CN102126791A - 人工湿地的防堵方法及其装置 - Google Patents

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王蔚卿
李时银
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Abstract

本发明公开了一种人工湿地的防堵装置，其特征在于包括从下到上布置在垂直流人工湿地的集水区基质、湿地基质，在湿地基质上种植湿地植物，其特征在于在湿地基质内安装输气管，输气管水平段朝下并列设置曝气支管，在曝气支管的端头设置曝气头，且曝气头位于湿地基质垂直方向的中部。输气管伸出基质的一端连接气泵，并设置阀门。集水区基质为砾石、湿地基质为粗砂。空气经气泵通过输气管从曝气支管、曝气头输出，与下行的进水形成对流，冲击基质颗粒，提高有效孔隙率，抑制堵塞，并保证湿地微生物活动所需有氧环境。

Description

人工湿地的防堵方法及其装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种垂直流人工湿地的防堵方法及其装置，适用于污染负荷高、含有较高浓度有机及无机颗粒物，易发生堵塞的湿地的污水处理，同样适用于低温气候条件下的污水处理。
背景技术
人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种污水处理生态工程新技术。由于具有投资低、能耗少、管理简单等特点，被广泛得应用于广大中小城镇和乡村地区的生活污水及面源污染处理，垃圾渗滤液处置及湖泊污染防治中。
长期的工程实践表明，无论何种形式的人工湿地，在运行一段时间后均会出现不同程度的堵塞现象。过度的堵塞会导致湿地水力传导系数降低，进而使湿地的过水能力下降，同时导致湿地整体厌氧环境的产生，影响其中微生物正常新陈代谢活动，使系统处理效果下降、运行寿命缩短。
目前应对湿地堵塞的主要措施以及存在的问题有（1）、物理措施：如采取间歇进水、停床落干、定期更换湿地填料，但需要在一定时期内中断湿地的正常运行，从而影响整体的处理效率，且部分措施所需资金及工程量较大，实际应用性不强；（2）、化学措施：施加融菌剂(如次氯酸钠)或微生物抑制剂（如多糖降解酶），通过杀伤或抑制微生物来抑制堵塞，对湿地内部生境长期稳定具有不良的影响，同时其投放的化学生物制剂存在出水二次污染的问题，对受纳水体的影响不可预知；（3）、生物措施：定期收割植物，该法的防堵塞效果并不稳定，且耗费大量的人力。
目前穿孔曝气管应用于人工湿地的主要目的是将其布设于进水管路或基质底部集水区对人工湿地进行曝气增氧，促进硝化细菌等好氧微生物的活性，提高其新陈代谢的水平从而加快其对进水中污染物的分解与转化的速率，提高人工湿地系统处理效率，而未将之用于抑制人工湿地堵塞方面，也未进行相应的优化。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种人工湿地的防堵方法，在湿地系统正常运行的前提下，有效地控制堵塞现象，并提高湿地系统对污染物的去除效率。
本发明的另一个目的在于提供一种人工湿地的防堵的装置。
为了实现上述的发明目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：
一种人工湿地的防堵装置，其特征在于包括从下到上布置在垂直流人工湿地的集水区基质、湿地基质，在湿地基质上种植湿地植物，其特征在于在湿地基质内安装输气管，输气管水平段设置曝气支管，在曝气支管的端头设置曝气头，输气管伸出基质的一端连接气泵，并设置阀门。
前述的人工湿地的防堵装置，其特征在于所述的集水区基质为砾石、湿地基质为粗砂。
前述的人工湿地的防堵装置，其特征在于所述的曝气头朝上设置。
前述的人工湿地的防堵装置，其特征在于所述的曝气支管水平方向并列设置在输气管上。
前述的人工湿地的防堵装置，其特征在于所述的曝气头位于湿地基质垂直方向的中部。
一种人工湿地的防堵方法，其特征在于，空气经气泵通过输气管从曝气支管、曝气头输出，与下行的进水形成对流，所述的曝气头位于湿地基质垂直方向的中部，曝气汽水比为3:1～9:1，开停时间比为8h:16h～12h:12h。
本发明人工曝气控堵的工作原理是基于不利的溶解氧环境会促使微生物大量分泌高粘性的胞外多聚物的事实，通过为硝化、反硝化微生物提供所需的最佳溶解氧环境，以抑制胞外多聚物的大量增殖。空气经空气输送管路，通过曝气头上分散的气孔进入湿地，形成微气泡上行，与进水形成对流，充分混合，保证湿地微生物活动所需溶解氧供应。同时由于氧气上行的关系，使湿地上层成为好氧区，而下层保持厌氧状态，满足了硝化、反硝化微生物所需的最佳溶解氧环境，防止不利环境的产生，导致胞外多聚物的积累造成湿地堵塞。同时，上行的微气泡在于进水混合的同时提高进水的湍流程度，冲击基质颗粒，提高基质颗粒间的碰撞及摩擦作用使其上的沉积物松动脱落，同样有助于提高有效孔隙率，抑制堵塞。
本发明在不中断系统正常运行的情况下进行堵塞的防控，大大提高了系统的运行效率。同时还通过提供湿地的溶解氧环境，提供污染物的去除效率。
附图说明
图1为本发明人工湿地防堵的装置结构示意图；
图2为图1沿B-B线的剖视图；
图3为图1沿C-C线的剖视图；
图4为图1中曝气头的结构示意图；
图5为图4中曝气头的俯视图。
图中主要部件的附图说明：离心气泵1，空气输送管2，湿地基质3，曝气头4，曝气支管5，集水区基质6，阀门7，曝气头气孔8，曝气头导管9，垂直流人工湿地10。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1为本发明人工湿地的防堵装置结构示意图，图2为图1沿B-B线的剖视图，图3为图1沿C-C线的剖视图。参见图1-3所示，一种人工湿地的防堵装置，通过布设在垂直流人工湿地10顶层的穿孔管布水，从底部的集水区中出水，在垂直流人工湿地10内从下到上铺设集水区基质6、湿地基质3，在湿地基质3上种植湿地植物，如香蒲、芦苇、美人蕉、菖蒲等，其中集水区基质为砾石6，湿地基质3为粗砂。在湿地基质3内设置空气输送管2（均为PVC管），在空气输送管2的水平段间隔一段距离并联设置曝气支管5，在曝气支管5的端头设置曝气头4，曝气头4垂直朝上地设置在湿地基质垂直方向的中部在空气输送管2上伸出基质的一端连接离心气泵1，并设置阀门7以控制空气流量。在垂直流人工湿地系统中，上层基质为硝化细菌的主要活动区域，而下层基质为反硝化细菌的主要活动区域。将曝气头设置于湿地基质中部（1/2处），可以达到最为有效的供氧效果、污染物处理效率，而将曝气头设置的过深或过浅，都不能使曝气头的曝气效果达到最优化。而将曝气头向上放置可以将形成上行气流，以顺利到达基质上层需供氧区域，若将其反置，其所产生的气流将向下输送，可能对基质下层的厌氧环境产生干扰而影响反硝化作用的进行。图4为图1中曝气头的结构示意图，图5为图4中曝气头的俯视图。参照图4、5所示，三组并联的曝气头，曝气头为市场上常见的增氧曝气装置，广泛应用于水产养殖等行业中，相对于穿孔曝气管，微孔曝气头能够产生体积较小的微气泡。该微气泡能够更好地渗透进入基质孔隙空间，并溶解进入进水，提高为进水充氧的效率。其数量至少为6个，曝气头4的表面均匀分布微气孔，开孔率为40~60%，其等距布设于湿地基质中部，每组两个曝气头等距布设于空气输送管2两侧，通过曝气支管5与其相连。曝气头的安放姿态应保证其曝气头导管9方向平行于池壁。
人工湿地的防堵装置的运行过程是：垂直流人工湿地采用连续进水，推流出水的运行方式，进水水力负荷为0.5m3/(m2·d)。进水经由湿地基质3顶层下行进入湿地的同时运行离心气泵1，空气经由空气输送管2，曝气支管5，通过曝气头4上分散的气孔8进入湿地，形成微气泡上行，与进水形成对流，充分混合，保证湿地微生物活动所需溶解氧供应。同时由于氧气上行的关系，使湿地上层成为好氧区，而下层保持厌氧状态，满足了硝化、反硝化微生物所需的最佳溶解氧环境，防止不利环境的产生，导致胞外多聚物的积累造成湿地堵塞。同时，上行的微气泡在于进水混合的同时冲击基质颗粒，使其上的沉积物松动脱落，同样有助于提高有效孔隙率，抑制堵塞。曝气汽水比为3:1～9:1，开停时间比为8h:16h～12h:12h，测定结果见表1。
表1 污染物及主要技术参数对比
技术方案 COD去除率（%） NH3-N去除率（%） TN去除率（%） 有效孔隙度衰减率（%） 水力停留时间延长率（%）
未曝气垂直潜流湿地 60 35 34 20 50
本发明 85 75 70 5 14
上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.人工湿地的防堵装置，其特征在于包括从下到上布置在垂直流人工湿地的集水区基质、湿地基质，在湿地基质上种植湿地植物，其特征在于在湿地基质内安装输气管，输气管水平段设置曝气支管，在曝气支管的端头设置曝气头，输气管伸出基质的一端连接气泵，并设置阀门。
2.根据权利要求1所述的人工湿地的防堵装置，其特征在于所述的集水区基质为砾石、湿地基质为粗砂。
3.根据权利要求1所述的人工湿地的防堵装置，其特征在于所述的曝气头朝上方设置。
4.根据权利要求1所述的人工湿地的防堵装置，其特征在于所述的曝气支管水平方向并列设置在输气管上。
5.根据权利要求1所述的人工湿地的防堵装置，其特征在于所述的曝气头位于湿地基质垂直方向的中部。
6.基于权利要求1至5任一项所述的人工湿地的防堵方法，其特征在于，空气经气泵通过输气管从曝气支管、曝气头输出，与下行的进水形成对流，所述的曝气头位于湿地基质垂直方向的中部，曝气汽水比为3:1～9:1，开停时间比为8h:16h～12h:12h。
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