CN112723655A - 一种人工湿地水环境修复系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人工湿地水环境修复系统，属于水环境修复领域，包括湿地修复箱和曝气沉降箱，曝气沉降箱固定在湿地修复箱的下方并与其连通，曝气沉降箱的内下部为沉降层，曝气沉降箱上设有进水管和排淤管，进水管处设有磁化反应器，曝气沉降箱的内部设有滤网，滤网的下方设有活动的防堵刷，曝气沉降箱的侧壁上设有电机一，电机一的输出轴连接有螺杆，防堵刷通过螺杆驱动，滤网的上方设有曝气管，湿地修复箱由下而上依次设有活性炭填充层、混合填充层和土壤层；该装置使人工湿地净化污水的效率增强，周期缩短，且能够防止滤网堵塞，便于对填料进行快速更换，操作迅速，更换快，提高经济效益。

Description

一种人工湿地水环境修复系统
技术领域
本发明属于水环境修复技术领域，具体涉及一种人工湿地水环境修复系统。
背景技术
堵塞、短流及死区问题是制约人工湿地工程化应用的瓶颈，科学的床体结构设计及合理的运行方式是保证人工湿地高效运行的前提，人工湿地使用过程中会产生填料淤堵现象，极大地限制了水体净化功效，填料淤堵处理方法工作量大、耗资较多。
目前解决人工湿地系统堵塞的方法还存在以下缺点：(1)需要缩短水力停留时间，进而会影响净化效果；(2)湿地基质更换困难、工程量浩大、更换的时候湿地需要停床休息并且更换耗时较长；(3)生物修复这种措施目前还处于研究阶段，实际的工程应用效果还有待验证；(4)人工湿地去除污水中污染物主要依靠的是微生物的新陈代谢活动，加抑制剂和溶脱剂这种杀死微生物或抑制其活性的方法来解决堵塞尚需进行更深入的研究；(5)其他方法存在操作复杂并所需时间长、持续时间短、工程量大、时间成本高、经济效益差、易造成二次污染等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人工湿地水环境修复系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种人工湿地水环境修复系统，包括湿地修复箱和曝气沉降箱，所述曝气沉降箱固定在湿地修复箱的下方并与其连通，所述曝气沉降箱的内下部为沉降层，所述曝气沉降箱上设有进水管和排淤管，所述进水管处设有磁化反应器，所述曝气沉降箱的内部设有滤网，所述滤网的下方设有活动的防堵刷，所述曝气沉降箱的侧壁上设有电机一，所述电机一的输出轴连接有螺杆，所述防堵刷通过螺杆驱动，所述滤网的上方设有曝气管，所述湿地修复箱由下而上依次设有活性炭填充层、混合填充层和土壤层。
该人工湿地修复系统的磁化反应器能够对污水进行磁化，使有机污染物在不添加化学剂情况下就能矿化，因为磁化产生的磁化效应会破坏污染物分子的化学键，使污染物分子断裂，由大变小，把污染物分子中的碳转化为二氧化碳，氮、磷等污染物转化为无机盐，污水经过磁化后进入人工湿地，会使人工湿地净化污水的效率增强，周期缩短，且通过设置防堵刷间歇性工作，能够防止滤网堵塞，通过时设有填充层备用腔，能够对填料进行快速更换，当填料淤堵时，停机时间短，操作迅速，更换快，提高经济效益。
作为一种优选的实施方式，所述湿地修复箱为筒状结构，所述湿地修复箱的内部设有交叉的隔板，所述隔板将活性炭填充层与混合填充层分为备用腔和工作腔，所述湿地修复箱的底部安装有电机二，所述电机二用于驱动隔板使备用腔与工作腔切换，所述湿地修复箱的外侧壁上设有活动盖板，所述活动盖板的侧壁上连接有L形的连接杆。所述湿地修复箱的侧壁上固定有气缸，所述气缸的活塞杆与连接杆连接，所述活动盖板上设有两个加料口，两个所述加料口分别与混合填充层和活性炭填充层的备用腔对应。
采用上述方案，通过人工设置10-15天电机一工作，使备用腔内的填料用于水净化工作，之后通过气缸控制活动盖板打开排出已用填料，并人工加满新的填料备用，能够防止填充层堵塞。
作为一种优选的实施方式，所述设于进水管周围的磁化反应器为电磁式磁化反应器，更优选为磁场强度可调的电磁式磁化反应器，对进水管中水体进行磁化的磁场强度为50mT-1500mT，磁化时间为1min-120min，水流速度0.2m/min-10m/min，间歇时间为3h-240h。
采用上述方案，磁化反应器对污水进行磁化，使有机污染物在不添加化学剂情况下就能矿化，因为磁化产生的磁化效应会破坏污染物分子的化学键，使污染物分子断裂，由大变小，把污染物分子中的碳转化为二氧化碳，氮、磷等污染物转化为无机盐，污水经过磁化后进入人工湿地，会使人工湿地净化污水的效率增强，周期缩短。
作为一种优选的实施方式，所述土壤层上部种植有挺水植物，可选自水烛、荷花、碗莲、芦苇、香蒲、菰、芦竹、水竹、水葱、菖蒲、蒲苇、黑三菱等中的一种或者几种。
作为一种优选的实施方式，所述混合填充层填充直径为5～15mm的填料与铁屑的混合物，铁屑与填料的比例为1:3～1:8，其中，所述填料包括但不限于碎石、沸石、砾石、砂、煤渣、石灰石等。
采用上述方案，混合填充层的磁化效应可以促进人工湿地中的植物根部周围形成氧化态的微环境，促进植物根系的生长，根系生长趋于成熟时继续施加磁化反应，促使植物吸附的污染物快速转化，打破最大生物量的限制，使污染物的去除速率仍能维持在一定的水平，同时土壤层可防止填充层随水流逸出。
作为一种优选的实施方式，所述土壤层、混合填充层和活性炭填充层之间均设有固定板，所述固定板上开设有直径0.5-2cm的导水孔。
采用上述方案，通过固定板的设置能够防止对污水进行净化时，填充层内的填料随水流流出，保证填充层正常工作。
作为一种优选的实施方式，所述待处理水体(也可称为污水)可为水质为Ⅱ-Ⅴ类的水体，包括但不限于富营养化水体、黑臭水体、景观水体等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该一种人工湿地水环境修复系统通过设置磁化反应器对污水进行磁化，使有机污染物在不添加化学剂情况下就能矿化，因为磁化产生的磁化效应会破坏污染物分子的化学键，使污染物分子断裂，由大变小，把污染物分子中的碳转化为二氧化碳，氮、磷等污染物转化为无机盐，污水经过磁化后进入人工湿地，会使人工湿地净化污水的效率增强，周期缩短；
该一种人工湿地水环境修复系统通过设置防堵刷间歇性工作，能够防止滤网堵塞，通过设有填充层备用腔，能够对填料进行快速更换，当填料淤堵时，停机时间短，操作迅速，更换快，提高经济效益；
该一种人工湿地水环境修复系统通过设置铁屑与填料的比例为1:3～1:8的混合填料，一方面可以增加人工湿地的除磷效果，另一方面可以促进人工湿地中的植物根部周围形成氧化态的微环境，促进植物根系的生长，根系生长趋于成熟时继续施加磁化反应，促使植物吸附的污染物快速转化，打破最大生物量的限制，使污染物的去除速率仍能维持在一定的水平。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视剖面图；
图3为本发明的俯视剖面图。
图中：1、防堵刷；2、螺杆；3、曝气管；4、电机一；5、混合填充层；6、固定板；7、挺水植物；8、土壤层；9、湿地修复箱；10、活性炭填充层；11、滤网；12、电机二；13、排淤管；14、沉降层；15、曝气沉降箱；16、磁化反应器；17、活动盖板；18、连接杆；19、气缸；20、加料口；21、隔板；22、备用腔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种人工湿地水环境修复系统，包括湿地修复箱9和曝气沉降箱15，曝气沉降箱15固定在湿地修复箱9的下方并与其连通，曝气沉降箱15的内下部为沉降层14，曝气沉降箱15上设有进水管和排淤管13，进水管处设有磁化反应器16，曝气沉降箱15的内部设有滤网11，滤网11的下方设有活动的防堵刷1，曝气沉降箱15的侧壁上设有电机一4，电机一4的输出轴连接有螺杆2，防堵刷1通过螺杆2驱动，滤网11的上方设有曝气管3，湿地修复箱9由下而上依次设有活性炭填充层10、混合填充层5和土壤层8，该人工湿地修复系统的磁化反应器能够对污水进行磁化，使有机污染物在不添加化学剂情况下就能矿化，因为磁化产生的磁化效应会破坏污染物分子的化学键，使污染物分子断裂，由大变小，把污染物分子中的碳转化为二氧化碳，氮、磷等污染物转化为无机盐，污水经过磁化后进入人工湿地，会使人工湿地净化污水的效率增强，周期缩短，且通过设置防堵刷间歇性工作，能够防止滤网堵塞，通过时设有填充层备用腔，能够对填料进行快速更换，当填料淤堵时，停机时间短，操作迅速，更换快，提高经济效益。
湿地修复箱9为筒状结构，湿地修复箱9的内部设有交叉的隔板21，隔板21将活性炭填充层10与混合填充层5分为备用腔22和工作腔，湿地修复箱9的底部安装有电机二12，电机二12用于驱动隔板21使备用腔22与工作腔切换，湿地修复箱9的外侧壁上设有活动盖板17，活动盖板17的侧壁上连接有L形的连接杆18。湿地修复箱9的侧壁上固定有气缸19，气缸19的活塞杆与连接杆18连接，活动盖板17上设有两个加料口20，两个加料口20分别与混合填充层5和活性炭填充层10的备用腔22对应，通过人工设置10-15天电机一4工作，使备用腔22内的填料用于水净化工作，之后通过气缸19控制活动盖板17打开排出已用填料，并人工加满新的填料备用，能够防止填充层堵塞。
设于进水管周围的磁化反应器16为电磁式磁化反应器，更优选为磁场强度可调的电磁式磁化反应器，对进水管中水体进行磁化的磁场强度为50mT-1500mT，磁化时间为1min-120min，水流速度0.2m/min-10m/min，间歇时间为3h-240h，磁化反应器16对污水进行磁化，使有机污染物在不添加化学剂情况下就能矿化，因为磁化产生的磁化效应会破坏污染物分子的化学键，使污染物分子断裂，由大变小，把污染物分子中的碳转化为二氧化碳，氮、磷等污染物转化为无机盐，污水经过磁化后进入人工湿地，会使人工湿地净化污水的效率增强，周期缩短。
土壤层8上部种植有挺水植物，可选自水烛、荷花、碗莲、芦苇、香蒲、菰、芦竹、水竹、水葱、菖蒲、蒲苇、黑三菱等中的一种或者几种，混合填充层5填充直径为5～15mm的填料与铁屑的混合物，铁屑与填料的比例为1:3～1:8，其中，填料包括但不限于碎石、沸石、砾石、砂、煤渣、石灰石等，混合填充层5的磁化效应可以促进人工湿地中的植物根部周围形成氧化态的微环境，促进植物根系的生长，根系生长趋于成熟时继续施加磁化反应，促使植物吸附的污染物快速转化，打破最大生物量的限制，使污染物的去除速率仍能维持在一定的水平，同时土壤层8可防止填充层随水流逸出。
土壤层8、混合填充层5和活性炭填充层10之间均设有固定板6，固定板6上开设有直径0.5-2cm的导水孔，通过固定板6的设置能够防止对污水进行净化时，填充层内的填料随水流流出，保证填充层正常工作。
在使用时，污水在进入人工湿地前，先经过设有电磁式磁化反应器16的进水管，在磁化反应器的作用下，污水中的水以及有机污染物在短时间内迅速磁化，磁化作用破坏了分子之间的静电吸引力，一方面使水中原有的较长缔合分子链被截断为较短的缔合分子链和带电离子，使大的水分子团变成了小的水分子团或单个水分子，使水的活性得到提高，水分子的表面张力增强，水分子渗透力增强，水体透明度增高；另一方面，磁化会使有机污染物在不添加化学剂情况下就能矿化，因为磁化产生的磁化效应会破坏污染物分子的化学键，使污染物分子断裂，由大变小，把污染物分子中的碳转化为二氧化碳，氮、磷等污染物转化为无机盐，污水经过磁化后进入人工湿地，使人工湿地净化污水的效率增强，周期缩短，经滤网11过滤大颗粒杂质，防止填充层堵塞，污水依次通过活性炭填充层10和混合填充层5，活性炭能够吸附过滤污水中不溶性物质和可溶性物质，混合填充层5的磁化效应可以促进人工湿地中的植物根部周围形成氧化态的微环境，促进植物根系的生长，根系生长趋于成熟时继续施加磁化反应，促使植物吸附的污染物快速转化，打破最大生物量的限制，使污染物的去除速率仍能维持在一定的水平，同时土壤层8可防止填充层随水流逸出，通过人工设置1-2天电机二12工作驱动防堵刷1工作对滤网11进行清洁，防止滤网11堵塞，人工设置10-15天电机一4工作，使备用腔22内的填料用于水净化工作，之后通过气缸19控制活动盖板17打开排出已用填料，并人工加满新的填料备用，能够防止填充层堵塞。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种人工湿地水环境修复系统，包括湿地修复箱(9)和曝气沉降箱(15)，其特征在于：所述曝气沉降箱(15)固定在湿地修复箱(9)的下方并与其连通，所述曝气沉降箱(15)的内下部为沉降层(14)，所述曝气沉降箱(15)上设有进水管和排淤管(13)，所述进水管处设有磁化反应器(16)，所述曝气沉降箱(15)的内部设有滤网(11)，所述滤网(11)的下方设有活动的防堵刷(1)，所述曝气沉降箱(15)的侧壁上设有电机一(4)，所述电机一(4)的输出轴连接有螺杆(2)，所述防堵刷(1)通过螺杆(2)驱动，所述滤网(11)的上方设有曝气管(3)，所述湿地修复箱(9)由下而上依次设有活性炭填充层(10)、混合填充层(5)和土壤层(8)。
2.根据权利要求1所述的一种人工湿地水环境修复系统，其特征在于：所述湿地修复箱(9)为筒状结构，所述湿地修复箱(9)的内部设有交叉的隔板(21)，所述隔板(21)将活性炭填充层(10)与混合填充层(5)分为备用腔(22)和工作腔，所述湿地修复箱(9)的底部安装有电机二(12)，所述电机二(12)用于驱动隔板(21)使备用腔(22)与工作腔切换，所述湿地修复箱(9)的外侧壁上设有活动盖板(17)，所述活动盖板(17)的侧壁上连接有L形的连接杆(18)。所述湿地修复箱(9)的侧壁上固定有气缸(19)，所述气缸(19)的活塞杆与连接杆(18)连接，所述活动盖板(17)上设有两个加料口(20)，两个所述加料口(20)分别与混合填充层(5)和活性炭填充层(10)的备用腔(22)对应。
3.根据权利要求1所述的一种人工湿地水环境修复系统，其特征在于：所述设于进水管周围的磁化反应器(16)为电磁式磁化反应器，更优选为磁场强度可调的电磁式磁化反应器，对进水管中水体进行磁化的磁场强度为50mT-1500mT，磁化时间为1min-120min，水流速度0.2m/min-10m/min，间歇时间为3h-240h。
4.根据权利要求1所述的一种人工湿地水环境修复系统，其特征在于：所述土壤层(8)上部种植有挺水植物，可选自水烛、荷花、碗莲、芦苇、香蒲、菰、芦竹、水竹、水葱、菖蒲、蒲苇、黑三菱等中的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的一种人工湿地水环境修复系统，其特征在于：所述混合填充层(5)填充直径为5～15mm的填料与铁屑的混合物，铁屑与填料的比例为1:3～1:8，其中，所述填料包括但不限于碎石、沸石、砾石、砂、煤渣、石灰石等。
6.根据权利要求1所述的一种人工湿地水环境修复系统，其特征在于：所述土壤层(8)、混合填充层(5)和活性炭填充层(10)之间均设有固定板(6)，所述固定板(6)上开设有直径0.5-2cm的导水孔。
7.根据权利要求1所述的一种人工湿地水环境修复系统，其特征在于：所述待处理水体(也可称为污水)可为水质为Ⅱ-Ⅴ类的水体，包括但不限于富营养化水体、黑臭水体、景观水体等。
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