CN105217795A - 一种在线自动清堵人工湿地的方法及系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种在线自动清堵人工湿地的方法及系统，其中所述方法包括：获取设置在人工湿地进水端的配水渠的液位值，若所述液位值大于预设的液位阈值，则判定人工湿地出现污堵，并根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量；关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元，依据第一曝气量对人工湿地进行在线曝气清堵；清堵时间达到预设的第一清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门，将污堵物排出人工湿地；排污时间达到预设的排污时间阈值时，关闭排污阀门，开启出水阀门。根据本发明能够实现对人工湿地污堵物的在线自动清堵，方便快捷，成本低。

Description

一种在线自动清堵人工湿地的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种水处理与净化技术领域，特别涉及一种在线自动清堵人工湿地的方法及系统。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

人工湿地是指用人工筑成水池或沟槽，地面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三种协同作用使污(废)水得到净化。按照水流方式，人工湿地分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。

人工湿地技术因具有投资少、能耗低、管理方便、无二次污染等优点，正逐渐被广泛应用于中小城镇和乡村地区的生活污水处理、污水厂的深度净化处理以及河道水质净化等工程中。然而许多人工湿地工程运行不到5年，就发生基质堵塞问题，显著降低了人工湿地的处理效率。现有的人工湿地防堵塞方法有加强预处理、合理选择基质级配、合理选择湿地植物、及时收割植物等，虽然这些方法在一定程度上可以延缓基质堵塞问题，但不能从根本上解决基质堵塞问题，当基质堵塞时只能将填料全部挖出冲洗，重新填充，重新种植水生植物，工程量巨大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在线自动清堵人工湿地的技术方案，能够能够自动监测人工湿地的污堵情况，发现污堵情况时，在线自动对人工湿地进行清堵，尽快及时解决人工湿地的污堵问题。

根据本发明的一个方面，提供一种在线自动清堵人工湿地的方法，所述方法包括：

S1、获取设置在人工湿地进水端的配水渠的液位值，若所述液位值大于预设的液位阈值，则判定人工湿地出现污堵，并根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量；

S2、关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元，依据第一曝气量对人工湿地进行在线曝气清堵；

S3、清堵时间达到预设的第一清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门，将污堵物排出人工湿地；

S4、排污时间达到预设的排污时间阈值时，关闭排污阀门，开启出水阀门；

其中，曝气单元包括：气源、曝气主管、与曝气主管连接的至少一根曝气支管以及曝气管；曝气主管的一端与气源连接，另一端与曝气支管的一端连接；曝气支管的另一端穿过配水渠伸入人工湿地的底部，每根曝气支管与至少一根曝气管连接；曝气管设置于人工湿地的底部，曝气管上设置有曝气孔。

优选地，曝气主管连接至少两根曝气支管，所述至少两根曝气支管在人工湿地内均匀分布、且可以分别独立开启或关闭。

优选地，第一曝气量Q₁满足如下公式：

$Q_1=S\·{\mathrm{\χ}}_1=\frac{\mathrm{\π}}{144\×{10}^8}{d}^2\·v_1\·n\·N\·M$

式中，Q₁为第一曝气量，单位为：m³/h；S为一次需清堵的人工湿地面积，单位为：m²；χ₁为第一曝气强度，单位为：m³/m²/h；M为拟开启的曝气支管的数量，单位为根；N为每根曝气支管上曝气管总数，单位为根；n为单根曝气管上曝气孔的数量，单位为个；v₁为曝气孔出口第一气体流速，单位为：m/s；d为曝气孔孔径，单位：mm。

优选地，根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量包括：

获取一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数；

根据人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数，查询预设的第一映射关系表，确定第一曝气量；

其中，第一映射关系表中预先存储有第一曝气量与一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数之间的对应关系。

优选地，第一映射关系表中还包括：清堵时间、排污时间与第一曝气量之间的映射关系。

优选地，若拟开启曝气支管的数量小于对应曝气主管所连接的曝气支管总数，则所述开启曝气单元具体为：

根据拟开启曝气支管的数量以及人工湿地中曝气支管的分布情况，确定拟开启的曝气支管，使所述拟开启的曝气支管在人工湿地内均匀分布、且其清堵范围能够覆盖人工湿地。

优选地，所述至少两根曝气支管相互平行，任意一根可独立开启或关闭的曝气支管均单独配有曝气阀门。

优选地，曝气主管所连接的曝气支管总数是拟开启曝气支管的数量的整数倍，所述开启曝气单元具体为：

按照顺序将曝气主管所连接的曝气支管分为至少一组，并依次开启每一组曝气支管；其中，每组曝气支管的数量等于拟开启的曝气支管的数量，后一组曝气支管开启时，前一组曝气支管关闭。

优选地，在步骤S4之后，所述方法进一步包括：

获取配水渠的进水流量q₁和出水渠的出水流量q₂；若q₁/q₂≥1.1，则判定人工湿地清堵不彻底，并确定第二曝气量；

关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元，依据第二曝气量对人工湿地进行再次清堵；

再次清堵时间达到预设的第二清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门，进行再次排污；然后关闭排污阀门，开启出水阀门。

优选地，其中，第二曝气量Q₂满足如下公式：

Q₂＝(1-η)Q₁

$\mathrm{\η}=e^{0.3q_2/q_1+0.25}-1$

式中，Q₂为第二曝气量，单位为：m³/h；Q₁为第一曝气量，单位为：m³/h；η为第二曝气量与第一曝气量的换算系数。

优选地，确定第二曝气量包括：

确定进水流量与出水流量的比值；

根据所述比值查询预先存储的第二映射关系表，确定第二曝气量；第二映射关系表中预先存储有所述比值与第二曝气量之间的映射关系。

优选地，第二映射关系表中还包括：再次清堵时间、再次排污时间与所述比值和第二曝气量之间的映射关系。

优选地，曝气管上设置有一列曝气孔；或者，曝气管上设置有交错分布的两列曝气孔，第一列曝气孔与曝气管轴线之间形成的平面为第一平面，第二列曝气孔与曝气管轴线之间形成的平面为第二平面，第二平面与第一平面之间的夹角为90°。

根据本发明的另一个方面，提供一种在线自动清堵人工湿地的系统，包括：液位检测单元、控制单元、曝气单元、进水阀门、出水阀门以及排污阀门；其中，

液位检测单元设置在人工湿地进水端的配水渠上，用于检测配水渠的液位值，并将所述液位值发送给控制单元；

控制单元用于：接收所述液位值数据，当所述液位值大于液位阈值时，根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量，关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元；当清堵时间达到第一清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门；当排污时间达到排污时间阈值时，关闭排污阀门，开启出水阀门；其中，控制单元包括存储元件，存储元件中存储有：液位阈值、第一清堵时间阈值以及排污时间阈值；

曝气单元包括：气源、曝气主管、与曝气主管连接的至少一根曝气支管以及曝气管；曝气主管的一端与气源连接，另一端与曝气支管的一端连接；曝气支管的另一端穿过配水渠伸入人工湿地的底部，每根曝气支管与至少一根曝气管连接；曝气管设置于人工湿地的底部，曝气管上设置有曝气孔。

优选地，若曝气主管连接至少两根曝气支管，所述至少两根曝气支管在人工湿地内均匀分布、且可以分别独立开启或关闭。

优选地，所述存储元件中存储有第一映射关系表，第一映射关系表中预先存储有第一曝气量与一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数之间的对应关系；

控制单元进一步包括：参数获取元件和分析处理元件；其中，

参数获取单元，用于获取一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数并发送给分析处理元件；

分析处理元件，根据接收的一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数查询第一映射关系表，确定第一曝气量。

优选地，第一映射关系表中还存储有：清堵时间、排污时间与第一曝气量之间的映射关系。

优选地，分析处理元件还用于：根据拟开启曝气支管的数量以及人工湿地中曝气支管的分布情况，选择均匀分布的多根曝气支管作为拟开启的曝气支管。

优选地，分析处理元件根据拟开启曝气支管的数量以及人工湿地中曝气支管的分布情况，选择相互间隔的曝气支管作为拟开启的曝气支管；其中，所述至少两根曝气支管相互平行，任意一根可独立开启或关闭的曝气支管均单独配有曝气阀门。

优选地，控制单元还包括：执行元件；

分析处理元件还用于：将曝气主管所连接的曝气支管分为至少一组，按照顺序为每组编号，并将每组曝气支管的编号以及每组曝气支管所包含的曝气支管信息发送给执行元件；

执行元件，用于按照每组曝气支管的编号依次开启每一组曝气支管，后一组曝气支管开启时，前一组曝气支管关闭；

其中，曝气主管连接的曝气支管总数是拟开启曝气支管的数量的整数倍。

优选地，根据本发明的在线自动清堵人工湿地的系统进一步包括：

第一传感器，设置在进水管路上，用于检测人工湿地的进水流量，并将所述进水流量发送给分析处理元件；

第二传感器，设置在出水管路上，用于检测人工湿地的出水流量，并将所述出水流量发送给分析处理元件；

控制单元进一步用于：接收所述进水流量q₁和出水流量q₂；关闭排污阀门、开启出水阀门之后，若q₁/q₂≥1.1，则判定人工湿地清堵不彻底，并确定第二曝气量，关闭进水阀门以及出水阀门，开启曝气单元，依据第二曝气量对人工湿地进行再次清堵。

优选地，存储单元中还存储有：第二映射关系表；第二映射关系表中预先存储有进水流量与出水流量的比值与第二曝气量之间的映射关系；

控制单元进一步用于：确定所述进水流量与出水流量的比值，并根据所述比值查询第二映射关系表，确定第二曝气量。

优选地，第二映射关系表中还包括：再次清堵时间、再次排污时间与所述进水流量与出水流量的比值和第二曝气量之间的映射关系。

优选地，曝气管上设置有一列曝气孔；或者，曝气管上设置有交错分布的两列曝气孔，第一列曝气孔与曝气管轴线之间形成的平面为第一平面，第二列曝气孔与曝气管轴线之间形成的平面为第二平面，第二平面与第一平面之间的夹角为90°。

根据本发明的在线自动清堵人工湿地的方法，包括：获取设置在人工湿地进水端的配水渠的液位值，若所述液位值大于预设的液位阈值，则判定人工湿地出现污堵，并根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量；关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元，依据第一曝气量对人工湿地进行在线曝气清堵；清堵时间达到预设的第一清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门，将污堵物排出人工湿地；排污时间达到预设的排污时间阈值时，关闭排污阀门，开启出水阀门。本发明通过检测配水渠的液位值并将其与某一阈值高度进行比较，确定人工湿地的污堵情况；通过控制单元控制曝气单元及各个阀门，实现对人工湿地污堵物的在线自动清堵，方便快捷，成本低。

本发明还提供了一种在线自动清堵人工湿地的系统，该系统具有上述方法的所有有益效果。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是根据本发明的在线自动清堵人工湿地系统的示意图。

图2是根据本发明的在线自动清堵方法清堵表面流人工湿地的运行示意图。

图3是根据本发明的在线自动清堵方法清堵水平潜流人工湿地的运行示意图。

图4是根据本发明的在线自动清堵方法清堵垂直潜流人工湿地的运行示意图。

图5是根据本发明的曝气支管和曝气管示意图；其中，图5a是曝气管末端不连通的示意图，图5b是曝气管末端连通的示意图。

图6是根据本发明优选实施例的具有两列曝气孔的曝气管示意图；其中，图6a是具有两列曝气孔的曝气管的主视图，图6b是图6a中沿K向的K向图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

在长期使用过程中，人工湿地容易发生基质堵塞问题，显著降低了人工湿地的处理效率。现有技术中，当人工湿地发生清堵时，只能将填料全部挖出冲洗，重新填充，重新种植水生植物，工程量巨大，严重浪费人力物力，且工作效率低。本发明通过在人工湿地的进水端设置配水渠、检测配水渠的液位值并将其与某一阈值高度进行比较，确定人工湿地的污堵情况；通过控制单元控制曝气单元及各个阀门，实现对人工湿地污堵物的在线自动清堵，无需将填料全部挖出冲洗，方便快捷，成本低。

本发明的在线自动清堵人工湿地的方法采用如图1所示的系统结构，自动清堵人工湿地的系统包括：液位检测单元10、控制单元20、曝气单元30、进水阀门40、出水阀门50以及排污阀门60。

本发明中的人工湿地可以是表面流人工湿地101、水平潜流人工湿地102或者垂直潜流人工湿地103，图2示出了根据本发明的在线自动清堵方法清堵表面流人工湿地的运行示意图，图3示出了根据本发明的在线自动清堵方法清堵水平潜流人工湿地的运行示意图，图4示出了根据本发明的在线自动清堵方法清堵垂直潜流人工湿地的运行示意图。人工湿地的进水端设置有配水渠70，进水端的进水通过配水渠70上的进水阀门40进入配水渠70中，通过配水渠70与人工湿地之间的通孔流入人工湿地中。人工湿地的出水端还设置有收水渠80，从人工湿地流出的出水从人工湿地与收水渠80之间的通孔流入收水渠80中，并通过收水渠80上的出水阀门50流出。收水渠80上还设置有排污阀门60，用于排除流入到收水渠80中的污物。

曝气单元30包括：气源31、曝气主管32、曝气支管33以及曝气管34。气源31用于为曝气单元提供曝气量，优选地，气源31是鼓风机或空压机。曝气主管32的一端与气源31连接，另一端与曝气支管33的一端连接，曝气支管33的另一端穿过配水渠70伸入人工湿地的底部，每根曝气支管33与至少一根曝气管34连接；曝气管34位于人工湿地的底部，曝气管34上设置有曝气孔331，曝气管34中的气体从曝气孔331中喷出，从而将人工湿地基质中的污堵物吹到水流中流出。优选地，若与曝气主管32连接的曝气支管33至少为2根，曝气支管33在人工湿地底部均匀分布、且可以分别独立开启或关闭，比如，任意一根可独立开启或关闭的曝气支管均单独配有曝气阀门35。

与同一根曝气支管33连接的曝气管34至少为两根时，该至少两根曝气管34的末端不连通或者连通，参见图5，其中，图5a是曝气管末端不连通的示意图，图5b是曝气管末端连通的示意图。曝气管34上可以设置有一列曝气孔，也可以设置有交错分布的两列曝气孔，第一列曝气孔与曝气管34轴线之间形成的平面为第一平面，第二列曝气孔与曝气管34轴线之间形成的平面为第二平面，第二平面与第一平面之间的夹角为90°，参见图6，其中，图6a是具有两列曝气孔的曝气管的主视图，图6b是图6a中沿K向的K向图。优选地，曝气孔331的直径为1mm～5mm，每一列曝气孔中相邻两个曝气孔331之间的间距为100mm～200mm。优选地，曝气管34在人工湿地底部应均匀分布，比如，曝气管34可放射性地均匀分布在人工湿地底部，或者曝气管34之间构成特性的形状、文字或图案，当然，曝气管34之间也可以相互平行。优选地，根据本发明的优选实施例，曝气管34之间相互平行，与同一根曝气支管连接的曝气管之间的间距为500mm～800mm。

气源31的数量、曝气主管32的数量、与每一根曝气主管32连接的曝气支管33的数量以及与每一根曝气支管33连接的曝气管34的数量均可以根据实际需要进行设定，比如：为人工湿地配置一个气源31、一根曝气主管32和一根曝气支管，曝气管34的数量根据实际情况进行确认，以使其曝气范围能够覆盖整个人工湿地为准；或者，为人工湿地配置至少两根曝气支管33，与每一根曝气支管33连接的曝气管34的数量根据实际情况进行确认，以使其曝气范围能够覆盖整个人工湿地为准。当人工湿地的面积较大时，也可以将人工湿地划分成若干个单元格，每个单元格的曝气单元中气源31的数量、曝气主管32的数量、与每一根曝气主管32连接的曝气支管33的数量以及与每一根曝气支管33连接的曝气管34的数量均可以根据实际需要进行设定。当人工湿地中曝气支管33的数量至少为两根时，该至少两根曝气支管33可以与同一根曝气主管32和同一个气源31连接、也可以分别连接一根曝气主管32和一个气源31，当然，也可以采用可移动的气源31，使其先后为每一根曝气支管33提供曝气量。当人工湿地的面积较大且仅有部分区域发生污堵时，可以仅将发生污堵区域的曝气主管32和曝气支管33打开，从而降低能耗，因此根据本发明的优选实施例，当人工湿地中设置有至少两根曝气支管33和/或与每一根曝气主管32连接的曝气支管33至少为两根时，每一根曝气主管32可以分别独立开启或关闭，与每一根曝气主管32连接的至少两根曝气支管33也可以分别独立开启或关闭。进一步优选地，该至少两根曝气支管33在人工湿地内均匀分布，曝气管34在人工湿地内也均匀分布。

人工湿地正常工作过程中，配水渠70的进水流量和收水渠80的出水流量相等，配水渠70的液位保持稳定。当人工湿地发生堵塞时，收水渠80的出水流量降低甚至不出水，此时，配水渠70的进水流量大于收水渠80的出水流量，配水渠70的液位升高，配水渠70的液位值越高，表明人工湿地的堵塞情况越严重，堵塞等级越高。因此，通过检测配水渠70的液位值可以判断人工湿地是否发生堵塞以及堵塞等级。本发明中，配水渠70上设置有液位检测单元10，用于检测配水渠70中的液位值，并将该液位值发送给控制单元20。优选地，液位检测单元10可以是液位计。

控制单元20用于接收配水渠70的液位值数据，根据该液位值数据判断人工湿地是否出现污堵。本发明中预先为配水渠70的液位高度设置液位阈值，控制单元20获取配水渠70的液位值后将该液位值与液位阈值进行比较，若配水渠70当前的液位值大于预设的液位阈值，则判定人工湿地出现污堵。为了对人工湿地进行在线自动清堵，还需要确定用于曝气清堵的第一曝气量。在保证其它清堵条件相同的基础上，人工湿地的堵塞等级越高，所需要的第一曝气量越大，因此可以根据配水渠70的液位值等确定第一曝气量。优选地，第一曝气量Q₁满足如下公式：

$Q_1=S\·{\mathrm{\χ}}_1=\frac{\mathrm{\π}}{144\×{10}^8}{d}^2\·v_1\·n\·N\·M$

式中，Q₁为第一曝气量，单位为：m³/h；S为一次需清堵的人工湿地面积，单位为：m²；χ₁为第一曝气强度，单位为：m³/m²/h；M为拟开启的曝气支管的数量，单位为根；N为每根曝气支管上曝气管总数，单位为根；n为单根曝气管上曝气孔的数量，单位为个；v₁为曝气孔出口第一气体流速，单位为：m/s；d为曝气孔孔径，单位：mm。

控制单元20判定人工湿地出现污堵之后，根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量，同时关闭配水渠70上的进水阀门40以及设置在人工湿地出水端的收水渠80上的出水阀门50，开启曝气单元30；当清堵时间达到第一清堵时间阈值时，关闭曝气单元30，开启进水阀门40以及出水渠80上的排污阀门60；当排污时间达到排污时间阈值时，关闭排污阀门60，开启出水阀门50。本发明中，控制单元20包括存储元件(图中未示出)，其中存储有：液位阈值、第一清堵时间阈值以及排污时间阈值。

根据本发明的优选实施例，控制单元20进一步包括：参数获取元件(图中未示出)和分析处理元件(图中未示出)。控制单元20的存储元件中存储有第一映射关系表，第一映射关系表中预先存储有第一曝气量与一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数之间的对应关系。参数获取单元，用于获取一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数并发送给分析处理元件；分析处理元件，根据接收的人工湿地面积、拟开启曝气支管33的数量以及每根曝气支管上曝气管总数查询第一映射关系表，确定第一曝气量。优选地，第一映射关系表中还存储有：清堵时间、排污时间与第一曝气量之间的映射关系。优选地，分析处理元件还用于：根据拟开启曝气支管的数量以及人工湿地中曝气支管的分布情况，选择均匀分布的多根曝气支管作为拟开启的曝气支管；分析处理元件根据拟开启曝气支管的数量以及人工湿地中曝气支管的分布情况，选择相互间隔的曝气支管作为拟开启的曝气支管；其中，所述至少两根曝气支管相互平行，任意一根可独立开启或关闭的曝气支管均单独配有曝气阀门。

第一曝气量不变的情况下，拟开启的曝气支管的数量越多，则曝气管的数量越多，每一根开启的曝气管的曝气量越小；每根曝气管的曝气量越小，清堵范围也就越小，当每根曝气管的曝气量小到一定程度时甚至无法冲洗掉人工湿地基质中的污堵物。为了保证同时开启的曝气管的的清堵范围能够覆盖整个人工湿地，第一曝气量必须不小于一个下限值。当第一曝气量小到一定程度、同时开启的若干根曝气管的清堵范围无法覆盖整个人工湿地无法时，可以按照顺序分别开启若干根曝气支管对人工湿地进行清洗。根据本发明的优选实施例，控制单元的分析处理元件还用于：将曝气主管所连接的曝气支管分为至少一组，按照顺序为每组编号，并将每组曝气支管的编号以及每组曝气支管所包含的曝气支管信息发送给执行元件；控制单元还包括：执行元件(图中未示出)，用于按照每组曝气支管的编号依次开启每一组曝气支管，后一组曝气支管开启时，前一组曝气支管关闭；其中，曝气主管连接的曝气支管总数是拟开启曝气支管的数量的整数倍。

在线曝气清堵结束后，控制单元20关闭排污阀门60，开启出水阀门50，人工湿地恢复正常工作状态。此时，为了检测在线曝气清堵的效果，可以再次检测人工湿地的污堵情况，若人工湿地仍存在污堵现象，则再次对人工湿地进行清堵。根据本发明的优选实施例，在线自动清堵人工湿地的系统进一步包括：

第一传感器，设置在进水管路上，用于检测人工湿地的进水流量V₁，并将该进水流量V₁发送给分析处理元件；第二传感器，设置在出水管路上，用于检测人工湿地的出水流量V₂，并将该出水流量V₂发送给分析处理元件；

控制单元进一步用于：接收所述进水流量V₁和出水流量V₂；关闭排污阀门、开启出水阀门之后，若q₁/q₂≥1.1，则判定人工湿地清堵不彻底，并确定第二曝气量，关闭进水阀门以及出水阀门，开启曝气单元，依据第二曝气量对人工湿地进行再次清堵。

优选地，存储单元中还存储有：第二映射关系表；第二映射关系表中预先存储有进水流量与出水流量的比值与第二曝气量之间的映射关系；控制单元进一步用于：确定所述进水流量与出水流量的比值，并根据所述比值查询第二映射关系表，确定第二曝气量。进一步优选地，第二映射关系表中还包括：再次清堵时间、再次排污时间与所述进水流量与出水流量的比值和第二曝气量之间的映射关系。

为了提高清堵人工湿地的效率和便捷性，根据本发明的在线自动清堵人工湿地的方法包括：

S1、获取设置在人工湿地进水端的配水渠的液位值，若所述液位值大于预设的液位阈值，则判定人工湿地出现污堵，并根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量。其中，曝气单元包括：气源、曝气主管、与曝气主管连接的至少一根曝气支管以及曝气管；曝气主管的一端与气源连接，另一端与曝气支管的一端连接；曝气支管的另一端穿过配水渠伸入人工湿地的底部，每根曝气支管与至少一根曝气管连接；曝气管设置于人工湿地的底部，曝气管上设置有曝气孔。

第一曝气量与拟开启曝气支管的数量、每根曝气支管上曝气管总数、单根曝气管上曝气孔的数量、曝气孔出口第一气体流速、曝气孔孔径等因素有关，第一曝气压强与配水渠的液位值有关。人工湿地正常工作过程中，配水渠的进水流量和收水渠的出水流量相等，配水渠的液位保持稳定；当人工湿地发生堵塞时，收水渠的出水流量降低甚至不出水，此时，配水渠的进水流量大于收水渠的出水流量，配水渠的液位升高，配水渠的液位值越高，表明人工湿地的堵塞情况越严重，冲洗污堵物所需要的第一曝气量越大。根据本发明的优选实施例，第一曝气量Q₁满足如下公式：

$Q_1=S\·{\mathrm{\χ}}_1=\frac{\mathrm{\π}}{144\×{10}^8}{d}^2\·v_1\·n\·N\·M$

式中，Q₁为第一曝气量，单位为：m³/h；S为一次需清堵的人工湿地面积，单位为：m²；χ₁为第一曝气强度，单位为：m³/m²/h；M为拟开启的曝气支管的数量，单位为根；N为每根曝气支管上曝气管总数，单位为根；n为单根曝气管上曝气孔的数量，单位为个；v₁为曝气孔出口第一气体流速，单位为：m/s；d为曝气孔孔径，单位：mm。

优选地，根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量包括：

获取一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数；

根据人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数，查询预设的第一映射关系表，确定第一曝气量；

其中，第一映射关系表中预先存储有第一曝气量与一次需清堵的人工湿地面积、拟开启曝气支管的数量以及每根曝气支管上曝气管总数之间的对应关系。

优选地，第一映射关系表中还包括：清堵时间、排污时间与第一曝气量之间的映射关系。

优选地，若拟开启曝气支管的数量小于对应曝气主管所连接的曝气支管总数，则所述开启曝气单元具体为：

根据拟开启曝气支管的数量以及人工湿地中曝气支管的分布情况，确定拟开启的曝气支管，使所述拟开启的曝气支管在人工湿地内均匀分布、且其清堵范围能够覆盖人工湿地。优选地，所述至少两根曝气支管相互平行，任意一根可独立开启或关闭的曝气支管均单独配有曝气阀门。

S2、关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元，依据第一曝气量对人工湿地进行在线曝气清堵。

优选地，若曝气主管所连接的曝气支管总数是拟开启曝气支管的数量的整数倍，所述开启曝气单元具体为：

按照顺序将曝气主管所连接的曝气支管分为至少一组，并依次开启每一组曝气支管；其中，每组曝气支管的数量等于拟开启的曝气支管的数量，后一组曝气支管开启时，前一组曝气支管关闭。

S3、清堵时间达到预设的第一清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门，将污堵物排出人工湿地。

S4、排污时间达到预设的排污时间阈值时，关闭排污阀门，开启出水阀门。

在线曝气清堵结束后，控制单元关闭排污阀门，开启出水阀门，人工湿地恢复正常工作状态。此时，为了检测在线曝气清堵的效果，可以再次检测人工湿地的污堵情况，若人工湿地仍存在污堵现象，则再次对人工湿地进行清堵。根据本发明的优选实施例，在线自动清堵人工湿地的方法进一步包括：

获取进水流量q₁和出水流量q₂，如果q₁/q₂≥1.1，则判定人工湿地清堵不彻底，并确定第二曝气量；

关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元，依据第二曝气量对人工湿地进行再次清堵；

再次清堵时间达到预设的第二清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门，进行再次排污；然后关闭排污阀门，开启出水阀门。

优选地，第二曝气量Q₂满足如下公式：

Q₂＝(1-η)Q₁

$\mathrm{\η}=e^{0.3q_2/q_1+0.25}-1$

式中，Q₂为第二曝气量，单位为：m³/h；Q₁为第一曝气量，单位为：m³/h；η为第二曝气量与第一曝气量的换算系数。

优选地，确定第二曝气量包括：

确定进水流量与出水流量的比值；

根据所述比值查询预先存储的第二映射关系表，确定第二曝气量；第二映射关系表中预先存储有所述比值与第二曝气量之间的映射关系。

优选地，第二映射关系表中还包括：再次清堵时间、再次排污时间与所述比值和第二曝气量之间的映射关系。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (10)

1.一种在线自动清堵人工湿地的方法，所述方法包括：

S1、获取设置在人工湿地进水端的配水渠的液位值，若所述液位值大于预设的液位阈值，则判定人工湿地出现污堵，并根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量；

S2、关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元，依据第一曝气量对人工湿地进行在线曝气清堵；

S3、清堵时间达到预设的第一清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门，将污堵物排出人工湿地；

S4、排污时间达到预设的排污时间阈值时，关闭排污阀门，开启出水阀门；

其中，曝气单元包括：气源、曝气主管、与曝气主管连接的至少一根曝气支管以及曝气管；曝气主管的一端与气源连接，另一端与曝气支管的一端连接；曝气支管的另一端穿过配水渠伸入人工湿地的底部，每根曝气支管与至少一根曝气管连接；曝气管设置于人工湿地的底部，曝气管上设置有曝气孔。

2.如权利要求1所述的方法，其中，若曝气主管连接至少两根曝气支管，所述至少两根曝气支管在人工湿地内均匀分布、且可以分别独立开启或关闭；

第一曝气量Q₁满足如下公式：

$Q_1=S\·{\mathrm{\χ}}_1=\frac{\mathrm{\π}}{144\×{10}^8}{d}^2\·v_1\·n\·N\·M$

式中，Q₁为第一曝气量，单位为：m³/h；S为一次需清堵的人工湿地面积，单位为：m²；χ₁为第一曝气强度，单位为：m³/m²/h；M为拟开启的曝气支管的数量，单位为根；N为每根曝气支管上曝气管总数，单位为根；n为单根曝气管上曝气孔的数量，单位为个；v₁为曝气孔出口第一气体流速，单位为：m/s；d为曝气孔孔径，单位：mm。

3.如权利要求2所述的方法，其中，若拟开启曝气支管的数量小于对应曝气主管所连接的曝气支管总数，则所述开启曝气单元具体为：

根据拟开启曝气支管的数量以及人工湿地中曝气支管的分布情况，确定拟开启的曝气支管，使所述拟开启的曝气支管在人工湿地内均匀分布、且其清堵范围能够覆盖人工湿地；

所述至少两根曝气支管相互平行，任意一根可独立开启或关闭的曝气支管均单独配有曝气阀门；

若曝气主管所连接的曝气支管总数是拟开启曝气支管的数量的整数倍，所述开启曝气单元具体为：

按照顺序将曝气主管所连接的曝气支管分为至少一组，并依次开启每一组曝气支管；其中，每组曝气支管的数量等于拟开启的曝气支管的数量，后一组曝气支管开启时，前一组曝气支管关闭。

4.如权利要求1-3任一所述的方法，其中，在步骤S4之后，所述方法进一步包括：

获取进水流量q₁和出水流量q₂；若q₁/q₂≥1.1，则判定人工湿地清堵不彻底，并确定第二曝气量；

关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元，依据第二曝气量对人工湿地进行再次清堵；

再次清堵时间达到预设的第二清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门，进行再次排污；然后关闭排污阀门，开启出水阀门。

5.如权利要求4所述的方法，其中，第二曝气量Q₂满足如下公式：

Q₂＝(1-η)Q₁

$\mathrm{\η}=e^{0.3q_2/q_1+0.25}-1$

式中，Q₂为第二曝气量，单位为：m³/h；Q₁为第一曝气量，单位为：m³/h；η为第二曝气量与第一曝气量的换算系数。

6.如权利要求1所述的方法，其中，曝气管上设置有一列曝气孔；或者，曝气管上设置有交错分布的两列曝气孔，第一列曝气孔与曝气管轴线之间形成的平面为第一平面，第二列曝气孔与曝气管轴线之间形成的平面为第二平面，第二平面与第一平面之间的夹角为90°。

7.一种在线自动清堵人工湿地的系统，其特征在于包括：液位检测单元、控制单元、曝气单元、进水阀门、出水阀门以及排污阀门；其中，

液位检测单元设置在人工湿地进水端的配水渠上，用于检测配水渠的液位值，并将所述液位值发送给控制单元；

控制单元用于：接收所述液位值数据，当所述液位值大于液位阈值时，根据需清堵的人工湿地面积确定第一曝气量，关闭配水渠上的进水阀门以及设置在人工湿地出水端的收水渠上的出水阀门，开启曝气单元；当清堵时间达到第一清堵时间阈值时，关闭曝气单元，开启进水阀门以及收水渠上的排污阀门；当排污时间达到排污时间阈值时，关闭排污阀门，开启出水阀门；其中，控制单元包括存储元件，存储元件中存储有：液位阈值、第一清堵时间阈值以及排污时间阈值；

曝气单元包括：气源、曝气主管、与曝气主管连接的至少一根曝气支管以及曝气管；曝气主管的一端与气源连接，另一端与曝气支管的一端连接；曝气支管的另一端穿过配水渠伸入人工湿地的底部，每根曝气支管与至少一根曝气管连接；曝气管设置于人工湿地的底部，曝气管上设置有曝气孔。

8.如权利要求7所述的系统，其中，若曝气主管连接至少两根曝气支管，所述至少两根曝气支管在人工湿地内均匀分布、且可以分别独立开启或关闭。

9.如权利要求7-8任一所述的系统，进一步包括：

第一传感器，设置在进水管路上，用于检测人工湿地的进水流量，并将所述进水流量发送给分析处理元件；

第二传感器，设置在出水管路上，用于检测人工湿地的出水流量，并将所述出水流量发送给分析处理元件；

控制单元进一步用于：接收所述进水流量q₁和出水流量q₂；关闭排污阀门、开启出水阀门之后，若q₁/q₂≥1.1，则判定人工湿地清堵不彻底，并确定第二曝气量，关闭进水阀门以及出水阀门，开启曝气单元，依据第二曝气量对人工湿地进行再次清堵。

10.如权利要求7所述的系统，其中，曝气管上设置有一列曝气孔；或者，曝气管上设置有交错分布的两列曝气孔，第一列曝气孔与曝气管轴线之间形成的平面为第一平面，第二列曝气孔与曝气管轴线之间形成的平面为第二平面，第二平面与第一平面之间的夹角为90°。