本實用新型屬于污水處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同步硝化反硝化的人工快滲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人民生活水平的大幅提高，產(chǎn)生的含氮廢水也日益增多。未經(jīng)達標處理的含氮廢水大量排入江河，在一定條件下可以促使藻類大量繁殖，造成日趨嚴重的水體富營養(yǎng)化問題，大量消耗水體中的溶解氧，影響魚類和其他水生動植物的生存環(huán)境。此外，水環(huán)境中的硝酸鹽和亞硝酸鹽在各種含氮有機化合物(如：胺、酰胺、尿素、胍、氰胺)的作用下，可形成具有致癌、致畸和致突變效應的N-亞硝基化合物，危害水生生物和人體健康。當今世界資源短缺已成為制約各國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，水資源顯得尤為重要，水體氮素污染的治理已經(jīng)刻不容緩。自20世紀70年代以來，世界各國逐漸認識到了水體氮素污染的危害，一方面在各類污廢水二級處理的基礎(chǔ)上增加了脫氮單元，另一方面制定了更加嚴格的城市污水處理廠排放標準。我國于2003年7月開始實施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中對城市污水廠出水氮素含量提出了更高的要求，其中一級A排放標準NH3-N<5mg/L，TN<15mg/L。此外，NH3-N還被納入“十二五”減排的約束性指標，氮污染控制成為改善我國水環(huán)境質(zhì)量的必要舉措，也是減排工作的技術(shù)難點。
常見的污水脫氮方法有中和法、化學沉淀法、空氣吹脫法、蒸汽汽提法、離子交換法、折點氯化法等物化法和硝化反硝化生物脫氮法。由于生物法具有經(jīng)濟成本相對低、二次污染小、運行效果好等優(yōu)點而備受國內(nèi)外污水處理廠的青睞。其中，人工快滲系統(tǒng)兼具了污水快滲土地處理系統(tǒng)和人工構(gòu)造濕地系統(tǒng)的優(yōu)點，其工藝靈活、投資省、能耗低、運行費用少、維護管理方便，發(fā)展前景十分可觀。目前，該技術(shù)已成功應用于北京、廣東、廣西、四川、湖南、湖北、黑龍江和香港等十幾個省、市和地區(qū)的中小城鎮(zhèn)污水處理。但是，傳統(tǒng)人工快滲系統(tǒng)采用下向流進水，有機物濃度沿高度逐級遞減，到達系統(tǒng)下部后出現(xiàn)碳源不足的問題，由于反硝化菌大多屬于異養(yǎng)型微生物，碳源缺乏將導致反硝化脫氮難以高效的進行。與此同時，傳統(tǒng)人工快滲系統(tǒng)通常水力停留時間較短，亞硝氮、硝氮等污染物未被徹底轉(zhuǎn)化或降解就隨水流出，導致TN去除效率低，不能達標排放，限制了其進一步推廣應用。
近年來，越來越多的研究證明了好氧反硝化過程的存在，并發(fā)現(xiàn)了一系列在有氧條件下有著較高反硝化效率的微生物。由于生物反應器內(nèi)難以達到理想的混勻狀態(tài)，在好氧條件下，生物膜內(nèi)依然存在缺氧區(qū)，此時硝化反應在生物膜上的好氧部分發(fā)生，而反硝化反應則同時在生物膜上的缺氧部分發(fā)生，即硝化與反硝化反應能在同一個反應器中同時完成，從而在不影響硝化效果的情況下提高脫氮效率。目前，國內(nèi)外對好氧反硝化生物脫氮技術(shù)的研究主要針對氧化溝、RBC、SBR等反應器系統(tǒng)，將其應用于人工快滲系統(tǒng)則尚未見報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是解決上述問題，提供一種同步硝化反硝化的人工快滲系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是：一種同步硝化反硝化的人工快滲系統(tǒng)，包括進水池、反應池以及集水池，所述進水池內(nèi)的水通過抽水泵抽到反應池的頂部，所述反應池的底部通過排水管與集水池連通，所述反應池內(nèi)從上至下依次設(shè)有布水區(qū)、濾料區(qū)以及承托區(qū)，所述濾料區(qū)插置有若干根空心管，所述若干根空心管插入至濾料中的長度不同，所述濾料區(qū)內(nèi)填充有濾料，通過所述若干根空心管加好氧反硝化菌接種液，對濾料進行好氧反硝化菌接種。
優(yōu)選地，所述濾料包括河砂、沸石砂以及大理石砂，河砂粒徑為0.25～0.35mm，沸石砂粒徑為1～1.2mm，大理石砂粒徑為1～2mm。
優(yōu)選地，所述承托區(qū)填充有級配碎石，所述級配碎石粒徑為0.5～3cm。
優(yōu)選地，所述承托區(qū)底部還設(shè)有鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)上下分別鋪設(shè)若干層土工布，用于防止級配碎石流出。
優(yōu)選地，所述布水區(qū)的上部設(shè)有布水器，抽水泵抽到反應池頂部的水通過布水器均勻布水。
優(yōu)選地，所述抽水泵上安裝有時控器，用于控制進水時間。
優(yōu)選地，所述抽水泵的出水管上安裝有流量計，用于控制進水流量。
優(yōu)選地，所述空心管的數(shù)量為四根。
本實用新型提供的同步硝化與反硝化的人工快滲系統(tǒng)具有以下有益效果：
1、通過接種好氧反硝化菌，使硝化和反硝化能在人工快滲系統(tǒng)內(nèi)同時進行，在提高脫氮效率的同時，減少了反應器容積，縮短了實現(xiàn)完全硝化反硝化所需的時間；
2、硝化過程需要消耗堿度，而同時反硝化過程產(chǎn)生的堿度可以有效的保持人工快滲系統(tǒng)中pH值的穩(wěn)定，降低了人工補充堿度所需的成本；
3、無需外加碳源，節(jié)省投資，減少了二次污染；
4、不同高度空心管的設(shè)置，不僅可以用于添加好氧反硝化菌接種液，還可以增強各濾料層的復氧能力，在無需曝氣的情況下，提高人工快滲系統(tǒng)的硝化和好氧反硝化性能，同時減緩系統(tǒng)堵塞。
附圖說明
圖1是本實用新型同步硝化反硝化的人工快滲系統(tǒng)。
附圖標記說明：1、進水池；2、反應池；3、集水池；4、抽水泵；5、時控器；6、流量計；7、布水器；8、排水管；9、布水區(qū)；10、濾料區(qū)；11、承托區(qū)；12、空心管一；13、空心管二；14、空心管三；15、空心管四。
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，本實用新型同步硝化和反硝化的人工快滲系統(tǒng)，包括進水池1、反應池2以及集水池3，進水池1內(nèi)的水通過抽水泵4抽到反應池2的頂部，反應池2的底部通過排水管8與集水池3連通。
布水區(qū)9的上部設(shè)有布水器7，抽水泵4抽到反應池2頂部的水通過布水器7均勻布水。抽水泵4上安裝有時控器5，用于控制進水時間。抽水泵4的出水管上安裝有流量計6，用于控制進水流量。在本實施例中，布水器7采用環(huán)形布水管，抽水泵4采用蠕動泵。
反應池2采用聚氯乙烯(PVC)材料制成，內(nèi)徑為15cm，高為130cm，從上至下依次設(shè)有布水區(qū)9、濾料區(qū)10以及承托區(qū)11，其中，
布水區(qū)9高為20cm，不進行任何填充。
濾料區(qū)10高為100cm，其內(nèi)填充有濾料。濾料包括河砂、沸石砂以及大理石砂。河砂粒徑為0.25～0.35mm，沸石砂粒徑為1～1.2mm，大理石砂粒徑為1～2mm。河砂、沸石砂和大理石砂的體積比為90：5：5。濾料區(qū)10中心出還插置有空心管，空心管的數(shù)量為四根，分別為空心管一12、空心管二13、空心管三14以及空心管四15。四根空心管的內(nèi)徑均為1cm，空心管一12長度為45cm，插入濾料中的長度為20cm，空心管二13長度為65cm，插入濾料中的長度為40cm，空心管三14長度為85cm，插入濾料中的長度為60cm，空心管四14長度為105cm，插入濾料中的長度為80cm。空心管的作用在于：方便從伸出濾料外的管口添加或補充好氧反硝化菌接種液，同時有利于外界空氣在淹水期和落干期進入系統(tǒng)內(nèi)部，增強各濾料層的自然復氧能力。對濾料的接種，可以直接在市場購買現(xiàn)成的好氧反硝化菌或按照常規(guī)方式培養(yǎng)菌種，在本實施例中，采用自制培養(yǎng)菌種的方式，將在下文中進行詳細描述。
值得說明的是，反應池2所采用的材質(zhì)以及其尺寸，不限于本實施例所描述，可以根據(jù)實際工程所需進行相應的調(diào)整。同樣的，布水區(qū)9、濾料區(qū)10以及承托區(qū)11的相應尺寸以及尺寸比例關(guān)系也并不限于前述，布水區(qū)9、濾料區(qū)10以及承托區(qū)11的尺寸以及尺寸比例可以根據(jù)污水所需達到的處理標準進行調(diào)整。進一步的，河砂、沸石砂和大理石砂的體積比為90：5：5，是本發(fā)明人經(jīng)過長期漫長的實踐探索，獲得的優(yōu)選比例，實際上，河砂、沸石砂和大理石砂的體積比并沒有特殊的限制。再進一步的，空心管的實際數(shù)量也不限制為四根，且插入濾料中的長度也可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。不同高度空心管的設(shè)置，不僅可以用于添加好氧反硝化菌接種液，還可以增強各濾料層的復氧能力，在無需曝氣的情況下，提高人工快滲系統(tǒng)的硝化和好氧反硝化性能，同時減緩系統(tǒng)堵塞。
承托區(qū)11填充有級配碎石，級配碎石粒徑為0.5～3cm，承托區(qū)11底部還設(shè)有鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)上下分別鋪設(shè)若干層土工布，用于防止級配碎石流出。
以下對本實用新型的同步硝化與反硝化的人工快滲系統(tǒng)的運行方式進行詳細的說明，以進一步展示本實用新型的優(yōu)點和原理：
A、啟動期間采用生活污水作為進水，COD、NH3-N、TN、TP濃度分別為210～250mg/L、28～35mg/L、30～43mg/L、3～4mg/L，pH為6.8～7.2。按照淹水期和落干期時間比1：3，間歇式布水，水力負荷1m/d，每天進水3次。通過時控器5控制進水時間，通過流量計6控制進水流量，通過環(huán)形布水管均勻布水。運行至COD和NH3-N的去除率均穩(wěn)定在85％以上時，完成掛膜；
B、從已成功掛膜啟動的濾料中篩選、分離出具有良好反硝化性能的好氧反硝化菌株冷凍保存，挑選適量冷凍保存的好氧反硝化菌加入到LB培養(yǎng)基中活化，在30℃恒溫搖床內(nèi)培養(yǎng)至對數(shù)生長期，將得到的菌液進行洗滌離心2～3次，收集菌體，再用0.9％的生理鹽水稀釋到一定體積，混合均勻后于4℃冰箱保存?zhèn)溆?。LB培養(yǎng)基的組分如下：蒸餾水1L，蛋白胨10g/L，酵母膏5g/L，NaCl 5g/L，調(diào)節(jié)pH至7.0，在滅菌鍋中121℃滅菌15min；
C、對反應池2中的濾料進行好氧反硝化菌接種，從伸出濾料的空心管口注入，每根空心管注入1L好氧反硝化菌液。接種后，控制進水pH為7.0～7.5，反應溫度為30±5℃，其余運行條件不變。每隔1～2個月從空心管補充適量好氧反硝化菌液。
該人工快滲系統(tǒng)通過接種好氧反硝化菌和控制適宜的反應條件，使硝化和反硝化作用能夠在有氧條件下同時進行，有效解決了人工快滲系統(tǒng)底部碳源不足、反硝化脫氮效果差的問題。當進水COD濃度為270mg/L左右、NH3-N濃度為25mg/L左右、TN濃度為30mg/L左右，經(jīng)過一段時間的適應期后，本實用新型對COD、NH3-N、TN的平均去除率分別在80％、90％、70％左右，相比未經(jīng)好氧反硝化強化的人工快滲系統(tǒng)，本實用新型既保證了良好的COD和NH3-N去除率，對TN去除率的提升效果也十分明顯，平均提高了40％左右。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應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)。