CN109704468A - 一种阶梯式人工湿地 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阶梯式人工湿地，包括至少三级潜流式人工湿地、第一水位流量调节装置、第二水位流量调节装置和缓释碳源填充层，其中，三级潜流式人工湿地分别为第一级下行流潜流式湿地、第二级潜流式湿地、第三级复合流潜流式湿地，所述第一级下行流潜流式湿地的湿地填料的粒径级配从上至下采用大、中配置，用于提高湿地床的氧含量；所述第二级潜流式湿地的填料采用均质的中粒径，所述第三级复合流潜流式湿地根据出水水质要求，采用偏小的粒径级配。本发明的阶梯式人工湿地可以实现阶梯地形的人工湿地的稳流调节，可有效的控制人工湿地中的各级湿地的水位，就地补充碳源。

Description

一种阶梯式人工湿地

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种阶梯式人工湿地。

背景技术

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。运用人工湿地处理污水可追溯到1903年，建在英国约克郡Earby，被认为是世界上第一个用于处理污水的人工湿地，连续运行直到1992年。而人工湿地生态系统在世界各地逐渐受到重视并被运用，还是在20世纪70年代德国学者Kichunth提出根区法(the root-zone-method)理论之后开始的。人工湿地维护成本低，且可以对生态环境等起到绿化和保护作用，21世纪已经广泛应用于国内外的污水处理中。

但是目前人工湿地技术对总氮的脱除一直难以达到严格的排放标准，人工湿地技术在发展的过程中，发现碳源不足是影响人工湿地处理深度脱氮效果的关键所在。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种阶梯式人工湿地。

本发明的技术方案是：

一种阶梯式人工湿地，包括至少三级潜流式人工湿地、第一水位流量调节装置、第二水位流量调节装置和缓释碳源填充层，其中，三级潜流式人工湿地分别为第一级下行流潜流式湿地、第二级潜流式湿地、第三级复合流潜流式湿地，所述第一级下行流潜流式湿地的湿地填料的粒径级配从上至下采用大、中配置，用于提高湿地床的氧含量；所述第二级潜流式湿地的填料采用均质的中粒径，所述第三级复合流潜流式湿地根据出水水质要求，采用偏小的粒径级配；所述第一级下行流潜流式湿地和第二级潜流式湿地通过第一水位流量调节装置连通；所述第二级潜流式湿地和第三级复合流潜流式湿地通过第二水位流量调节装置连通；所述缓释碳源填充层位于第二级潜流式湿地的上层，用于第三级复合流潜流式湿地补充碳源；通过各级湿地、水位流量调节装置和缓释碳源填充层可以调整各级湿地水位，并且能够补充缓释碳源、调整碳氮比。

较佳地，所述第一级下行流潜流式湿地、第二级潜流式湿地和第三级复合流潜流式湿地均包括有底板、墙体、湿地床、布水管、集水管和管堵，所述底板和墙体连接设计成顶部为开口的湿地；所述湿地床、布水管、集水管和管堵均安装于各级湿地内；所述第一级下行流潜流式湿地的布水管延伸向外还设有一阀门，用于第一级下行流潜流式湿地补充水源；所述布水管和集水管上均设有双侧交叉的开孔；所述管堵安装于布水管和集水管处于开口状态的端部。

较佳地，所述第一水位流量调节装置包括内管、外管、短支管和封盖，所述内管外壁和外管内壁均设有螺纹，且内管和外管通过螺纹紧密相连；所述封盖安装于外管的顶部，且与内管相连；所述封盖还设有防虫网且与大气相通，用于湿地内部补充氧气；所述短支管安装于外管的侧壁，用于连接其他管道；所述内管在短支管安装处的管壁的180度区域内开有多个透水小孔，用于调节水的流量，控制湿地的水位。

较佳地，所述第二水位流量调节装置包括内管、外管、两短支管和封盖，所述内管外壁和外管内壁均设有螺纹，且内管和外管通过螺纹紧密相连；所述封盖安装于外管的顶部，且与内管相连；所述封盖还设有防虫网且与大气相通，用于湿地内部补充氧气；所述两短支管分别安装于外管的侧壁上下两端；所述内管在两短支管安装处的管壁均开有多个透水小孔，用于控制调节水的流量，控制湿地的水位以及调整碳氮比。

较佳地，所述内管管壁上端部的透水小孔的尺寸大于下端部的透水小孔，且上端部的透水小孔的开孔区域相对下端部透水小孔相位相差120～180度。

较佳地，所述内管在两个开孔区域之间充填过滤介质和微生物附着基质，用于防止堵塞下一级人工湿地。

较佳地，第三级以后的潜流式湿地均通过第二水位流量调节装置连通。

采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

1、该人工湿地具有较高的总氮脱除率；

2、所选用的缓释碳源和其他材质价廉易得；

3、能够灵活的调节各级人工湿地的水位，提高处理效率，延缓湿地堵塞，控制装置制作简便。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明第一水位流量调节装置结构示意图；

图3为本发明第二水位流量调节装置结构示意图；

图4为本发明封盖的结构示意图。

附图标注：

1、第一级下行流潜流式湿地；2、第二级潜流式湿地；3、第三级复合流潜流式湿地；4、第一水位流量调节装置；5、第二水位流量调节装置；6、缓释碳源填充层；7、底板；8、墙体；9、湿地床；10、布水管；11、集水管；12、管堵；13、阀门；401、内管；402、外管；403、短支管；404、封盖；405、透水小孔；406、螺纹；501、内管；502、外管；503、短支管；504、封盖；505、透水小孔；506、螺纹；507、过滤介质和微生物附着基质。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。

参照图1至图4，本发明提供一种阶梯式人工湿地，包括至少三级潜流式人工湿地、第一水位流量调节装置4、第二水位流量调节装置5和缓释碳源填充层6，其中，三级潜流式人工湿地分别为第一级下行流潜流式湿地1、第二级潜流式湿地2、第三级复合流潜流式湿地3，所述第一级下行流潜流式湿地1的湿地填料的粒径级配从上至下采用大、中配置，用于提高湿地床的氧含量；所述第二级潜流式湿地2的填料采用均质的中粒径，所述第三级复合流潜流式湿地3根据出水水质要求，采用偏小的粒径级配；所述第一级下行流潜流式湿地1和第二级潜流式湿地2通过第一水位流量调节装置4连通；所述第二级潜流式湿地2和第三级复合流潜流式湿地3通过第二水位流量调节装置5连通；所述缓释碳源填充层6位于第二级潜流式湿地2的上层，用于第三级复合流潜流式湿地3补充碳源；通过各级湿地、水位流量调节装置和缓释碳源填充层可以调整各级湿地水位，并且能够补充缓释碳源、调整碳氮比。

所述第一级下行流潜流式湿地1、第二级潜流式湿地2和第三级复合流潜流式湿地3均包括有底板7、墙体8、湿地床9、布水管10、集水管11和管堵12，所述底板7和墙体8连接设计成顶部为开口的湿地；所述湿地床9、布水管10、集水管11和管堵12均安装于各级湿地内；所述第一级下行流潜流式湿地1的布水管10延伸向外还设有一阀门13，用于第一级下行流潜流式湿地1补充水源；所述布水管10和集水管11上均设有双侧交叉的开孔；所述管堵12安装于布水管10和集水管11处于开口状态的端部。

所述第一水位流量调节装置4包括内管401、外管402、短支管403和封盖404，所述内管401外壁和外管402内壁均设有螺纹406，且内管401和外管402通过螺纹406紧密相连；所述封盖404安装于外管402的顶部，且与内管401相连；所述封盖404还设有防虫网且与大气相通，用于湿地内部补充氧气；所述短支管403安装于外管402的侧壁，用于连接其他管道；所述内管401在短支管403安装处的管壁的180度区域内开有多个透水小孔405，用于调节水的流量，控制湿地的水位。

所述第二水位流量调节装置5包括内管501、外管502、两短支管503和封盖504，所述内管501外壁和外管502内壁均设有螺纹506，且内管501和外管502通过螺纹506紧密相连；所述封盖504安装于外管502的顶部，且与内管501相连；所述封盖504还设有防虫网且与大气相通，用于湿地内部补充氧气；所述两短支管503分别安装于外管502的侧壁上下两端；所述内管501在两短支管503安装处的管壁均开有多个透水小孔505，用于控制调节水的流量，控制湿地的水位以及调整碳氮比。

所述内管501管壁上端部的透水小孔505的尺寸大于下端部的透水小孔505，且上端部的透水小孔505的开孔区域相对下端部透水小孔505相位相差120～180度。

所述内管501在两个开孔区域之间充填过滤介质和微生物附着基质507，用于防止堵塞下一级人工湿地。

第三级以后的潜流式湿地均通过第二水位流量调节装置5连通。

本发明工作原理为：

经过预处理的污水通过顶部的穿孔布水管均匀布水至梯级的第一级人工湿地，从底部的穿孔集水管集水，第一级主要作用为BOD降解和氨氮硝化；第一级人工湿地的出水通过第一水位和流量调节装置流向第二级底部的穿孔布水管向第二级人工湿地布水，第二级人工湿地填料上部填充有秸秆、玉米芯等易得和可就地取用的农作废弃物；第三级人工湿地的以第二级缓释碳源来补充碳源，达到高效反硝化的目的，该级的底部布水管通过水位和流量调节装置与第三级潜流湿地布水管相连，同时在填料和缓释碳源间隔层中设有穿孔集水管，穿孔集水管与第二水位和流量调节装置相连；多级人工湿地堵塞更容易发生在第一级，人工湿地运行过程第一水位和流量装置调节第一级人工湿地的水位，能快速将第一级人工湿地进行落干进行充氧，缓解堵塞，落干通常选择在湿地运行水量最小的时段内，从而保障系统正常运行，反复的落干、充水能够恢复和提高湿地的处理效能；第二水位和流量调节装置调整第二级人工湿地的水位，当需要将缓释碳源进行发酵释放碳源时将水位调节池淹没缓释碳源，通过调整适当的淹没深度来调整上部含缓释碳源的水量和底部布水管输送至第三级湿地的水量，从而获得较为合适的碳氮比；后续的第三级湿地主要解决反硝化脱氮的问题，可采用垂直上行流和复合流，优先采用复合流；三级以上的湿地侧可以根据需要再确定。

第一水位水量调节装置包括内管、外管和与之相连的短支管、封盖，封盖设有防虫网与大气相通，连接在内管上，在湿地落干的时候能够通过布水管和集水管为湿地内部补充氧气，提高处理效果，短支管一端用于与其他管件进行管道连接，短支管另一端与外管相连，形成一个可供流体流通的通路，内管与外管通过内外螺纹紧密连接，内管在管壁的180度区域内开有多个透水小孔，内管在外管中旋转使得透水小孔能够局部和全部对准短支管，从而起到调节流量，控制湿地水位的作用，水透过小孔流入下一级人工湿地，当内管的最下端高于短支管的顶端时，可以达到最大通过流量，实现迅速落干第一级人工湿地的目的，内外螺纹的丝扣最小设计长度应保证能使内管的最下端能高于短支管的顶端，内外螺纹连接设置，还能使内管从外管中方便的取出，当透水小孔堵塞时，能够进行清洗和清通。

第二水位水量调节装置与第一水位水量调节装置不同之处在于第二水位水量调节装置设有高低不同的两个短支管，其上的短支管与第二级人工湿地的高位集水管相连，内管上端部透水小孔选择较大的孔径，防止发酵液带来的悬浮杂质堵塞透水孔，内管上端部透水孔的开孔区域相对下端部透水孔相位相差120￣180度，同时内外螺纹丝扣的总长度开孔区域高度相匹配，内管旋转过程中由于透水孔相位差，可实现一根短支管流量增加，而另一根流量减少，调整碳氮比，并且可以控制总流量的大小，实现缓释碳源淹没水位的控制，在两个开孔区域之间充填过滤介质和微生物附着基质，防止堵塞下一级人工湿地。本发明中优选选用丝瓜络等价廉易得物质，既起到过滤拦截的作用，同时作为微生物的附着基质，提高处理效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种阶梯式人工湿地，其特征在于：包括至少三级潜流式人工湿地、第一水位流量调节装置、第二水位流量调节装置和缓释碳源填充层，其中，三级潜流式人工湿地分别为第一级下行流潜流式湿地、第二级潜流式湿地、第三级复合流潜流式湿地，所述第一级下行流潜流式湿地的湿地填料的粒径级配从上至下采用大、中配置，用于提高湿地床的氧含量；所述第二级潜流式湿地的填料采用均质的中粒径，所述第三级复合流潜流式湿地根据出水水质要求，采用偏小的粒径级配；所述第一级下行流潜流式湿地和第二级潜流式湿地通过第一水位流量调节装置连通；所述第二级潜流式湿地和第三级复合流潜流式湿地通过第二水位流量调节装置连通；所述缓释碳源填充层位于第二级潜流式湿地的上层，用于第三级复合流潜流式湿地补充碳源；通过各级湿地、各水位流量调节装置和缓释碳源填充层可以调整各级湿地水位，并且能够补充缓释碳源、调整碳氮比。

2.根据权利要求1所述的阶梯式人工湿地，其特征在于：所述第一级下行流潜流式湿地、第二级潜流式湿地和第三级复合流潜流式湿地均包括有底板、墙体、湿地床、布水管、集水管和管堵，所述底板和墙体连接设计成顶部为开口的湿地；所述湿地床、布水管、集水管和管堵均安装于各级湿地内；所述第一级下行流潜流式湿地的布水管延伸向外还设有一阀门，用于第一级下行流潜流式湿地补充水源；所述布水管和集水管上均设有双侧交叉的开孔；所述管堵安装于布水管和集水管处于开口状态的端部。

3.根据权利要求1所述的阶梯式人工湿地，其特征在于：所述第一水位流量调节装置包括内管、外管、短支管和封盖，所述内管外壁和外管内壁均设有螺纹，且内管和外管通过螺纹紧密相连；所述封盖安装于外管的顶部，且与内管相连；所述封盖还设有防虫网且与大气相通，用于湿地内部补充氧气；所述短支管安装于外管的侧壁，用于连接其他管道；所述内管在短支管安装处的管壁的180度区域内开有多个透水小孔，用于调节水的流量，控制湿地的水位。

4.根据权利要求1所述的阶梯式人工湿地，其特征在于：所述第二水位流量调节装置包括内管、外管、两短支管和封盖，所述内管外壁和外管内壁均设有螺纹，且内管和外管通过螺纹紧密相连；所述封盖安装于外管的顶部，且与内管相连；所述封盖还设有防虫网且与大气相通，用于湿地内部补充氧气；所述两短支管分别安装于外管的侧壁上下两端；所述内管在两短支管安装处的管壁均开有多个透水小孔，用于控制调节水的流量，控制湿地的水位以及调整碳氮比。

5.根据权利要求4所述的阶梯式人工湿地，其特征在于：所述内管管壁上端部的透水小孔的尺寸大于下端部的透水小孔，且上端部的透水小孔的开孔区域相对下端部透水小孔相位相差120～180度。

6.根据权利要求4所述的阶梯式人工湿地，其特征在于：所述内管在两个开孔区域之间充填过滤介质和微生物附着基质，用于防止堵塞下一级人工湿地。