农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的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，尤其涉及农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理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]实际观察中发现，农村化粪池经过长时间使用，化粪池污水液面一直处于出水管道口下沿，每当注入一股污水混合物，就会有同等体积的液体从管道流走，因此，农村化粪池出水是间歇性的，而非均匀持续不断地出水。化粪池流出的污水一般直接注入周边土壤。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，高浓度氨氮的化粪池污水经土壤渗滤后出水可能具有较高的硝酸盐氮浓度，因此利用土壤渗滤出水自然硝化特性，构建后续出水人工脱氮系统可有效降低化粪池污水氮浓度，与现有污水处理技术相比成本优势显著。
[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，而室内模拟实验应首先遵循化粪池污水的自然排放规律，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，急需一种农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置以实现实验的自动化与精密性，最终为将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，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，而提供能很好地模拟农村化粪池出水状态、实现农村化粪池排放的自动化、能同时进行多组重复实验、效率高、具有化粪池污水脱氮功能的农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的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:
农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置，其中:包括依次连接的原样贮水器、蠕动栗、自动进样器和布水器，蠕动栗连接控电开关，控电开关能控制蠕动栗动作频率，原样贮水器内存储化粪池原样水，蠕动栗每动作一次能从原样贮水器内抽取定量的液体，并将液体注入自动进样器中，自动进样器中设置有虹吸管，虹吸管的一端伸出自动进样器的底部与布水器连接，虹吸管的另一端设置于自动进样器中，布水器为内部注满化粪池原样水的密闭容器，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，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。
[0008]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。
[0009 ]上述的脱氮盒体上随着水流方向开设有数个取样孔。
[0010]上述的虹吸管为倒“U”型管。
[0011 ]上述的蠕动栗包括机架，机架内设置有转子，转子上安装有数个压辊;机架上还设置有栗管腔，栗管从栗管腔中穿过，压辊能在转子的带动下转动至栗管腔中压迫栗管，并将栗管中的液体向前挤压。
[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]上述的虹吸管的管高长度可调，通过调节虹吸管长度，能限定一次进入布水器的液体体积。
[0014]农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置及其使用方法，包括以下步骤:步骤一、根据所需的进样体积V确定虹吸管的高度h，虹吸管的高度h为进样体积V/自动进样器的底面积S;
步骤二、根据进样体积V设置蠕动栗单位进样量Μ以及蠕动栗单位时间动作次数；步骤三、将蠕动栗通过栗管分别连接原样贮水器和自动进样器，将自动进样器中的虹吸管的出水口连接布水器，布水器的布水管分别连接各自的化粪池原样水实验瓶；
步骤四、开动实验装置，使其工作，蠕动栗在单位时间内向自动进样器注入预定体积的化粪池原样水，当自动进样器内的化粪池原样水没有没过虹吸管的顶部时，自动进样器不会向布水器注水，当自动进样器内的化粪池原样水没过虹吸管的顶部时，虹吸管在虹吸原理的作用下，一次性向布水器注入体积为V的化粪池原样水，用于模拟农村化粪池在一次性注入污物后，溢出体积为V的污水；
步骤五、由于布水器内注满化粪池原样水，因此当虹吸管注入体积为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，以满足多个重复实验需求；
步骤六、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厌氧脱氮装置中，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；
步骤七、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:本发明能高度模拟农村化粪池排水的自然状态:农村化粪池排水不是均匀排水，而是每次注入污物时排出等体积的污水，因此，农村化粪池排水是间