CN210855711U - 一种电磁场强化型人工快渗污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电磁场强化型人工快渗污水处理装置，包括人工快速渗滤池本体，所述人工快速渗滤池本体底部设置出水口，其内自上而下依次设置布水区、陶粒层一、滤料区一、陶粒层二、滤料区二、陶粒层三，滤料区二处设置有磁场；待处理污水从布水区依次渗入陶粒层一、滤料区一、陶粒层二、滤料区二、陶粒层三，再从出水口排除。总体而言，本实用新型具有基建成本低、脱氮除磷效果好、运行操作灵活等优势，实用价值高，为污水处理领域提供一种新的选择，值得业内推广。
Description
技术领域
本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种电磁场强化型人工快渗污水处理装置。
背景技术
人工快渗技术是在传统土壤渗滤技术的基础上，采用渗滤性能较好的天然或人工材料代替土壤作为滤料，依靠吸附、截留和生物降解等途径实现污染物去除的一种新型污水生态处理技术。人工快渗技术的水力负荷可达0.5～1.2m/d甚至更高，对化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)等水中常见污染指标的去除率可达80％以上，与传统的土壤渗滤技术相比，更具优势。人工快渗技术特别适合中小城镇生活污水、受污染地表水、农村分散污水等的处理，具有十分广阔的应用前景。
人工快渗除污技术依托于人工快速渗滤池来实现，人工快速渗滤池不同高度具有不同的氧环境，其中滤池上部具有良好的好氧环境，滤池下部具有良好的缺/厌氧环境。然而，由于有机物在滤池上部的逐层消耗，进入滤池下部的污水中碳源往往较为缺乏，不能达到异养反硝化菌对有机碳源的需求，同时滤池上部生成的NO3 -随水流冲刷进入滤池下部后，不能被高效的吸附而随水流出滤池，导致反硝化菌既缺乏碳源，又缺少基质，生长严重受到限制，反硝化脱氮效果差，总氮(TN)去除率只能达到30％左右。人工快速渗滤池对污水中磷(P)的去除主要依靠滤料的吸附和截留作用，然而普通人工快渗滤料对P的吸附效果是十分有限的，导致人工快速渗滤池对总磷(TP)的去除率仅能达到50％左右。
污水中残留的N、P是诱发水体富营养化的重要污染物，控制N、P污染物的排放对保护水环境具有十分重要的现实意义。人工快渗技术虽然优势突出，但是由于其对TN、TP的去除效果不理想，限制了该技术的进一步发展。因此，如何提高人工快渗技术的脱氮除磷效果一直是该技术领域的研究热点和难点，若能突破人工快渗技术脱氮除磷效果差这个技术瓶颈，将推进该技术在污水处理领域的应用与发展。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种基建成本低、脱氮除磷效果好、运行操作灵活的电磁场强化型人工快渗污水处理装置。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种电磁场强化型人工快渗污水处理装置，包括人工快速渗滤池本体，所述人工快速渗滤池本体底部设置出水口，其内自上而下依次设置布水区、陶粒层一、滤料区一、陶粒层二、滤料区二、陶粒层三，滤料区二处设置有磁场；
待处理污水从布水区依次渗入陶粒层一、滤料区一、陶粒层二、滤料区二、陶粒层三，再从出水口排除。
优选地，所述磁场由依次连接的电源、变压器、螺线管实现，所述电源、变压器设置于人工快速渗滤池本体外，所述螺线管外设置有防水套且设置于滤料区二轴心处。
优选地，所述滤料区二内轴心1/2半径、高度1/2处还设置有磁场传感器，所述磁场传感器外接有磁场测定仪。
优选地，所述陶粒层一、陶粒层二、陶粒层三的高度均为2～8cm，均采用粒径为1～4mm的陶粒进行填充。
优选地，所述滤料区一、滤料区二的高度比为(2～4)：1。
优选地，所述滤料区一采用河砂、沸石砂、石英砂均匀混合后进行填充，河砂、沸石砂、石英砂的粒径分别为0.3～0.5mm、0.6～1.0mm、1.1～2.0mm，所述河砂、沸石砂、石英砂的体积占比分别为30％～50％、20％～40％、10％～30％。
优选地，所述滤料区二采用河砂、改性粪基生物炭均匀混合后进行填充，河砂、改性粪基生物炭的粒径分别为0.2～0.3mm、0.15～0.18mm，河砂、改性粪基生物炭的体积占比分别为70％～90％、10％～30％。
优选地，所述布水区高度为10～30cm，不做任何填充，其上方设有布水管道，布水管道上连接有计量泵和继电器。
优选地，所述滤料区二外面包覆有导电布，导电布层数为1～3层，为镀镍导电布、镀炭导电布或铝箔纤维复合布的任意一种。
优选地，所述陶粒层三与出水口之间设置有土工布，防止滤料随水流出。
本实用新型提供的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，具有以下有益效果：
(1)基建成本低：本实用新型采用河砂、沸石砂、石英砂、改性粪基生物炭、陶粒等作为滤料，具有价格低廉、绿色环保等优势；采用自然复氧，不需要设置曝气充氧设备，节约了曝气成本；在同一个人工快渗污水处理装置内实现不同的氧环境分区，减少了污水处理构筑物的数量；采用固定床生物膜体系，不产生活性污泥，同时生物膜不会脱落，无需进行剩余污泥的处理处置，节约了污泥后处理的成本。
(2)脱氮除磷效果好：独特的滤料结构和滤料级配为吸附N、P等污染物提供了基础，同时滤料区二内电磁场强化装置的设置，使脱氮效果得到了大幅提高，在实现COD高效去除的同时，确保了高效的脱氮除磷效果。
(3)运行操作灵活：本实用新型采用计量泵和继电器控制进水负荷和湿干比，可根据实际进水负荷和进水水质进行灵活调整，以保证污水处理效果；不仅如此，还可以根据COD、TN、TP的实际去除效果，对滤料区二内的磁场进行实时调整，以保障COD、TN、TP的去除率均达到预期目标。
附图说明
图1是本实用新型电磁场强化型人工快渗污水处理装置结构示意图。
附图标记说明：1、布水区；2、陶粒层一；3、滤料区一；4、陶粒层二；5、滤料区二；6、陶粒层三；7、出水口；8、计量泵；9、继电器；10、电源；11、变压器；12、螺线管；13、磁场传感器；14、磁场测定仪。
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，本实用新型的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，包括人工快速渗滤池本体，人工快速渗滤池本体底部设置出水口7，其内自上而下依次设置布水区1、陶粒层一2、滤料区一3、陶粒层二4、滤料区二5、陶粒层三6，滤料区二5处设置有磁场。
布水区1高度为10～30cm，不做任何填充，其上方设有布水管道，布水管道上连接有计量泵8和继电器9，分别用于控制进水水量和布水时间。
陶粒层一2、陶粒层二4、陶粒层三6的高度均为2～8cm，均采用粒径为1～4mm的陶粒进行填充。
滤料区一3、滤料区二5的高度比为(2～4)：1。滤料区一3采用河砂、沸石砂、石英砂均匀混合后进行填充，河砂、沸石砂、石英砂的粒径分别为0.3～0.5mm、0.6～1.0mm、1.1～2.0mm，河砂、沸石砂、石英砂的体积占比分别为30％～50％、20％～40％、10％～30％。滤料区一3中的河砂、沸石砂、石英砂填充前优选采用好氧活性污泥(混合液悬浮固体浓度MLSS为4500mg/L)进行微生物接种。滤料区二5采用河砂、改性粪基生物炭均匀混合后进行填充，河砂、改性粪基生物炭的粒径分别为0.2～0.3mm、0.15～0.18mm，河砂、改性粪基生物炭的体积占比分别为70％～90％、10％～30％。滤料区二5中的河砂、改性粪基生物炭填充前优选采用厌氧活性污泥(混合液悬浮固体浓度MLSS为8500mg/L)进行微生物接种。
本实用新型中的改性粪基生物炭可以采用本技术领用常规制取改性粪基生物炭的方法进行制备，并无特殊限制。本实施例中采用如下制备方法：选用羊粪、猪粪、牛粪、兔粪的一种或几种作为原料，自然风干，研磨过60目筛后置于105℃烘箱中烘干。将烘干的碎粪基装入陶瓷坩埚中，密封后送入马弗炉内，以15℃/min的升温速率升温至300～600℃后保持恒温热解1～5h。热解结束后，关闭马弗炉，冷却至室温，取出热解产物，在每1g热解产物中加入10mL 1mol/L的盐酸溶液，以100r/min的速率振荡5～20min，以去除灰分等杂质。接着用去离子水反复清洗至滤液为中性，置于105℃烘箱中烘干至恒重，再过80目筛，即得到粪基生物炭。将得到的粪基生物炭加入到适量1mol/L的FeCl3溶液中，控制铁与粪基生物炭的质量比为0.5～1.0，以100r/min的速率振荡30～80min，结束后用去离子水反复清洗至滤液透明澄清无Fe3+，然后置于105℃烘箱中烘干至恒重，过80目筛，即得到改性粪基生物炭。
陶粒层三6与出水口7之间设置有1～3层单位质量为200g/m2的土工布，防止滤料随水流出。土工布的作用是防止滤料流出，因而在达到该目的前提下，对土工布层数及单位质量并无特殊限制，显然也可以采用其他滤布或滤网进行替换。
本实施例中，磁场由依次连接的电源10、变压器11、螺线管12实现，电源10、变压器11设置于人工快速渗滤池本体外，螺线管12设置于滤料区二5轴心处。螺线管12外设置有防水套，由非金属耐热材料制成，使螺线管12与污水隔离。滤料区二5内轴心1/2半径、高度1/2处还设置有磁场传感器13，磁场传感器13外接有磁场测定仪14。磁场强度通过磁场传感器13传输到磁场测定仪14读数。人工快速渗滤池本体外侧壁位于滤料区二5处包覆有导电布，用于防止漏磁和屏蔽外界对内部磁场的干扰。导电布层数为1～3层，可为镀镍导电布、镀炭导电布或铝箔纤维复合布的任意一种。需要说明的是，导电布的作用是防止漏磁和屏蔽外界对内部磁场的干扰，因此在达到该目的的前提下，对导电布设置的层数或布料选择并无任务限制，本领域技术人员可根据实际情况进行相应设置。此外磁场的实现方式不限于螺线管12，还可以采用本领域常用的其它技术手段，如磁铁等。
值得一提的是，本实用新型保护的是电磁场强化型人工快渗污水处理装置的结构本身，对填料的种类和填充质量比也并无特殊的限制，采用本实施例中的填料可达到更优的效果。
以下对本实用新型电磁场强化型人工快渗污水处理装置的工艺步骤和原理进行详细的说明，以进一步展示本实用新型的优点：
工艺步骤：
(1)待处理污水通过计量泵的作用进入人工快速渗滤池，水力负荷为0.5～1.2m/d，通过继电器控制湿干比(淹水、落干时间比)为1：(3～6)，污水从布水区1依次渗入陶粒层一2、滤料区一3、陶粒层二4、滤料区二5、陶粒层三6，最后由底部的出水口7排出。
(2)淹水期间，滤料区二4内不施加磁场；落干期间，通过调节变压器，控制滤料区二4内的磁场强度为20～50mT，磁场强度通过滤料区二4内的磁场传感器13，传输到磁场测定仪14进行读数。
(3)运行至COD、TN、TP去除率均稳定在90％以上时，停止在落干期施加磁场；当COD、TN、TP去除率任意一个下降至90％以下时，重复步骤(2)，直至COD、TN、TP去除率均恢复至90％以上。
原理说明：
污水进入人工快渗污水处理装置后，COD、N、P等污染物被滤料吸附截留，再通过滤料表面的微生物作用被转化或分解。其中，COD的去除主要在滤料区一3完成，参与COD降解的主要是异养型微生物，进入滤料区二5后，未被降解的COD可进一步被微生物降解。滤料区一3不仅具有降解COD的作用，同时对N、P也具有一定的去除作用。由于本实用新型采用淹水-落干交替运行的方式，可在落干期实现滤料区一3的自然复氧，污水中的NH3-N可在该区域内顺利氧化为NO3 --N。在污水的冲刷作用下，NO3 --N和PO4 3--P进入滤料区二5内，滤料区二5离布水区1较远，属于典型的缺氧环境。滤料区二5的滤料中填充了改性粪基生物炭，经过铁改性的粪基生物炭表面被负载了大量Fe3+，同时形成Fe-O基团，使粪基生物炭对NO3 --N和PO4 3--P的吸附性能得到大幅提升。NO3 --N被大量吸附和截留在滤料区二5内，虽然进入滤料区二5的COD量较少，难以满足反硝化菌对有机碳源的需求，但是通过电磁场的刺激作用，可大幅提高反硝化菌对NO3 --N的利用率，从而提高反硝化脱氮效果，使NO3 --N高效转化为气态氮而被脱除。与此同时，被截留的COD、N、P等污染物也可被微生物分解转化并合成自身生长所需组分，从而实现对这些污染物的高效去除。
以下通过实施案例进一步展示本实用新型的技术效果：
实施案例
采用成都某高校学生公寓的生活污水作为处理对象，具体水质指标如表1所示。
表1本实施例进水水质
| 水质指标 | COD<sub>cr</sub> | BOD<sub>5</sub> | NH<sub>3</sub>-N | TN | TP | pH |
| 单位 | mg/L | mg/L | mg/L | mg/L | mg/L | — |
| 浓度范围 | 148.5～242.5 | 100.7～183.3 | 29.1～40.6 | 32.2～44.5 | 1.1～4.2 | 6.5～7.9 |
CODcr、BOD5、NH3-N、TN、TP、pH的检测分别采用重铬酸钾法、稀释与接种法、钠氏试剂分光光度法、碱性过硫酸钾-消解紫外分光光度法、钼酸铵分光光度法、玻璃电极法。
在本实施案例中，布水区1的高度为20cm。陶粒层一2、陶粒层二4、陶粒层三6的高度均为5cm，均采用粒径为1～4mm的陶粒进行填充。
滤料区一3、滤料区二5的高度比为2：1。滤料区一3采用河砂、沸石砂、石英砂均匀混合后进行填充，填充前采用好氧活性污泥(混合液悬浮固体浓度MLSS为4500mg/L)进行微生物接种。河砂、沸石砂、石英砂的粒径分别为0.3～0.5mm、0.6～1.0mm、1.1～2.0mm，河砂、沸石砂、石英砂的体积占比分别为50％、30％、20％。
滤料区二5采用河砂、改性粪基生物炭均匀混合后进行填充，填充前采用厌氧活性污泥(混合液悬浮固体浓度MLSS为8500mg/L)进行微生物接种。河砂、改性粪基生物炭的粒径分别为0.2～0.3mm、0.15～0.18mm，河砂、改性粪基生物炭的体积占比分别为80％、20％。电源10、变压器11设置在人工快速渗滤池本体外侧，螺线管12位置滤料区二5轴心处，螺线管12外设置有防水套。磁场传感器13设置于滤料区二5内的轴心1/2半径，高度1/2处。人工快速渗滤池本体外侧壁位于滤料区二5处还包有2层导电布，导电布采用镀镍导电布。陶粒层三6与出水口7之间设置有2层单位质量为200g/m2的土工布。
改性粪基生物炭的制备方法如下：选用羊粪作为原料，自然风干，研磨过60目筛后置于105℃烘箱中烘干。将烘干的碎粪基装入陶瓷坩埚中，密封后送入马弗炉内，以15℃/min的升温速率升温至500℃后保持恒温热解2h。热解结束后，关闭马弗炉，冷却至室温，取出热解产物，在每1g热解产物中加入10mL 1mol/L的盐酸溶液，以100r/min的速率振荡10min，以去除灰分等杂质。接着用去离子水反复清洗至滤液为中性，置于105℃烘箱中烘干至恒重，再过80目筛，即得到粪基生物炭。将得到的粪基生物炭加入到适量1mol/L的FeCl3溶液中，控制铁与粪基生物炭的质量比为0.6，以100r/min的速率振荡50min，结束后用去离子水反复清洗至滤液透明澄清无Fe3+，然后置于105℃烘箱中烘干至恒重，过80目筛，即得到改性粪基生物炭。
待处理污水通过计量泵8的作用进入人工快速渗滤池，水力负荷为0.8m/d，通过继电器9控制湿干比(淹水、落干时间比)为1：4，污水从布水区1依次渗入陶粒层一2、滤料区一3、陶粒层二4、滤料区二5、陶粒层三6，最后由底部的出水口7排出。
淹水期间，滤料区二5内不施加磁场；落干期间，通过调节变压器11，控制滤料区二5内的磁场强度为30mT，磁场强度通过滤料区二5内的磁场传感器13，传输到磁场测定仪14进行读数。
运行至CODcr、TN、TP去除率均稳定在90％以上时，停止在落干期施加磁场；当CODcr、TN、TP去除率任意一个下降至90％以下时，再次在落干期间，通过调节变压器11，控制滤料区二5内的磁场强度为30mT，直至CODcr、TN、TP去除率均恢复至90％以上。
运行结果表明，装置在运行13d后均趋于稳定，出水的CODcr、BOD5、NH3-H、TN、TP浓度范围分别为14.3～19.3mg/L、2.1～4.8mg/L、0.2～0.7mg/L、3.2～4.4mg/L、0.1～0.3mg/L，平均去除率均在90％以上，pH值为7.0～8.5，均优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A排放标准，同时各项指标均达到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》(DB51/2311-2016)标准，即：CODcr≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，NH3-N≤1.5mg/L，TN≤10mg/L，TP≤0.3mg/L。
总体而言，本实用新型具有基建成本低、脱氮除磷效果好、运行操作灵活等优势，实用价值高，为污水处理领域提供一种新的选择，值得业内推广。
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。
Claims (9)
1.一种电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：包括人工快速渗滤池本体，所述人工快速渗滤池本体底部设置出水口(7)，其内自上而下依次设置布水区(1)、陶粒层一(2)、滤料区一(3)、陶粒层二(4)、滤料区二(5)、陶粒层三(6)，滤料区二(5)处设置有磁场；所述磁场由依次连接的电源(10)、变压器(11)、螺线管(12)实现，所述电源(10)、变压器(11)设置于人工快速渗滤池本体外，所述螺线管(12)外设置有防水套且设置于滤料区二(5)轴心处；
待处理污水从布水区(1)依次渗入陶粒层一(2)、滤料区一(3)、陶粒层二(4)、滤料区二(5)、陶粒层三(6)，再从出水口(7)排除。
2.根据权利要求1所述的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：所述滤料区二(5)内轴心1/2半径、高度1/2处还设置有磁场传感器(13)，所述磁场传感器(13)外接有磁场测定仪(14)。
3.根据权利要求1所述的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：所述陶粒层一(2)、陶粒层二(4)、陶粒层三(6)的高度均为2～8cm，均采用粒径为1～4mm的陶粒进行填充。
4.根据权利要求1所述的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：所述滤料区一(3)、滤料区二(5)的高度比为(2～4)：1。
5.根据权利要求1所述的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：所述滤料区一(3)采用河砂、沸石砂、石英砂均匀混合后进行填充，河砂、沸石砂、石英砂的粒径分别为0.3～0.5mm、0.6～1.0mm、1.1～2.0mm，所述河砂、沸石砂、石英砂的体积占比分别为30％～50％、20％～40％、10％～30％。
6.根据权利要求1所述的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：所述滤料区二(5)采用河砂、改性粪基生物炭均匀混合后进行填充，河砂、改性粪基生物炭的粒径分别为0.2～0.3mm、0.15～0.18mm，河砂、改性粪基生物炭的体积占比分别为70％～90％、10％～30％。
7.根据权利要求1-6任一所述的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：所述布水区(1)高度为10～30cm，不做任何填充，其上方设有布水管道，布水管道上连接有计量泵(8)和继电器(9)。
8.根据权利要求1-6任一所述的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：所述滤料区二(5)外面包覆有导电布，导电布层数为1～3层，为镀镍导电布、镀炭导电布或铝箔纤维复合布的任意一种。
9.根据权利要求1-6任一所述的电磁场强化型人工快渗污水处理装置，其特征在于：所述陶粒层三(6)与出水口(7)之间设置有土工布，防止滤料随水流出。
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