本实用新型属于污水处理设备技术领域，具体涉及一种强化低C/N比污水脱氮效能的人工快渗装置。
背景技术：
在传统快渗系统基础上发展起来的人工快渗系统是一种基建投资少、工艺过程简便、运行成本较低的新型污水生态处理技术，该技术在处理小城镇及农村生活污水和受污染的地表水时效果明显，对化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH3-N)、悬浮物(SS)和阴离子表面活性剂(LAS)等的去除率均能在80％以上，具有重要的应用和推广价值。然而，当污水C/N比偏低时，人工快渗池下部虽然具备缺/厌氧条件，但由于碳源不足，反硝化细菌活性较低，导致系统反硝化性能较差，总氮(TN)去除率低，仅为10％～30％，不能达标排放。含氮污染物大量排入江河会造成水体富营养化，亚硝酸还可以和胺作用生成具有“三致”效应的亚硝胺，进而危害人体健康。因此，如何提高人工快渗系统对低C/N比污水的脱氮效能已成为该工艺应用推广的技术难点，也越来越受到国内外污水处理专家的重视。
目前，人工快渗系统的强化脱氮研究主要集中在优化填料配置、改变运行参数、增设饱水层、补充外加碳源、分段进水等方面。其中，优化填料配置、改变运行参数、增设饱水层等方法能在一定程度上改善反硝化菌的脱氮环境，但是没有从根本上解决碳源不足的问题，长期效果并不理想；补充外加碳源则主要采用甲醇、乙醇、乙酸等小分子液体碳源，虽然能有效提高脱氮效率，但是却存在成本高、投加量不易控制、可能引发二次污染等弊端，难以工业化应用；分段进水是一种成本相对最低的增加缺(厌)氧段C/N比的方式，通常采用不同进水口组合和不同进水比例的对比研究来确定分段进水的位置和水量，但是由于污水在人工快渗系统反硝化段的水力停留时间较短，污染物往往得不到充分降解而随出水排出，在提高反硝化脱氮性能的同时极易造成其他污染物的超标排放。
因此，针对现有技术中存在的不足之处，提供一种强化低C/N比污水脱氮效能的人工快渗装置具有重要意义。
技术实现要素：
本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种强化低C/N比污水脱氮效能的人工快渗装置，该装置可以为解决传统人工快渗系统脱氮效率低的问题提供新途径。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种强化低C/N比污水脱氮效能的人工快渗装置，包括第一快渗单元、第二快渗单元和回流单元，其中，所述第一快渗单元包括进水池和第一快渗池，所述第二快渗单元包括集水池、布水器以及设置于布水器下方的第二快渗池，所述回流单元包括通过回流储水池和水泵，所述进水池、第一快渗池、集水池、布水器之间，以及所述第二快渗池、回流储水池、水泵之间均分别通过管道顺次连接，所述水泵的出水口与第一快渗池通过管道连接，所述回流储水池的水按照设定比例进行排放和回流。
优选地，所述第一快渗池采用上行流进水方式，其内由下及上依次设置缓冲段一、填料段一、过滤段以及出水段。
优选地，所述缓冲段一和过滤段均采用设定比例卵石、碎石均匀填充，所述填料段一采用无烟煤、麦饭石、蛭石均匀填充，所述出水段不作任何填充。
优选地，所述填料段一一直处于淹水状态，进水流量为0.5L/h。
优选地，所述第二快渗池采用下行流进水方式，其内由上及下依次设置进水段、填料段二以及缓冲段二。
优选地，所述进水段不做任何填充，所述填料段二采用设定比例的无烟煤、绿沸石、火山石均匀填充，所述缓冲段二采用设定比例的卵石、碎石均匀填充。
优选地，所述填料段二采用淹水/落干交替运行的方式，湿干比1：1～1：3，水力负荷周期6～8h。
优选地，所述第一快渗池所处水平位置不高于进水池，所述进水池和第一快渗池之间的管道上安装有调节阀一和流量计一。
优选地，所述布水器所处水平位置不高于集水池，所述集水池和第二快渗池之间的管道上安装有定时器、调节阀二以及流量计二。
优选地，所述回流储水池和水泵之间的管道上安装有流量计三，所述回流部分通过流量计三控制回流比。
本实用新型的有益效果是：本发明提供的强化低C/N比污水脱氮效能的人工快渗装置，设置了通过管道依次循环连接的第一快渗单元、第二快渗单元和回流单元，通过第一快渗单元的反硝化阶段和第二快渗单元的硝化阶段，进入回流单元的出水含有较高浓度的硝态氮、较低浓度的氨氮和有机物，将其按设定回流比部分回流至第一快渗池与原污水同时进水，通过异养反硝化实现有机物和硝态氮的同步去除，有效降低出水的总氮浓度，从而提高了低C/N比污水的脱氮效能。同时，反硝化过程产生的碱度可为第二快渗池的硝化过程补充碱度。总体而言，该人工快渗装置具有运行成本低、结构简单、操作方便、稳定性高的优点，且高效、节能、无二次污染，适于规模化生产，值得在业内推广。
附图说明
图1是本实用新型强化低C/N比污水脱氮效能的人工快渗装置的结构示意图。
附图标记说明：1、进水池；2、调节阀一；3、流量计一；4、第一快渗池；5、集水池；6、定时器；7、调节阀二；8、流量计二；9、布水器；10、第二快渗池；11、回流储水池；12、水泵；13、流量计三。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：
如图1所示，本实用新型的一种强化低C/N比污水脱氮效能的人工快渗装置，包括第一快渗单元、第二快渗单元和回流单元。第一快渗单元包括进水池1和第一快渗池4，第二快渗单元包括集水池5、布水器9以及第二快渗池10，回流单元包括通过回流储水池11和水泵12。进水池1、第一快渗池4、集水池5、布水器9之间，以及第二快渗池10、回流储水池11、水泵12之间均分别通过管道顺次连接。水泵12的出水口与第一快渗池4通过管道连接，回流储水池11的水按照设定比例进行排放和回流。
具体的，在本实施例中，第一快渗单元中，第一快渗池4所处的水平位置不高于进水池1，原污水可依靠重力流进入第一快渗池4。进水池1和第一快渗池4之间的管道上还安装有调节阀一2和流量计一3，可通过调节阀一2和流量计一3控制进水流量。第一快渗池4采用上行流进水方式，即底部进水、顶部出水的进水方式。池高80cm、内径16cm，其内由下及上按照体积比为0.5：5：0.5：2依次设置缓冲段一、填料段一、过滤段以及出水段。缓冲段一和过滤段均采用按照体积比为1：3的卵石、碎石均匀填充，卵石、碎石粒径分别为10～35mm、5～15mm。填料段一采用按照体积比为7：2：1的无烟煤、麦饭石、蛭石均匀填充，无烟煤、麦饭石、蛭石粒径分别为0.5～1mm、1～2mm、1～3mm。出水段不作任何填充。第一快渗池4和集水池5通过管道连接，出水段的出水进入集水池5。第一快渗池4中的填料段一一直处于淹水状态，进水流量为0.5L/h。
第二快渗单元中，布水器9所处水平位置不高于集水池5，第二快渗池10设置于布水器9下方，集水池5内的污水则可以依靠重力流通过布水器9均匀布水直接进入第二快渗池10。集水池5和第二快渗池10之间的管道上安装有定时器6、调节阀二7以及流量计二8，定时器6用于控制进水时间，调节阀二7和流量计二8控制进水流量。第二快渗池10采用下行流进水方式，即顶部进水、底部出水的进水方式。池高80cm、内径16cm，其内由上及下按照体积比为2.5：5：0.5依次设置进水段、填料段二以及缓冲段二。进水段不做任何填充。填料段二按照体积比为7：2：1的无烟煤、绿沸石、火山石均匀填充，无烟煤、绿沸石、火山石粒径分别为0.5～1mm、1～2mm、1～3mm。缓冲段二按照体积比1：3的卵石、碎石均匀填充，卵石、碎石粒径分别为10～35mm、5～15mm。第二快渗池10和回流储水池11通过管道连接，缓冲段出水进入回流储水池11。第二快渗池10中的填料段二采用淹水/落干交替运行的方式实现填料段的自然复氧，湿干比1：1～1：3，水力负荷周期6～8h。
回流单元中，回流储水池11和水泵12之间的管道上安装有流量计三13，水泵12的出水口与第一快渗池4通过管道连接。回流储水池11的水按照设定比例部分排放、部分回流，回流部分通过流量计三13控制回流比，经水泵12输送至第一快渗池4底部与原污水同时进水。
需要说明的是，上述第一快渗池4和第二快渗池10的具体尺寸并不限于本实施例中所述，快渗池的具体尺寸可根据实际污水处理量及其它设计要求进行相应的设定。同样的，第一/第二快渗池(4、10)中各区段的具体设置，包括相应的填料种类以及比例，都可以根据实际要求进行调整，并没有特殊的限定，也可采用本领域中其它常规的快渗池设计方法。此外，上述中的填料段一/二的具体运行，也仅是本实施例所选择的优选方式，也可根据实际情况对湿干比、水力负荷周期、进水流量等具体参数进行相应的调整。进一步的，流储水池的水排放和回流的比例也并没限定，完全可以根据污水各种指标的事情情况进行相应的调整。
在本实施例中，第一快渗单元和第二快渗单元中的进水池1和集水池5分别位于第一快渗池4和第二快渗池10上方，污水可以依靠重力直接进入对应的快渗池，无需额外设置污水输送泵，同时第二快渗池10采用淹水/落干交替运行的方式实现填料段的自然复氧，无需额外设置曝气机供氧，节约了能耗，降低了运行成本。
进一步的，第一快渗池4和第二快渗池10均采用多种不同粒径级配的滤料进行填充，在保持较高水力负荷的同时有效避免了系统的堵塞，微生物通过附着在填料表面形成生物膜对污水中的污染物进行降解，不产生剩余污泥，装置结构简单，操作方便，稳定性好。
此外，第一快渗池4采用上行流进水方式，充分利用进水的可降解有机物和回流液中的硝态氮进行反硝化，提高脱氮效率的同时免去了外加碳源，同时反硝化过程产生的碱度可为第二快渗池10的硝化过程补充碱度，为强化低C/N比污水脱氮效能提供了一种高效、节能、无二次污染的人工快渗装置。
本实用新型对低C/N比污水的脱氮过程主要包括以下三个阶段：
反硝化阶段：第一快渗池4采用上行流进水方式，填料段一一直处于淹水状态，使第一快渗池4基本处于缺氧状态，有利于反硝化过程的进行。将回流比控制在100％～300％，利用进水的可降解有机物和回流液中的硝态氮在第一快渗池4中进行反硝化，提高脱氮效率的同时无需外加碳源，同时反硝化过程产生的碱度可为第二快渗池10的硝化过程补充碱度。
硝化阶段：第二快渗池10采用下行流进水方式，填料段二处于淹水/落干交替状态，使第二快渗池10能够实现填料段的自然复氧，有利于硝化过程的进行。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转化成硝态氮。
回流阶段：由于原污水中含有较高浓度的氨氮、较低浓度的硝态氮和一定难度的有机物，进入第一快渗池4后并不能进行良好的反硝化，而回流储液池中的出水含有较高浓度的硝态氮、较低浓度的氨氮和有机物，将其部分回流至第一快渗池4与原污水同时进水，通过异养反硝化实现有机物和硝态氮的同步去除，可有效降低出水的总氮浓度。
以下通过具体实验例对本实用新型的使用方法及使用效果进行说明，以进一步展示本实用新型的优点和原理：
实验例1
采用人工配制的模拟低C/N比污水作为本实用新型的进水，其基本水质指标如下：COD、NH3-N、TP浓度分别为350mg/L、100mg/L、4mg/L，pH为7.5。为使填料上的微生物生长良好，每10L配水中添加0.1mL微量元素营养液，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。运行参数如下：第一快渗池4进水流量0.5L/h，第二快渗池10湿干比1：1，水力负荷周期8h，回流比300％。监测方法：COD采用重铬酸钾法，NH3-N采用纳氏试剂比色法，TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，每2～3d监测一次进出水水质。
监测结果表明，该人工快渗装置在运行27d后趋于稳定，出水COD浓度为17.8～25.5mg/L，平均去除率为92.9％；出水NH3-N浓度为2.7～4.6mg/L，平均去除率为96.6％；出水TN浓度为8.5～11.3mg/L，平均去除率为90.1％。
实验例2
采用人工配制的模拟低C/N比污水作为本实用新型的进水，其基本水质指标如下：COD、NH3-N、TP浓度分别为210mg/L、100mg/L、2mg/L，pH为7.5。为使填料上的微生物生长良好，每10L配水中添加0.1mL微量元素营养液，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。运行参数如下：第一快渗池4进水流量0.5L/h，第二快渗池10湿干比1：3，水力负荷周期8h，回流比150％。监测方法：COD采用重铬酸钾法，NH3-N采用纳氏试剂比色法，TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，每2～3d监测一次进出水水质。
监测结果表明，该人工快渗装置在运行31d后趋于稳定，出水COD浓度为8.5～11.5mg/L，平均去除率为95.3％；出水NH3-N浓度为3.9～4.8mg/L，平均去除率为95.6％；出水TN浓度为14.2～17.2mg/L，平均去除率为84.5％。
实验例3
采用人工配制的模拟低C/N比污水作为本实用新型的进水，其基本水质指标如下：COD、NH3-N、TP浓度分别为90mg/L、100mg/L、1mg/L，pH为7.5。为使填料上的微生物生长良好，每10L配水中添加0.1mL微量元素营养液，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。运行参数如下：第一快渗池4进水流量0.5L/h，第二快渗池10湿干比1：2，水力负荷周期6h，回流比100％。监测方法：COD采用重铬酸钾法，NH3-N采用纳氏试剂比色法，TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，每2～3d监测一次进出水水质。
监测结果表明，该人工快渗装置在运行25d后趋于稳定，出水COD浓度为2.1～4.5mg/L，平均去除率为96.8％；出水NH3-N浓度为2.9～6.3mg/L，平均去除率为95.3％；出水TN浓度为17.5～19.2mg/L，平均去除率为81.8％。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。