CN108558124B - 一种基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统及方法，系统包括太阳能供电智控系统和污水处理主体系统，污水处理主体系统包括由内之外依次设置的人工湿地系统、曝气填料系统和过滤沉砂加热系统；过滤沉砂加热系统包括：第一箱体，第一箱体与曝气填料系统之间的区域内分隔为上方的过滤区和下方的预加热沉砂区，预加热沉砂区与曝气填料系统内相连通；向过滤区内布水的双向布水管网；以及加热构件，该加热构件用于对预加热沉砂区内人工湿地系统内污水加热，且由太阳能供电智控系统供电并控制。本发明降低人工湿地运行能耗、防堵塞、减少水力停留时间同时效果得到强化以及确保低温下运行效果良好。

Description

一种基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理 系统及方法

技术领域

本发明涉及雨水、污水以及雨污混流废水的处理技术，尤其是受污染地表水生态修复技术、生活污水处理技术以及农业面源污染治理领域，具体涉及一种低耗高效智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统的构建与运行方式。

背景技术

近年来人工湿地逐渐在污水处理，尤其是在生活污水处理、受污染地表水如河道、湖泊等水环境的修复以及面源污染如初期雨水的治理中获得了持续性研究和相对广泛的工程应用。

但人工湿地在运行中也存在以下几个主要问题，影响其进一步推广：

1)从国内外运行的人工湿地来看，很多潜流式人工湿地案例由于管理维护不善已经出现了堵塞，从而导致了人工湿地污水净化功能的散失；人工湿地堵塞可分为基质渗透速率迅速下降阶段、渗透速率缓慢的平衡阶段以及基质表面积水并转化为厌氧状态等三个阶段。就堵塞机理而言，进水成分、pH、基质间化学反应形成的沉淀、胶体等都是引起堵塞的原因。而微生物活性、植物、温度和气体直接影响湿地堵塞的程度；

2)人工湿地的处理对象(进水水质情况)受到一定条件限制，且其运行效果受温度(直接影响了湿地的微生物活性、植物生长以及基质吸附性能)等影响较大，低温下处理效果差；

3)传统潜流人工湿地受水力负荷限制明显，在保证一定的停留时间确保一定处理效果的同时，实际应用时湿地池容又不能过大。

发明内容

本发明提供一种基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，从降低人工湿地运行能耗、防堵塞、减少水力停留时间同时效果得到强化以及确保低温下运行效果良好等方面进行创新性的结构优化设计，以利于智能化、低能耗化、水质稳定化、寿命长久化人工湿地的生产和推广。

一种基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其特征在于，包括太阳能供电智控系统和污水处理主体系统，所述污水处理主体系统包括位于中心的人工湿地系统和对称位于人工湿地系统两侧且由内至外依次设置的曝气填料系统和过滤沉砂加热系统；所述过滤沉砂加热系统包括：

罩设在人工湿地系统和曝气填料系统外的第一箱体，第一箱体侧壁与对应曝气填料系统侧壁之间的区域内由水平设置的格栅板分隔为上方的过滤区和下方的预加热沉砂区，过滤区内设置过滤模块，预加热沉砂区与对应的曝气填料系统内相连通；

用于分别向两侧过滤区内布水的双向布水管网，双向布水管网相对的两个布水方向不同时开启；

以及用于对预加热沉砂区内污水进行预加热和对人工湿地系统内污水进行加热的加热构件，该加热构件由所述太阳能供电智控系统供电并受控于所述太阳能供电智控系统。

污水处理主体系统中，中心处为人工湿地系统，以人工湿地系统为中心两侧对称设置曝气填料系统和过滤沉砂加热系统，曝气填料系统位于过滤沉砂加热系统内侧。各部分之间可以独立设置，也可以通过在一个大的池子中增加隔板分隔而成，最中心为人工湿地系统，人工湿地系统两侧为曝气填料系统，曝气填料系统两侧为过滤沉砂加热系统。

污水进入本发明耦合系统后，首先通过过滤及加热系统中过滤模块的作用将SS和部分污染物截留和降解(多余的SS通过重力作用沉积汇总至排空管阀附近)，然后在低温时通过加热构件系统的加热获得一定的温度，进而进入强化曝气处理系统，通过其曝气和生物强化填料系统进一步削减污染物质；继而通过溢流流入一体化人工湿地系统(通过加热构件的作用进一步提升系统内的温度)深度处理污染物，并最终通过另一侧的曝气和生物强化填料系统、沉砂及加热板系统以及过滤模块处理后实现污水达标排放。

优选地，所述加热构件包括：

设于第一箱体内底部且呈凸台状的导热箱，该导热箱的侧面为与预加热沉砂区接触的斜面，所述人工湿地系统置于该导热箱顶面，所述格栅板的内侧边固定在该导热箱顶面边缘处；

竖向设置的至少一块导热板，所述导热板向上伸入人工湿地系统中，导热板内为与导热箱内部连通的中空腔体；

以及设于导热箱内的加热传感模块和填充于导热箱及中空腔体内的加热介质，所述加热传感模块由所述太阳能供电智控系统供电并受控于所述太阳能供电智控系统。

进一步优选地，所述导热板顶部开设交换孔，导热板上方为过水通道。

优选地，所述第一箱体底部侧壁设置排空管。排空管中心管径高于底部20～50mm。排空管阀长期闭合或仅在外接了污泥抽吸泵后通过电磁阀制动开启。

所述导热箱的纵截面为梯形，顶面尺寸与人工湿地系统底面尺寸一致，底面尺寸与第一箱体底面尺寸一致，侧面形成的斜板兼作沉砂板及预加热板，作沉砂板即引导SS等向排空管阀汇集，作预加热板及对预加热沉砂区内污水进行预加热，导热箱的高度优选设置为50～300mm。加热板竖向伸入人工湿地系统内，顶部高度略低于人工湿地系统高度，厚度为20～50mm。加热箱及导热板材质为铁、铜、铝或不锈钢等金属材料构成，加热介质为自来水、污水等以及两者的混合物，加热板顶部的交换孔以保持加热板系统内外压力平衡以及补充加热介质。

优选地，所述双向布水管网包括设于第一箱体一侧的第一进水口和第二出水口以及设于对称设于第一箱体另一侧的第二进水口和第一出水口，第一进水口对应第一出水口，第二进水口对应第二出水口，连接第一进水口的进水支管上设置第一进水电磁阀，连接第二进水口的进水支管上设置第二进水电磁阀，第一进水电磁阀和第二进水电磁阀受控于所述太阳能供电智控系统且不同时开启。相对称另一侧即指第一进水口和第二进水口分别位于第一箱体相对的两侧上，以保证两个布水方向完全反，比如其中一个布水方向从左侧右侧出、另一个布水方向则从右侧进左侧出。两个布水方向不同时布水，即一个方向布水一段时间后切换成另一个方向进行布水，可有效解决处理系统堵塞问题。

进水主管通过三通分成两路支管，两路支管上各自装有电磁阀；布水管路电磁阀启停转换用于控制布水管路电磁阀实现一侧进水管开启时另一侧出水管开启，并可根据水量、水质目标设置适宜的间隔时间后以相同的电磁阀启停方式实现另一侧进水和对向出水；主管、支管以及电磁阀型号及规格选择不固定，具体根据处理水量规模而定。

第一箱体的材质为玻璃钢、不锈钢、有机玻璃中的一种或几种组合，第一出水口位于第二进水口下方，第二出水口位于第一进水口下方，两个进水口中心低于第一箱体顶部50～150mm；两个出水口中心低于第一箱体顶部80～200mm。

优选地，所述过滤模块为浮叶及沉水植物模块，设于双向布水管网下方。进一步优选地，过滤模块的厚度为20～200mm，所有污水均通过该过滤模块进入，浮叶及沉水植物模块外部为铁丝或不锈钢丝网格包裹，内部填料为陶粒、轻质陶粒、轻质陶瓷、沸石等的一种或几种的组合(填料粒径不做限制)，以确保保持悬浮或者沉底；浮叶及沉水植物选择苦草、黑藻、金鱼藻、睡莲等的一种或几种的组合，种植密度为10～35丛/平。

优选地，所述填料曝气系统包括：

位于第一箱体内且罩设于人工湿地系统外的第二箱体，第二箱体的底边置于所述格栅板上，第二箱体侧壁与人工湿地系统侧壁之间的区域为填料曝气区，填料曝气区与人工湿地系统通过顶部溢流连通；

填充在填料曝气区内的生物强化填料模块；

以及设于第二箱体内且位于生物强化填料模块下方的曝气管网，曝气管网外接曝气装置。

第二箱体材质为玻璃钢、不锈钢、有机玻璃中的一种或几种组合系统顶部为全封闭透明盖板，材质为玻璃或有机玻璃的一种或几种的组合。

进一步优选地，所述第一箱体和第二箱体的盖板均为玻璃盖板且两层玻璃盖板之间预留间隙，第一箱体的玻璃盖板上设置收线口，第一箱体和第二箱体的玻璃盖板均开设位置对应的挺水植物预留口。

进一步优选地，两个进水口位于两层玻璃盖板之间的高度处。

收线口为圆形，孔径为10～50mm，且左右两侧各一个，用于一体化过滤及加热系统沉水曝气机、加热系统(以及加热板系统传感模块)等电线的收集和外接；挺水植物生长预留口均匀布置，其形状为圆形，孔径为50～100mm，开孔数量根据挺水植物类型和种植密度确定，为1株挺水植物对应1孔，两个盖板之间距离间距为50～100mm。

曝气装置优选采用沉水风机，填料曝气系统底部安装在格栅板上，且通过格栅板实现曝气及生物强化填料系统与一体化过滤及加热系统内壁相连接，格栅板厚度为5～20mm，长宽尺寸与第一箱体和人工湿地系统之间的区域对应，同时还起到支撑固定沉水风机和过滤杂质的作用。

沉水风机安置在格栅板上，便于检修和更换，且格栅材质为不锈钢，网格目数为18～200目；生物强化填料系统底部固定在格栅板上或采用铁丝、尼龙绳等并于上部将填料悬挂，且生物填料材质为组合填料、网格包裹的悬浮填料、天然高分子材料等的一种或几种的组合(生物强化填料规格不做限制)。

优选地，所述人工湿地系统包括：

置于所述导热箱顶面且顶部敞口的第三箱体；

填充于第三箱体内的湿地填料，湿地填料顶面种植挺水植物；

以及设于湿地填料中且位于相邻导热板之间的竖直挡墙，所述竖直挡墙的底部或顶部为过水花墙。

第三箱体的材质为玻璃钢、不锈钢、有机玻璃中的一种或几种组合，人工湿地系统表面填料距离圈梁顶间隔为50～100mm；人工湿地系统采用碎石、沸石、蛭石、无烟煤、钢渣、牡蛎壳等的一种或几种填料的组合(湿地填料粒径不做限制)；挺水植物选择美人蕉、菖蒲、鸢尾、千屈菜、再力花等的一种或几种的组合，种植密度为9～16株/平。

人工湿地填料被垂直穿过一体化人工湿地系统底部的多组加热板均匀隔开，加热板数量设置为奇数，相邻加热板之间设置竖直挡墙，所述竖直挡墙的底部或顶部为过水花墙，过水花墙为正方形，边长为20～400mm，间隔为10～200mm，且上过水花墙中心轴距离表层填料20～150mm。

优选地，所述太阳能供电智控系统包括：

太阳能电池板；

与太阳能电池板连接的蓄电池；

由所述蓄电池供电的太阳能控制箱；

设于太阳能控制箱内的加热构件控制器、进水电磁阀控制器和曝气装置控制器，所述加热构件接入加热构件控制器，双向布水管网的进水电磁阀接入进水电磁阀控制器，为所述曝气填料系统内曝气的曝气装置接入曝气装置控制器。

蓄电池及控制系统用来将光能直接输出或存储留作后用；加热启停和传感控制系统、布水管路电磁阀启停转换和控制系统以及曝气设备启停和转换控制系统等3个系统分别独立且安置于智控系统控制箱内；太阳能供电和智控系统器件型号、功率及尺寸规格选择不固定；加热启停和传感控制系统用于控制低温时加热系统内温度范围在20～50℃之间；曝气设备启停和转换控制系统用于根据进水方向相应切换曝气系统风机启停顺序和运行时间。

本发明还提供一种基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理方法，包括如下步骤：

由双向布水管网将待处理污水从第一箱体的一侧送入过滤沉砂加热系统的过滤区内，初步过滤后进入预加热沉砂区内，在预加热沉砂区内进行沉砂并由加热构件进行预加热；预加热后的污水从底部进入曝气填料系统内，曝气填料系统处理后的污水由顶部溢流进入人工湿地内，加热构件对人工湿地内的污水进行加温，人工湿地出水由顶部溢流进入另一侧曝气填料系统内，再由底部进入另一侧过滤区内，最终由排水口排出；

运行一定时间后，由太阳能供电智控系统自动切换布水方向和控制另一侧曝气装置启停。

切换间隔时间根据处理对象的水力负荷调整，如果无具体要求，可以设置为2h-5h均可。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)采用了智控化的两侧进出水模式和有益的进水间隔期设置，在进水的通过浮叶及沉水植物模块固定和削减雨污中的悬浮物质，减少进水SS浓度，有效抗击湿地堵塞。

2)根据待处理对象污染情况可以选择在进水的同时通过智控系统自动开启曝气系统，以强化处理生活污水等相对较高浓度的污水，在确保相同或者更好处理效果的同时有效减少了人工湿地系统的体积，占地面积的减少缩短了整个系统的水力停留时间，有利于规模化、产业化生产和推广；同时，前端曝气系统的加入可以削减污染物浓度，减少微生物分解有机物所产生的胞外聚合物以及化学反应所产生的沉淀和胶体，有效缓解堵塞现象。

3)采用了太阳能动力，有效后期运行电磁阀门、曝气等用电等能耗问题；同时，根据所设置的巧妙结构，实现了双重保温的功能：一方面在低温季节可以通过加热装置将进水进行预加热，以及在污水流经的湿地内部进行加热，通过温度传感器控制和改变系统内部温度，确保微生物和植物根系的活性，强化处理污水和确保出水水质稳定；另一方面，双层透明盖板的结构也相对保障了核心单元人工湿地温度高于自然条件下敞开式人工湿地。

4)在植物生长茂盛季节和低温季节时把挺水植物露出一体化过滤及加热系统盖板的部分直接收割，由于经过计算合理设置一体化过滤及加热系统盖板与挺水植物露出湿地填料部分的距离，不需要植物学专业人员指导如何收割，且便于管理。

附图说明

图1为本发明装置污水处理主体系统主轮廓的俯视图。

图2为本发明本发明污水处理主体部分的主视图。

图3为玻璃盖板俯视图。

图4为进水三通及控制阀示意图。

图5为太阳能供电智控系统结构示意图。

图中所示附图标记如下：

1-过滤沉砂加热系统 2-曝气填料系统 3-人工湿地系统

11-第一箱体 12-浮叶及沉水植物模块 13-第一进水口

14-第一出水口 15-第二进水口 16-第二出水口

17-导热箱 18-导热板 19-加热介质

110-加热传感模块 111-放空管 112-格栅板

113-收线口

21-第二箱体 22-生物强化填料模块 23-曝气管网

24-第一沉水风机 25-挺水植物预留口 26-玻璃盖板

27-第二沉水风机

31-第一箱体 32-湿地填料 33-挺水植物

14-竖直挡墙

41-三通 42-第一进水电磁阀 43-第二进水电磁阀

51-太阳能电池板 52-太阳能蓄电池 53-太阳能控制箱

54-加热构件控制器 55-布水电磁阀控制器 56-曝气装置控制器

具体实施方式

如图1～图4所示，一种污水处理系统，包括太阳能供电智控系统和污水处理主体系统，太阳能供电智控系统如图4所示，污水处理主体系统如图1和图2所示。

本实施方式中污水处理主体系统以人工湿地系统3(一体化人工湿地系统)为中心、两侧对称设置曝气填料系统2(一体化强化曝气处理系统)和过滤沉砂加热系统1(一体化过滤及加热系统)、曝气填料系统2位于过滤沉砂加热系统1内侧为例进行说明。

过滤沉砂加热系统1包括第一箱体11，第一箱体内底部设置加热构件，第一箱体顶板为玻璃盖板，人工湿地系统3和曝气填料系统2均置于加热构件上方，第一箱体侧壁与曝气填料系统2侧壁之间为过滤区，过滤区内中部高度处设置浮叶及沉水植物模块12，浮叶及沉水植物模块包括填料和种植在填料中的浮叶及沉水植物，过滤区底部为沉砂及预加热区，过滤区与沉砂及预加热区相连通，沉砂及预加热区与曝气填料系统内相连通。

浮叶及沉水植物模块上方设置双向布水管网，包括布水方向相向的两套布水管及对应的控制阀，第一箱体的一侧侧壁上设置第一进水口13和第二出水口16，第一进水口位于第二出水口上方，相对称的另一侧第一箱体侧壁上对称设置第二进水口15和第一出水口14，第二进水口位于第一出水口上方，第一进水口和第二进水口通过三通41连接进水总管，连接三通至第一进水口和第二进水口的支管上分别设置第一进水电磁阀42和第二进水电磁阀43(如图4所示)，两个进水电磁阀不同时开启。以图2所示为例，一套布水管为左进右出、另一套为右进左出。

加热构件包括凸台状的导热箱17和竖向设置的至少一块导热板18，该加热构件由太阳能供电智控系统进行供电和控制，导热箱的纵截面为梯形，导热箱的顶面为水平面，尺寸与人工湿地系统底面尺寸一致，方便人工湿地系统1和曝气填料系统2的安装，底面尺寸与第一箱体底面尺寸一致，侧面为斜面，该斜面的作用有两个，一是用于对过滤后的污水进行预加热，而是用于沉砂，第一箱体侧壁的底部可设置排空管111。导热板18伸入人工湿地系统3的湿地填料中，导热板上方为过水通道，导热板18内为中空腔体，该中空腔体底部与导热箱内连通、顶部开设有通孔，导热板的中空腔体内及导热箱内填充加热介质19，加热介质可采用水或其他介质，加热介质内设有加热传感模块110。

曝气填料系统2包括第二箱体21，第二箱体位于第一箱内侧且底部敞口、罩设在人工湿地系统3外，顶板为玻璃盖板，与第一箱体顶部之间预留一定空隙，第二箱体侧壁与人工湿地系统侧壁之间为填料曝气区，填料曝气区内填充生物强化填料模块22，填料曝气区与人工湿地系统通过顶部溢流连通，生物强化填料模块底部为曝气区，与两个进气口同侧的曝气区内均设置曝气管网23，两侧的曝气管网进气口分别连接第一沉水风机24和第二沉水风机27。

格栅板112水平设置，内侧边固定在导热箱顶面边缘处、外侧边固定在第一箱体内壁上，第二箱体的底边固定在该格栅板上，格栅板、导热箱的斜面及第一箱体内壁围成的空间为沉砂及预加热区，过滤区与沉砂及预加热区之间以及沉砂及预加热区与曝气区之间均由该格栅板连通，污水由过滤区先通过格栅板进入沉砂及预加热区，然后在通过格栅板进入曝气区，沉水风机置于过滤区底部的格栅板上。

格栅板材质为不锈钢，网格目数为18～200目；生物强化填料系统底部固定在格栅板上或采用铁丝、尼龙绳等并于上部将填料悬挂，且生物填料材质为组合填料、网格包裹的悬浮填料、天然高分子材料等的一种或几种的组合(生物强化填料规格不做限制)。

如图3所示，第二箱体和第一箱体的玻璃盖板26上对应位置处均开设挺水植物预留口25，两层玻璃盖板上的挺水植物预留口位置对应，方便挺水植物的种植。第一箱体的玻璃盖板上还开设收线口113，收线口用于沉水风机等设备的连接线通过。

人工湿地系统3包括第三箱体31，第三箱体置于导热箱顶面，第三箱体顶部敞口，底板及侧壁均无过水孔，该箱体内填充湿地填料32，湿地填料中种植挺水植物33，人工湿地箱体的底板可采用不锈钢或有机玻璃材质，可传热。湿地填料中且位于相邻导热板之间的设置竖直挡墙34，挡墙底部或顶部(图2中为底部)为过水花墙，湿地填料采用碎石、沸石、蛭石、无烟煤、钢渣、牡蛎壳等的一种或几种填料的组合(湿地填料粒径不做限制)；挺水植物密度为9～16株/平；一体化人工湿地系统填料被垂直穿过一体化人工湿地系统底部的多组加热板均匀隔开，加热板数量设置为奇数，以图2所示为例，导热板设置为一块，导热板两侧各设置一块挡墙，且两边的挡墙对称设置，过水花墙为正方形，边长为20～400mm，间隔为10～200mm。

太阳能供电智控系统如图5所示，包括太阳能电池板51、太阳能蓄电池52和太阳能控制箱53，太阳能电池板产生的电能储存在太阳能蓄电池中，太阳能蓄电池为太阳能控制箱内的电器供电，太阳能控制箱内设置相互独立的加热构件控制器53、布水电磁阀控制器54和曝气装置控制器55，加热构件控制器控制加热构件的启停，加热传感模块110接入该加热构件控制器中，布水电磁阀控制器控制布水电磁阀的启停和切换，第一进水电磁阀42和第二进水电磁阀43受控于该布水电磁阀控制器，曝气装置控制器控制曝气装置的启停和切换。

布水电磁阀控制器控制布水管路及电磁阀启停转换，实现一侧进水管(13或15)开启时另一侧出水管(14或16)开启，并可根据水量、水质目标设置适宜的间隔时间后以相同的电磁阀启停方式实现另一侧进水和对向出水(13对应15，或14对应16)；主管、支管以及电磁阀型号及规格选择不固定，具体根据处理水量规模而定。

本实施方式中，第一箱体长宽高比为：(100～1200cm)：(30～600cm)：(30～200cm)，第二箱体长宽高比为：(80～1000cm)：(30～600cm)：(20～190cm)，第三箱体长宽高比为：(60～800cm)：(30～600cm)：(10～180cm)。

本发明装置的工作过程如下：

污水进入本发明系统后，首先通过一体化过滤及加热系统中浮叶及沉水植物模块系统的作用将SS和部分污染物截留和降解(多余的SS通过重力作用沉积汇总至排空管阀附近)，然后在低温时通过沉砂及加热板系统的加热获得一定的温度，进而进入一体化强化曝气处理系统，通过其曝气和生物强化填料系统的进一步削减污染物质；继而通过溢流流入一体化人工湿地系统(通过多组加热板的作用进一步提升系统内的温度)深度处理污染物，并最终通过另一侧的曝气和生物强化填料系统、沉砂及加热板系统以及浮叶及沉水植物模块系统处理后实现污水达标排放。

实施例1

一种低耗高效智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其步骤是：

污水从左侧进入一体化人工湿地耦合系统后，

1)首先通过一体化过滤及加热系统中浮叶及沉水植物模块的作用将SS和部分污染物截留和降解(多余的SS通过重力作用沉积汇总至排空管阀附近)；

2)然后在低温时通过加热板系统的加热获得一定的温度，进而进入一体化强化曝气处理系统，通过其曝气和生物强化填料系统进一步削减污染物质；

3)通过溢流流入一体化人工湿地系统(通过中间加热板的作用进一步提升系统内的温度)深度处理污染物，并最终通过右侧的曝气和生物强化填料系统、沉砂及加热板系统以及浮叶及沉水植物模块处理后实现污水达标排放。

太阳能供电和智控系统中的蓄电池及控制系统用来将光能直接输出或存储；加热启停和传感控制系统、布水管路电磁阀启停转换和控制系统以及曝气设备启停和转换控制系统等3个系统分别独立且安置于智控系统控制箱内；太阳能供电和智控系统器件型号、功率及尺寸规格选择不固定；本案例中加热启停和传感控制系统用于控制低温时加热系统内温度为20℃；曝气设备启停和转换控制系统用于根据进水方向相应切换曝气系统风机启停顺序和运行时间。

双向布水管网系统进水主管通过三通分成两路支管，两路支管上各自装有电磁阀；布水管路电磁阀启停转换用于控制布水管路电磁阀实现一侧进水管开启时另一侧出水管开启，并可根据水量、水质目标设置适宜的间隔时间后以相同的电磁阀启停方式实现另一侧进水和对向出水；主管、支管以及电磁阀型号及规格选择不固定，具体根据处理水量规模而定。

一体化过滤及加热系统材质为玻璃钢，且长宽高分别为200cm、100cm和120cm；一体化过滤及加热系统左右两侧自上而下分别对称设置有进水口管阀(中心管径距离低于顶部高度80mm)、出水口管阀(低于进水口中心管径80mm)和排空管阀(中心管径高于底部20mm)，且左侧进水口进水时对应的右侧出水口管阀开启，其余管阀闭合。

一体化过滤及加热系统顶部为全封闭透明盖板，材质为有机玻璃，且设置收线口及挺水植物生长预留口；收线口为圆形，孔径为30mm，且左右两侧各一个，用于一体化过滤及加热系统沉水曝气机、加热系统(以及加热板系统传感模块)等电线的收集和外接；挺水植物生长预留口均匀布置，其形状为圆形，孔径为60mm，开孔数量根据挺水植物类型和种植密度确定，为1株挺水植物对应1孔。

浮叶及沉水植物模块为长方体构造，厚度为100mm，且长度为100cm，宽度为100mm；浮叶及沉水植物模块外部为铁丝网格包裹，内部为轻质陶粒，粒径为10～20mm；浮叶及沉水植物选择黑藻和睡莲的1：1组合，种植密度为30丛/平。

沉砂及加热板系统为梯形构造，材质为不锈钢，加热介质为自来水；沉砂及加热板系统高度为80mm，顶部长为120cm，顶部宽为100cm，底部长为200cm，底部宽为100cm，两侧形成的斜板作为沉砂板引导SS等向排空管阀汇集；加热板系统顶部竖直向上穿过一体化人工湿地系统的底部设置3组加热板，高度为90cm，宽度为20mm，且第1和第3组竖向加热板为下过水花墙形式，第2组加热板为上过水花墙形式(每个花墙下端设置透水孔，以保持加热板系统内外压力平衡以及补充加热介质)；过水花墙为正方形，边长为100mm，间隔为100mm，且上过水花墙中心轴距离较近的一端为100mm。

一体化强化曝气处理系统材质为玻璃钢，且长宽高分别为：160cm、100cm和110cm；系统顶部为全封闭透明盖板，材质为有机玻璃，且在与一体化过滤及加热系统垂直投影位置一致处设置挺水植物生长预留口，两个盖板之间距离间距为100mm；挺水植物生长预留口均匀布置，其形状为圆形，孔径为60mm，开孔为1株挺水植物对应1孔。

一体化强化曝气处理系统底部安置在沉砂及加热板系统之上，且通过格栅板实现曝气及生物强化填料系统与一体化过滤及加热系统内壁相连接，格栅板厚度为20mm，长为100cm，宽为40cm，起到支撑固定沉水风机和过滤杂质的作用；沉水风机安置在(一体化过滤及加热系统一侧的)格栅板上，便于检修和更换，且格栅材质为不锈钢，网格目数为18目；生物强化填料系统采用尼龙绳于上部将填料悬挂，且生物填料材质为组合填料(每根规格为长80cm、直径60mm；1组6根，且密度为5组/平)。

一体化人工湿地系统材质为玻璃钢，且长宽高分别为120cm、100cm和100cm，且人工湿地系统圈梁顶部距离一体化强化曝气处理系统盖板的间隔为50～100mm，人工湿地系统表面填料距离圈梁顶间隔为60mm；人工湿地系统采用沸石，粒径为20～30mm；挺水植物选择美人蕉，种植密度为10株/平；人工湿地填料被垂直穿过一体化人工湿地系统底部的3组加热板均匀隔开。

该低耗高效智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统和传统潜流湿地对比处理一个封闭的景观水池污水池(主要外来污染为降雨汇入)，室外温度25℃，采取左进水，右出水方式，其进出水水质如表1所示。

表1本专利强化系统与传统湿地处理雨污污染型景观水体效果对比(单位：mg/L)

项目	CODCr	TN	TP	SS
					进水	41	2.6	0.5	36
本专利系统出水	13	0.9	0.2	12
					传统湿地系统出水	22	1.5	0.3	21

实施例2

一种低耗高效智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其步骤是：

污水从左侧进入一体化人工湿地耦合系统后，

1)首先通过一体化过滤及加热系统中浮叶及沉水植物模块的作用将SS和部分污染物截留和降解(多余的SS通过重力作用沉积汇总至排空管阀附近)；

2)然后在低温时通过加热板系统的加热获得一定的温度，进而进入一体化强化曝气处理系统，通过其曝气和生物强化填料系统进一步削减污染物质；

3)通过溢流流入一体化人工湿地系统(通过中间加热板的作用进一步提升系统内的温度)深度处理污染物，并最终通过右侧的曝气和生物强化填料系统、沉砂及加热板系统以及浮叶及沉水植物模块处理后实现污水达标排放。

太阳能供电和智控系统中的蓄电池及控制系统用来将光能直接输出或存储；加热启停和传感控制系统、布水管路电磁阀启停转换和控制系统以及曝气设备启停和转换控制系统等3个系统分别独立且安置于智控系统控制箱内；太阳能供电和智控系统器件型号、功率及尺寸规格选择不固定；加热启停和传感控制系统用于控制低温时加热系统内温度为35℃；曝气设备启停和转换控制系统用于根据进水方向相应切换曝气系统风机启停顺序和运行时间。

双向布水管网系统进水主管通过三通分成两路支管，两路支管上各自装有电磁阀；布水管路电磁阀启停转换用于控制布水管路电磁阀实现一侧进水管开启时另一侧出水管开启，并可根据水量、水质目标设置适宜的间隔时间后以相同的电磁阀启停方式实现另一侧进水和对向出水；主管、支管以及电磁阀型号及规格选择不固定，具体根据处理水量规模而定。

一体化过滤及加热系统材质为玻璃钢，且长宽高分别为200cm、100cm和120cm；一体化过滤及加热系统左右两侧自上而下分别对称设置有进水口管阀(中心管径距离低于顶部高度80mm)、出水口管阀(低于进水口中心管径80mm)和排空管阀(中心管径高于底部20mm)，且左侧进水口进水时对应的右侧出水口管阀开启，其余管阀闭合。

一体化过滤及加热系统顶部为全封闭透明盖板，材质为有机玻璃，且设置收线口及挺水植物生长预留口；收线口为圆形，孔径为30mm，且左右两侧各一个，用于一体化过滤及加热系统沉水曝气机、加热系统(以及加热板系统传感模块)等电线的收集和外接；挺水植物生长预留口均匀布置，其形状为圆形，孔径为60mm，开孔数量根据挺水植物类型和种植密度确定，为1株挺水植物对应1孔。

浮叶及沉水植物模块为长方体构造，厚度为100mm，且长度为100cm，宽度为100mm；浮叶及沉水植物模块外部为铁丝网格包裹，内部为轻质陶粒，粒径为10～20mm；浮叶及沉水植物选择黑藻和睡莲的1：1组合，种植密度为30丛/平。

沉砂及加热板系统为梯形构造，材质为不锈钢，加热介质为自来水；沉砂及加热板系统高度为80mm，顶部长为120cm，顶部宽为100cm，底部长为200cm，底部宽为100cm，两侧形成的斜板作为沉砂板引导SS等向排空管阀汇集；加热板系统顶部竖直向上穿过一体化人工湿地系统的底部设置3组加热板，高度为90cm，宽度为20mm，且第1和第3组竖向加热板为下过水花墙形式，第2组加热板为上过水花墙形式(每个花墙下端设置透水孔，以保持加热板系统内外压力平衡以及补充加热介质)；过水花墙为正方形，边长为100mm，间隔为100mm，且上过水花墙中心轴距离较近的一端为100mm。

一体化强化曝气处理系统材质为玻璃钢，且长宽高分别为：160cm、100cm和110cm；系统顶部为全封闭透明盖板，材质为有机玻璃，且在与一体化过滤及加热系统垂直投影位置一致处设置挺水植物生长预留口，两个盖板之间距离间距为100mm；挺水植物生长预留口均匀布置，其形状为圆形，孔径为60mm，开孔为1株挺水植物对应1孔。

一体化强化曝气处理系统底部安置在沉砂及加热板系统之上，且通过格栅板实现曝气及生物强化填料系统与一体化过滤及加热系统内壁相连接，格栅板厚度为20mm，长为100cm，宽为40cm，起到支撑固定沉水风机和过滤杂质的作用；沉水风机安置在(一体化过滤及加热系统一侧的)格栅板上，便于检修和更换，且格栅材质为不锈钢，网格目数为18目；生物强化填料系统采用尼龙绳于上部将填料悬挂，且生物填料材质为组合填料(每根规格为长80cm、直径60mm；1组6根，且密度为5组/平)。

一体化人工湿地系统材质为玻璃钢，且长宽高分别为120cm、100cm和100cm，且人工湿地系统圈梁顶部距离一体化强化曝气处理系统盖板的间隔为50～100mm，人工湿地系统表面填料距离圈梁顶间隔为60mm；人工湿地系统采用沸石，粒径为20～30mm；挺水植物选择美人蕉，种植密度为10株/平；人工湿地填料被垂直穿过一体化人工湿地系统底部的3组加热板均匀隔开。

该低耗高效智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统和传统潜流湿地对比处理一个断头河河道(主要外来污染为生活污水和种植业污染汇入)，室外温度5℃，运行时控制加热系统内温度为35℃。采取左进水，右出水方式运行5小时停止运行，间隔2小时后更换为右进水，左出水方式运行5小时；其进出水水质如表2所示。

表2本专利强化系统与传统湿地处理河道污水效果对比(单位：mg/L)

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其特征在于，包括太阳能供电智控系统和污水处理主体系统，所述污水处理主体系统包括位于中心的人工湿地系统和对称位于人工湿地系统两侧且由内至外依次设置的曝气填料系统和过滤沉砂加热系统；

所述过滤沉砂加热系统包括：

罩设在人工湿地系统和曝气填料系统外的第一箱体，第一箱体侧壁与对应曝气填料系统侧壁之间的区域内由水平设置的格栅板分隔为上方的过滤区和下方的预加热沉砂区，过滤区内设置过滤模块，预加热沉砂区与对应的曝气填料系统内相连通；所述第一箱体底部侧壁设置排空管；

用于分别向两侧过滤区内布水的双向布水管网，双向布水管网相对的两个布水方向不同时开启；

以及用于对预加热沉砂区内污水进行预加热和对人工湿地系统内污水进行加热的加热构件，该加热构件由所述太阳能供电智控系统供电并受控于所述太阳能供电智控系统；

所述加热构件包括：

设于第一箱体内底部且呈凸台状的导热箱，该导热箱的侧面为与预加热沉砂区接触的斜面，所述人工湿地系统置于该导热箱顶面，所述格栅板的内侧边固定在该导热箱顶面边缘处；导热箱侧面形成的斜板兼作沉砂板及预加热板，作沉砂板即引导SS向排空管汇集，作预加热板即对预加热沉砂区内污水进行预加热；

竖向设置的至少一块导热板，所述导热板向上伸入人工湿地系统中，导热板内为与导热箱内部连通的中空腔体；

以及设于导热箱内的加热传感模块和填充于导热箱及中空腔体内的加热介质，所述加热传感模块由所述太阳能供电智控系统供电并受控于所述太阳能供电智控系统；

所述曝气填料系统包括：

位于第一箱体内且罩设于人工湿地系统外的第二箱体，第二箱体的底边置于所述格栅板上，第二箱体侧壁与人工湿地系统侧壁之间的区域为填料曝气区，填料曝气区与人工湿地系统通过顶部溢流连通；

填充在填料曝气区内的生物强化填料模块；

以及设于第二箱体内且位于生物强化填料模块下方的曝气管网，曝气管网外接曝气装置。

2.根据权利要求1所述智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其特征在于，所述导热板顶部开设交换孔，导热板上方为过水通道。

3.根据权利要求1所述智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其特征在于，所述双向布水管网包括设于第一箱体一侧的第一进水口和第二出水口以及设于对称设于第一箱体另一侧的第二进水口和第一出水口，第一进水口对应第一出水口，第二进水口对应第二出水口，连接第一进水口的进水支管上设置第一进水电磁阀，连接第二进水口的进水支管上设置第二进水电磁阀，第一进水电磁阀和第二进水电磁阀受控于所述太阳能供电智控系统且不同时开启。

4.根据权利要求1所述智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其特征在于，所述第一箱体和第二箱体的盖板均为玻璃盖板且两层玻璃盖板之间预留间隙，第一箱体的玻璃盖板上设置收线口，第一箱体和第二箱体的玻璃盖板均开设位置对应的挺水植物预留口。

5.根据权利要求2所述智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其特征在于，所述人工湿地系统包括：

置于所述导热箱顶面且顶部敞口的第三箱体；

填充于第三箱体内的湿地填料，湿地填料顶面种植挺水植物；

以及设于湿地填料中且位于相邻导热板之间的竖直挡墙，所述竖直挡墙的底部或顶部为过水花墙。

6.根据权利要求1所述智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统，其特征在于，所述太阳能供电智控系统包括：

太阳能电池板；

与太阳能电池板连接的蓄电池；

由所述蓄电池供电的太阳能控制箱；

设于太阳能控制箱内的加热构件控制器、进水电磁阀控制器和曝气装置控制器，所述加热构件接入加热构件控制器，双向布水管网的进水电磁阀接入进水电磁阀控制器，为所述曝气填料系统内曝气的曝气装置接入曝气装置控制器。

7.一种基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理方法，其特征在于，采用权利要求1~6任一项所述的基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理系统；

所述基于太阳能动力的智控型抗堵塞人工湿地雨污强化处理方法包括如下步骤：

由双向布水管网将待处理污水从第一箱体的一侧送入过滤沉砂加热系统的过滤区内，初步过滤后进入预加热沉砂区内，在预加热沉砂区内进行沉砂并由加热构件进行预加热；预加热后的污水从底部进入曝气填料系统内，曝气填料系统处理后的污水由顶部溢流进入人工湿地内，加热构件对人工湿地内的污水进行加温，人工湿地出水由顶部溢流进入另一侧曝气填料系统内，再由底部进入另一侧过滤区内，最终由排水口排出；

运行一定时间后，由太阳能供电智控系统自动切换布水方向和控制另一侧曝气装置启停。