全文摘要
本实用新型涉及一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，包括调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽和生态滤池，上述的调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽和生态滤池依次串联连接；第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽内均设置曝气装置，第三节净化槽内安装电解除磷装置。本实用新型是一种具有费用低、能耗小、效率高等诸多优点的矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，使用本系统不但能提高处理污水效果，使出水满足一级A的标准，而且进行污水处理的过程中不用回流，且实现了同步脱氮，从而减少了能源消耗、降低了污泥后期处理费用。本系统适用范围广，可广泛应用于水源地、景观水、工厂、农村、生活等污水处理。
主设计要求
1.一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：包括调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽和生态滤池，上述的调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽和生态滤池依次串联连接；第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽内均设置曝气装置，第三节净化槽内安装电解除磷装置。
设计方案
1.一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：包括调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽和生态滤池，上述的调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽和生态滤池依次串联连接；第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽内均设置曝气装置，第三节净化槽内安装电解除磷装置。
2.根据权利要求1所述的一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：所述的调节池包括池体、导流板和出口挡板，池体的左侧壁制出污水进口，池体的右侧壁制出污水出口，在池体内部安装多个竖直的导流板，在靠近污水出口一侧的池体内设置竖直的出口挡板。
3.根据权利要求1所述的一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：所述的第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽均包括槽体、隔板和填料，该槽体的左侧壁制出进口，槽体的右侧壁制出出口；槽体内部由隔板分割成三个处理单元，每个处理单元内均安装填料，不仅具有过滤作用，而且还为生物膜生长提供必要的场所。
4.根据权利要求3所述的一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：所述的曝气装置为曝气管和曝气控制开关，在第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽的每个处理单元的填料下方均设置一个曝气管，每个曝气管上均安装一个独立的曝气控制开关；第一节净化槽的三个曝气管均连接第一曝气泵，第二节净化槽的三个曝气管均连接第二曝气泵，第三节净化槽的三个曝气管均连接第三曝气泵，该第一曝气泵、第二曝气泵和第三曝气泵分别位于第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽的外部。
5.根据权利要求3所述的一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：所述的第一节净化槽的第三处理单元和第二节净化槽的三个处理单元组成一个可以调节曝气的系统，其中两个处理单元为曝气状态，另两个处理单元为不予曝气状态，且不予曝气的两个处理单元为相邻的两个，形成厌氧缺氧反硝化单元，该两个不予曝气的处理单元上方设置用于补充碳源的污水管，该污水管连接污水泵，该污水泵设置在调节池内。
6.根据权利要求1所述的一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：所述的第三节净化槽的第二个处理单元的滤床上部设置电解除磷装置，该电解除磷装置包括外框架和电极板，外框架安装在第三节净化槽内，电极板为多个，其均布安装在外框架内并连接电源，电极板的下端位于第三节净化槽的第二个处理单元的液面下方。
7.根据权利要求6所述的一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：所述的外框架采用聚氯乙烯制成，极板极均为50cm×30cm的铁电极板，极板数量为7+2，接电极，板间距为1cm，电极板连接的电源为WYJ-10A30V DC直流稳压电源。
8.根据权利要求1所述的一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：所述的生态滤池包括池体和吸附材料，池体内填充设置吸附材料，池体内安装多个竖直设置的挡板，使水流向形成折流。
9.根据权利要求1所述的一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：所述的生态滤池的出水口连接观水井。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其是一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备。
背景技术
水是人类生存必不可少的一种生活资源，是保证社会和谐稳定与生产发展的重要因素。随着我国城市化进程及工业的加速发展，环保问题，特别是污水处理已成为研究的热点。然而随着大量的生活与工业污水流入江河、湖泊或地下水中，给水体造成严重污染，对渔业用水、生活用水等产生影响。污水污染已成为制约国家发展的重要因素之一，因此国家对污水处理厂的排放标准也愈发严格。越来越多的城市污水处理厂为响应国家节能减排号召，排放标准由原来的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准提升为一级A或者更高标准，即：对污水中的COD、氨氮、总氮、总磷等等的排放指标提高。
目前，污水处理工艺基本采用活性污泥处理方法，处理后所排出的污泥如果不加以合理、有效的处理，也会成为二次污染，势必给处理过程增加投资成本和处理处置成本，特别是脱氮过程，需要对好氧段出水进行部分回流，结合缺氧段的反硝化过程，实现系统的脱氮，所以污泥的发生和硝态氮污水的回流大大地增加了处理成本，污泥排放也会引起环境问题。为了实现脱氮降磷，污水处理通常采用A-A-O模式，将好氧区的含有硝态氮和亚硝态氮的水用泵回流至厌氧区、缺氧区进行反硝化，实现脱氮处理。由于脱氮工艺采用回流技术势必要使用水泵，必然要消耗大量能源、增加费用。而且，最为重要的一点是，采用现有的A-A-O 模式是不能够让出水达到一级A标准的，尤其是出水总磷。
此外，目前对处理后的污水进行检测时，即使是难以溶解的盐酸盐，也会因测定时采用消解方法，将这部分的盐酸盐从新分解成可溶态的磷，导致出水中磷含量值增加，不符合一级A的标准。因此，需要对已经形成难以溶解的磷酸盐加以分离，才能够使出水不被检出难溶的磷酸盐。
综上所述，由于对污水中的COD、氨氮、总氮、总磷等等的排放要求越来越严格，现有的污水处理设备已无法满足现有要求，因此需要研制出一种新型的符合脱氮除磷、污泥减量化、能耗小、出水符合一级A等要求的污水处理系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种能够节能减排，并能在无回流情况下实现同步脱氮的矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，其特征在于：包括调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽和生态滤池，上述的调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽和生态滤池依次串联连接；第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽内均设置曝气装置，第三节净化槽内安装电解除磷装置。
而且，所述的调节池包括池体、导流板和出口挡板，池体的左侧壁制出污水进口，池体的右侧壁制出污水出口，在池体内部安装多个竖直的导流板，在靠近污水出口一侧的池体内设置竖直的出口挡板。
而且，所述的第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽均包括槽体、隔板和填料，该槽体的左侧壁制出进口，槽体的右侧壁制出出口；槽体内部由隔板分割成三个处理单元，每个处理单元内均安装填料，不仅具有过滤作用，而且还为生物膜生长提供必要的场所。
而且，所述的曝气装置为曝气管和曝气控制开关，在第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽的每个处理单元的填料下方均设置一个曝气管，每个曝气管上均安装一个独立的曝气控制开关；第一节净化槽的三个曝气管均连接第一曝气泵，第二节净化槽的三个曝气管均连接第二曝气泵，第三节净化槽的三个曝气管均连接第三曝气泵，该第一曝气泵、第二曝气泵和第三曝气泵分别位于第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽的外部。
而且，所述的第一节净化槽的第三处理单元和第二节净化槽的三个处理单元组成一个可以调节曝气的系统，其中两个处理单元为曝气状态，另两个处理单元为不予曝气状态，且不予曝气的两个处理单元为相邻的两个，形成厌氧缺氧反硝化单元，该两个不予曝气的处理单元上方设置用于补充碳源的污水管，该污水管连接污水泵，该污水泵设置在调节池内。
而且，所述的第三节净化槽的第二个处理单元的滤床上部设置电解除磷装置，该电解除磷装置包括外框架和电极板，外框架安装在第三节净化槽内，电极板为多个，其均布安装在外框架内并连接电源，电极板的下端位于第三节净化槽的第二个处理单元的液面下方。
而且，所述的外框架采用聚氯乙烯制成，极板极均为50cm×30cm的铁电极板，极板数量为7+2(接电极)，板间距为1cm，电极板连接的电源为WYJ-10A30V DC直流稳压电源。
而且，所述的生态滤池包括池体和吸附材料，池体内填充设置吸附材料，池体内安装多个竖直设置的挡板，使水流向形成折流。
而且，所述的生态滤池的出水口连接观水井。
本实用新型的优点和有益效果为：
1、本系统中的调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽依次串联，建立了A-O-A-O工艺系统。本实用新型通过滤床挂膜的形式，达到了在无回流情况下进行脱氮的目的，提高了生物反应器内部的有效利用率，平时连续化处理过程依靠的是滤床生长的微生物膜，降解污水中的污染物，而不是传统的活性污泥法，因此使用本系统不但抑制了污泥的产生，减少了后期污泥处理的费用，而且还不用进行回流，从而大大的降低了能耗。
2、本系统对污泥进行了厌氧水解、好氧曝气、缺氧以及再次好氧处理，有效的去除了污水中的污染物，在稳定状态下，滤床生长的生物膜取决于污水中的污染物浓度，随着不断的降解，后段的净化槽中BOD基本在10mg\/L以下，与此成平衡的微生物也是有限的，SS极少，抑制了出水的活性污泥，降低了污染。
3、本系统的第一节净化槽的第三格和第二节净化槽的三个格为一个可以调节曝气的系统，平时只有两个相连的二个格不予曝气，形成厌氧缺氧反硝化单元，并且它的上部有调节池中的污水泵送来一定量的污水，确保反硝化的碳源，该污水泵可以起到向净化槽加碳源的作用，促使反硝化的顺利进行，实现无回流的脱氮过程，节省了因回流所消耗的动力。此外，四个格子系统定期交换，确保该系统有两个相连的格子为厌氧状态，达到厌氧缺氧反硝化，同时也保证系统不因厌氧生物难以降解的颗粒物沉降引起的阻塞。
4、本系统在第三节净化槽的第二个处理单元内设置电解除磷装置，将可溶解的离子态含磷化合物转化成难以溶解的分子(固体)形式，并在第三节净化槽后连接一个生态滤池，对分子(固体)含磷化合物进行物理或物理化学吸附处理，而不是传统的离子交换，对于稳定态的分子来说相对于传统的离子交换而言，更有利于生态滤床的吸附，其容量要比离子交换很多，去除能力强，可以大幅降低出水中的磷含量，实现总磷排放达标一级A。
5、本系统在净化槽处理系统的后续，增加了一个生态滤池，通过单分子层或多分子层吸附有效地吸附分子态的磷酸盐，真正使出水达标。
6、本实用新型是一种具有费用低、能耗小、效率高等诸多优点的矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，使用本系统不但能提高处理污水效果，使出水满足一级A的标准，而且进行污水处理的过程中不用回流，且实现了同步脱氮，从而减少了能源消耗、降低了污泥后期处理费用。此外，本系统适用范围广，可广泛应用于水源地、景观水、工厂、农村、生活等污水处理。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是挂膜完成的好氧(A)和厌氧波纹板料表面(B)图；
图3是仅添加好氧滤床条件下净化槽各区COD浓度及去除率的变化图；
图4是仅添加好氧滤床条件下净化槽沿程各区NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N及TN浓度变化图；
图5是三级厌氧一级好氧生物滤床净化槽各区COD浓度及去除率变化图；
图6是三级厌氧一级好氧生物滤床净化槽各区NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N及TN浓度变化的变化图；
图7是A\/O\/A\/O生物滤床净化槽各区COD浓度及去除率变化图；
图8是A\/O\/A\/O生物滤床净化槽沿程NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N及TN浓度的变化图；
图9是A\/O\/A\/O生物滤床工艺分段进水净化槽各区COD浓度及去除率变化图；
图10是A\/O\/A\/O生物滤床分段进水净化槽各区沿程NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N及TN 浓度的变化图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
为了便于理解本实用新型的设计理念，首先对A-O-A-O处理模式和电解除磷的原理及实验设计过程进行描述：
一、A-O-A-O处理模式的原理及实验数据：
1材料与方法
1.1实验材料
1.1.1实验用水
实验用水水样为天津科技大学泰达校区生活污水，其水质参数见表1。由表可知，校园污水水质虽然有较大波动，但仍属于常规生活污水范围。
表1 生活污水主要水质参数
Table 1 Main water quality parameters of domestic sewage
1.1.2填料
填料是本研究小组专门开发的有孔波纹聚乙烯材料，不同区域充填体积有所不同，基本占整个体积的40-60％。
1.1.3分析仪器与药品
本研究主要跟踪水中的COD、TN、NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N、NO2<\/sub>-<\/sup>-N等浓度变化，来考察工艺的脱氮效果。定期采集净化槽的进水及各级反应区出水口水样进行检测。水样经过0.45微米滤膜过滤去除悬浮颗粒物，各指标测定方法为：TN：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度计法(GB 11894-89)；NO2--N：N-(1-萘基)-乙二胺光度法(GB\/T 7493-1987)；COD：重铬酸钾法(GB 11914-89)；TP：钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)。NH4+-N和NO3--N：氨氮、硝氮水质在线分析仪测定(德国WTW，DIQ\/S 182)。所有检测中使用的药品均为符合国家标准的分析纯和优级纯试剂。
1.2实验方法
本试验采用生活污水动态培养自然挂膜法，填料经表面活性剂全面清洗，去除油垢交叉叠合捆扎一体，分别占厌氧槽和好氧槽体积的60％和40％。
好氧挂膜采用常规的活性污泥法，取生活区污水和污水厂活性污泥放入容器内，进行连续曝气，每天用生活污水更换三分之一的上清液，大约一周后基本形成如图2A所示的絮状棕褐色好氧膜。厌氧挂膜是将填料置于天津科技大学校园生活区化粪池出水的厌氧井中，不定期搅拌水体并跟踪观察。厌氧污泥亲水性很差，挂膜较难，需要微生物分泌粘性代谢物质在填料表面附着，增加微生物的附着能力。约一个月后，波纹板填料表面形成了不易剥落、质地均匀的黑色厌氧生物膜，如图2B所示。
将挂好的膜根据实验的要求置于相应的区域，调节曝气量流量以及进水流量，定期观察各区域的生物膜的颜色以及运行状况的变化，同时分别从各区域取水样进行分析，检测各区域中COD、TN、NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N、NO2<\/sub>-<\/sup>-N等水质指标，研究其变化规律和去除率效果。
2结果与讨论
2.1生物滤床对净化槽出水水质的影响
众所周知，大多数生活污水处理都是采用活性污泥法，但对于农村单户型或多户型净化槽而言，活性污泥法因其污泥回流等原因，能耗大，需要动力装置和人员管理，所以生物滤床更具有适用性。
2.1.1一级好氧区中生物滤床对净化槽出水水质的影响
由于本研究采用了四个区域分段连续处理，最后一段实行曝气，让前段的厌氧水解的污水在好氧生物滤床作用下进一步降解。图3表示的是各区域COD的经时变化规律，横坐标为连续的处理时间，纵坐标表示COD浓度及去除率。实验条件为连续进水，进水流量Q为13L·d-1<\/sup>，反应器平均停留时间72h。
由图3可知，进水COD浓度在213～285mg·L-1<\/sup>范围波动(平均237.2mg·L-1<\/sup>)，由于各区域没有搅拌装置，前三个区域的厌氧微生物靠自身的不亲水性再加上平推流的作用，往往会形成底部微生物浓度高，单位体积有效利用率低。即使经过三级厌氧处理，平均浓度仍然在158mg·L-1<\/sup>，平均去除率也只有33.2％，其作用和普通化粪池一样。这一污水进入生物滤床好氧区后，COD浓度明显降低，其平均浓度降低至103.2mg·L-1<\/sup>，这不仅说明好氧微生物的降解能力大，而且还表明好氧微生物负载在填料上，提高了单位体积利用率，降低了出水中的污泥浓度，最终沉淀槽出水COD的平均浓度为103.7mg·L-1<\/sup>，平均去除率达到56.0％。
图4表示的是在相同条件下各区域的NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N和TN浓度的沿程变化。由于各区域检测出的NO2<\/sub>-<\/sup>-N浓度极低，故在图中不做讨论。本实验期间校园生活污水NH4<\/sub>+<\/sup>-N和TN浓度都较高，分别在83.3～87.9mg·L-1<\/sup>和110～120mg·L-1<\/sup>浓度范围变化，NO3<\/sub>-<\/sup>-N浓度低于1mg·L-1<\/sup>。由图可知，污水经过三级无生物滤床的厌氧区，因氨化微生物的作用，有机氮分解，NH4<\/sub>+<\/sup>-N稍有增加。进入好氧区后，在硝化菌的作用下发生硝化反应，NH4<\/sub>+<\/sup>-N浓度显著下降，由平均85.9mg·L-1<\/sup>降低至平均42.4mg·L-1<\/sup>，NO3<\/sub>-<\/sup>-N浓度相应增加至平均52.0mg·L-1<\/sup>，但是NO3<\/sub>-<\/sup>-N 浓度变化量大于NH 4<\/sub>+<\/sup>-N浓度的变化量，这是由于有机氮含量降低并转化为氨氮。沉淀槽出水中NH4<\/sub>+<\/sup>-N平均浓度为42.4mg·L-1<\/sup>，平均去除率50.0％；由于无反硝化过程，NO3<\/sub>-<\/sup>-N平均浓度52.5mg·L-1<\/sup>；TN平均浓度105.1mg·L-1<\/sup>。
2.1.2三级厌氧一级好氧生物滤床对净化槽出水水质的影响
一级好氧区生物滤床稳定运行下，将在学校化粪井中挂膜一个月的波纹板填料分别置于前置的三个厌氧区内，形成三级厌氧一级好氧生物滤床生物反应器。连续进水，七天之后，分别取样，测定其COD、TN、NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N、NO2<\/sub>-<\/sup>-N 浓度，考察这些水质指标的变化情况。
图5表示的是在生物滤床存在条件下各区域COD浓度及其去除率经时变化。由图5可知，污水经过第一级生物滤床厌氧反应区后，COD浓度有了明显下降，平均去除率为34.2％，最大可达41.4％。污水经过第三级生物滤床厌氧反应区后，COD浓度大幅下降，从原水平均358.2mg·L-1<\/sup>，下降到平均94.2mg·L-1<\/sup>，平均去除率为73.0％，远远高于仅添加好氧生物滤床的情况(33.2％)，这是由于厌氧生物滤床的添加，增加了反应器厌氧微生物的平均浓度以及单位体积利用率，促进污染物的酸化水解。污水再经过生物滤床好氧反应区，进一步氧化分解，沉淀槽出水水质稳定，COD平均浓度55.6mg·L-1<\/sup>，平均去除率84.0％。从各区COD 浓度的经时变化看，第一级、第二级厌氧过程受进口浓度影响较大，而第三极厌氧和好氧区域相对稳定，表明生物滤床的抗冲击性能较强。
图6表示的是各区域内NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N和TN浓度的沿程变化，由于各区域检测出的NO2<\/sub>-<\/sup>-N浓度极低，故在图中不做讨论。由图6可知，在21d连续跟踪检测中，NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N和TN浓度在各区内的浓度变化很有规律。厌氧区氮化合物主要以NH4<\/sub>+<\/sup>-N形式存在，NO3<\/sub>-<\/sup>-N含量很少。在好氧区，NH4<\/sub>+<\/sup>-N在硝化菌的作用下，有了显著的降低(平均14.9mg·L-1<\/sup>)，并转化为NO3<\/sub>-<\/sup>-N(平均20.4 mg·L -1<\/sup>)。沉淀槽出水TN浓度有了轻微减少，平均浓度55.8mg·L-1，但仍然远远高于出水一级A标准(TN 15mg·L -1<\/sup>)，平均去除率28.7％；NH4<\/sub>+<\/sup>-N平均浓度15.2 mg·L -1<\/sup>，平均去除率为74.4％。沉淀区是一个稳定区，由于污泥量极少，对水质的影响也很小，NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N和TN的浓度变化很小。
2.1.3A\/O\/A\/O生物滤床对净化槽出水水质的影响
将上述三级厌氧一级好氧生物滤床净化槽中的第二级厌氧生物滤床改换成好氧生物滤床，并进行曝气，形成A\/O\/A\/O工艺，观察其填料表面生物膜生长状况和出水水质情况，稳定进水运行七天后，定期检测各区COD、NH4<\/sub>+<\/sup>-N、 NO 3<\/sub>-<\/sup>-N、NO2<\/sub>-<\/sup>-N和TN浓度变化。
图7表示的是A\/O\/A\/O生物滤床对COD浓度及其去除率的影响。污水经过第一级厌氧反应区(A1<\/sub>)后，COD浓度变化基本与图5大致相同；经过第一级好氧区(O1<\/sub>)后，COD明显下降，其平均浓度在65mg·L-1<\/sup>左右。经过第二级厌氧(A2<\/sub>) 后，由于COD浓度已经很低，厌氧过程的降解效果就没有第一级厌氧效果明显。最后污水经过第二级好氧区(O 2<\/sub>)后，COD浓度降低至平均20.6mg·L-1<\/sup>，沉淀槽出水COD平均浓度21.6mg·L-1<\/sup>，远低于国标(GB 18918-2002)一级A标准规定的 50mg·L -1<\/sup>。A\/O\/A\/O生物滤床反应器因增加了一个好氧过程，处理效果显著增加，处理能力相应增加。
图8表示的是净化槽各级反应区沿程NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N和TN浓度变化。本阶段校园生活污水NH4<\/sub>+<\/sup>-N和TN的浓度范围分别在40.1～63.9mg·L-1<\/sup>和62.7～82.9 mg·L -1<\/sup>，NO3<\/sub>-<\/sup>-N浓度低于1mg·L-1<\/sup>。由图可知，污水经过第一级好氧区(O1<\/sub>)后， NH 4<\/sub>+<\/sup>-N浓度降低至平均20.9mg·L-1<\/sup>，而NO3<\/sub>-<\/sup>-N浓度升高至30.5mg·L-1<\/sup>，TN浓度仅有很小变化；污水经过第二级厌氧反应区(A2<\/sub>)后，NO3--N浓度减少至平均 19.3mg·L -1<\/sup>，TN浓度降低至36.4mg·L-1<\/sup>，这是由于反硝化菌的作用；然后经过第二级好氧(O2<\/sub>)，NH4<\/sub>+<\/sup>-N平均浓度1.6mg·L-1<\/sup>，沉淀槽出水NH4<\/sub>+<\/sup>-N平均浓度2.5 mg·L -1<\/sup>，低于国家一级A排放标准，其平均去除率达到95.0％。但由于第二级厌氧反硝化区污水中碳源不足，使得沉淀槽出水中NO3<\/sub>-<\/sup>-N平均浓度(30.3mg·L-1<\/sup>) 和TN平均浓度(34.9mg·L -1<\/sup>)偏高，所以，要使得反硝化过程发挥作用，提供碳源十分重要。
2.2A\/O\/A\/O生物滤床工艺下分段进水对净化槽出水水质的影响
为强化A1<\/sub>\/O1\/<\/sub>A2<\/sub>\/O2<\/sub>工艺脱氮效果，对A2<\/sub>区进行分段进水，保持进水总流量 13L·d -1<\/sup>不变，A1<\/sub>和A2<\/sub>反应区污水流量配比Q1:Q2为2:1(即Q1＝8.7mg·L-1<\/sup>， Q2＝4.3mg·L -1<\/sup>)，稳定7天左右，定期测量各反应区COD、NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N、NO2<\/sub>-<\/sup>-N和TN浓度变化，测定结果分别见图9、图10。
图9表示的是，在分段进水后各区的COD浓度及其去除率的经时变化。由图可知，连续进水经过第一级A\/O后，COD浓度下降很多，后续的第二级A\/O 的作用则显示不出。通过分段进水后，不仅有效的利用第一级A\/O的降解作用，而且还加大了第二级A\/O的降解功能。沉淀槽出水的COD浓度已降至12mg·L -1<\/sup>左右，平均去除率达到95.3％。
图10表示的是A\/O\/A\/O生物滤床工艺分段进水条件下净化槽各级反应区沿程NH4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N和TN浓度变化。由图可知，虽然进水和分段进水各水质浓度有波动，但这些水质指标沿着各段的变化规律相同。第一级好氧区(O1<\/sub>)出水 NH 4<\/sub>+<\/sup>-N浓度明显下降，NO3<\/sub>-<\/sup>-N浓度明显升高，而TN浓度下降较少。由于第二级厌氧区(A2<\/sub>)分段进水提供了碳源，强化了该段的反硝化脱氮效果，NO3<\/sub>-<\/sup>-N、TN 浓度下降显著，伴随显著下降，NH 4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N和TN平均浓度分别为12.6、 3.1、17.4mg·L -1<\/sup>。污水经过第二级好氧区后，NH4<\/sub>+<\/sup>-N进一步氧化，沉淀槽出水 NH 4<\/sub>+<\/sup>-N、NO3<\/sub>-<\/sup>-N和TN平均浓度分别为2.7、10.0、13.0mg·L-1<\/sup>，其浓度均低于国家一级A排放标准，NH4<\/sub>+<\/sup>-N和TN的平均去除率分别为93.1％、73.8％。由此可见，在净化槽第二级厌氧区实行分段进水可以很好的解决了碳源不足的问题，强化了工艺的脱氮功能。
3结论
净化槽在A\/A\/A\/O运行条件下，当只在好氧区添加生物滤床时，出水COD、 NH 4<\/sub>+<\/sup>-N、TN平均浓度分别为103.2、42.4、105.1mg·L-1<\/sup>，水质不佳，平均去除率分别为56.0％、50.0％、8.9％；当各区填料全部放入且稳定运行时，出水COD、 NH 4<\/sub>+<\/sup>-N、TN平均浓度分别为55.6、15.2、55.8mg·L-1<\/sup>，平均去除率分别为84.0％、 74.4％、28.7％，出水水质仍然未达标排放标准。但生物滤床的添加有助于过程的去除效率。
净化槽在A\/O\/A\/O运行条件下，各段均添加生物滤床时，出水水质显著提高，出水COD、NH4<\/sub>+<\/sup>-N、TN平均浓度分别为20.6、2.5、34.9mg·L-1<\/sup>，平均去除率分别为94.1％、95％、51.3％，只有TN浓度欠佳，这是由于二级厌氧反应区碳源不足造成所致。
净化槽在添加生物滤床，A\/O\/A\/O运行且分段进水条件下，出水COD、 NH 4<\/sub>+<\/sup>-N、TN平均浓度分别为12.3、2.7、13.0mg·L-1<\/sup>，平均去除率分别为95.3％、 93.1％、73.8％，出水水质均达到国家一级A排放标准。
A\/O\/A\/O生物滤床新型净化槽不仅在结构上形成一体化，而且由于生物滤床的使用，不需要污泥回流，节省能耗，通过分段进水可以实现过程脱氮，解决了传统净化槽不易脱氮难题，对污水处理发挥重要的指导作用。
二、电解除磷的原理及实验数据：
在电解除磷过程中，阳极产生的Fe2+<\/sup>会与溶液中的磷反应生成Fe3<\/sub>(PO4<\/sub>)2<\/sub>、 FePO 4<\/sub>沉淀。另外，部分Fe2+<\/sup>在不同pH范围内会与溶液中的OH-<\/sup>反应生成铁的羟基化合物以及Fe(OH)2<\/sub>、Fe(OH)3<\/sub>沉淀，而磷会吸附于以上物质的表面，随着沉淀或颗粒物得以去除。同时，阴极生成的H2<\/sub>在溶液中会产生气浮效应，使溶液中的颗粒物漂浮到溶液表面得以去除。因此，电解除磷过程中磷的去除发生于沉淀、吸附和气浮等综合效应中。主要电极反应见式(1)和式(2)，溶液中主要反应见式(3)至式(7)。
阳极：Fe-2e-＝Fe2+<\/sup>(1)
阴极：2H+<\/sup>+2e-＝H2<\/sub>(2)
4Fe2+<\/sup>+2H2<\/sub>O+O2<\/sub>＝4Fe3+<\/sup>+4OH-<\/sup>(3)
3Fe2+<\/sup>+2PO4<\/sub>3-<\/sup>＝Fe3<\/sub>(PO4<\/sub>)2<\/sub>(4)
Fe3+<\/sup>+PO4<\/sub>3-<\/sup>＝FePO4<\/sub>(5)
Fe2+<\/sup>+2OH-<\/sup>＝Fe(OH)2<\/sub>(6)
Fe3+<\/sup>+3OH-<\/sup>＝Fe(OH)3<\/sub>(7)
由式(3)可见，曝气可加速Fe3+<\/sup>的形成，提高了铁的利用效率，降低出水中的Fe2+<\/sup>浓度，从而提高磷的去除率，且能够有效防止Fe2+<\/sup>的二次污染问题。
三台串联净化槽调试完成后，将电除磷装置置于第三个净化槽第二格好氧池中，通过调整电流数值改变实验条件，测定进出水总磷、色度及悬浮物。
测定方法：总磷测定采用钼酸盐分光光度法，悬浮物采用重量法，色度通过肉眼直观判断。
实验数据：进水主要为办公生活污水，进水量控制在20m3\/d，由于管道采用雨污合流，进水水质受雨水影响比较大。实验的电解电压一旦设定稳定运行 24小时，取样，通过过滤然后再测定。分析数据表示在如下表中。
通过以上数据可以看出，电解除磷对生活污水中磷的去除是有效果的，随着电流加大，除磷效果也在增加，但过大时，会引起絮体的增加，甚至于出水色度增加，所以适度的电解电压十分关键。考虑到分子态的磷酸盐日被生态滤池中的无机矿物材料吸附，从根本上去除磷酸盐，确保出水磷含量达标。
通过以上实验过程及实验数据的验证，我们成功的研究出了一种能满足要求的处理系统模式，其具体结构如下：
一种矿化脱氮除磷和污泥减量化与生态滤池耦合处理设备，包括调节池1、第一节净化槽4、第二节净化槽7、第三节净化槽11、生态滤池14和观水井15。上述的调节池、第一节净化槽、第二节净化槽、第三节净化槽、生态滤池和观水井依次串联连接，即：调节池的一侧侧壁设置污水进口，另一侧侧壁设置污水出口，该污水出口连接第一节净化槽的进口，该第一节净化槽的出口连接第二净化槽的进口，该第二节净化槽的出口连接第三节净化槽的进口，该第三节净化槽的出口连接生态滤池的进水口，该生态滤池的出水口连接观水井。第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽内均设置曝气装置，第三节净化槽安装电解除磷装置12。以下对各部分的结构以及连接关系进行详细描述：
调节池包括池体、导流板和出口挡板，池体的左侧壁制出污水进口，池体的右侧壁制出污水出口，在池体内部安装多个竖直的导流板，在靠近污水出口一侧的池体内设置竖直的出口挡板。调节池可以防止颗粒物进入后续净化槽，且调节池为厌氧区。
第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽均包括槽体、隔板和填料13，该槽体的左侧壁制出进口，槽体的右侧壁制出出口；槽体内部由隔板分割成三个处理单元，每个处理单元内均安装填料，该填料为波纹板，不仅具有过滤作用，而且还为生物膜生长提供必要的场所。曝气装置为曝气管5和曝气控制开关，在第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽的每个处理单元的填料下方均设置一个曝气管，每个曝气管上均安装一个独立的曝气控制开关。第一节净化槽的三个曝气管均连接第一曝气泵3，第二节净化槽的三个曝气管均连接第二曝气泵6，第三节净化槽的三个曝气管均连接第三曝气泵10，该第一曝气泵、第二曝气泵和第三曝气泵分别位于第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽的外部。第一节净化槽和第三节净化槽为好氧区。
第一节净化槽的第三处理单元和第二节净化槽的三个处理单元组成一个可以调节曝气的系统，其中两个处理单元为曝气状态，另两个处理单元为不予曝气状态，且不予曝气的两个处理单元为相邻的两个，形成厌氧缺氧反硝化单元，该两个不予曝气的处理单元上方设置用于补充碳源的污水管，污水管上安装阀门，该污水管连接污水泵，该污水泵设置在调节池内。第二节净化槽可以为好氧区，也可以为厌氧区，其通过阀门控制是否曝气而决定，其通常为厌氧区。以下结合图1对此部分结构及原理进行详细说明：
第一节净化槽、第二节净化槽和第三节净化槽内均设置曝气装置，各槽中的每一个格都有曝气装置和曝气控制开关，为了实现A-O-A-O脱氮，第一节净化槽的第三格和第二节净化槽的三个格为一个可以调节曝气的系统，平时只有两个相连的二个格不予曝气，形成厌氧缺氧反硝化单元，并且它的上部有调节池中的污水泵送来一定量的污水，确保反硝化的碳源。经过一段时间后，相连的二个格子的前一个改为曝气，而后一个格子仍然不变，而向后相连的一个格子改为厌氧，同时调整碳源。四个格子系统定期交换，确保该系统有两个相连的格子为厌氧状态，达到厌氧缺氧反硝化，同时也保证系统不因颗粒物长期沉降引起阻塞。
第三节净化槽的第二个处理单元的滤床上部设置电解除磷装置，增加由电解产生的铁离子有足够的停留时间与处理水中的磷酸根离子反应，生成难以溶解的磷酸盐。该电解除磷装置包括外框架和电极板，外框架安装在第三节净化槽内，电极板为多个，其均布安装在外框架内并电极板连接电源9，电极板的下端位于第三节净化槽的第二个处理单元的液面下方。本在实施例中，外框架采用聚氯乙烯制成，极板极均为50cm×30cm的铁电极板，极板数量为7+2(接电极)，板间距为1cm，电极板连接的电源为WYJ-10A30V DC直流稳压电源。
生态滤池包括池体和吸附材料，池体内填充设置吸附材料，如火山岩、蛭石等无机矿物材料。池体内安装多个竖直设置的挡板，使水流向形成折流。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822271623.9
申请日:2018-12-31
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:12(天津)
授权编号:CN209815897U
授权时间:20191220
主分类号:C02F9/14
专利分类号:C02F9/14;C02F101/16;C02F101/38;C02F101/10
范畴分类:申请人:王昶;富凯迪沃（天津）环保科技有限公司
第一申请人:王昶
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发明人:王昶
第一发明人:王昶
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类型名称:外观设计
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