CN103387320B - 人工湿地系统 - Google Patents

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栗勇田
冉慧英
王晓磊
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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
[0001] 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
[0002] 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。宄其原因主要是:
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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
[0007] 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。
[0008] 本发明的整体技术构思是:
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 本发明的具体技术方案还有:
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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l(T8m/s。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 本发明所具备的实质性特点和取得的显著技术进步在于:
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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
[0029] 图1是本发明的整体结构示意图。
[0030] 图2是图1的俯视图。
[0031] 图3是预处理单元的结构示意图。
[0032] 图4是两相邻多功能区的结构示意图。
[0033] 图5是两相邻湿地单元的结构示意图。
[0034] 附图中的附图标记如下:
[0035] 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、烁石层。
具体实施方式
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] 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。
[0043] 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 -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;
[0044] 基质层23采用高温改性钢渣作为制作材质。
[0045] 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。
[0046] 多功能区底部为弧形结构。
[0047] 本实施例的工作原理如下:
[0048] 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。
[0049] 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。
[0050] 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。
[0051] 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:
[0052] 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。
[0053] 本实施例的具体使用效果如下:
[0054] 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。
[0055] 相关数据具体如下:
[0056]
Figure CN103387320BD00071
[0057] 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。
[0058] 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:
[0059]
Figure CN103387320BD00072
[0060] 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 (11)

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; 湿地单元(9)的输出通过集水管(11)、出水管⑶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)的输出端与多功能区(6)外部的出水管(8)连接;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⑷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)的输入端和滤料(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4所述的人工湿地系统,其特征在于相邻的湿地单元(9)侧壁上开设 的过水孔(18)采用高低间隔错落分布。
7. 根据权利要求6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) -侧。
8. 根据权利要求4或7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。
9. 根据权利要求8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。
10. 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l(T8m/S。
11. 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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Assignee: JIACHENG ENVIRONMENTAL PROTECTION ENGINEERING CO., LTD.

Assignor: Beijing Zhonghuan Jiacheng Environmental Engineering Co., Ltd.

Contract record no.: 2019130000002

Denomination of invention: Eutrophicated water body double-fluidised form block-proof artificial wet land system

Granted publication date: 20150805

License type: Common License

Record date: 20190328

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