申請日2015.11.22

　　公開(公告)日2018.01.26

　　IPC分類號C02F3/30

　　摘要

　　本發(fā)明公開了農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置，原樣貯水器內(nèi)存儲化糞池原樣水，并將液體注入自動進樣器中，自動進樣器中設(shè)置有虹吸管，虹吸管的一端伸出自動進樣器的底部與布水器連接，虹吸管的另一端設(shè)置于自動進樣器中，布水器為內(nèi)部注滿化糞池原樣水的密閉容器，數(shù)個布水管從布水器上部插入布水器中，每個布水管的另一端分別連接各自的化糞池原樣水實驗瓶。實驗瓶連接有脫氮裝置，脫氮盒體內(nèi)腔中按水流方向設(shè)置有數(shù)道隔離墻，分隔腔中放置有反硝化菌載體。本發(fā)明具有能很好地模擬農(nóng)村化糞池出水狀態(tài)、實現(xiàn)農(nóng)村化糞池出水模擬的自動化、能同時進行數(shù)組重復(fù)實驗、效率高、具有化糞池污水脫氮功能的優(yōu)點。

　　權(quán)利要求書

　　1.農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置的使用方法，其特征是：農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置包括依次連接的原樣貯水器(1)、蠕動泵(2)、自動進樣器(3)和布水器(4)，所述的蠕動泵(2)連接控電開關(guān)(5)，所述的控電開關(guān)(5)能控制蠕動泵(2)動作頻率，所述的原樣貯水器(1)內(nèi)存儲化糞池原樣水，所述的蠕動泵(2)每動作一次能從原樣貯水器(1)內(nèi)抽取定量的液體，并將液體注入自動進樣器(3)中，所述的自動進樣器(3)中設(shè)置有虹吸管(31)，所述的虹吸管(31)的一端伸出自動進樣器(3)的底部與布水器(4)連接，虹吸管(31)的另一端設(shè)置于自動進樣器(3)中，所述的布水器(4)為內(nèi)部注滿化糞池原樣水的密閉容器，數(shù)個布水管(6)從布水器(4)上部插入布水器(4)中，每個所述的布水管(6)插入布水器(4)內(nèi)的深度相同，且每個所述的布水管(6)的管體最高點高度也相同，每個布水管(6)的另一端分別連接各自的化糞池原樣水實驗瓶(7)，所述的化糞池原樣水實驗瓶(7)內(nèi)填充有土柱，所述的化糞池原樣水在土柱作用下硝化，所述的化糞池原樣水實驗瓶(7)連接有脫氮裝置(8)，所述的脫氮裝置(8)包括密封的脫氮盒體(81)，脫氮盒體(81)中為厭氧環(huán)境，所述的脫氮盒體(81)設(shè)置有進水口(82)和出水口(83)，所述的脫氮盒體(81)內(nèi)腔中按水流方向設(shè)置有數(shù)道隔離墻(84)，所述的隔離墻(84)將脫氮盒體(81)分隔為數(shù)個分隔腔(85)，分隔腔(85)中放置有反硝化菌載體(86)，所述的隔離墻(84)上開設(shè)有通水孔隙(87)，硝化后的化糞池原樣水從進水口(82)注入脫氮盒體(81)中，流經(jīng)反硝化菌載體(86)脫氮后，由出水口(83)流出;

　　所述的通水孔隙(87)分為兩種，一種為設(shè)置在隔離墻(84)墻體上部的過水孔(84a)，一種為設(shè)置在隔離墻(84)底部的過水間隙(84b)，每個隔離墻(84)具有一種通水孔隙(87)，且具有過水孔(84a)的隔離墻(84)與具有過水間隙(84b)的隔離墻(84)交錯設(shè)置;

　　農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置的使用方法包括以下步驟：

　　步驟一、根據(jù)所需的進樣體積V確定虹吸管(31)的高度h，虹吸管(31)的高度h為進樣體積V/自動進樣器(3)的底面積S;

　　步驟二、根據(jù)進樣體積V設(shè)置蠕動泵(2)單位進樣量M以及蠕動泵(2)單位時間動作次數(shù);

　　步驟三、將蠕動泵(2)通過泵管分別連接原樣貯水器(1)和自動進樣器(3),將自動進樣器(3)中的虹吸管(31)的出水口連接布水器(4)，布水器(4)的布水管(6)分別連接各自的化糞池原樣水實驗瓶(7);

　　步驟四、開動實驗裝置，使其工作，蠕動泵(2)在單位時間內(nèi)向自動進樣器(3)注入預(yù)定體積的化糞池原樣水，當自動進樣器(3)內(nèi)的化糞池原樣水沒有沒過虹吸管(31)的頂部時，自動進樣器(3)不會向布水器(4)注水，當自動進樣器(3)內(nèi)的化糞池原樣水沒過虹吸管(31)的頂部時，虹吸管(31)在虹吸原理的作用下，一次性向布水器(4)注入體積為V的化糞池原樣水，用于模擬農(nóng)村化糞池在一次性注入污物后，溢出體積為V的污水;

　　步驟五、由于布水器(4)內(nèi)注滿化糞池原樣水，因此當虹吸管(31)注入體積為V的化糞池原樣水時，會有相當體積的化糞池原樣水由布水管(6)流出，各布水管(6)插入布水器(4)的深度、管體最高點高度均相同，因此注入各布水管(6)的化糞池原樣水體積相同，各化糞池原樣水實驗瓶(7)均在同一時間注入相同體積的化糞池原樣水，以滿足多個重復(fù)實驗需求;

　　步驟六、化糞池原樣水在化糞池原樣水實驗瓶(7)中的土柱的作用下硝化，然后從進水口(82)注入到脫氮裝置(8)中，液體流經(jīng)分隔腔(85)中的反硝化菌載體(86)，反硝化菌載體(86)上的反硝化細菌對液體進行反硝化脫氮;

　　步驟七、液體依次流經(jīng)各分隔腔(85)，反復(fù)地經(jīng)過水孔(84a)和過水間隙(84b)，充分與反硝化菌載體(86)接觸后，由出水口(83)流出。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置的使用方法，其特征是：所述的過水孔(84a)在隔離墻(84)上的高度隨著水流方向依次降低，隔離墻(84)上的過水孔(84a)分為位于隔離墻(84)左側(cè)的左側(cè)孔和位于隔離墻(84)右側(cè)的右側(cè)孔，同一隔離墻(84)上只具有一種過水孔(84a)，具有左側(cè)孔的隔離墻(84)和具有右側(cè)孔的隔離墻(84)交錯設(shè)置;所述的脫氮盒體(81)上隨著水流方向開設(shè)有數(shù)個取樣孔(88);取樣孔(88)能抽取脫氮裝置(8)中的液體，用于分析各段液體的脫氮情況;所述的虹吸管(31)為倒“U”型管;

　　所述的蠕動泵(2)包括機架(21)，所述的機架(21)內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子(22)，所述的轉(zhuǎn)子(22)上安裝有數(shù)個壓輥(23);所述的機架(21)上還設(shè)置有泵管腔(24)，泵管從泵管腔(24)中穿過，所述的壓輥(23)能在轉(zhuǎn)子(22)的帶動下轉(zhuǎn)動至泵管腔(24)中壓迫泵管，并將泵管中的液體向前擠壓;

　　所述的布水器(4)的設(shè)置有固定圈(41)，所述的布水管(6)穿過固定圈(41)并被固定圈(41)定位，防止布水管(6)晃動導(dǎo)致各布水管(6)的管體最高點高度不一致;所述的虹吸管(31)的管高長度可調(diào)，通過調(diào)節(jié)虹吸管(31)長度，能限定一次進入布水器(4)的液體體積。

　　說明書

　　農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置的使用方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置及其使用方法。

　　背景技術(shù)

　　太湖流域作為中國區(qū)域經(jīng)濟最為發(fā)達的地區(qū)之一，近年來，農(nóng)村人居生活水平迅速提高，其生活方式日益城市化，大量未經(jīng)處理的生活污水的排放導(dǎo)致農(nóng)村環(huán)境污染水平大幅提高，農(nóng)村分散式生活污水已成為太湖流域氮、磷污染的重要來源，由此，太湖流域逐步開展了農(nóng)村生活污水治理和處理設(shè)施建設(shè)，以生化——生態(tài)處理技術(shù)為主流處理工藝，常用技術(shù)包括人工生態(tài)濕地、毛細管滲濾溝、塔式蚯蚓生態(tài)濾池、地埋式微動力氧化溝以及以SBR、MBR等為主體的一體化生化處理反應(yīng)器等，目前，常用工藝處理量占農(nóng)村已有生活污水處理總量的80%以上。然而，農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的有效運行是一項長期工程，由于運行費用及處理設(shè)施維護等問題導(dǎo)致現(xiàn)行的大量處理設(shè)施并不能正常運行，張悅等對太湖流域210個農(nóng)村生活污水處理示范工程的運行情況調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，約8%從來沒有運行，其余工程均曾經(jīng)出現(xiàn)過無法正常運行的現(xiàn)象。因此，在建立農(nóng)村生活污水處理設(shè)施完善的經(jīng)費投入及管理機制之前，因地制宜，開發(fā)投資小、基本無后續(xù)運行投入及維護管理的污水處理技術(shù)在太湖流域農(nóng)村地區(qū)具有重要意義。

　　實際觀察中發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村化糞池經(jīng)過長時間使用，化糞池污水液面一直處于出水管道口下沿，每當注入一股污水混合物，就會有同等體積的液體從管道流走，因此，農(nóng)村化糞池出水是間歇性的，而非均勻持續(xù)不斷地出水�；�糞池流出的污水一般直接注入周邊土壤。在種植業(yè)污染控制方面的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)土壤具有很強的硝化作用，高濃度氨氮的化糞池污水經(jīng)土壤滲濾后出水可能具有較高的硝酸鹽氮濃度，因此利用土壤滲濾出水自然硝化特性，構(gòu)建后續(xù)出水人工脫氮系統(tǒng)可有效降低化糞池污水氮濃度，與現(xiàn)有污水處理技術(shù)相比成本優(yōu)勢顯著。

　　在規(guī)模性推廣上述技術(shù)前，在室內(nèi)模擬進行系統(tǒng)特征參數(shù)取值優(yōu)化工作必不可少，而室內(nèi)模擬實驗應(yīng)首先遵循化糞池污水的自然排放規(guī)律，目前，模擬污水排放一般通過人工注入污水操作，研究時，需要在一天內(nèi)的不同時間對多個實驗重復(fù)子系統(tǒng)進行操作，這樣不僅麻煩，還會產(chǎn)生實驗誤差，對模擬實驗結(jié)果造成影響。因此，急需一種農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置以實現(xiàn)實驗的自動化與精密性，最終為將土壤對氮素污染物的自然消減轉(zhuǎn)化作用及人工脫氮技術(shù)相結(jié)合，形成因地制宜、投資小、基本無后續(xù)運行投入及維護管理的農(nóng)村化糞池污水脫氮處理技術(shù)提供理論依據(jù)與特征參數(shù)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，而提供能很好地模擬農(nóng)村化糞池出水狀態(tài)、實現(xiàn)農(nóng)村化糞池排放的自動化、能同時進行多組重復(fù)實驗、效率高、具有化糞池污水脫氮功能的農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置及其使用方法。

　　本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

　　農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置，其中：包括依次連接的原樣貯水器、蠕動泵、自動進樣器和布水器，蠕動泵連接控電開關(guān)，控電開關(guān)能控制蠕動泵動作頻率，原樣貯水器內(nèi)存儲化糞池原樣水，蠕動泵每動作一次能從原樣貯水器內(nèi)抽取定量的液體，并將液體注入自動進樣器中，自動進樣器中設(shè)置有虹吸管，虹吸管的一端伸出自動進樣器的底部與布水器連接，虹吸管的另一端設(shè)置于自動進樣器中，布水器為內(nèi)部注滿化糞池原樣水的密閉容器，數(shù)個布水管從布水器上部插入布水器中，每個布水管插入布水器內(nèi)的深度相同，且每個布水管的管體最高點高度也相同，每個布水管的另一端分別連接各自的化糞池原樣水實驗瓶，化糞池原樣水實驗瓶內(nèi)填充有土柱，化糞池原樣水在土柱作用下硝化，化糞池原樣水實驗瓶連接有脫氮裝置，脫氮裝置包括密封的脫氮盒體，脫氮盒體中為厭氧環(huán)境，脫氮盒體設(shè)置有進水口和出水口，脫氮盒體內(nèi)腔中按水流方向設(shè)置有數(shù)道隔離墻，隔離墻將脫氮盒體分隔為數(shù)個分隔腔，分隔腔中放置有反硝化菌載體，隔離墻上開設(shè)有通水孔隙，硝化后的化糞池原樣水從進水口注入脫氮盒體中，流經(jīng)反硝化菌載體脫氮后，由出水口流出。

　　為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

　　上述的通水孔隙分為兩種，一種為設(shè)置在隔離墻墻體上部的過水孔，一種為設(shè)置在隔離墻底部的過水間隙，每個隔離墻具有一種通水孔隙，且具有過水孔的隔離墻與具有過水間隙的隔離墻交錯設(shè)置。

　　上述的過水孔在隔離墻上的高度隨著水流方向依次降低,隔離墻上的過水孔分為位于隔離墻左側(cè)的左側(cè)孔和位于隔離墻右側(cè)的右側(cè)孔，同一隔離墻上只具有一種過水孔，具有左側(cè)孔的隔離墻和具有右側(cè)孔的隔離墻交錯設(shè)置。

　　上述的脫氮盒體上隨著水流方向開設(shè)有數(shù)個取樣孔。

　　上述的虹吸管為倒“U”型管。

　　上述的蠕動泵包括機架，機架內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上安裝有數(shù)個壓輥;機架上還設(shè)置有泵管腔，泵管從泵管腔中穿過，壓輥能在轉(zhuǎn)子的帶動下轉(zhuǎn)動至泵管腔中壓迫泵管，并將泵管中的液體向前擠壓。

　　上述的布水器的設(shè)置有固定圈，布水管穿過固定圈并被固定圈定位，防止布水管晃動導(dǎo)致各布水管的管體最高點高度不一致。

　　上述的虹吸管的管高長度可調(diào)，通過調(diào)節(jié)虹吸管長度，能限定一次進入布水器的液體體積。

　　農(nóng)村化糞池污水排放模擬并脫氮處理的實驗裝置及其使用方法，包括以下步驟：

　　步驟一、根據(jù)所需的進樣體積V確定虹吸管的高度h，虹吸管的高度h為進樣體積V/自動進樣器的底面積S;

　　步驟二、根據(jù)進樣體積V設(shè)置蠕動泵單位進樣量M以及蠕動泵單位時間動作次數(shù);

　　步驟三、將蠕動泵通過泵管分別連接原樣貯水器和自動進樣器,將自動進樣器中的虹吸管的出水口連接布水器，布水器的布水管分別連接各自的化糞池原樣水實驗瓶;

　　步驟四、開動實驗裝置，使其工作，蠕動泵在單位時間內(nèi)向自動進樣器注入預(yù)定體積的化糞池原樣水，當自動進樣器內(nèi)的化糞池原樣水沒有沒過虹吸管的頂部時，自動進樣器不會向布水器注水，當自動進樣器內(nèi)的化糞池原樣水沒過虹吸管的頂部時，虹吸管在虹吸原理的作用下，一次性向布水器注入體積為V的化糞池原樣水，用于模擬農(nóng)村化糞池在一次性注入污物后，溢出體積為V的污水;

　　步驟五、由于布水器內(nèi)注滿化糞池原樣水，因此當虹吸管注入體積為V的化糞池原樣水時，會有相當體積的化糞池原樣水由布水管流出，各布水管插入布水器的深度、管體最高點高度均相同，因此注入各布水管的化糞池原樣水體積相同，各化糞池原樣水實驗瓶均在同一時間注入相同體積的化糞池原樣水，以滿足多個重復(fù)實驗需求;

　　步驟六、化糞池原樣水在化糞池原樣水實驗瓶中的土柱的作用下硝化，然后從進水口注入到厭氧脫氮裝置中，液體流經(jīng)分隔腔中的反硝化菌載體，反硝化菌載體上的反硝化細菌對液體進行反硝化脫氮;

　　步驟七、液體依次流經(jīng)各分隔腔，反復(fù)地經(jīng)過水孔和過水間隙，充分與反硝化菌載體接觸后，由出水口流出。

　　取樣孔能抽取脫氮裝置中部的液體，用于分析各段液體的脫氮情況。

　　本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明能高度模擬農(nóng)村化糞池排水的自然狀態(tài)：農(nóng)村化糞池排水不是均勻排水，而是每次注入污物時排出等體積的污水，因此，農(nóng)村化糞池排水是間隔性、單次排量較大的排水方式，本發(fā)明通過自動進樣器實現(xiàn)該排水方式的高度自動模擬，利用虹吸原理實現(xiàn)單次排量可調(diào)節(jié)的間歇式化糞池原樣水分配。

　　本發(fā)明自動化程度高，操作方便，無需人工操作，通過控電開關(guān)控制蠕動泵運作，無需人工，不僅節(jié)省人力還提高了研究的準確度。

　　本發(fā)明通過對布水器以及布水管的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，具有能一次性為多個化糞池原樣水實驗瓶平均分配化糞池原樣水的功能，極大地提高了實驗效率。

　　本發(fā)明所采集的化糞池原樣水具有較高濃度的氨氮，經(jīng)過土柱的硝化作用，氨氮在微生物作用下氧化為硝酸鹽，使液體變?yōu)榫哂休^高濃度的硝氮，然后液體被注入脫氮裝置中經(jīng)反硝化細菌脫氮，處理后的液體氮含量低，能顯著降低排水氮污染。

　　本發(fā)明的實驗裝置硝化、脫氮過程均為無動力運作，尤其是硝化步驟是采用土柱的天然的硝化作用，無需曝氣裝置，更節(jié)約環(huán)保，并且這種設(shè)計更加真實地模擬了農(nóng)村化糞池排放污水的情況。

　　本發(fā)明對脫氮裝置進行了改進，脫氮裝置是一種厭氧密封裝置，反硝化菌載體中有反硝化菌，反硝化菌載體材料選用因地制宜的玉米枝、小麥稈等材料作為碳源和載體。為了增加液體在脫氮裝置中流動行程，本發(fā)明在脫氮盒體內(nèi)腔中按水流方向設(shè)置有數(shù)道隔離墻，每個隔離墻具有一種通水孔隙，相鄰隔離墻之間的通水孔隙類型不同，因為過水孔設(shè)置在上部，而過水間隙設(shè)置在下部，使水流上下流動，而相鄰過水孔也分為左側(cè)孔和右側(cè)孔，使水流左右流動，充分增加水流行程，增加反硝化菌與水流的接觸時間，同時，過水孔在隔離墻上的高度隨著水流方向依次降低，能有效防止液體回流，保證液體從進水口向出水口方向流動。