CN108249580A - 一种人工湿地自动进水方式的控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工湿地自动进水方式的控制系统，属于污水处理邻域。本发明包括进水方式控制系统和人工湿地处理系统，进水方式控制系统包括调节池、污水检测系统、电脑控制系统、流量仪、污水泵；污水检测系统由在线TN检测仪组成；人工湿地处理系统由4个垂直流人工湿地组成。本发明还提供一种基于该系统的操作方法，待处理的污水排进调节池时，在污水进入人工湿地处理前由调节池内的污水检测系统对污水TN进行检测，将检测数据反馈给电脑控制系统，电脑控制系统根据污水流量、TN，选择最佳的进水方式，保证最优的污水处理效果。本发明的优点是对水质适应能力强、处理效果稳定、自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工湿地进水方式的控制系统与方法，属于污水处理领域，具体地，涉及人工湿地处理系统及采用不同进水方式去除污水中氮磷的控制系统。
背景技术
近年来，我国经济快速发展的同时也带来了严重的污染问题，而水环境问题尤为突出。大量未经处理的污水直接排入河湖使河湖生态受到了破坏，我国河湖的富营养状况愈加严重，需要利用现代的污水处理技术对水质进行净化。虽然大多数国家都在应用传统的集中式污水处理系统对污水进行控制，但活性污泥工艺、膜分离技术、膜生物反应器工艺等污水处理技术成本高昂，在我国农村地区并不适用。所以随着科技的发展，人工湿地工艺以其低能耗、低成本、高效率等优势逐渐替代一些传统的污水处理技术，其在工业废水、生活污水、农业废水以及河湖生态修复等领域被广泛应用。
目前，人工湿地在生态型污水处理方面得到了广泛运用，201610327688.3公开了一种人工湿地系统及采用人工湿地系统处理氮磷废水的方法，该系统包括由上至下依次设置的：布水区，用于将氮磷废水引入所述人工湿地系统；功能区,用于去除氮磷废水中的氮磷元素；以及排水区，用于将去除氮磷元素之后的废水排出所述人工湿地系统。该人工湿地系统进水方式单一，未考虑氮磷浓度的高低对人工湿地处理效果的影响，不利于推广。201621460258.0公开了一种垂直流人工湿地系统，所述人工湿地系统包括池子、填料及湿地植物；进水管连接切换模块；切换模块使所述进水管选择性地连通配水管、集水管；配水管设置在所述填料内的上部；集水管设置在所述池子内的下部，尾部向上延伸；至少二个阀门,所述阀门与所述集水管的尾部连通，连通处沿所述尾部自上而下排列。该垂直流人工湿地系统缺乏控制系统，不能实现自动化控制。201621460261.2公开了一种人工湿地系统，所述人工湿地系统包括：池子，池子上部开口，侧部和底部与外界隔离；配水管的部分设置在所述池子内的底部，所述配水管延伸到所述池子外的一端为进水端，设置电动阀门，另一端安装堵头，排水孔设置在所述池子内的配水管上；细陶粒层、粗陶粒层、石灰石碎石层及透水砖自上而下地铺在所述池子内；湿生植物种植在所述池子内；人工湿地系统由PLC控制系统自动管控。该人工湿地系统未考虑不同污水的处理效果，处理效果稳定性不高。
发明内容
本发明的目的是针对污水中氮磷污染控制问题，提供了一种人工湿地进水方式的控制系统与方法，通过采用不同进水方式对不同污水的处理，减少污水中氮磷和有机物等有害物质含量以避免造成河流、湖泊等水体的富营养化，保护我国的生态环境。
为实现上述技术效果，本发明提出了一种人工湿地自动进水方式的控制系统，所述控制系统包括进水方式控制系统和人工湿地处理系统，其中：
所述进水方式控制系统包括调节池、污水检测系统、电脑控制系统、流量仪、污水泵，其中，所述污水检测系统设置在调节池内；所述电脑控制系统输入端连接污水检测系统，输出端分别连接流量仪、污水泵和人工湿地处理系统；
所述人工湿地处理系统由四个分布在调节池四周的垂直流人工湿地组成，湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ通过布水管布置污水向下流动，湿地Ⅲ布置成既可以向下流动，也可以向上流动，垂直流人工湿地之间相互通过布水管相互连接。
具体地，所述污水检测系统包括在线TN检测仪。
所述四个分布在调节池四周的垂直流人工湿地的基质均为给水厂污泥，基质上种植有水生植物，如芦苇、菖蒲等。优选地，水生植物的种植密度为每平方米16株以上。
具体地，基于质量百分比计算，给水厂污泥含3.5％～10.9％铁、5.3％～10.6％铝、1.2％～15％钙等。
具体地，所述垂直流人工湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ布水管采用“丰”字形布置，设置都是污水向下流动；垂直流人工湿地Ⅲ布水管采用“丰”字形布置，设置成既可以向下流动，也可以向上流动。
本发明进一步提供了上述利用控制系统对人工湿地自动进水方式进行控制的方法，具体地，污水进入人工湿地处理前由调节池内的污水检测系统对污水TN进行检测，将检测数据反馈给电脑控制系统，电脑控制系统根据污水流量、TN，选择进水方式，所述人工湿地处理系统包括如下四种进水方式：
A.分两步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的60％～80％；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的20％～40％，两步进水同时进行且湿地中污水都是向下流动；
B.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的85％～87％；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的10％～13％；第三步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅳ，进水流量为污水处理量的5％～8％，三步进水同时进行且湿地中污水都是向下流动；
C.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的88％～92％，其中湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中污水都是向下流动，湿地Ⅲ中污水向上流动；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的8％～12％，湿地Ⅲ、Ⅳ中污水都是向下流动，其中第二步进水延迟第一步进水1～4h进入湿地；
D.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的70％～80％，其中湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中污水都是向下流动，湿地Ⅲ中污水向上流动；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的20％～30％，湿地Ⅲ、Ⅳ中污水都是向下流动，其中第二步进水延迟第一步进水1～4h进入湿地；
其中，当TN：16～25mg/L时，A、B、C、D，4种进水方式都能达到GB18918-2002一级A标准要求，而A的进水方式只有两步，所以从经济上考虑，电脑控制系统会自动选择A方案；当TN：25～30mg/L时，B、C、D，3种进水方式都能达到GB18918-2002一级A标准要求，而C、D进水方式都需要延迟进水的控制操作，所以从控制简易程度上考虑，电脑控制系统会自动选择B方案；当TN：30～35mg/L时，C、D，2种进水方式都能达到GB18918-2002一级A标准要求，而C、D进水方式操作步骤和经济性都没有区别，但从处理效果上考虑，电脑控制系统会自动选择D方案；当TN：35～40mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式C；当TN：40～48mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式D。
表1各浓度(TN)范围实施效果
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明根据所需处理的污水水质选择最佳的进水方式，能够保证最优的污水处理效果。最终总氮的去除率达到50％以上，SS去除率90％以上。
(2)本发明的人工湿地基质为工业副产品—给水厂污泥，与传统人工湿地相比，降低成本30％以上。
(3)本发明的电脑控制系统根据水质的实时检测自动选择最优的进水方式，运行管理方便。
附图说明
附图1人工湿地系统的俯视图；
附图2垂直流人工湿地的布水管平面布置图；
图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是垂直流人工湿地，1是调节池，2是污水泵。
具体实施方式
实施例1：下面根据附图所示对本发明进行进一步详细描述：
如图1所示，本发明提出的人工湿地自动进水方式的控制系统包括进水方式控制系统和人工湿地处理系统，其中，进水方式控制系统包括调节池1、污水检测系统、电脑控制系统、流量仪、污水泵(2-1、2-2、2-3)，其中，污水检测系统设置在调节池内，包括在线TN检测仪。电脑控制系统输入端连接在线TN检测仪，输出端分别连接流量仪、污水泵和人工湿地处理系统.
人工湿地处理系统由四个分布在调节池四周的垂直流人工湿地组成，湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ通过布水管布置污水向下流动，湿地Ⅲ布置成既可以向下流动，也可以向上流动，垂直流人工湿地之间相互通过布水管相互连接。四个垂直流人工湿地的基质均为给水厂污泥，基于质量百分比计算，给水厂污泥含3.5％～10.9％铁、5.3％～10.6％铝、1.2％～15％钙等；基质上种植有水生植物，如芦苇、菖蒲等。水生植物的种植密度为每平方米18株。其中，垂直流人工湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ布水管采用“丰”字形布置，设置都是污水向下流动；垂直流人工湿地Ⅲ布水管采用“丰”字形布置，设置成既可以向下流动，也可以向上流动。
在使用时，待处理的污水先全部排进调节池，污水进入人工湿地处理前由调节池内的污水检测系统对污水TN进行检测，将检测数据反馈给电脑控制系统，电脑控制系统根据污水流量、TN，选择最佳的进水方式。
人工湿地处理系统包括如下四种进水方式：
A.分两步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的60％～80％；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的20％～40％，两步进水同时进行且湿地中污水都是向下流动；
B.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的85％～87％；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的10％～13％；第三步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅳ，进水流量为污水处理量的5％～8％，三步进水同时进行且湿地中污水都是向下流动；
C.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的88％～92％，其中湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中污水都是向下流动，湿地Ⅲ中污水向上流动；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的8％～12％，湿地Ⅲ、Ⅳ中污水都是向下流动，其中第二步进水延迟第一步进水1～4h进入湿地；
D.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的70％～80％，其中湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中污水都是向下流动，湿地Ⅲ中污水向上流动；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的20％～30％，湿地Ⅲ、Ⅳ中污水都是向下流动，其中第二步进水延迟第一步进水1～4h进入湿地。
具体地，当在实际的污水处理过程中，污水进入人工湿地处理前由调节池内的污水检测系统对污水TN进行检测，当TN：16～25mg/L时，A、B、C、D，4种进水方式都能达到GB18918-2002一级A标准要求，而A的进水方式只有两步，从经济上考虑，电脑控制系统会自动选择A方案，电脑系统控制污水泵按照相应的进水方式分步将污水抽入人工湿地系统。具体方案的处理效果见表2。
表2各进水方式的处理效果
注：每个进水浓度范围包括下限，不包括上限。
实施例2：本实施例与实施案例1不同的是：污水检测系统对污水TN进行检测，当TN：25～30mg/L时，B、C、D，3种进水方式都能达到GB18918-2002一级A标准要求，而C、D进水方式都需要延迟进水的控制操作，从控制简易程度上考虑，电脑控制系统会自动选择B方案，电脑系统控制污水泵按照相应的进水方式分步将污水抽入人工湿地系统。具体方案的处理效果见表2。
实施例3：本实施例与实施案例1、2不同的是：污水检测系统对污水TN进行检测，当TN：30～35mg/L时，C、D，2种进水方式都能达到GB18918-2002一级A标准要求，而C、D进水方式操作步骤和经济性都没有区别，但从处理效果上考虑，电脑控制系统会自动选择D方案，电脑系统控制污水泵按照相应的方式分步将污水抽入人工湿地系统。具体方案的处理效果见表2。
实施例4：本实施例与实施案例1、2、3不同的是：污水检测系统对TN进行检测，当TN：35～40mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式C，电脑系统控制污水泵按照C方式分步将污水抽入人工湿地系统。具体方案的处理效果见表2。
实施例5：本实施例与实施案例1、2、3、4不同的是：污水检测系统对TN进行检测，当TN：40～48mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式D，电脑系统控制污水泵按照D方式分步将污水抽入人工湿地系统。具体方案的处理效果见表2。
整个湿地系统进水水质为TN：16～48mg/L，NH4 +-N：10～30mg/L，NO3 --N：5～15mg/L,SS：100～420mg/L。最终污水中氮的去除率达到50％以上，SS去除率90％以上，明显高于其他单项进水的人工湿地处理工艺。
根据待处理废水TN的浓度调节进水方式，以达到理想的处理效果。将污水处理的过程进一步精确化，有利于在实际工程中运用。
Claims (7)
1.一种人工湿地自动进水方式的控制系统，特征在于，所述控制系统包括进水方式控制系统和人工湿地处理系统，其中：
所述进水方式控制系统包括调节池、污水检测系统、电脑控制系统、流量仪、污水泵，其中，所述污水检测系统设置在调节池内；所述电脑控制系统输入端连接污水检测系统，输出端分别连接流量仪、污水泵和人工湿地处理系统；
所述人工湿地处理系统由四个分布在调节池四周的垂直流人工湿地组成，湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ通过布水管布置污水向下流动，湿地Ⅲ布置成既可以向下流动，也可以向上流动，垂直流人工湿地之间相互通过布水管相互连接。
2.根据权利要求1所述的人工湿地自动进水方式的控制系统，其特征在于，所述污水检测系统包括在线TN检测仪。
3.根据权利要求1所述的人工湿地自动进水方式的控制系统，其特征在于，所述四个分布在调节池四周的垂直流人工湿地的基质均为给水厂污泥，基质上种植有水生植物。
4.根据权利要求3所述的人工湿地自动进水方式的控制系统，其特征在于，基于质量百分比计算，给水厂污泥包含3.5％～10.9％铁、5.3％～10.6％铝、1.2％～15％钙。
5.根据权利要求1所述的人工湿地自动进水方式的控制系统，其特征在于，所述垂直流人工湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ布水管采用“丰”字形布置，设置都是污水向下流动；垂直流人工湿地Ⅲ布水管采用“丰”字形布置，设置成既可以向下流动，也可以向上流动。
6.权利要求1所述的控制系统的人工湿地自动进水方式的控制方法，其特征在于，污水进入人工湿地处理前由调节池内的污水检测系统对污水TN进行检测，将检测数据反馈给电脑控制系统，电脑控制系统根据污水流量、TN，选择进水方式，所述人工湿地处理系统包括如下四种进水方式：
A.分两步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的60％～80％；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的20％～40％，两步进水同时进行且湿地中污水都是向下流动；
B.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的85％～87％；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的10％～13％；第三步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅳ，进水流量为污水处理量的5％～8％，三步进水同时进行且湿地中污水都是向下流动；
C.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的88％～92％，其中湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中污水都是向下流动，湿地Ⅲ中污水向上流动；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的8％～12％，湿地Ⅲ、Ⅳ中污水都是向下流动，其中第二步进水延迟第一步进水1～4h进入湿地；
D.分三步进水，第一步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅰ，污水依次经过垂直流人工湿地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，进水流量为污水处理量的70％～80％，其中湿地Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中污水都是向下流动，湿地Ⅲ中污水向上流动；第二步：污水由污水泵从调节池中抽到垂直流人工湿地Ⅲ，再经过Ⅳ，进水流量为污水处理量的20％～30％，湿地Ⅲ、Ⅳ中污水都是向下流动，其中第二步进水延迟第一步进水1～4h进入湿地；
其中，当TN：16～25mg/L时，电脑控制系统自动选择A、B、C、D中的任意一种进水方式；当TN：25～30mg/L时，电脑控制系统自动选择B、C、D中的任意一种进水方式；当TN：30～35mg/L时，电脑控制系统自动选择C、D中的任意一种进水方式；当TN：35～40mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式C；当TN：40～48mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式D。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当TN：16～25mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式A；当TN：25～30mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式B；当TN：30～35mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式D；当TN：35～40mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式C；当TN：40～48mg/L时，电脑控制系统自动选择进水方式D。
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2018
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