CN110655177B - 一种复合型自曝气人工湿地及方法 - Google Patents

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Abstract

本方案涉及一种复合型自曝气人工湿地及方法，该人工湿地由控制器、自曝气人工湿地和承压潮汐流生物滤池组成；自曝气人工湿地包括：湿地主体，其内设置有人工湿地填料床；第一进水系统，其内设置有第一电磁阀；第一出水系统；第一曝气系统；承压潮汐流生物滤池包括：滤池主体，滤池主体内设置有生物滤池填料床；第二进水系统，其和第一出水系统连通，其内设置有第二电磁阀；第二出水系统，其内设置有第三电磁阀；排气系统，其和第一曝气系统连通，排气管上设置有第四电磁阀；第二曝气系统；吸气系统，其与第二曝气系统连通，吸气管上设置有第五电磁阀；第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀均连接控制器。

Description

一种复合型自曝气人工湿地及方法
技术领域
本发明涉及人工湿地污水处理领域，具体是一种复合型自曝气人工湿地及方法。
背景技术
人工湿地是根据天然湿地净化污水的原理，通过人工建造和监督控制来强化其净化能力的污水处理技术。它是由透水性的基质、植物、水体、好氧或厌氧微生物种群和动物共同组成的复合系统。污水在人工湿地中经过包括生物降解、过滤、沉淀和吸附等作用处理后，污水中的有机化合物、悬浮固体、一些含氮化合物、磷和病原菌都得到了极大的削减。
曝气生物滤池是一类特殊的生物接触氧化污水处理构筑物，其内部填装有利于微生物挂膜的载体，并在滤料层下部进行曝气，通过污水流经填料床时发生的“微生物-污水-空气”接触而使得污染物指标得以有效去除。
目前，人工湿地的溶氧水平是限制污染物去除效果的重要因素之一；同样地，对于曝气生物滤池，溶氧水平也是一项重要运行指标。传统的人工湿地仅依靠气-液交界面自然复氧和植物根系泌氧两个过程向系统充氧，溶氧水平较低。强化型人工湿地、传统的曝气生物滤池利用鼓风机或气泵对系统进行曝气，如专利号为201910107681.4，名称为“一种人工湿地生态污水处理系统”、专利号为201910132666.5，名称为“一种农村生活污水处理装置及污水处理方法”等发明专利分别公开了不同的曝气人工湿地技术方案，虽然这类技术提高了湿地溶氧水平，但是增加了能源消耗。潮汐流运行模式通过控制系统内液位随时间的涨落变化，营造间歇的、部分的好氧条件，同时不需要额外的能耗，专利号为201620543376.1、名称为“一种潮汐流人工湿地”，专利号为201520852305.5、名称为“组合型人工湿地虹吸进排水设备”及专利号为CN201510009731.7、名称为“多介质潮汐流人工湿地装置及方法”等发明、发明专利分别公开了不同的潮汐流人工湿地技术方案；专利号为201811354366.3，名称为“一种潮汐式曝气生物滤池及污水处理方法”、专利号为201811355433.3，名称为“基于潮汐式曝气生物滤池的一体化污水处理设备及方法”的发明专利分别公开了不同的潮汐流曝气生物滤池技术方案。但是其共同的缺点在于，普通的潮汐流的强化复氧效果仅在于潮汐液面以上，而潮汐液面以下区域在被淹没后短时间内由于氧传质和消耗作用很快会进入缺氧、厌氧状态，因而限制了潮汐流的复氧效果。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种复合型自曝气人工湿地及方法，按照潮汐涨落运行模式，以水体势能作为推动力，分别通过正压排气和负压吸气过程实现低能耗的、可持续的自曝气，将装置系统内溶解氧维持在较高水平，从而促进好氧微生物活性，提高有机物物去除率。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种复合型自曝气人工湿地，由控制器、位于上部的自曝气人工湿地和位于下部的承压潮汐流生物滤池串联组成；所述自曝气人工湿地包括：
湿地主体，所述湿地主体内设置有人工湿地填料床，所述人工湿地填料床内种植有湿地植物；
用于向所述湿地主体提供污水的第一进水系统，其布置在所述湿地主体的上游侧，所述第一进水系统内设置有用于控制进水流量的第一电磁阀；
用于所述湿地主体内的污水排出的第一出水系统，其布置在所述湿地主体的下游侧；
第一曝气系统，其包括：设置在所述人工湿地填料床下部的第一曝气盘；
与所述第一曝气盘连通的第一弯管，且所述第一弯管在所述湿地主体内的高度高于所述湿地主体内的液面高度；；
所述承压潮汐流生物滤池包括：
滤池主体，所述滤池主体内设置有生物滤池填料床；
用于向所述滤池主体内提供污水的第二进水系统，其布置在所述滤池主体内的上游侧，并通过第一进水管和所述第一出水系统连通，所述第一进水管上设置有用于控制所述第一出水系统的排水量的第二电磁阀；
用于所述滤池主体内的污水排出的第二出水系统，其布置在所述滤池主体的下游侧，所述第二出水系统内设置有用于控制出水流量的第三电磁阀；
用于将所述滤池主体的空气排出的排气系统，其设置在所述生物滤池填料床的顶部，所述排气系统通过排气管和所述第一弯管连通，所述排气管上设置有用于控制排气流量的第四电磁阀；
第二曝气系统，其设置在所述生物滤池填料床的下部；
用于提供进气的吸气系统，其设置在所述滤池主体的外部，并通过吸气管和所述第二曝气系统连通，所述吸气管上设置有用于控制吸气流量的第五电磁阀；
所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀和所述第五电磁阀均连接所述控制器。
优选地，所述第一进水系统包括：
布置在所述湿地主体上游侧的配水槽；
配置在所述配水槽上游侧的主进水管；所述第一电磁阀布置在所述主进水管上；
流入至所述配水槽中的污水通过配置在配水槽的下游侧的溢流板溢流至所述湿地主体内。
优选地，所述第一出水系统包括：
设置在所述湿地主体下游侧底部的第一出水管，所述第二电磁阀设置在所述第一出水管上；
用于使所述湿地主体内的液面高度保持特定高度的溢流管，所述溢流管的一端连通所述第一出水管，另一端连通所述第一进水管，且所述溢流管的高度与所述湿地主体内的液面高度相等。
优选地，所述第一曝气系统设置有多个，所述承压潮汐流生物滤池由多级承压潮汐流生物滤池单元串联组成，每一级所述承压潮汐流生物滤池单元均包括所述滤池主体、所述生物滤池填料床、所述第二进水系统、所述第二出水系统、所述第三电磁阀、所述排气系统、所述第四电磁阀、所述第二曝气系统、所述吸气系统和所述第五电磁阀；其中，
第一级承压潮汐流生物滤池单元的第二进水系统通过所述第一进水管和所述第一出水系统连通；
前一级承压潮汐流生物滤池单元的第二出水系统通过第二进水管和后一级承压潮汐流生物滤池单元的第二进水系统连接；
每一级的承压潮汐流生物滤池单元的排气系统分别通过一根所述排气管和湿地主体内的一个所述第一曝气系统连通。
优选地，所述承压潮汐流生物滤池由多级承压潮汐流生物滤池单元串联组成。
优选地，第一级承压潮汐流生物滤池单元的所述第二进水系统包括：
与所述第一进水管连通的穿孔布水管，所述穿孔布水管连通至所述滤池主体内的上游侧顶部；
第一级之后的承压潮汐流生物滤池单元的所述第二进水系统均包括：
与所述第二进水管连通的穿孔布水管，所述穿孔布水管连通至所述滤池主体内的上游侧顶部；
所述第二出水系统包括：
设置在所述滤池主体下游侧底部的第二出水管，所述第二出水管连通所述第二进水管，所述第三电磁阀设置在所述第二出水管上。
优选地，所述吸气系统包括：
用于吸收大气中的空气的第一吸气盘，所述第一吸气盘设置在所述滤池主体外部；所述第一吸气盘连通所述吸气管的入口端，且所述第一吸气盘的设置位置高于所述滤池主体的顶部端面；
所述第二曝气系统包括：
多个设置在所述生物滤池填料床下部的第二曝气盘，多个所述第二曝气盘连通所述吸气管的出口端。
优选地，所述排气系统包括：
设置在所述生物滤池填料床上部的第二吸气盘；
所述第二吸气盘通过所述排气管连通所述第一弯管。
优选地，所述承压潮汐流生物滤池单元总数i、所述湿地主体内的水位差H、所述第一曝气盘在所述人工湿地填料床内的埋深ha和所述人工湿地填料床内的最高潮汐液面至所述湿地主体的顶部的高度hb满足关系式：
Figure GDA0002626995580000041
其中，所述湿地主体内的水位差H是指所述湿地主体内的初始水位与所述湿地主体内的截止水位之间的水位差，所述湿地主体内的初始水位是指水从第一进水系统流入至所述湿地主体内且未流入至承压潮汐流生物滤池单元中的水位，所述湿地主体的截止水位是指水从最后一级承压潮汐流生物滤池单元中流出后的水位；所述第一曝气系统的第一曝气盘在所述人工湿地填料床内的埋深ha是所述第一曝气盘距离所述人工湿地填料床内的潮汐液面之间的距离。
本发明还提供了一种复合型自曝气人工湿地方法，应用于上述的复合型自曝气人工湿地，包括：
步骤S1，控制器控制第一电磁阀开启，使外界的水流入至所述人工湿地填料床中；
步骤S2，在每一级承压潮汐流生物滤池单元处于涨潮周期内时，控制器控制所述承压潮汐流生物滤池单元上游侧的第二电磁阀或第三电磁阀开启，控制所述承压潮汐流生物滤池单元的第四电磁阀开启，并控制所述承压潮汐流生物滤池单元的第五电磁阀和所述承压潮汐流生物滤池单元下游侧的第三电磁阀关闭，使所述承压潮汐流生物滤池单元上游侧持续进水，所述承压潮汐流生物滤池单元中的生物滤池填料床上部的空气被压缩，并在气压的作用下通过排气系统注入至所述第一曝气系统中进行自曝气；
步骤S2，在每一级承压潮汐流生物滤池单元处于落潮周期内时，控制器控制所述承压潮汐流生物滤池单元下游侧的第三电磁阀和第五电磁阀开启，控制所述承压潮汐流生物滤池单元上游侧的第二电磁阀或第三电磁阀关闭，并控制所述承压潮汐流生物滤池单元的第四电磁阀关闭，使所述承压潮汐流生物滤池单元持续排水，在所述承压潮汐流生物滤池单元中的生物滤池填料床上部形成负压，大气中的空气在气压的作用下通过吸气系统吸入至所述第二曝气系统中进行自曝气；
步骤S4，依次对每一级承压潮汐流生物滤池单元依次进行步骤S2和步骤S3，直至最后一级承压潮汐流生物滤池单元中的水通过其内部的第二出水系统排出。
本发明是有益效果为：
该复合型自曝气人工湿地按照潮汐涨落运行模式，以水体势能作为推动力，分别通过正压排气和负压吸气过程实现低能耗的、可持续的自曝气，将系统内溶解氧维持在较高水平，从而促进好氧微生物活性，提高有机物物去除率；根据优选的技术方案，在给定的系统水位降条件下，可以通过调整自曝气人工湿地内的第一曝气盘埋深和承压潮汐流生物滤池单元级数优化系统内的曝气量与排水比。
附图说明
图1为本发明的复合型自曝气人工湿地的结构框图；
图2为本发明的复合型自曝气人工湿地的结构示意图；
图3为本发明的自曝气人工湿地的结构示意图；
图4为本发明的承压潮汐流生物滤池的结构示意图；
附图标记说明：1、自曝气人工湿地；101、湿地主体；1011、配水槽；1012、主进水管；1013、溢流板；102、人工湿地填料床；103、湿地植物；104、第一进水系统；105、第一电磁阀；106、第一出水系统；1061、第一出水管；1062、溢流管；107、第二电磁阀；108、第一曝气系统；1081、第一曝气盘；1082、第一弯管；2、承压潮汐流生物滤池；21、承压潮汐流生物滤池单元；201、滤池主体；202、生物滤池填料床；203、第二进水系统；2031、穿孔布水管；2032、第二进水管；204、第二出水系统；2041、第二出水管；205、第三电磁阀；206、排气系统；2061、第二吸气盘；207、第四电磁阀；208、第二曝气系统；2081、第二曝气盘；209、吸气系统；2091、第一吸气盘；210、第五电磁阀；211、第一进水管；212、排气管；213、吸气管。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例旨在提供一种低能耗，并且能够持续营造好氧条件的复合型自曝气人工湿地及方法。该复合型自曝气人工湿地按照潮汐涨落运行模式，以水体势能作为推动力，分别通过正压排气和负压吸气过程实现低能耗的、可持续的自曝气，使系统内溶解氧维持在较高水平，从而促进好氧微生物活性，提高有机物物去除率。
具体来说，如图1至图4，本发明提供了一种复合型自曝气人工湿地，由控制器(计算机控制系统)、位于上部的自曝气人工湿地1和位于下部的承压潮汐流生物滤池2串联组成；所述自曝气人工湿地1包括：
湿地主体101，所述湿地主体101内设置有人工湿地填料床102，所述人工湿地填料床102内种植有湿地植物103；例如，在人工湿地填料床102中的人工湿地填料为粒径从5到10mm不等的砾石填料。
用于向所述湿地主体101提供污水的第一进水系统104，其布置在所述湿地主体101的上游侧，所述第一进水系统104内设置有用于控制进水流量的第一电磁阀105；其中，通过控制第一电磁阀105，使得外界的污水通过第一进水系统104中流入到湿地主体101中或者停止流入到湿地主体101中，污水从污水处理管中传输到所述第一进水系统104中除。
用于所述湿地主体101内的水排出的第一出水系统106，其布置在所述湿地主体101的下游侧；
第一曝气系统108，其设置在所述人工湿地填料床102的下部；
所述承压潮汐流生物滤池2包括：
滤池主体201，所述滤池主体201内设置有生物滤池填料床202；
用于向所述滤池主体201内提供污水的第二进水系统203，其布置在所述滤池主体201内的上游侧，并通过第一进水管211和所述第一出水系统106连通，所述第一进水管211上设置有用于控制所述第一出水系统106的排水量的第二电磁阀107；
用于所述滤池主体201内的污水排出的第二出水系统204，其布置在所述滤池主体201的下游侧，所述第二出水系统204内设置有用于控制出水流量的第三电磁阀205；
用于将所述滤池主体201的空气排出的排气系统206，其设置在所述生物滤池填料床202的顶部，所述排气系统206通过排气管212和所述第一曝气系统108连通，所述排气管212上设置有用于控制排气流量的第四电磁阀207；
第二曝气系统208，其设置在所述生物滤池填料床202的下部；
用于提供进气的吸气系统209，其设置在所述滤池主体201的外部，并通过吸气管213和所述第二曝气系统208连通，所述吸气管213上设置有用于控制吸气流量的第五电磁阀210；
所述第一电磁阀105、所述第二电磁阀107、所述第三电磁阀205、所述第四电磁阀207和所述第五电磁阀210均连接所述控制器。
在所述控制器控制所述第一电磁阀105、所述第二电磁阀107和所述第四电磁阀207开启且控制所述第三电磁阀205和所述第五电磁阀210关闭时，所述生物滤池填料床202上部的空气通过所述排气系统206注入所述第一曝气系统108中，以通过所述第一曝气系统108进行自曝气。
在所述控制器控制所述第一电磁阀105、所述第二电磁阀107和所述第四电磁阀207关闭且控制所述第三电磁阀205和所述第五电磁阀210开启时，吸气系统209从大气中吸入空气并通入至第二曝气系统208，以通过第二曝气系统208进行自曝气。
如图3，具体来说，所述第一进水系统104包括：
布置在所述湿地主体101上游侧的配水槽1011；
配置在所述配水槽1011上游侧的主进水管1012；所述第一电磁阀105布置在所述主进水管1012上；
流入至所述配水槽1011中的污水通过配置在配水槽1011的下游侧的溢流板1013溢流至所述湿地主体101内。污水经过污水处理管传输到主进水管1012，经由主进水管1012引入至配水槽1011中，依靠重力作用去除进污水中大颗粒沉淀，再通过溢流板1013将进水平均地分配至湿地主体101的进水侧。然后，污水流经至人工湿地填料床102，受到气-液交界面溶氧、根系泌氧、曝气系统溶氧三重充氧作用，并在好氧微生物作用下，有效去除污水中的COD、NH4 +-N等污染物指标。
如图3，所述第一曝气系统108包括：
设置在所述人工湿地填料床102下部的第一曝气盘1081；
与所述第一曝气盘1081连通的第一弯管1082，所述第一弯管1082连通所述排气管212，且所述第一弯管1082在所述湿地主体101内的高度高于所述湿地主体101内的液面高度。
如图3所示，该第一弯管1082为具有弯折部的管道，其中，该第一弯管1082的弯折部的设置位于高于湿地主体101内的液面高度，其设置目的在于防止湿地主体101内的污水通过第一曝气盘1081倒流至承压潮汐流生物滤池2中，避免倒灌现象发生。
如图3，所述第一出水系统106包括：
设置至所述湿地主体101下游侧底部的第一出水管1061，所述第二电磁阀107设置在所述第一出水管1061上；
用于使所述湿地主体101内的液面高度保持特定高度的溢流管1062，所述溢流管1062的一端连通所述第一出水管1061，另一端连通所述第一进水管211，且所述溢流管1062的高度与所述湿地主体101内的液面高度相等。如图3所示，该溢流管1062和该第一弯管1082的形状类似，该溢流管1062的高度与所述湿地主体101内的液面高度相等，使从第一出水管1061流出的出水量和从配水槽1011中溢流进湿地主体101内的污水量相同，因而可以使湿地主体101内的液面高度持续保持在特定高度。
如图1、2和4，所述第一曝气系统108设置有多个，所述承压潮汐流生物滤池2由多级承压潮汐流生物滤池单元21串联组成，自曝气人工湿地和各级承压潮汐流生物滤池单元21呈堆叠状布置，每一级所述承压潮汐流生物滤池单元21均包括所述滤池主体201、所述生物滤池填料床202、所述第二进水系统203、所述第二出水系统204、所述第三电磁阀205、所述排气系统206、所述第四电磁阀207、所述第二曝气系统208、所述吸气系统209和所述第五电磁阀210；其中，
第一级承压潮汐流生物滤池单元21的第二进水系统203通过所述第一进水管211和所述第一出水系统106连通；
前一级承压潮汐流生物滤池单元21的第二出水系统204通过第二进水管2032和后一级承压潮汐流生物滤池单元21的第二进水系统203连接，也就是说位于后一级的承压潮汐流生物滤池单元21的污水源来源于上一级承压潮汐流生物滤池单元21，通过多级承压潮汐流生物滤池单元21中的生物滤池填料床202逐级进行污水过滤处理，来提高污水处理效果；
每一级的承压潮汐流生物滤池单元21的排气系统206分别通过一根所述排气管212和滤池主体201内的一个所述第一曝气系统108连通。
所述承压潮汐流生物滤池单元21总数i、所述湿地主体101内的水位差H、所述第一曝气盘1081在所述人工湿地填料床102内的埋深ha和所述人工湿地填料床102内的最高潮汐液面至所述湿地主体101的顶部的高度hb满足关系式：
Figure GDA0002626995580000091
其中，所述湿地主体101内的水位差H是指所述湿地主体101内的初始水位与所述湿地主体101内的截止水位之间的水位差，所述湿地主体101内的初始水位是指水从第一进水系统104流入至所述湿地主体101内且未流入至承压潮汐流生物滤池单元21中的水位，第一级所述湿地主体101的截止水位是指水从最后一级承压潮汐流生物滤池单元21中流出后的水位；所述第一曝气系统108的第一曝气盘1081在所述人工湿地填料床102内的埋深ha是所述第一曝气盘1081距离所述人工湿地填料床102内的潮汐液面之间的距离。
根据上述的关系式，在水位差H、埋深ha和高度hb确定时，即可确定承压潮汐流生物滤池单元21的总数(总级数)i，对于复合型自曝气人工湿地来说，其在设计时，会预先设计水位差H、埋深ha和高度hb的具体参数，例如，水位差H设计为3m，埋深ha设计为0.4m，高度hb设计为0.1m，通过上述公式，即可确定i的数值为3，也即承压潮汐流生物滤池单元21应当设计为3级。如图4，所述排气系统206包括：设置在所述生物滤池填料床202上部的第二吸气盘2061；所述第二吸气盘2061通过所述排气管212连通所述第一弯管1082。在前一级承压潮汐流生物滤池单元21中的污水排出至后一级承压潮汐流生物滤池单元21中后，后一级承压潮汐流生物滤池单元21中滤池填料床内液面不断提升，压缩生物滤池填料床202上部空气，受气压提升的影响，上部空气通过排气系统206的第二吸气盘2061和排气管212注入自曝气人工湿地内的第一曝气系统108中，实现人工湿地自曝气。
如图2和4，第一级承压潮汐流生物滤池单元21的所述第二进水系统203包括：
与所述第一进水管211连通的穿孔布水管2031，所述穿孔布水管2031连通至所述滤池主体201内的上游侧顶部，也就是说，第一级承压潮汐流生物滤池单元21的污水源为自曝气人工湿地1内的污水；
第一级之后承压潮汐流生物滤池单元21的所述第二进水系统203均包括：
与所述第二进水管2032连通的穿孔布水管2031，所述穿孔布水管2031连通至所述滤池主体201内的上游侧顶部，也就是说，第二级及以后的承压潮汐流生物滤池单元21的污水源分别为其前一级承压潮汐流生物滤池单元21中的污水；
所述第二出水系统204包括：
设置在所述滤池主体201下游侧底部的第二出水管2041，所述第二出水管2041连通所述第二进水管2032，所述第三电磁阀205设置在所述第二出水管2041上。
对于第一级承压潮汐流生物滤池单元21来说，其的第二进水系统203的穿孔布水管2031和自曝气人工湿地1中的第一进水管211连通；对于第二级及承压潮汐流生物滤池单元21来说，其的第二进水系统203的穿孔布水管2031和其上一级承压潮汐流生物滤池单元21的第二出水系统204的第二出水管2041连通。
如图4，所述吸气系统209包括：
用于吸收大气中的空气的第一吸气盘2091，所述第一吸气盘2091设置在所述滤池主体201外部；所述第一吸气盘2091连通所述吸气管213的入口端，且所述第一吸气盘2091的设置位置高于所述滤池主体201的顶部端面；
所述第二曝气系统208包括：
多个设置在所述生物滤池填料床202下部的第二曝气盘2081，多个所述第二曝气盘2081连通所述吸气管213的出口端。在当前级承压潮汐流生物滤池单元21中的污水排出至下一级承压潮汐流生物滤池单元21中后，由于排水作用，在当前级承压潮汐流生物滤池单元21中的生物滤池填料床202内液面不断下降，在生物滤池填料床202上部形成负压，受该负压影响，当前级承压潮汐流生物滤池单元21通过其对应的吸气系统209自发地从大气中吸入空气，并通过其内的第二曝气系统208进行自曝气。
本发明上述的复合型自曝气人工湿地，在工作时，首先，将污水经主进水管1012引入配水槽1011，依靠重力作用去除进水中大颗粒沉淀，通过溢流板1013将进水平均地分配至自曝气人工湿地1的进水侧；
然后，污水流经至人工湿地填料床102，受到气-液交界面溶氧、根系泌氧、曝气系统溶氧三重充氧作用，在好氧微生物作用下，有效去除COD、NH4 +-N等污染物指标；
然后，污水经自曝气人工湿地1的第一出水系统106、承压潮汐流生物滤池2的第二进水系统203，进入承压潮汐流生物滤池单元21；
通过计算机控制系统，在生物滤池涨潮周期内，控制承压潮汐流生物滤池单元21中控制进水的第二电磁阀107和控制排气的第四电磁阀207打开、控制排水的第三电磁阀205和控制吸气的第五电磁阀210关闭，由于上游侧不断进水，生物滤池填料床202内液面不断提升，压缩生物滤池填料床202上部空气，受气压提升的影响，上部空气通过排气系统206注入自曝气人工湿地1的第一曝气系统108，实现人工湿地自曝气；随后，通过计算机控制系统，在生物滤池落潮周期内，控制承压潮汐流生物滤池单元21中控制进水的第二电磁阀107和控制排气的第四电磁阀207打开，控制排水的第三电磁阀205和控制吸气的第五电磁阀210关闭，由于排水作用，生物滤池填料床202内液面不断下降，在生物滤池填料床202上部形成负压，受该负压影响，当前级承压潮汐流生物滤池单元21通过其对应的吸气系统209自发地从大气中吸入空气，并通过其内的第二曝气系统208进行自曝气；
然后，污水流经下一级承压潮汐流生物滤池单元21，类似地、通过计算机控制系统控制潮汐涨落过程并分别对自曝气人工湿地、本单元承压潮汐流生物滤池进行曝气；如此重复直至系统出水。实现低能耗的自曝气、潮汐流方式强化人工湿地、生物滤池溶氧效果的功能。
该复合型自曝气人工湿地按照潮汐涨落运行模式，以水体势能作为推动力，分别通过正压排气和负压吸气过程实现低能耗的、可持续的自曝气，将系统内溶解氧维持在较高水平，从而促进好氧微生物活性，提高有机物物去除率；根据优选的技术方案，在给定的系统水位降条件下，可以通过调整自曝气人工湿地内的第一曝气盘1081埋深和承压潮汐流生物滤池单元21级数优化系统内的曝气量与排水比。
本发明还提供了一种复合型自曝气人工湿地方法，应用于上述的所述的复合型自曝气人工湿地，包括：
步骤S1，控制器控制第一电磁阀105开启，使外界的水流入至所述人工湿地填料床102中；
步骤S2，在每一级承压潮汐流生物滤池单元21处于涨潮周期内时，控制器控制所述承压潮汐流生物滤池单元21上游侧的第二电磁阀107或第三电磁阀205开启，控制所述承压潮汐流生物滤池单元21的第四电磁阀207开启，并控制所述承压潮汐流生物滤池单元21的第五电磁阀210和所述承压潮汐流生物滤池单元21下游侧的第三电磁阀205关闭，使所述承压潮汐流生物滤池单元21上游侧持续进水，所述承压潮汐流生物滤池单元21中的生物滤池填料床上部的空气被压缩，并在气压的作用下通过排气系统206注入至所述第一曝气系统108中进行自曝气；
步骤S2，在每一级承压潮汐流生物滤池单元21处于落潮周期内时，控制器控制所述承压潮汐流生物滤池单元21下游侧的第三电磁阀205和第五电磁阀210开启，控制所述承压潮汐流生物滤池单元21上游侧的第二电磁阀107或第三电磁阀205关闭，并控制所述承压潮汐流生物滤池单元21的第四电磁阀207关闭，使所述承压潮汐流生物滤池单元21持续排水，在所述承压潮汐流生物滤池单元21中的生物滤池填料床上部形成负压，大气中的空气在气压的作用下通过吸气系统209吸入至所述第二曝气系统208中进行自曝气；
步骤S4，依次对每一级承压潮汐流生物滤池单元21依次进行步骤S2和步骤S3，直至最后一级承压潮汐流生物滤池单元21中的水通过其内部的第二出水系统204排出。
其中，如图1和2，在该承压潮汐流生物滤池具有串联设置的三级承压潮汐流生物滤池单元21时，该方法具体包括：
步骤101，控制器控制所述第一电磁阀105开启，使水通过所述第一进水系统104进入所述湿地主体101中；
步骤102，控制器控制所述第一电磁阀105保持开启，控制器控制所述第二电磁阀107和第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的第四电磁阀207开启，并控制器第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的第三电磁阀205和第五电磁阀210关闭，使所述湿地主体101中的污水进入至第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的滤池主体201中；在水压作用下，第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的生物滤池填料床202上部的空气排入至第一自曝气系统209中进行自曝气；
步骤103，控制器控制所述第一电磁阀105、所述第二电磁阀107、第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的第四电磁阀207、第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的第三电磁阀205和第五电磁阀210关闭，并控制第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的第三电磁阀205和第五电磁阀210、第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的第四电磁阀207开启，进入至第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的滤池主体201中的污水排出至第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的滤池主体201中，在水压作用下，第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的生物滤池填料床202上部的空气排入至第一自曝气系统108中进行自曝气；且大气中的空气进入至第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的第二自曝气系统208中进行自曝气；
步骤104，控制器控制所述第一电磁阀105、所述第二电磁阀107、第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的第三电磁阀205和第四电磁阀207、第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的第四电磁阀207、第三极承压潮汐生物滤池单元中的第三电磁阀205关闭，并控制第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的第三电磁阀205和第五电磁阀210、第三极承压潮汐流生物滤池单元21中的第四电磁阀207开启，进入至第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的滤池主体201中的污水排出至第三级承压潮汐流生物滤池单元21中的滤池主体201中，在水压作用下，第三级承压潮汐流生物滤池单元21中的生物滤池填料床202上部的空气排入至第一自曝气系统108中进行自曝气；且大气中的空气进入至第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的第二自曝气系统208中进行自曝气；
步骤105，控制器控制所述第一电磁阀105、所述第二电磁阀107、第一级承压潮汐流生物滤池单元21中的第三电磁阀205和第四电磁阀207、第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的第四电磁阀207、第三极承压潮汐生物滤池单元中的第四电磁阀207关闭，并控制第三极承压潮汐生物滤池单元中的第三电磁阀205和第五电磁阀210开启，进入至第二级承压潮汐流生物滤池单元21中的滤池主体201中的污水排出，且大气中的空气进入至第三级承压潮汐流生物滤池单元21中的第二自曝气系统208中进行自曝气。
上述实施例只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (10)

1.一种复合型自曝气人工湿地，其特征在于，由控制器、位于上部的自曝气人工湿地(1)和位于下部的承压潮汐流生物滤池(2)组成；所述自曝气人工湿地(1)包括：
湿地主体(101)，所述湿地主体(101)内设置有人工湿地填料床(102)，所述人工湿地填料床(102)内种植有湿地植物(103)；
用于向所述湿地主体(101)提供污水的第一进水系统(104)，其布置在所述湿地主体(101)的上游侧，所述第一进水系统(104)内设置有用于控制进水流量的第一电磁阀(105)；
用于所述湿地主体(101)内的污水排出的第一出水系统(106)，其布置在所述湿地主体(101)的下游侧；
第一曝气系统(108)，其包括：设置在所述人工湿地填料床(102)下部的第一曝气盘(1081)；
与所述第一曝气盘(1081)连通的第一弯管(1082)，且所述第一弯管(1082)在所述湿地主体(101)内的高度高于所述湿地主体(101)内的液面高度；
所述承压潮汐流生物滤池(2)包括：
滤池主体(201)，所述滤池主体(201)内设置有生物滤池填料床(202)；
用于向所述滤池主体(201)内提供污水的第二进水系统(203)，其布置在所述滤池主体(201)内的上游侧，并通过第一进水管(211)和所述第一出水系统(106)连通，所述第一进水管(211)上设置有用于控制所述第一出水系统(106)的排水量的第二电磁阀(107)；
用于所述滤池主体(201)内的污水排出的第二出水系统(204)，其布置在所述滤池主体(201)的下游侧，所述第二出水系统(204)内设置有用于控制出水流量的第三电磁阀(205)；
用于将所述滤池主体(201)的空气排出的排气系统(206)，其设置在所述生物滤池填料床(202)的顶部，所述排气系统(206)通过排气管(212)和所述第一弯管(1082)连通，所述排气管(212)上设置有用于控制排气流量的第四电磁阀(207)；
第二曝气系统(208)，其设置在所述生物滤池填料床(202)的下部；
用于提供进气的吸气系统(209)，其设置在所述滤池主体(201)的外部，并通过吸气管(213)和所述第二曝气系统(208)连通，所述吸气管(213)上设置有用于控制吸气流量的第五电磁阀(210)；
所述第一电磁阀(105)、所述第二电磁阀(107)、所述第三电磁阀(205)、所述第四电磁阀(207)和所述第五电磁阀(210)均连接所述控制器。
2.根据权利要求1所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，所述第一进水系统(104)包括：
布置在所述湿地主体(101)上游侧的配水槽(1011)；
配置在所述配水槽(1011)上游侧的主进水管(1012)；所述第一电磁阀(105)布置在所述主进水管(1012)上；
流入至所述配水槽(1011)中的污水通过配置在配水槽(1011)的下游侧的溢流板(1013)溢流至所述湿地主体(101)内。
3.根据权利要求1所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，所述第一出水系统(106)包括：
设置在所述湿地主体(101)下游侧底部的第一出水管(1061)，所述第二电磁阀(107)设置在所述第一出水管(1061)上；
用于使所述湿地主体(101)内的液面高度保持特定高度的溢流管(1062)，所述溢流管(1062)的一端连通所述第一出水管(1061)，另一端连通所述第一进水管(211)，且所述溢流管(1062)的高度与所述湿地主体(101)内的液面高度相等。
4.根据权利要求1所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，所述第一曝气系统(108)设置有多个，所述承压潮汐流生物滤池(2)由多级承压潮汐流生物滤池单元(21)串联组成，每一级所述承压潮汐流生物滤池单元(21)均包括所述滤池主体(201)、所述生物滤池填料床(202)、所述第二进水系统(203)、所述第二出水系统(204)、所述第三电磁阀(205)、所述排气系统(206)、所述第四电磁阀(207)、所述第二曝气系统(208)、所述吸气系统(209)和所述第五电磁阀(210)；其中，
第一级承压潮汐流生物滤池单元(21)的第二进水系统(203)通过所述第一进水管(211)和所述第一出水系统(106)连通；
前一级承压潮汐流生物滤池单元(21)的第二出水系统(204)通过第二进水管(2032)和后一级承压潮汐流生物滤池单元(21)的第二进水系统(203)连接；
每一级的承压潮汐流生物滤池单元(21)的排气系统(206)分别通过一根所述排气管(212)和湿地主体(101)内的一个所述第一曝气系统(108)连通。
5.根据权利要求1所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，所述承压潮汐流生物滤池(2)由多级承压潮汐流生物滤池单元(21)串联组成。
6.根据权利要求4所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，
第一级承压潮汐流生物滤池单元(21)的所述第二进水系统(203)包括：
与所述第一进水管(211)连通的穿孔布水管(2031)，所述穿孔布水管(2031)连通至所述滤池主体(201)内的上游侧顶部；
第一级之后的承压潮汐流生物滤池单元(21)的所述第二进水系统(203)均包括：
与所述第二进水管(2032)连通的穿孔布水管(2031)，所述穿孔布水管(2031)连通至所述滤池主体(201)内的上游侧顶部；
所述第二出水系统(204)包括：
设置在所述滤池主体(201)下游侧底部的第二出水管(2041)，所述第二出水管(2041)连通所述第二进水管(2032)，所述第三电磁阀(205)设置在所述第二出水管(2041)上。
7.根据权利要求1或4所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，
所述吸气系统(209)包括：
用于吸收大气中的空气的第一吸气盘(2091)，所述第一吸气盘(2091)设置在所述滤池主体(201)外部；所述第一吸气盘(2091)连通所述吸气管(213)的入口端，且所述第一吸气盘(2091)的设置位置高于所述滤池主体(201)的顶部端面；
所述第二曝气系统(208)包括：
多个设置在所述生物滤池填料床(202)下部的第二曝气盘(2081)，多个所述第二曝气盘(2081)连通所述吸气管(213)的出口端。
8.根据权利要求3所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，所述排气系统(206)包括：
设置在所述生物滤池填料床(202)上部的第二吸气盘(2061)；
所述第二吸气盘(2061)通过所述排气管(212)连通所述第一弯管(1082)。
9.根据权利要求4所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，所述承压潮汐流生物滤池单元(21)总数i、所述湿地主体(101)内的水位差H、所述第一曝气盘(1081)在所述人工湿地填料床(102)内的埋深ha和所述人工湿地填料床(102)内的最高潮汐液面至所述湿地主体(101)的顶部的高度hb满足关系式：
Figure FDA0002626995570000031
其中，所述湿地主体(101)内的水位差H是指所述湿地主体(101)内的初始水位与所述湿地主体(101)内的截止水位之间的水位差，所述湿地主体(101)内的初始水位是指水从第一进水系统(104)流入至所述湿地主体(101)内且未流入至承压潮汐流生物滤池单元(21)中的水位，所述湿地主体(101)的截止水位是指水从最后一级承压潮汐流生物滤池单元(21)中流出后的水位；所述第一曝气系统(108)的第一曝气盘(1081)在所述人工湿地填料床(102)内的埋深ha是所述第一曝气盘(1081)距离所述人工湿地填料床(102)内的潮汐液面之间的距离。
10.一种复合型自曝气人工湿地方法，应用于权利要求5至9任一项所述的复合型自曝气人工湿地，其特征在于，包括：
步骤S1，控制器控制第一电磁阀(105)开启，使外界的水流入至所述人工湿地填料床(102)中；
步骤S2，在每一级承压潮汐流生物滤池单元(21)处于涨潮周期内时，控制器控制所述承压潮汐流生物滤池单元(21)上游侧的第二电磁阀(107)或第三电磁阀(205)开启，控制所述承压潮汐流生物滤池单元(21)的第四电磁阀(207)开启，并控制所述承压潮汐流生物滤池单元(21)的第五电磁阀(210)和所述承压潮汐流生物滤池单元(21)下游侧的第三电磁阀(205)关闭，使所述承压潮汐流生物滤池单元(21)上游侧持续进水，所述承压潮汐流生物滤池单元(21)中的生物滤池填料床上部的空气被压缩，并在气压的作用下通过排气系统(206)注入至所述第一曝气系统(108)中进行自曝气；
步骤S2，在每一级承压潮汐流生物滤池单元(21)处于落潮周期内时，控制器控制所述承压潮汐流生物滤池单元(21)下游侧的第三电磁阀(205)和第五电磁阀(210)开启，控制所述承压潮汐流生物滤池单元(21)上游侧的第二电磁阀(107)或第三电磁阀(205)关闭，并控制所述承压潮汐流生物滤池单元(21)的第四电磁阀(207)关闭，使所述承压潮汐流生物滤池单元(21)持续排水，在所述承压潮汐流生物滤池单元(21)中的生物滤池填料床上部形成负压，大气中的空气在气压的作用下通过吸气系统(209)吸入至所述第二曝气系统(208)中进行自曝气；
步骤S4，依次对每一级承压潮汐流生物滤池单元(21)依次进行步骤S2和步骤S3，直至最后一级承压潮汐流生物滤池单元(21)中的水通过其内部的第二出水系统(204)排出。
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