CN105461057B - 农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置，原样贮水器内存储化粪池原样水，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，每个布水管的另一端分别连接各自的化粪池原样水实验瓶。实验瓶连接有脱氮装置，脱氮盒体内腔中按水流方向设置有数道隔离墙，分隔腔中放置有反硝化菌载体。本发明具有能很好地模拟农村化粪池出水状态、实现农村化粪池出水模拟的自动化、能同时进行数组重复实验、效率高、具有化粪池污水脱氮功能的优点。

Description

农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置的使用方法

技术领域

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

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——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。

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。

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

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。

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、蠕动泵、自动进样器和布水器，蠕动泵连接控电开关，控电开关能控制蠕动泵动作频率，原样贮水器内存储化粪池原样水，蠕动泵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。

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。

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。

上述的脱氮盒体上随着水流方向开设有数个取样孔。

上述的虹吸管为倒“U”型管。

上述的蠕动泵包括机架，机架内设置有转子，转子上安装有数个压辊；机架上还设置有泵管腔，泵管从泵管腔中穿过，压辊能在转子的带动下转动至泵管腔中压迫泵管，并将泵管中的液体向前挤压。

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。

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。

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设置蠕动泵单位进样量M以及蠕动泵单位时间动作次数；

步骤三、将蠕动泵通过泵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，蠕动泵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。

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。

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隔性、单次排量较大的排水方式，本发明通过自动进样器实现该排水方式的高度自动模拟，利用虹吸原理实现单次排量可调节的间歇式化粪池原样水分配。

本发明自动化程度高，操作方便，无需人工操作，通过控电开关控制蠕动泵运作，无需人工，不仅节省人力还提高了研究的准确度。

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，极大地提高了实验效率。

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，氨氮在微生物作用下氧化为硝酸盐，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。

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。

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、小麦秆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。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为蠕动泵的结构示意图；

图3为脱氮装置的结构示意图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为图3的B-B剖视图；

图6为图3的C-C剖视图。

其中的附图标记为：贮水器1、蠕动泵2、机架21、转子22、压辊23、泵管腔24、自动进样器3、虹吸管31、布水器4、固定圈41、控电开关5、布水管6、化粪池原样水实验瓶7、脱氮装置8、脱氮盒体81、进水口82、出水口83、隔离墙84、过水孔84a、过水间隙84b、分隔腔85、反硝化菌载体86、通水孔隙87、取样孔88。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本发明的模拟农村化粪池排水及脱氮处理的实验装置，其中：包括依次连接的原样贮水器1、蠕动泵2、自动进样器3和布水器4，蠕动泵2连接控电开关5，控电开关5能控制蠕动泵2动作频率，原样贮水器1内存储化粪池原样水，蠕动泵2每动作一次能从原样贮水器1内抽取定量的液体，并将液体注入自动进样器3中，自动进样器3中设置有虹吸管31，虹吸管31的一端伸出自动进样器3的底部与布水器4连接，虹吸管31的另一端设置于自动进样器3中，布水器4为内部注满化粪池原样水的密闭容器，数个布水管6从布水器4上部插入布水器4中，每个布水管6插入布水器4内的深度相同，且每个布水管6的管体最高点高度也相同，每个布水管6的另一端分别连接各自的化粪池原样水实验瓶7，化粪池原样水实验瓶7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7连接有脱氮装置8，脱氮装置8包括密封的脱氮盒体81，脱氮盒体81中为厌氧环境，脱氮盒体81设置有进水口82和出水口83，脱氮盒体81内腔中按水流方向设置有数道隔离墙84，隔离墙84将脱氮盒体81分隔为数个分隔腔85，分隔腔85中放置有反硝化菌载体86，隔离墙84上开设有通水孔隙87，硝化后的化粪池原样水从进水口82注入脱氮盒体81中，流经反硝化菌载体86脱氮后，由出水口83流出。

实施例中，通水孔隙87分为两种，一种为设置在隔离墙84墙体上部的过水孔84a，一种为设置在隔离墙84底部的过水间隙84b，每个隔离墙84具有一种通水孔隙87，且具有过水孔84a的隔离墙84与具有过水间隙84b的隔离墙84交错设置。

实施例中，过水孔84a在隔离墙84上的高度随着水流方向依次降低,隔离墙84上的过水孔84a分为位于隔离墙84左侧的左侧孔和位于隔离墙84右侧的右侧孔，同一隔离墙84上只具有一种过水孔84a，具有左侧孔的隔离墙84和具有右侧孔的隔离墙84交错设置。

实施例中，脱氮盒体81上随着水流方向开设有数个取样孔88。

实施例中，虹吸管31为倒“U”型管。

实施例中，蠕动泵2包括机架21，机架21内设置有转子22，转子22上安装有数个压辊23；机架21上还设置有泵管腔24，泵管从泵管腔24中穿过，压辊23能在转子22的带动下转动至泵管腔24中压迫泵管，并将泵管中的液体向前挤压。

实施例中，布水器4的设置有固定圈41，布水管6穿过固定圈41并被固定圈41定位，防止布水管6晃动导致各布水管6的管体最高点高度不一致。

实施例中，虹吸管31的管高长度可调，通过调节虹吸管31长度，能限定一次进入布水器4的液体体积。

模拟农村化粪池排水及脱氮处理的实验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、根据所需的进样体积V确定虹吸管31的高度h，虹吸管31的高度h为进样体积V/自动进样器3的底面积S；

步骤二、根据进样体积V设置蠕动泵2单位进样量M以及蠕动泵2单位时间动作次数；

步骤三、将蠕动泵2通过泵管分别连接原样贮水器1和自动进样器3,将自动进样器3中的虹吸管31的出水口连接布水器4，布水器4的布水管6分别连接各自的化粪池原样水实验瓶7；

步骤四、开动实验装置，使其工作，蠕动泵2在单位时间内向自动进样器3注入预定体积的化粪池原样水，当自动进样器3内的化粪池原样水没有没过虹吸管31的顶部时，自动进样器3不会向布水器4注水，当自动进样器3内的化粪池原样水没过虹吸管31的顶部时，虹吸管31在虹吸原理的作用下，一次性向布水器4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4内注满化粪池原样水，因此当虹吸管31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6流出，各布水管6插入布水器4的深度、管体最高点高度均相同，因此注入各布水管6的化粪池原样水体积相同，各化粪池原样水实验瓶7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7中的土柱的作用下硝化，然后从进水口82注入到脱氮装置8中，液体流经分隔腔85中的反硝化菌载体86，反硝化菌载体86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85，反复地经过水孔84a和过水间隙84b，充分与反硝化菌载体86接触后，由出水口83流出。

取样孔88能抽取脱氮装置8中部的液体，用于分析各段液体的脱氮情况。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置的使用方法，其特征是：农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置包括依次连接的原样贮水器(1)、蠕动泵(2)、自动进样器(3)和布水器(4)，所述的蠕动泵(2)连接控电开关(5)，所述的控电开关(5)能控制蠕动泵(2)动作频率，所述的原样贮水器(1)内存储化粪池原样水，所述的蠕动泵(2)每动作一次能从原样贮水器(1)内抽取定量的液体，并将液体注入自动进样器(3)中，所述的自动进样器(3)中设置有虹吸管(31)，所述的虹吸管(31)的一端伸出自动进样器(3)的底部与布水器(4)连接，虹吸管(31)的另一端设置于自动进样器(3)中，所述的布水器(4)为内部注满化粪池原样水的密闭容器，数个布水管(6)从布水器(4)上部插入布水器(4)中，每个所述的布水管(6)插入布水器(4)内的深度相同，且每个所述的布水管(6)的管体最高点高度也相同，每个布水管(6)的另一端分别连接各自的化粪池原样水实验瓶(7)，所述的化粪池原样水实验瓶(7)内填充有土柱，所述的化粪池原样水在土柱作用下硝化，所述的化粪池原样水实验瓶(7)连接有脱氮装置(8)，所述的脱氮装置(8)包括密封的脱氮盒体(81)，脱氮盒体(81)中为厌氧环境，所述的脱氮盒体(81)设置有进水口(82)和出水口(83)，所述的脱氮盒体(81)内腔中按水流方向设置有数道隔离墙(84)，所述的隔离墙(84)将脱氮盒体(81)分隔为数个分隔腔(85)，分隔腔(85)中放置有反硝化菌载体(86)，所述的隔离墙(84)上开设有通水孔隙(87)，硝化后的化粪池原样水从进水口(82)注入脱氮盒体(81)中，流经反硝化菌载体(86)脱氮后，由出水口(83)流出；

所述的通水孔隙(87)分为两种，一种为设置在隔离墙(84)墙体上部的过水孔(84a)，一种为设置在隔离墙(84)底部的过水间隙(84b)，每个隔离墙(84)具有一种通水孔隙(87)，且具有过水孔(84a)的隔离墙(84)与具有过水间隙(84b)的隔离墙(84)交错设置；

农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置的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(31)的高度h，虹吸管(31)的高度h为进样体积V/自动进样器(3)的底面积S；

步骤二、根据进样体积V设置蠕动泵(2)单位进样量M以及蠕动泵(2)单位时间动作次数；

步骤三、将蠕动泵(2)通过泵管分别连接原样贮水器(1)和自动进样器(3),将自动进样器(3)中的虹吸管(31)的出水口连接布水器(4)，布水器(4)的布水管(6)分别连接各自的化粪池原样水实验瓶(7)；

步骤四、开动实验装置，使其工作，蠕动泵(2)在单位时间内向自动进样器(3)注入预定体积的化粪池原样水，当自动进样器(3)内的化粪池原样水没有没过虹吸管(31)的顶部时，自动进样器(3)不会向布水器(4)注水，当自动进样器(3)内的化粪池原样水没过虹吸管(31)的顶部时，虹吸管(31)在虹吸原理的作用下，一次性向布水器(4)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(4)内注满化粪池原样水，因此当虹吸管(31)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(6)流出，各布水管(6)插入布水器(4)的深度、管体最高点高度均相同，因此注入各布水管(6)的化粪池原样水体积相同，各化粪池原样水实验瓶(7)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(7)中的土柱的作用下硝化，然后从进水口(82)注入到脱氮装置(8)中，液体流经分隔腔(85)中的反硝化菌载体(86)，反硝化菌载体(86)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(85)，反复地经过水孔(84a)和过水间隙(84b)，充分与反硝化菌载体(86)接触后，由出水口(83)流出。

2.根据权利要求1所述的农村化粪池污水排放模拟并脱氮处理的实验装置的使用方法，其特征是：所述的过水孔(84a)在隔离墙(84)上的高度随着水流方向依次降低，隔离墙(84)上的过水孔(84a)分为位于隔离墙(84)左侧的左侧孔和位于隔离墙(84)右侧的右侧孔，同一隔离墙(84)上只具有一种过水孔(84a)，具有左侧孔的隔离墙(84)和具有右侧孔的隔离墙(84)交错设置；所述的脱氮盒体(81)上随着水流方向开设有数个取样孔(88)；取样孔(88)能抽取脱氮装置(8)中的液体，用于分析各段液体的脱氮情况；所述的虹吸管(31)为倒“U”型管；

所述的蠕动泵(2)包括机架(21)，所述的机架(21)内设置有转子(22)，所述的转子(22)上安装有数个压辊(23)；所述的机架(21)上还设置有泵管腔(24)，泵管从泵管腔(24)中穿过，所述的压辊(23)能在转子(22)的带动下转动至泵管腔(24)中压迫泵管，并将泵管中的液体向前挤压；

所述的布水器(4)的设置有固定圈(41)，所述的布水管(6)穿过固定圈(41)并被固定圈(41)定位，防止布水管(6)晃动导致各布水管(6)的管体最高点高度不一致；所述的虹吸管(31)的管高长度可调，通过调节虹吸管(31)长度，能限定一次进入布水器(4)的液体体积。