的污水处理技术在太湖流域农村地区具有重要意义。
[0003]在种植业污染控制方面的研究已经发现土壤具有很强的硝化作用，因此高浓度氨氮的厕所污水经土壤渗滤后进入沟渠可能具有较高的硝酸盐氮浓度，通过对后续出水进行厌氧处置、添加易于反硝化菌生长的载体等反硝化环境的人工建设，形成有效的反硝化脱氮场所，使土壤对氮素污染物的自然消减转化作用及人工脱氮技术相结合，从而形成因地制宜、投资小、基本无后续运行投入及维护管理的脱氮处理技术。
[0004]在规模性推广上述技术前，在室内模拟进行系统特征参数取值优化工作必不可少，目前，模拟污水排放一般通过人工注入污水操作，研究时，需要在一天内的不同时间对多个实验重复子系统进行操作，这样不仅麻烦，还会产生实验误差，对模拟实验结果造成影响。因此，急需一种具有均匀布水功能的农村化粪池污水无动力脱氮的实验装置开展相关实验研究，为形成因地制宜、投资小、基本无后续运行投入及维护管理的农村化粪池污水脱氮处理技术提供理论依据与特征参数。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供具有均匀布水功能、能同时进行数组重复实验、效率高、无需动力即能实现化粪池污水脱氮的一种农村化粪池污水无动力脱氮实验装置及其使用方法。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
一种农村化粪池污水无动力脱氮的实验装置，其中:包括布水器，布水器为内部注满化粪池原样水的密闭容器，布水器上部设置有注水管，数个布水管从布水器上部插入布水器中，每个布水管插入布水器内的深度相同，且每个布水管的管体最高点高度也相同，每个布水管的另一端分别连接各自的化粪池原样水实验瓶，布水器的上部设置有水平设置的定高板，定高板能对布水管管体最高点限高，每个布水管的管体最高点处均贴在定高板的下表面，化粪池原样水实验瓶内填充有土柱，化粪池原样水在土柱作用下硝化，化粪池原样水实验瓶连接有脱氮装置，脱氮装置包括密封的脱氮盒体，脱氮盒体中为厌氧环境，脱氮盒体设置有进水口和出水口，脱氮盒体内腔中按水流方向设置有数道隔离墙，隔离墙将脱氮盒体分隔为数个分隔腔，分隔腔中放置有反硝化菌载体，隔离墙上开设有通水孔隙，硝化后的化粪池原样水从进水口注入脱氮盒体中，流经反硝化菌载体脱氮后，由出水口流出。
[0007]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括:
上述的化粪池原样水实验瓶的底部设置有连接孔，一连接管一端连接连接孔，另一端连接脱氮装置的进水口，连接孔处设置有过滤网，能挡住土壤颗粒，防止其进入连接管。
[0008]上述的定高板通过伸缩杆固定在布水器的上部，定高板能通过伸缩杆调整与布水器上部的距离。
[0009]上述的通水孔隙分为两种，一种为设置在隔离墙墙体上部的过水孔，一种为设置在隔离墙底部的过水间隙，每个隔离墙具有一种通水孔隙，且具有过水孔的隔离墙与具有过水间隙的隔离墙交错设置。
[0010]上述的过水孔在隔离墙上的高度随着水流方向依次降低，隔离墙上的过水孔分为位于隔离墙左侧的左侧孔和位于隔离墙右侧的右侧孔，同一隔离墙上只具有一种过水孔，具有左侧孔的隔离墙和具有右侧孔的隔离墙交错设置。
[0011 ] 上述的脱氮盒体上随着水流方向开设有数个取样孔。
[0012]上述的布水器的设置有固定圈，布水管穿过固定圈并被固定圈定位，防止布水管晃动导致各布水管的管体最高点高度不一致。
[0013]上述的脱氮盒体为透明盒体，便于观察脱氮盒体内液体情况。
[0014]—种农村化粪池污水无动力脱氮实验装置的使用方法，包括以下步骤:
步骤一、通过注水管向布水器内注入化粪池原样水，由于布水器内原本已充满化粪池原样水，因此当注入体积为V的化粪池原样水时，会有相当体积的化粪池原样水由布水管流出，各布水管插入布水器的深度、管体最高点高度均相同，因此注入各布水管的化粪池原样水体积相同，各化粪池原样水实验瓶均在同一时间注入相同体积的化粪池原样水，便于数个实验同时进行；
步骤二、化粪池原样水在化粪池原样水实验瓶中的土柱的作用下硝化，然后从进水口注入到脱氮装置中，液体流经分隔腔中的反硝化菌载体，反硝化菌载体上的反硝化细菌对液体进行反硝化脱氮；
步骤三、液体依次流经各分隔腔，反复地经过水孔和过水间隙，充分与反硝化菌载体接触后，由出水口流出。
[0015]取样孔能抽取脱氮装置中部的液体，用于分析各段液体的脱氮情况。
[0016]本发明的有益效果:
本发明通过对布水器以及布水管的结构创新，具有能一次性为多个化粪池原样水实验瓶平均分配化粪池原样水的功能，满足了多个重复实验需求，极大地提高了实验效率。
[0017]本发明所采集的化粪池原样水具有较高浓度的氨氮，经过土柱的硝化作用，氨在微生物作用下氧化为II酸盐，使液体变为具有较高浓度的硝氮，然后液体被注入脱氮装置中经反硝化细菌脱氮，处理后的液体氮含量低，能显著降低排水氮污染。
[0018]本发明的实验装置硝化、脱氮过程均为无动力运作，尤其是硝化步骤是采用土柱的天然的硝化作用，无需曝气装置，更节约环保，并且这种设计更加真实地模拟了农村化粪池排放污水的情况。
[0019]本发明对脱氮装置进行了改进，脱氮装置是一种厌氧密封装置，反硝化菌载体中有反硝化菌，反硝化菌载体材料选用因地制宜的玉米枝、小麦杆等材料作为碳源和载体。为了增加液体在脱氮装置中流动行程，本发明在脱氮盒体内腔中按水流方向设置有数道隔离墙，每个隔离墙具有一种通水孔隙，相邻隔离墙之间的通水孔隙类型不同，因为过水孔设置在上部，而过水间隙设置在下部，使水流上下流动，而相邻过水孔也分为左侧孔和右侧孔，使水流左右流动，充分增加水流行程，增加反硝化菌与水流的接触时间，同时，过水孔在隔离墙上的高度随着水流方向依次降低，能有效防止液体回流，保证液体从进水口向出水口方向流动。
[0020]本发明在布水器的上部设置了定高板，能确保各布水管管高一致，保证化粪池原样水能平均分配。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的结构示意图；
图2是未加定高板的布水器的结构示意图；
图3是安装有定高板的布水器的结构示意图；
图4是化粪池原样水实验瓶的结构示意图；
图5为脱氮装置的结构示意图；
图6为图5的A-A剖视图；
图7为图5的B-B剖视图；
图8为图5的C-C剖视图。
[0022]其中的附图标记为:布水器1、注水管11、布水管12、定高板13、伸缩杆14、固定圈15、化粪池原样水实验瓶2、连接管21、连接孔22、过滤网23、脱氮装置3、脱氮盒体31、进水口 32、出水口 33、隔离墙34、分隔腔35、反硝化菌载体36、通水孔隙37、过水孔37a、过水间隙37b、取样孔38。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
[0024]本发明的一种农村化粪池污水无动力脱氮实验装置，其中:包括布水器1，布水器1为内部注满化粪池原样水的密闭容器，布水器1上部设置有注水管11，数个布水管12从布水器1上部插入布水器1中，每个布水管12插入布水器1内的深度相同，且每个布水管12的管体最高点高度也相同，每个布水管12的另一端分别连接各自的化粪池原样水实验瓶2，布水器1的上部设置有水平设置的定高板13，定高板13能对布水管12管体最高点限高，每个布水管12的管体最高点处均贴在定高板13的下表面，化粪池原样水实