本实用新型属于污水处理设备技术领域，具体涉及一种强化脱氮除磷的两级人工快渗系统。
背景技术：
氮、磷均是生物生长所必须的营养元素，但是由于未经达标处理的工业废水、农业废水和生活污水中含有较高浓度的氮、磷污染物，大量排入水体使其含量严重超过生物生长需求，导致水体氮磷污染，进而引发水体富营养化，破坏水生态平衡，对水生生物和人体健康造成威胁。面对日趋严峻的环境污染和水体富营养化问题，越来越多的国家和地区开始制定更加严格的氮磷排放标准。因此，污水脱氮除磷技术成为近年来水处理领域的研究热点和难点，研究和开发一套高效的、经济的、适用于现有技术条件的脱氮除磷工艺显得尤为重要。
以渗透性能良好的介质作为滤料的人工快速渗滤系统是近年来发展起来的一种特色鲜明的新型污水处理技术，通过滤料截留、吸附和生物降解的协同作用使污染物得以有效去除，解决了传统土地处理存在的占地面积大、水力负荷低、易于堵塞等问题，具有十分广阔的应用前景。然而，人工快速渗滤系统的脱氮除磷效果较差，对总氮(TN)、总磷(TP)的去除率分别仅为10％～30％、30％～50％，难以达标排放，限制了该技术的推广。分析认为，人工快速渗滤系统对TN去除效果较差的原因是：污水中的大部分氨氮(NH3-N)在硝化阶段转化成亚硝酸盐氮(NO2--N)或硝酸盐氮(NO3--N)，然而进入反硝化阶段后由于有机物缺乏，反硝化性能较差，仅有少部分NO2--N或NO3--N转化成分子氮脱除，大部分NO2--N或NO3--N随水流出系统，因而出水TN含量较高；对TP去除效果较差的原因是：污水在人工快速渗滤系统停留时间较短，传统滤料如河砂、大理石砂、沸石砂对磷素污染物的吸附作用以及化学沉淀作用均较弱，加上在人工快速渗滤系统中难以通过“厌氧释磷-好氧吸磷”过程实现生物除磷，因而出水中TP含量较高。
技术实现要素：
本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种强化脱氮除磷的两级人工快渗系统，该系统可有效提高传统单级人工快渗系统脱氮除磷效率。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种强化脱氮除磷的两级人工快渗系统，包括依次通过水管连接的进水池、一级反应池、中转池、二级反应池以及出水池，污水依次流经进水池、一级反应池、中转池、二级反应池进入出水池后流出，所述一级反应池内填充的填料上附着有硝化菌，所述二级反应池内填充的填料上附着有反硝化菌。
优选地，所述一级反应池采用下行流进水方式，进水池和一级反应池之间还连接有水泵一，且进水池和一级反应池之间的水管上还安装有定时器和流量计。
优选地，所述一级反应池内由上及下依次设置有保护层、填料层一和承托层一，所述保护层不填充任何填料，所述填料层一采用设定比例天然河砂、沸石砂、大理石砂、铁碳混料均匀混合后作为填料，所述承托层一采用鹅卵石作为填料。
优选地，所述天然河砂、沸石砂、大理石砂、铁碳混料按体积比为2：2：1：5。
优选地，所述铁碳填料采用预处理后的废铁屑和焦炭按照体积比1：2均匀混合而成。
优选地，所述填料层一和承托层一之间还设置有若干层土工布。
优选地，所述二级反应池采用上行流进水方式，中转池和二级反应池之间还连接有水泵二。
优选地，所述二级反应池内由下往上依次设置承托层二、填料层二和出水层，所述承托层二和出水层均采用鹅卵石作为填料，所述填料层二采用陶粒、厌氧颗粒污泥、改性丝瓜络按照设定比例均匀混合后作为填料。
优选地，所述陶粒、厌氧颗粒污泥、改性丝瓜络按照体积比为1：1：3。
优选地，所述承托层二和填料层二之间、填料层二与出水层之间分别设有若干层土工布。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的强化脱氮除磷的两级人工快渗系统，采用两级串联来实现高效脱氮除磷，相对现有技术，可提高脱氮效率30～60％，提高除磷效率20～40％。除了能提高脱氮除磷效率外，对COD、BOD、LAS等水体污染物也具有较好的去除效果。整体而言，该两级人工快渗系统，具有运行成本低、结构简单、操作方便、稳定性高的优点，是一种高效、经济的污水处理系统，适于规模化生产，值得在业内推广。
附图说明
图1是本实用新型强化脱氮除磷的两级人工快渗系统的结构示意图。
附图标记说明：1、进水池；2、一级反应池；3、中转池；4、二级反应池；5、出水池；6、水泵一；7、定时器；8、流量计；9、水泵二；10、保护层；11、填料层一；12、承托层一；13、承托层二；14、填料层二；15、出水层。
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，本实用新型的强化脱氮除磷的两级人工快渗系统，包括依次通过水管连接的进水池1、一级反应池2、中转池3、二级反应池4以及出水池5，污水依次流经进水池1、一级反应池2、中转池3、二级反应池4进入出水池5后流出，一级反应池2内填充的填料上附着有硝化菌，二级反应池4内填充的填料上附着有反硝化菌。
在本实施例中，进水池1和一级反应池2之间还连接有水泵一6，且进水池1和一级反应池2之间的水管上还安装有定时器7和流量计8。通过定时器7和流量计8调节布水时间和湿干比，水力负荷周期一般为6～8h，湿干比一般为1：2～1：5。一级反应池2采用下行流进水方式，其内按照体积比为2：10：1由上及下依次设置有保护层10、填料层一11和承托层一12。保护层10不填充任何填料，填料层一11采用按体积比为2：2：1：5的天然河砂、沸石砂、大理石砂、铁碳混料均匀混合后作为填料，承托层一12采用鹅卵石作为填料。天然河砂、沸石砂、大理石砂的粒径分别为0.2～0.45mm、0.8～2.5mm、2～3mm，鹅卵石粒径为10～20mm。填料层一11和承托层一12之间还设置有若干层土工布，优选2～3层。
铁碳填料为采用预处理后的废铁屑和焦炭按照体积比1：2均匀混合而成。废铁屑、焦炭的粒径分别为1～2mm、0.8～1.2mm。废铁屑和焦炭的预处理方法为：清洗后按照固液体积比1：3将废铁屑和焦炭分别置于质量分数为4％的氢氧化钠溶液中加热10min，再清洗后按照固液体积比1：4将废铁屑和焦炭分别置于质量分数为2％的盐酸溶液中浸泡30min，清洗至中性后烘干，筛选出适宜粒径的废铁屑和焦炭作为填料。预处理的目的是为了去除废铁屑和焦炭表面的杂质/氧化物，显然，并不限于本实施例所具体描述的方式和参数，在满足前述目的的基础下，采用本领域中其它常规预处理方法均可。
一级反应池2通过自然复氧满足硝化过程对氧气的需求，无需曝气，节约了能耗，同时丰富的填料类型使系统不易堵塞，有利于系统的长期稳定运行。
中转池3和二级反应池4之间还连接有水泵二9。二级反应池4采用上行流进水方式，污水在二级反应池4的水力停留时间一般为4～8h，其内按照体积比为1：10：1由下往上依次设置承托层二13、填料层二14和出水层15。承托层二13和出水层15均采用鹅卵石作为填料，填料层采用按体积比1：1：3的陶粒、厌氧颗粒污泥、改性丝瓜络均匀混合后作为填料。鹅卵石粒径为10～20mm陶粒、厌氧颗粒污泥、改性丝瓜络的粒径分别为0.5～2mm、1～3mm、2～5mm。承托层二13和填料层二14之间、填料层二14与出水层15之间分别设有若干层土工布，优选2～3层。
改性丝瓜络的制备方法如下：先剔除丝瓜络中夹杂的丝瓜籽和其他杂质，剪碎、清洗后烘干，放入高压蒸汽锅中121℃下蒸煮30min，取出自然冷却，再按照固液体积比1：3将丝瓜络置于质量分数为4％的氢氧化钠溶液中，在25℃恒温摇床中以60r/min的速率震荡2h，清洗后烘干。预处理的目的在于提供丝瓜络释碳能力，为反硝化提供适宜浓度的碳源。显然，并不限于本实施例所具体描述的方式和参数，在满足前述目的的基础下，采用本领域中其它常规预处理方法均可。
二级反应池4采用改性丝瓜络作为主要填料，满足了反硝化过程对碳源的需求，同时实现了农业废弃物的资源化利用，达到“以废治废”的目的。
需要说明的是，上述各反应池等具体组成装置的具体尺寸并没有特殊的限制，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，一级/二级反应池(2、4)中各区段的具体设置，包括相应的填料种类、比例以及相应的粒径，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反应池设计方法。尤其是，铁碳填料的目的是为能进一步增强硝化细菌的活性，同时通过铁碳微电解作用去除部分磷素污染物，采用本领域中其他常规且具有相同作用的填料也可。改性丝瓜络是为了提供反硝化碳源，采用其它碳源填料也可，如改性玉米芯等。进一步的，本实施例中的一级/二级反应池(2、4)的具体运行方式，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。
本实用新型对氮的去除机理是：在一级反应池2内，氮素污染物被填料截留或吸附，填料上附着的硝化菌在湿/干交替运行模式形成的有氧环境下，利用无机碳将大部分氨氮氧化为亚硝态氮或硝态氮，进入二级反应池4后，填料上附着的反硝化菌在缺氧条件下，利用改性丝瓜络释放的有机碳作为反硝化碳源，将亚硝态氮或硝态氮还原为氮气，从而实现高效脱氮。与此同时，铁碳填料产生的铁离子或亚铁离子能增强硝化细菌的活性，使硝化速率加快，而铁表面附着的生物膜内部具有适合反硝化菌生存在的缺氧环境，为发生好氧反硝化和铁自养反硝化创造了有利条件，可进一步提高人工快渗系统的脱氮效能。
本实用新型对磷的去除机理是：在一级反应池2内，磷素污染物被填料截留或吸附，部分被微生物生长代谢消耗，部分则通过铁碳微电解作用去除。由于铁碳之间氧化还原电位相差较大，当铁屑和焦炭浸没在污水中时会形成许多小的原电池，阳极(Fe)发生如下反应：Fe-2e＝Fe2+，阴极(C)发生如下反应：2H++2e＝H2↑(酸性条件)、O2+2H2O+4e＝4OH-(中性和碱性条件)，铁碳微电解产生的Fe2+或Fe3+在适宜条件下会形成混凝效果较强的Fe(OH)2或Fe(OH)3，有利于磷的絮凝沉淀。而污水进入二级反应池4后，填料会进一步截留或吸附一级反应池2内未被去除的磷，从而达到高效除磷的目的。
以下通过具体实施例对本实用新型进行进一步的说明，以进一步展示本实用新型的原理和优点：
采用本实用新型对校园生活污水进行处理，运行效果显示，COD去除率为86.5％～97.6％，比传统单级人工快速渗滤系统高出10％～25％；NH3-N去除率为91.4％～98.2％，比传统单级人工快速渗滤系统高出5％～18％；TN去除率为80.3～93.8％，比传统单级人工快速渗滤系统高出30％～60％；TP去除率为84.5～94.5％，比传统单级人工快速渗滤系统高出20％～40％。
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。