CN110862200B - 一种用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水治理技术领域，尤其是一种用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，利用收集单元进行农村污水收集，经滤网过滤，溢流段a溢流到溢流槽中，待溢流槽灌满之后，从左端板上溢流到第二人工湿地单元，光催化分解单元，再经过排出处理单元的人工湿地槽二次处理，溢流澄清，排出，提高了对污水处理效果，充分利用了人工湿地和渗透系统的组合，使得在多次人工湿地机构中，形成慢速流动和快速流动的人工湿地交替运用，提高了人工湿地对污水过滤效果，经光催化分解，大幅度改善了水质，提高了排放标准。
Description
技术领域
本发明涉及污水治理技术领域，尤其是一种用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置。
背景技术
我国农村污水排放量不断增加，正成为河湖流域的主要氮磷污染来源，导致湖泊、河流水体污染和富营养化，严重破坏水生态环境。农村污水中氮磷含量较高，水质和水量变化系数大，且人居分散，排水管网不健全，收集困难，按照城市污水处理手段处理，其运行管理成本高，致使不适宜在农村推广应用。故而，针对农村污水处理存在的相关缺陷，大量研究者开展了研究，以此保障农村污水能够得到有效处理。例如专利号为201510866359.1的文献中公开了将人工湿地和渗滤系统组合处理农村污水，保障农村污水处理效率和处理效果，使得农村污水处理效果稳定达标，而且处理效果好，运行管理方便，投资少，运行费用低，适宜于在农村广泛推广，改善农村生态环境，促进社会和谐发展。但是，在该现有技术文献中，其渗滤系统内结构设置不合理，导致水体处理效果不理想，尤其是对总磷、总氮去除率不理想。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，采用人工湿地和渗透过滤系统组合而成，有助于促使处理之后的污水排放达标。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
利用收集单元进行农村污水收集，经过滤网过滤掉粗颗粒后，使得进入到第一人工湿地单元，从第一人工湿地单元靠近底部侧面进入，使得污水从底部逐渐向顶部渗透过滤，形成纵向流动，在达到一定的蓄水位置后，经溢流段a溢流到溢流槽中，待溢流槽灌满之后，从左端板上溢流到第二人工湿地单元中，使得在第二人工单元上水平流动与纵向流动向结合，实现溢流污水从渗漏板处快速渗漏到光催化分解单元，在凸台上设置的磷酸银颗粒作用下，实现光催化作用，分解有机成分，再经过排出单元的人工湿地槽二次处理，溢流澄清，排出，提高了对污水处理效果，充分利用了人工湿地和渗透系统的组合，使得在多次人工湿地机构中，形成慢速流动和快速流动的人工湿地交替运用，提高了人工湿地对污水过滤效果，经光催化分解，大幅度改善了水质，提高了排放标准。
本发明创造在研究过程中，开展了装置模拟对比试验研究：
对照1：将第一人工湿地单元采用第二人工湿地单元代替；
对照2：将第二人工湿地单元采用第一人工湿地单元代替；
对照3：将排出处理单元中右侧的人工湿地槽去掉；
对照4：将排出处理单元中左侧的人工湿地槽去掉；
试验例：采用本发明创造实施例1所公开的装置。
采用上述模拟组装置进行污水净化处理，并对待处理污水的水质指标进行检测，其水质分析报告结果如下表1所示：
表1：某农村待处理污水水质分析结果
利用上述各组装置进行模拟试验，并对处理之后的水质指标进行检测，其水质分析报告结果如下表2所示：模拟处理周期为1年，模拟试验期间的植株a、b、c均采用的是菖蒲。
表2：某农村污水该装置处理后水质分析结果
可见，本发明创造的装置各个部分将发生协同除污作用，能够有效改善污水的水质，提高品质，而且装置结构简单，运行方便，利用了人工湿地系统中的纵向渗透和横向渗透的结合，保障了对污水水质的改善效果。
与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：
本发明创造结构简单，充分改变了传统人工湿地的污水流动的单一性，使得污水在该装置中实现纵向流动与横向流动交替结合进行，保障污水在合适的工艺路段中利用横向渗漏和纵向渗漏、溢流等作用，导致过滤除污效果，提高排放水的水质，降低污水处理成本。
附图说明
图1为本发明装置整体结构示意图。
图2为图1中过滤网俯视结构示意图。
图3为曝气管整体结构示意图。
图4为支管和主管连接结构示意图。
图5为第一隔板结构示意图。
图6为第二隔板结构示意图。
图7为排出处理单元结构示意图。
1-收集单元 2-第一人工湿地单元 3-第二人工湿地单元 4-光催化分解单元 5-排出处理单元 6-排出管 7-溢流槽 8-连通管 9-空气泵 10-曝气管 11-过滤网 12-连接管。
2.1-鹅卵石层 2.2-土壤层a 2.3-植株a 2.4-密封段a 2.5-溢流段a 2.6-陶瓷颗粒填充层a 2.7-溢流孔。
3.1-左端板 3.2-活性炭填料层 3.3-土壤层b 3.4-右端板 3.5-渗漏板 3.6-植株b 3.7-渗漏孔。
4.1-反应塔 4.2-凸台 4.3-容纳槽。
5.1-密封段b 5.2-陶瓷颗粒填充层b 5.3-连通口 5.4-第三隔板 5.5-挡板 5.6-土壤层c 5.7-植株c 5.8-溢流段b 5.9-排出槽。
10.1-主管孔 10.2-支管 10.3-支管孔 10.4-挡片。
11.1-挂板 11.2-筛网。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1：如图1-7所示，用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，包括：
收集单元1，供农村污水收集，且收集单元1呈圆筒状，底部开设有排液孔，内部设有过滤网11；完成对农村污水中粗颗粒、粗渣过滤，使得肉眼无法观察到颗粒物，避免对连通管8的堵塞，提高运行效率；采用的过滤网可以是铁丝、钢丝等材料编制而成的。且在排液孔位置处优选采用隔网隔离，隔网能够保障水通过，但能够阻碍颗粒物进入到连通管8中，防止堵塞连通管，降低检修频率，提高运行效率；
第一人工湿地单元2，左侧靠近底部位置设有进液孔，进液孔经连通管8与收集单元1底部的排液孔连通；方便了出现收集单元的污水不减少时，挖出连通管8,，实现对连通管进行更换或者清理工作；采用的连通管8为常用的PVC塑料管或者其他的钢管材料制备而成即可；
在第一人工湿地单元2右端设有溢流槽7，溢流槽7和第一人工湿地单元2之间采用第一隔板隔离，第一隔板包括密封段a2.4和一体成型设在密封段a2.4顶部的溢流段a2.5；使得从第一人工湿地单元2出来的水经过沉淀之后，再进入到第二湿地人工单元3中，方便了对每道工序处理的水质监测，及时更具运行效果，更换第一人工湿地单元2和第二人工湿地单元3时，实现部分更换与检修，降低全部检修、更换锁造成的成本较高。且第一人工湿地单元2从左端向右端倾斜，右端高度比左端高度低至少0.5cm；提高进入第一人工湿地单元2内水的流动性。采用的溢流槽7经过混凝土浇筑而成或者其他材料制备而成均可，采用的第一隔板上密封段a利用混凝土浇筑或者钢板、石板材料制备而成，对于第一隔板上的溢流段a是混凝土浇筑而成带有缝隙或者空洞结构的板块或者钢板开贯通孔等形成。
第二人工湿地单元3，第二人工湿地单元3左侧紧贴溢流槽7，在第二人工湿地单元3和溢流槽7之间设有左端板3.1，左端板3.1高度≤密封段a2.4的高度，且左端板3.1高度≥密封段a2.4的高度三分之二；保障了第二人工湿地单元3内污水横向、纵向流动结合处理，采用的左端板3.1可以是石板、钢板或者混凝土浇筑而成的板块；
光催化分解单元4，光催化分解单元4左侧紧贴第二人工湿地单元3，在光催化分解单元4和第二人工湿地单元3之间采用第二隔板隔离，第二隔板包括右端板3.4和一体成型设在右端板3.4底部的渗漏板3.5；且第二隔板顶端比左端板3.1顶端高出至少2cm；光催化分解单元4内设有横截面呈人字形的反应塔4.1，反应塔4.1左倾斜面呈光滑态，底端紧贴渗漏板3.5底部侧壁上；反应塔4.1右倾斜面上设有若干凸台4.2，凸台4.2上固定有磷酸银颗粒；反应塔4.1采用石块、钢板、混凝土浇筑形成均可，对于磷酸银颗粒采用的粘贴在凸台4.2上，凸台4.2呈如图1所示布置在反应塔4.1一倾斜面上，利用混凝土浇筑而成或者用砖头砌筑在倾斜面上的，提高了污水流动过程与空气的接触面积；
排出处理单元5，排出处理单元5中间采用第三隔板5.4分隔成左处理室和右处理室；左处理室从左往右依次为容纳槽4.3、人工湿地槽、人工湿地贮液腔，且在容纳槽4.3与人工湿地槽之间设由密封段b5.1和密封段b5.1顶端一体成型设置溢流段b5.8组成的第四隔板，在人工湿地槽与人工湿地贮液腔之间设挡板5.5，挡板5.5能够阻挡人工湿地槽中液体流入到人工湿地贮液腔中，挡板5.5底端与排出处理单元5之间形成若干直径为0.5-2cm的连通口5.3；右处理室从右往左依次为排出槽5.9、人工湿地槽、人工湿地贮液腔，排出槽5.9和人工湿地槽之间设由密封段b5.1和密封段b5.1顶端一体成型设置溢流段b5.8组成的第五隔板，在人工湿地槽与人工湿地贮液腔之间设挡板5.5，挡板5.5能够阻挡人工湿地槽中液体流入到人工湿地贮液腔中，挡板5.5底端与排出处理单元5之间形成若干直径为0.5-2cm的连通口5.3；排出槽5.9右侧靠近底部设有排出管6。采用混凝土浇筑成排出处理单元的整体框架之后，经过安装相应的隔板形成。
上述装置在运行过程中，是经过收集单元1将农村污水收集之后，过滤网11过滤，经连通管8流入第一人工湿地单元2底部，并在污水不断补充，不断流入过程中，使得污水在第一人工湿地单元2内流动，并从第一人工湿地单元右端的顶部溢流到溢流槽7中静置沉淀，并在溢流槽7内液体满后，由于溢流端的水位降落，形成向下的冲击力，故而使得第一人工湿地单元2内的污水下落到溢流槽7下端，上端的水经左端板3.1溢流到第二人工湿地单元3内，经过第二人工湿地单元3左上端向右底端流动，达到流动过滤目的，并经第二人工湿地单元3右端靠近底部的渗漏板3.5渗漏到光催化分解单元4内流动，采用人字形结构的反应塔4.1，使得渗漏出来的液体先经过相对静置的沉降，并经人字形反应塔4.1顶端翻过，充分接触空气和凸台上的磷酸银颗粒，实现光催化分解目的；在进入到排放处理单元中，经过二级人工湿地槽内的人工湿地渗透过滤，提高了排除水的水质，使得对BOD5脱除率达到了94.25％，CODcr脱除率达到了87.52％，氨氮脱除率达到了95.03％，总磷脱除率达到了83.71％。
上述实施例中，为了方便对少量污水处理时的循环补充处理，提高处理效果，在改进的实施例中，所述的排出管6上设有三通阀，三通阀一端排放，三通阀另一端经管路与连通管8内部连通，且在管路上设有水泵。使得在污水量少的前提下，能够经过尾端循环处理后的水进行补充处理，而且能够实现对连通管8内进行冲洗，防止堵塞的现象。采用的三通阀为普遍存在的丝扣，或者是例如Q615型启动三通阀球等；采用的水泵是现有技术中普遍用于抽水的水泵即可，例如规格为50WQP10-10-0.75等型号的水泵。
上述实施例中，为了能够保障第一人工湿地单元2内形成良好的纵向和横向虑水性能(主要是纵向虑水)，在改进的实施例中，所述的第一人工湿地单元2底部采用水泥抹平整(普通硅酸盐水泥42.5与机制砂子粒径为0.1-1cm按照质量比为1:3混合而成的砂浆)，从底部到顶部依次设有3-5cm厚的鹅卵石层2.1(粒度为5-10cm)、5-8cm厚的陶瓷颗粒填充层a2.6(粒度为0.1-0.5cm)、10-20cm厚的土壤层a2.2(含沙率约45％，有机质成分含量约60％的泥土)，在土壤层a2.2中栽植有若干植株a2.3(栽植的植株主要以耐水性较好的植株，例如芦苇、菖蒲、藻类植株等)；且溢流段a2.5的高度等于二分之一土壤层a2.2厚度，溢流段a2.5上设有若干溢流孔2.7(孔径0.1-0.3cm，密度每平方米1000-30000个孔)。植株生长过程中，能够充分利用泥土吸附污水中的有机成分，达到脱除目的；而且利用鹅卵石、陶瓷、泥土的缓慢纵向过滤，提高过滤效果。能够使得氨氮脱除率提高，大幅度降低污水中的氨氮含量。
上述实施例中，为了能够保障第二人工湿地单元3中形成横向和纵向流动过滤性能优异，充分实现污水的横向和纵向过滤，提高污水处理能力和处理效果，在改进的实施例中，所述的第二人工湿地单元3底部采用水泥抹平整(普通硅酸盐水泥42.5与机制砂子粒径为0.1-1cm按照质量比为1:3混合而成的砂浆)，从底部到顶部依次设有5-10cm活性炭填料层3.2(粒度为0.4-0.8cm)、10-20cm土壤层b3.3(含沙率约45％，有机质成分含量约60％的泥土)，在土壤层b3.3上栽植有若干植株b3.6(栽植的植株主要以耐水性较好的植株，例如芦苇、菖蒲、藻类植株等)；且渗漏板3.5的高度等于二分之一活性炭填料层3.2厚度，渗漏板3.5上设有若干渗漏孔3.7(孔径0.1-0.3cm，密度每平方米1000-30000个孔)。有助于改善吸附能力，降低污水中杂质含量，提高脱氮脱磷率。渗漏板3.5采用石板、钢板或者混凝土浇筑而成的混凝土板，且在渗漏板3.5上开设贯通两侧的通孔，即形成渗漏孔3.7。
上述实施例中，所述的人工湿地槽底部采用水泥抹平整(普通硅酸盐水泥42.5与机制砂子粒径为0.1-0.3cm按照质量比为1:3混合而成的砂浆)，从底部到顶部依次设有2-5cm陶瓷颗粒填充层b5.2(粒度为0.1-0.5cm)、土壤层c5.6(含沙率约45％，有机质成分含量约60％的泥土)，在土壤层c5.6上栽植有若干植株c5.7(栽植的植株主要以耐水性较好的植株，例如芦苇、菖蒲、藻类植株等)，且溢流段b5.8高度等于土壤层c5.6厚度的二分之一，溢流段b5.8上设有若干溢流孔2.7。溢流段b5.8采用常规使用的石板、钢板或者混凝土浇筑而成的混凝土板，且在溢流段b5.8上开设贯通两侧的通孔，即形成溢流孔2.7。
上述实施例中，为了方便农村污水中粗颗粒、残渣的过滤排放，同时方便对过滤网11的检修与安装、更换，在改进的实施例中，所述的过滤网11与收集单元1呈可拆卸连接；且过滤网11由用于挂在收集单元1顶端的挂板11.1以及与挂板11.1一体成型的筛网11.2组成。提高了过滤网11的整体性以及将过滤网11安装在收集单元1中的稳定性。
上述实施例中，为了便于对农村污水进行预曝气，提高污水溶氧量，便于污水经连通管8进入到第一人工湿地单元2内供植株a生长的养分需求，增强污水自净化能力，在改进实施例中，所述的收集单元1左侧靠近底部采用管道连通收集单元1的内部和外部，在位于收集单元1内部的管道端上可拆卸连接有曝气管10；在位于收集单元1外部的管道端上设有阀门，阀门经过管道连接有空气泵9。曝气管10采用钢管或者PVC塑料管制备而成，阀门采用的是常规的阀门以及现有技术中普遍采用的阀门，例如参见JB/T5300-91《通用阀门材料》标准中的阀门材料选择碳素钢、铜合金、球墨铸铁、可锻铸铁、灰铸铁等材料制备而成。选用现成的阀门安装，例如：法兰蝶阀d341X-1.6。
上述实施例中，如图4所示，为了能够保障各个支管内的空气量相对均衡，提高对收集单元1底端的污水的曝气处理效果，在改进的实施例中，所述的曝气管10包括主管及一体成型连接在主管上的若干支管10.2，在主管上设有若干主管孔10.1，且主管孔10.1从左端向右端的孔径逐渐增大；在支管10.2上设有若干支管孔10.3，且支管孔10.3从主管端向远离主管端的排列密度逐渐增大，孔径相同；在主管内部，每一个支管与主管连接位置处设有向主管中心线倾斜的挡片10.4，且挡片10.4向左端倾斜，挡片倾斜角度与主管中心线呈5°夹角。采用的支管10.2、主管均可采用PVC塑料管或者钢管制备而成，并且挡片10.4采用一体成型的倾斜塑料薄片、铁片按照如图4所示方式设置。
上述实施例中，所述的排出处理单元5与光催化分解单元4之间设有连接管12，连接管12上设有阀门。阀门采用的是常规的阀门以及现有技术中普遍采用的阀门，例如参见JB/T5300-91《通用阀门材料》标准中的阀门材料选择碳素钢、铜合金、球墨铸铁、可锻铸铁、灰铸铁等材料制备而成。选用现成的阀门安装，例如：法兰蝶阀d341X-1.6。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，其特征在于，包括：
收集单元(1)，供农村污水收集，且收集单元(1)呈圆筒状，底部开设有排液孔，内部设有过滤网(11)；
第一人工湿地单元(2)，左侧靠近底部位置设有进液孔，进液孔经连通管(8)与收集单元(1)底部的排液孔连通；在第一人工湿地单元(2)右端设有溢流槽(7)，溢流槽(7)和第一人工湿地单元(2)之间采用第一隔板隔离，第一隔板包括密封段a(2.4)和一体成型设在密封段a(2.4)顶部的溢流段a(2.5)；且第一人工湿地单元(2)从左端向右端倾斜，右端高度比左端高度低至少0.5cm；
第二人工湿地单元(3)，第二人工湿地单元(3)左侧紧贴溢流槽(7)，在第二人工湿地单元(3)和溢流槽(7)之间设有左端板(3.1)，左端板(3.1)高度≤密封段a(2.4)的高度，且左端板(3.1)高度≥密封段a(2.4)的高度三分之二；
光催化分解单元(4)，光催化分解单元(4)左侧紧贴第二人工湿地单元(3)，在光催化分解单元(4)和第二人工湿地单元(3)之间采用第二隔板隔离，第二隔板包括右端板(3.4)和一体成型设在右端板(3.4)底部的渗漏板(3.5)；且第二隔板顶端比左端板(3.1)顶端高出至少2cm；光催化分解单元(4)内设有横截面呈人字形的反应塔(4.1)，反应塔(4.1)左倾斜面呈光滑态，底端紧贴渗漏板(3.5)底部侧壁上；反应塔(4.1)右倾斜面上设有若干凸台(4.2)，凸台(4.2)上固定有磷酸银颗粒；
排出处理单元(5)，排出处理单元(5)中间采用第三隔板(5.4)分隔成左处理室和右处理室；左处理室从左往右依次为容纳槽(4.3)、人工湿地槽、人工湿地贮液腔，且在容纳槽(4.3)与人工湿地槽之间设由密封段b(5.1)和密封段b(5.1)顶端一体成型设置的 溢流段b(5.8)组成的第四隔板，在人工湿地槽与人工湿地贮液腔之间设挡板(5.5)，挡板(5.5)能够阻挡人工湿地槽中液体流入到人工湿地贮液腔中，挡板(5.5)底端与排出处理单元(5)之间形成若干直径为0.5-2cm的连通口(5.3)；右处理室从右往左依次为排出槽(5.9)、人工湿地槽、人工湿地贮液腔，排出槽(5.9)和人工湿地槽之间设由密封段b(5.1)和密封段b(5.1)顶端一体成型设置的 溢流段b(5.8)组成的第五隔板，在人工湿地槽与人工湿地贮液腔之间设挡板(5.5)，挡板(5.5)能够阻挡人工湿地槽中液体流入到人工湿地贮液腔中，挡板(5.5)底端与排出处理单元(5)之间形成若干直径为0.5-2cm的连通口(5.3)；排出槽(5.9)右侧靠近底部设有排出管(6)；
所述的收集单元(1)左侧靠近底部采用管道连通收集单元(1)的内部和外部，在位于收集单元(1)内部的管道端上可拆卸连接有曝气管(10)；在位于收集单元(1)外部的管道端上设有阀门，阀门经过管道连接有空气泵(9)，所述的曝气管(10)包括主管及一体成型连接在主管上的若干支管(10.2)，在主管上设有若干主管孔(10.1)，且主管孔(10.1)从左端向右端的孔径逐渐增大；在支管(10.2)上设有若干支管孔(10.3)，且支管孔(10.3)从主管端向远离主管端的排列密度逐渐增大，孔径相同；在主管内部，每一个支管与主管连接位置处设有向主管中心线倾斜的挡片(10.4)，且挡片(10.4)向左端倾斜，挡片倾斜角度与主管中心线呈5°夹角。
2.如权利要求1所述的用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，其特征在于，所述的排出管(6)上设有三通阀，三通阀一端排放，三通阀另一端经管路与连通管(8)内部连通，且在管路上设有水泵。
3.如权利要求1所述的用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，其特征在于，所述的第一人工湿地单元(2)底部采用水泥抹平整，从底部到顶部依次设有3-5cm厚的鹅卵石层(2.1)、5-8cm厚的陶瓷颗粒填充层a(2.6)、10-20cm厚的土壤层a(2.2)，在土壤层a(2.2)中栽植有若干植株a(2.3)；且溢流段a(2.5)的高度等于二分之一土壤层a(2.2)厚度，溢流段a(2.5)上设有若干溢流孔(2.7)。
4.如权利要求1所述的用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，其特征在于，所述的第二人工湿地单元(3)底部采用水泥抹平整，从底部到顶部依次设有5-10cm活性炭填料层(3.2)、10-20cm土壤层b(3.3)，在土壤层b(3.3)上栽植有若干植株b(3.6)；且渗漏板(3.5)的高度等于二分之一活性炭填料层(3.2)厚度，渗漏板(3.5)上设有若干渗漏孔(3.7)。
5.如权利要求1所述的用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，其特征在于，所述的人工湿地槽底部采用水泥抹平整，从底部到顶部依次设有2-5cm陶瓷颗粒填充层b(5.2)、土壤层c(5.6)，在土壤层c(5.6)上栽植有若干植株c(5.7)，且溢流段b(5.8)高度等于土壤层c(5.6)厚度的二分之一，溢流段b(5.8)上设有若干溢流孔(2.7)。
6.如权利要求1所述的用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，其特征在于，所述的过滤网(11)与收集单元(1)呈可拆卸连接；且过滤网(11)由用于挂在收集单元(1)顶端的挂板(11.1)以及与挂板(11.1)一体成型的筛网(11.2)组成。
7.如权利要求1所述的用于治理农村污水的复合人工生态湿地装置，其特征在于，所述的排出处理单元(5)与光催化分解单元(4)之间设有连接管(12)，连接管(12)上设有阀门。
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