CN103387320A - 人工湿地系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于人工湿地，特别是指一种人工湿地系统。包括进水管路、曝气装置、湿地单元以及出水管路；还包括多功能区及预处理区，曝气装置设于多功能区内，湿地单元与多功能区横向间隔分布，湿地单元与相邻的多功能区之间经过水孔连通；进水管接预处理区的输入，预处理区的输出通过给水管和阀门分别接多功能区的输入，预处理区的输入和输出端之间设有滤料，在滤料与预处理区的输入端之间设有清洗装置。湿地单元的输出通过集水管及出水管接下一处理单元或回用。本发明解决了现有技术存在的湿地系统易堵塞、自我恢复能力差等问题，具有湿地系统不易堵塞，对于污染物的去除效果好、系统自我恢复能力强等优点。

Description

人工湿地系统

技术领域

本发明属于人工湿地，特别是指一种人工湿地系统。

背景技术

人工湿地技术是近年来发展起来的一项污水处理工艺，由于其具有低投资、低能耗、低处理成本等特点，逐渐被广泛接受。人工湿地是一个人为构建的复杂的生态系统，其各部分相互作用，通过植物、基质和微生物的综合作用来去除污染物质。实际运行中，人工湿地运行较长时间后，系统容易发生堵塞，湿地功能下降，对污染物的净化能力降低，出水不能达标排放。究其原因主要是：

1、污水进入湿地系统前未经过预处理，直接进入，导致大量悬浮物质逐步累积。

2、湿地系统溶解氧较低，导致对污染物的去除率降低，使污水中的有机质、悬浮物等在湿地系统滞留、累积。

3、系统自我恢复性能差，经过长时间运行，湿地基质吸附饱和，而且随着污染物的累计，运行功能下降。

申请号为201210524108.1的发明专利申请中公开了一种垂直流人工湿地底层曝气增氧方法。该专利申请通过在湿地底部布置一套微曝气系统，提高进水含氧量，增强湿地的运行效率，预防湿地堵塞。本专利申请所存在的问题在于：一方面，进水未进行预处理；另一方面，进水管及曝气管均设于湿地底部。随着人工湿地的运行，其极易发生堵塞，难以保证出水达标排放，而且维修不便，运行成本较高。另外，没有从根本上解决湿地系统自我恢复性能差的问题，基质吸附饱和，污染物累计，发生堵塞，系统运行功能下降，出水不达标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种系统不易堵塞、溶解氧较高、具有较强系统恢复功能的人工湿地系统。

本发明的整体技术构思是：

人工湿地系统，包括进水管路、曝气装置、湿地单元以及出水管路；还包括多功能区及预处理区，曝气装置设于多功能区内，湿地单元与多功能区横向间隔分布，湿地单元与相邻的多功能区之间经过水孔连通；进水管接预处理区的输入，预处理区的输出通过给水管及阀门分别接多功能区的输入，预处理区的输入和输出端之间设有滤料，在滤料与预处理区的输入端之间设有清洗装置，湿地单元的输出通过管路接下一处理单元或回用。

可以显而易见的是，多功能区和湿地单元可以根据需要进行数量的设定，并不脱离本发明的实质。

本发明的具体技术方案还有：

所述的反冲洗装置包括一端与进水管相连，另一端为盲端且设于预处理区的输入和滤料之间底部的清洗管，设置于清洗管上的清洗阀，清洗管上开设有微孔。

为便于对预处理区的污物进行排放，优选的技术方案是，给水管与预处理区的连接处设有排污阀，进水管通过进水阀接预处理区的输入端。

湿地单元可以采用多种叠层结构以完成对于污染物的去除，其中较为优选的技术方案是，湿地单元自上至下由叠置的土壤层、基质层、过渡层、砾石层组成。

曝气装置为一端与风机相连，另一端设于多功能区内的曝气管。可以显而易见的是，曝气管上应设有曝气孔。

湿地单元的输出通过集水管、出水管接下一处理单元或回用。优选的方案是，集水管处于多功能区内，集水管的另一端通过管路开口于多功能区外。可以显而易见的是，处于多功能区的集水管上应设有集水孔，以供多功能区内的水由集水孔进入集水管。

为有效预防和延缓人工湿地淤堵，维持良好的水力传导性及稳定出水，延长湿地系统的使用寿命，所述的相邻的湿地单元侧壁上开设的过水孔采用高低间隔错落分布。更为优选的技术方案是，所述的过水孔开设于基质层一侧。通过交替改变湿地内污水水流流向（即以一定时间间隔交替改变出水端及进水端，即进水端变为下一次运行出水端，出水端作为下一次运行进水端），其水流在湿地内部可形成反冲洗；可充分利用湿地系统，极大限度的发挥湿地系统的功能，对污染物进行有效去除。

为进一步增强基质层的吸附能力，提高对于污染物的去除效果，优选的技术方案是，所述的基质层采用改性钢渣作为制作材质。更为优选的是，改性钢渣采用高温改性钢渣。

为防止污水通过湿地系统深入地下，使湿地系统最大限度的发挥作用和功能，优选的技术方案是，所述的预处理区、多功能区、湿地单元的底部及侧壁设置防渗层，防渗层的渗透系数小于10^-8m/s。

为减少死水区，使曝气更充分，同时为保证良好的水力条件，优选的技术方案是，所述的多功能区底部为弧形结构。

为便于操作，系统可用PLC控制。实际运行中，为保证湿地单元进水保持良好的水力条件，可将预处理区的标高提高，保证其水位与湿地单元进水水位有足够的水位差，使进水通过重力自流进入湿地单元。当湿地面积较大时，可将其分成若干与本系统相同的模块，模块划定应以进水水量、水力负荷等为依据，以保证进水以合理的水力条件进入湿地单元。

湿地单元的土壤层优选种植处理性好、抗水性能强、成活率高、成长周期长、美观及具有经济价值的水生植物。

本发明所具备的实质性特点和取得的显著技术进步在于：

1、设置多功能区。曝气、集水均在多功能区进行，代替在湿地内部设置布水管及曝气管，有效解决布水管及曝气管堵塞，维修难的问题。同时也省去单独设置布水井和集水井，减小占地面积，降低投资经费。

2、设置了预处理区，预处理区设置滤料，同时设置反冲洗系统。对进水进行初步预处理，以防止杂物及较大粒径的悬浮物进入湿地系统，对系统造成堵塞。

3、进水进入湿地单元前进行预曝气，以增加湿地内部的DO，从而保持湿地系统内良好的好氧-缺氧-厌氧环境，保持高效的污染物去除率，预防湿地的污染物累计，造成淤堵，保证湿地系统出水稳定，确保达标排放。

4、系统采用两种不同的运行方式交替运行。通过交替改变湿地内污水水流流向，其水流在湿地内部可形成反冲洗；可充分利用湿地系统，极大限度的发挥湿地系统的功能，对污染物进行有效去除；利于湿地系统的自我恢复，有效解决基质吸附饱和后更换难、系统堵塞的问题（传统的恢复方法为间歇进水和系统停运），极大的方便了生产，可以有效预防和延缓人工湿地淤堵，维持良好的水力传导性及稳定出水，延长湿地系统的使用寿命。

5、湿地的基质采用改性钢渣，钢渣是良好的吸附剂，有文献资料可证明，钢渣经高温改性后，质地变疏松，表面积变大，吸附能力更强，对污染物的去除率明显提高。而且，钢渣对重金属离子、氨氮、P等吸附能力很强，尤其是P。因此，本湿地系统尤其适于处理此类废水。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是预处理单元的结构示意图。

图4是两相邻多功能区的结构示意图。

图5是两相邻湿地单元的结构示意图。

附图中的附图标记如下：

1、第一阀门；2、第二阀门；3、第三阀门；4、给水管；5、第四阀门；6、多功能区；7、第三出水阀门；8、出水管；9、湿地单元；10、第二出水阀门；11、集水管；12、曝气管；13、第一出水阀门；14、进水阀；15、清洗管；16；预处理区；17、进水管；18、过水孔；19、清洗阀；20、滤料；21、排污阀；22、土壤层；23、基质层；24、过渡层；25、砾石层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书作出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

本实施例的整体结构如图示，其中包括进水管路、曝气装置、湿地单元9及出水管路；还包括预处理区16以及自左向右分布的三个多功能区6，曝气装置设于多功能区6内，位于左、右两侧的两个湿地单元9与三个多功能区6横向间隔分布，湿地单元9与相邻的多功能区6之间经过水孔18连通；进水管17接预处理区16的输入，预处理区16的输出分别通过第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门5以及给水管4分别接左、中、右三个多功能区6的输入，预处理区16的输入和输出端之间设有滤料20，在滤料20与预处理区16的输入端之间设有清洗装置，湿地单元9的输出通过集水管11、出水管8接下一处理单元或回用。集水管11处于多功能区6内，集水管11的另一端通过管路开口于多功能区6外。可以显而易见的是，处于多功能区6的集水管11上应设有集水孔，以供多功能区6内的水通过集水孔进入集水管11内。

所述的清洗装置包括一端与进水管17相连，另一端为盲端且设于预处理区16的输入和滤料20之间底部的清洗管15，设置于清洗管15上的清洗阀19，清洗管15上开设有微孔。

给水管4与预处理区16的连接处设有排污阀21，进水管17通过进水阀14接预处理区的输入端。

湿地单元9自上至下由叠置的土壤层22、基质层23、过渡层24、砾石层25组成。

曝气装置为一端与风机相连，另一端设于多功能区6内的曝气管12。曝气管上设有曝气孔。

集水管11分别位于左、中、右三个多功能区6内，其出口分别通过第一出水阀门13、第二出水阀门10、第三出水阀门7以及出水管8开口于多功能区6外。

位于左侧的湿地单元9左侧壁上开设的过水孔18低于其右侧开设的过水孔，位于右侧的湿地单元9左侧壁上开设的过水孔18高于其右侧开设的过水孔，过水孔18开设于基质层23一侧。通过交替改变湿地内污水水流流向，其水流在湿地内部可形成反冲洗；可充分利用湿地系统，极大限度的发挥湿地系统的功能，对污染物进行有效去除；

基质层23采用高温改性钢渣作为制作材质。

预处理区16、多功能区6、湿地单元9的底部及侧壁设置防渗层，防渗层的渗透系数小于10^-8m/s。

多功能区底部为弧形结构。

本实施例的工作原理如下：

进水在预处理区16经过滤后，一部分悬浮物被去除，而后可在预处理区16内对进水水质、水量进行调节。当预处理区16运行一段时间后，为防止其过滤的污染物堆积，需对滤料20进行清洗。清洗时关闭进水阀14，打开清洗阀19，同时打开排污阀21，排放冲洗水即可。

进水自预处理区输出至给水管4。实际运行时，控制第一阀门1、第二阀门2、第四阀门5开启，控制第三阀门3关闭。进水通过给水管4分别进入左、右两侧的两个多功能区，同时打开风机，并控制与左、右两侧的两个多功能区的曝气阀门开启，保持第二出水阀门10的开启，控制第一出水阀门13第三出水阀门7的关闭，保持与中部多功能区6相连的曝气阀门关闭。

污水经过曝气，分别通过左侧湿地单元9左侧的过水孔18、右侧湿地单元9右侧的过水孔18分别进入湿地单元9。湿地单元9通过基质、湿地植物、微生物等的综合作用，实现对污水污染物的净化。在一定的水力条件下，污水经过左侧湿地单元9右侧的过水孔18以及右侧湿地单元9左侧的过水孔18分别进入位于中部的多功能区6，多功能区6底部设有集水管11，经过湿地单元9处理的污水通过集水管11排至下一处理单元或回用。

当湿地运行一段时间后，为防止湿地堵塞，延长其使用寿命可改变其运行方式。具体操作如下：

打开进水阀门14，同时控制控制第一阀门1、第三阀门3开启，控制第二阀门2、第四阀门5关闭。进水曝气后通过中部多功能区6两侧的过水孔18分别进入左、右两个湿地单元9，对湿地单元9而言，此时的过水孔18功能由之前的出水孔变为进水孔，水流流向也与之前相异，水力条件的改变，对湿地内部积聚的污染物形成逆向反冲洗，而后进水通过湿地单元9的过水孔18分别进入左、右两个多功能区6。通过左、右两个多功能区6底部设有的集水管11以及出水管8进入下一处理单元或回用。

本实施例的具体使用效果如下：

生活污水处理量为50m³/d，后端采用传统潜流湿地处理，长时间运行后，出水不能达标。而且系统经常发生淤堵，修理维护极为麻烦，而且发生堵塞后，需停运系统，更换基质或相关管路，给生产带来极大不便。

相关数据具体如下：

指标	CODcr	BOD	SS	NH4 +-N	TP
						进水（mg/L）	190	95	75	25	4
出水（mg/L）	65	33.3	33	10.5	1.6
						去除率%	66%	65%	56%	58%	60%

由以上数据可发现，湿地经长时间运行，运行效率明显下降，难以保证出水达到<<城镇污水厂污染物排放标准>>中的一级A排放标准。

为保证出水达标，对湿地系统进行改造。改造后的系统处理效果如下：

指标	CODcr	BOD	SS	NH4 +-N	TP
						进水（mg/L）	205	92	81	21	4
出水（mg/L）	39	8.3	8.9	3.75	0.36
						去除率%	81%	91%	89%	85%	91%

由以上数据可以发现：改造后，湿地系统对污染物去除率明显提高，各指标均达到一级A排放标准，满足工艺需求。与传统湿地系统相比，运行相同时间，改造后的湿地系统处理效果更好，出水更趋于稳定，而且很少发生淤堵，使用寿命更长，极大方便了生产，降低了运行费用。

Claims (13)

1.人工湿地系统，包括进水管路、曝气装置、湿地单元（9）以及出水管路；其特征在于还包括多功能区（6）及预处理区（16），曝气装置设于多功能区（6）内，湿地单元（9）与多功能区（6）横向间隔分布，湿地单元（9）与相邻的多功能区（6）之间经过水孔（18）连通；进水管（17）接预处理区（16）的输入，预处理区（16）的输出通过给水管（4）及阀门分别接多功能区（6）的输入，预处理区（16）的输入和输出端之间设有滤料（20），在滤料（20）与预处理区（16）的输入端之间设有清洗装置，湿地单元（9）的输出通过管路接下一处理单元或回用。

2.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于所述的清洗装置包括一端与进水管（17）相连，另一端为盲端且设于预处理区（16）的输入和滤料（20）之间底部的清洗管（15），设置于清洗管（15）上的清洗阀（19），清洗管（15）上开设有微孔。

3.根据权利要求1或2所述的人工湿地系统，其特征在于所述的给水管（4）与预处理区（16）的连接处设有排污阀（21），进水管（17）通过进水阀（14）接预处理区（16）的输入端。

4.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于所述的湿地单元（9）自上至下由叠置的土壤层（22）、基质层（23）、过渡层（24）、砾石层（25）组成。

5.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于所述的曝气装置为一端与风机相连，另一端设于多功能区（6）内的曝气管（12）。

6.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于湿地单元（9）的输出通过集水管（11）、出水管（8）接下一处理单元或回用。

7.根据权利要求6所述的人工湿地系统，其特征在于集水管（11）处于多功能区（6）内，集水管（11）的输出端与多功能区（6）外部的出水管（8）连接。

8.根据权利要求4所述的人工湿地系统，其特征在于所述的相邻的湿地单元（9）侧壁上开设的过水孔（18）采用高低间隔错落分布。

9.根据权利要求7所述的人工湿地系统，其特征在于所述的过水孔（18）开设于基质层（23）一侧。

10.根据权利要求4或9中任一项所述的人工湿地系统，其特征在于所述的基质层（23）采用改性钢渣作为制作材质。

11.根据权利要求10中所述的人工湿地系统，其特征在于所述的改性钢渣采用高温改性钢渣。

12.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于所述的预处理区（16）、多功能区（6）、湿地单元（9）的底部及侧壁设置防渗层，防渗层的渗透系数小于10^-8m/s。

13.根据权利要求1所述的人工湿地系统，其特征在于所述的多功能区（6）底部为弧形结构。

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