CN113336333A - 用于研究人工湿地净水能力的模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，属于人工湿地模拟技术领域，包括包括密封罩、储水槽、填料层、水生植物、曝气模块、季节模拟模块以及配套的控制器。其中，储水槽设置在密封罩内。填料层铺设在储水槽的底面上。水生植物设置于填料层上方。曝气模块包括空气输送机、多个柔性管及多组曝气组件。多个曝气组件用于在竖直方向上贯穿填料层，以进行曝气工作。季节模拟模块用于模拟不同的季节。本发明提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统通过设置的曝气模块，能够保证填料层各处的含氧量均匀，而且能够适应在人工湿度模拟建设前曝气器数量及密度的任意设置，结构简单，实用性强。

Description

用于研究人工湿地净水能力的模拟系统

技术领域

本发明属于人工湿地模拟技术领域，更具体地说，是涉及一种用于研究人工湿地净水能力的模拟系统。

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。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。为了保证人工湿地的有效使用，建造前通常会在实验室对人工湿地的净化能力进行模拟，以确定人工湿地自身及各环境因素对其净化能力的影响。对于人工湿地模拟，因为涉及微生物的生存环境模拟，通常要在水池的底部填料中设置曝气器，通过增加填料的含氧量，以丰富好氧微生物的种类和数量，以保证氨氮的硝化。

现有技术中，曝气器通常在填料的铺设过程中沿着水平方向设置，且沿着竖直方向设置多层，该种结构只能使单排的曝气器设置在个别填料层中，而对于其它填料层，因无曝气作用而使含氧量较低，最终导致生态模拟实验数据不准确，模拟效果较差。另外，因为填料的含氧量与曝气器的位置及密度有关，而水平设置的曝气器，通常为固定式结构，曝气器的位置及密度无法进行根据实际使用而进行调节，当第一次模拟结束并进行第二次模拟时，只能够重新制作适配的曝气器进行更换，该种方式无法随着实验的进行及时调整，适应性差，模拟效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，旨在解决现有的人工湿地模拟系统中曝气器固定且分层布置而导致的模拟效果差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，包括：

密封罩；

储水槽，设置在所述密封罩内，用于储水；所述储水槽为长方槽结构，具有长度方向和宽度方向；

填料层，铺设在所述储水槽的底面上；

水生植物，设置于所述填料层上方；

曝气模块，包括空气输送机、多个柔性管及多组曝气组件；所述空气输送机设置在所述储水池外部，具有多个输出口；多个柔性管与多个所述曝气组件一一对应设置，且每个所述柔性管的一端与其中一个所述输出口相连通，另一端于对应的所述曝气组件相连通；多个所述曝气组件均设置在所述储水槽中，多个所述曝气组件均沿着所述长度方向设置，且多组所述曝气组件沿着所述宽度方向间隔设置；多组所述曝气组件位于所述填料层中，用于在竖直方向上贯穿所述填料层，以进行曝气工作；

季节模拟模块，设置在所述密封罩内部，用于改变所述密封罩内的光照强度、温度及湿度，以模拟季节变换；以及

配套的控制器。

作为本申请另一实施例，每组所述曝气组件包括：

固定管，沿着竖直方向设置，且固设在所述储水槽的其中一个内壁面上，顶端与对应的所述柔性管相连通，底端延伸至所述储水槽底部；

三通接头，设有多个，多个所述三通接头均设置在所述储水池底面上，且多个所述三通接头沿着所述长度方向间隔设置；每个所述三通接头具有相互连通的进气口、第一出气口及第二出气口；其中一个所述三通接头的进气口与所述固定管的底端相连通；

挠性伸缩管，设有多个，多个所述挠性伸缩管分别设置在相邻的两个所述三通接头之间，每个所述挠性伸缩管分别与对应的两个所述三通接头的第一出气口和第一进气口可拆卸式连接，且相连通，所述挠性伸缩管用于伸缩，以改变相邻的两个所述三通接头的间隔距离；

盖子，用于封堵在远离所述固定管的所述三通接头的第二出气口处，且与对应的所述第二出气口可拆卸式连接；以及

曝气器，设有多个，多个所述曝气器与多个所述三通接头一一对应设置，每个所述曝气器均沿着竖直方向设置，且固设在对应的所述三通接头上，并与所述第二出气口可拆卸连接，且相连通。

作为本申请另一实施例，所述三通接头为T型三通接头；所述进气口与所述第一出气口的轴线共线，且沿着所述长度方向设置；所述第二出气口的轴线沿着竖直方向设置。

作为本申请另一实施例，每个所述三通接头的所述进气口及所述第一出气口均设有第一内螺纹结构；

所述挠性伸缩管的两端设有与所述第一内螺纹相适配的第一外螺纹结构。

作为本申请另一实施例，每个所述三通接头的所述第二出气口设有第二内螺纹结构；

所述曝气器为管式微孔曝气器，一端设有与所述第二内螺纹结构螺纹连接的第二外螺纹结构。

作为本申请另一实施例，每个所述曝气组件还包括安装底座，所述安装底座设有多个，多个所述安装底座与多个所述三通接头一一对应设置，用于安置在所述储水槽的底面上，以对三通接头进行支撑。

作为本申请另一实施例，所述储水槽上设有第一排水口及第二排水口；所述第一排水口设置在所述填料层的上方，用于所述填料上方的水流出；所述第二排水口设置在所述储水槽的底端，用于渗入至所述填料底部的水流出。

作为本申请另一实施例，所述季节模拟模块包括：

光照模拟件，固设在所述密封罩的顶部，且与所述控制器电性连接，用于模拟不同季节的光照强度；

湿度模拟组件，包括湿度感应器及加湿器；所述湿度感应器及所述加湿器均与所述控制器电性连接，用于模拟不同季节环境的湿度；

温度模拟组件，包括第一温度感应器、第二温度感应器及增温组件；所述第一温度感应器固设在所述储水槽中，以测定所述储水槽内水的温度；所述第二温度感应器股设在所述密封罩内，用于测定所述密封罩内空气的温度；所述增温组件固设在所述密封罩上，用于模拟不同季节的温度变化；以及

空调，设置在所述密封罩的内部，用于对所述密封罩内外的空气进行交换，且在密封罩内的温度升高后进行降温，和/或湿度较大时进行去湿。

本发明提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明用于研究人工湿地净水能力的模拟系统通过设置的密封罩，能够将储水池与外接进行分隔，保证季节模拟模块对季节变化的准确调节，便于对季节变化下人工湿地进水能力的研究。储水槽设置的填料和水生植物可模拟人工湿地，能够便于研究填料及水生植物对净水能力的影响。曝气模块可在竖直方向贯穿填料层，在竖直方向上对填料层进行曝气，保证填料层溶解气体的均匀性，以最大限度的增加填料层的含氧量，进而丰富好氧微生物的种类和数量，以研究季节变化下微生物的净水效果，进而保证人工湿地的模拟效果。而且多组曝气组件便于增加或减少，能够便于在建设时对曝气组件的密度进行随机变化，适应性强。本发明提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统通过设置的曝气模块，能够保证填料层各处的含氧量均匀，而且能够适应在人工湿度模拟建设前曝气器数量及密度的任意设置，结构简单，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的曝气模块结构示意图；

图3为本发明实施例提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的曝气组件结构示意图；

图中：10、密封罩；20、储水槽；21、第一排水口；22、第二排水口；30、填料层；40、水生植物；50、曝气模块；51、空气输送机；52、柔性管；53、曝气组件；531、固定管；532、三通接头；533、挠性伸缩管；534、盖子；535、曝气器；536、安装底座；60、季节模拟模块；61、光照模拟件；62、加湿器；63、增温组件；64、空调。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统进行说明。所述用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，包括密封罩10、储水槽20、填料层30、水生植物40、曝气模块50、季节模拟模块60以及配套的控制器。其中，储水槽20设置在密封罩10内，用于储水。储水槽20为长方槽，具有长度方向和宽度方向。填料层30铺设在储水槽20的底面上。水生植物40设置于填料层30上方。曝气模块50包括空气输送机51、多个柔性管52及多组曝气组件53。空气输送机51设置在储水池外部，具有多个输出口。多个柔性管52与多个曝气组件53一一对应设置，且每个柔性管52的一端与其中一个输出口相连通，另一端于对应的曝气组件53相连通。多个曝气组件53均设置在储水槽20中，多个曝气组件53均沿着长度方向设置，且多组曝气组件53沿着宽度方向间隔设置；多组曝气组件53位于填料层30中，用于在竖直方向上贯穿填料层30，以进行曝气工作。季节模拟模块60设置在密封罩10内部，用于改变密封罩10内的光照强度、温度及湿度，以模拟季节变换。

本发明提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，与现有技术相比，本发明用于研究人工湿地净水能力的模拟系统通过设置的密封罩10，能够将储水池与外接进行分隔，保证季节模拟模块60对季节变化的准确调节，便于对季节变化下人工湿地进水能力的研究。储水槽20设置的填料和水生植物40可模拟人工湿地，能够便于研究填料及水生植物40对净水能力的影响。曝气模块50可在竖直方向贯穿填料层30，在竖直方向上对填料层30进行曝气，保证填料层30溶解气体的均匀性，以最大限度的增加填料层30的含氧量，进而丰富好氧微生物的种类和数量，以研究季节变化下微生物的净水效果，进而保证人工湿地的模拟效果。而且多组曝气组件53便于增加或减少，能够便于在建设时对曝气组件53的密度进行随机变化，适应性强。本发明提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统通过设置的曝气模块50，能够保证填料层30各处的含氧量均匀，而且能够适应在人工湿度模拟建设前曝气器535数量及密度的任意设置，结构简单，实用性强。

填料层30设有多层，自下至上可依次为：火山石、陶粒、碎石、细沙及土壤；其直径依次减小。填料层30的设置可在实验时随机选取布置，不限上述的填料。

水生植物40优选为水葫芦、慈姑及鸭舌草等，其根茎均在水面以下。

使用时，通过向储水槽20中倒入定量的污水，根据季节模拟模块60模拟的不同季节，在相同的时间间隔分别取储水槽20中的水进行检测，以研究人工湿地在不同季节下的净水能力。

作为本发明提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图3，每组曝气组件53包括固定管531、三通接头532、挠性伸缩管533、盖子534以及曝气器535。其中，固定管531沿着竖直方向设置，且固设在储水槽20的其中一个内壁面上，顶端与对应的柔性管52相连通，底端延伸至储水槽20底部。三通接头532设有多个，多个三通接头532均设置在储水池底面上，且多个三通接头532沿着长度方向间隔设置；每个三通接头532具有相互连通的进气口、第一出气口及第二出气口；其中一个三通接头532的进气口与固定管531的底端相连通。挠性伸缩管533设有多个，多个挠性伸缩管533分别设置在相邻的两个三通接头532之间，且每个挠性伸缩管533分别与对应的两个三通接头532的第一出气口和第一进气口相连通，挠性伸缩管533用于伸缩，以改变相邻的两个三通接头532的间隔距离。盖子534用于设置在远离固定管531的三通接头532的第二出气口处。曝气器535设有多个，多个曝气器535与多个三通接头532一一对应设置，每个曝气器535均沿着竖直方向设置，且固设在对应的三通接头532上，并与第二出气口相连通。

多组曝气组件53中的曝气器535均沿着竖直方向设置，可贯穿各层填料，而且曝气器535在储水槽20中形成矩阵结构，能够保证填料的气体溶解均匀性，进而保证模拟实验的效果。

本实施例中，在一次模拟实验结束后并进行第二次模拟实验前，且需要改变各个曝气器535的密度时，可在长度方向或宽度方向对其变换。变换方式为：当在宽度方向进行变换时，需调节各个曝气组件53的间隔距离，并且增加曝气组件53，每个曝气组件53均通过柔性管52与输出口相连通。当在长度方向进行变换时，通过伸缩柔性管52改变相连的三通接头532的间隔距离。当三通接头532与挠性伸缩管533的整体长度较长后，可去除多余的部分，并且通过盖子534对三通封头进行封堵；当三通接头532与挠性伸缩管533的整体长度较短后，可增加相应的挠性伸缩管533及三通接头532，并通过盖子534进行封堵。该种结构能够适应每次实验前对曝气器535数量及密度的及时调节，结构简单，实用性强。

作为本发明实施例所提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图3，三通接头532为T型三通接头532；进气口与第一出气口的轴线共线，且沿着长度方向设置；第二出气口的轴线沿着竖直方向设置。该种结构可保证三通接头532与相邻的三通接头532的连接，而且便于曝气器535的竖直设置。另外，该种结构还可保证曝气组件53的布置，结构简单，实用性强。

优选的，三通接头532的材质为PVC塑料材质。

作为本发明实施例所提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图3，每个三通接头532的进气口及第一出气口均设有第一内螺纹结构，挠性伸缩管533的两端设有与第一内螺纹相适配的第一外螺纹结构。螺纹结构可便于拆装，进而保证对曝气器535数量及密度的变换，保证及时的改变，适应不同的模拟实验。

作为本发明实施例所提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图3，每个三通接头532的第二出气口设有第二内螺纹结构，曝气器535为管式微孔曝气器535，一端设有与第二内螺纹结构螺纹连接的第二外螺纹结构。螺纹结构可便于拆装，进而保证对曝气器535的拆卸更换或维护，保证适应不同的模拟实验。

作为本发明实施例所提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图3，每个曝气组件53还包括安装底座536，安装底座536设有多个，多个安装底座536与多个三通接头532一一对应设置，用于安置在储水槽20的底面上，以对三通接头532进行支撑。安装底座536可保证曝气器535能够稳定的竖直设置，安装底座536可为长方体块，在长方体块上设置于三通接头532外周面适配的弧形槽，其结构简单，实用性强。

作为本发明实施例所提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图3，储水槽20上设有第一排水口21及第二排水口22；第一排水口21设置在填料层30的上方，用于填料上方的水流出；第二排水口22设置在储水槽20的底端，用于渗入至填料底部的水流出。第一排水口21可便于对填料上方的水质进行研究，第二排水口22可便于对经过填料层30后的水质进行研究。

需要说明的是，第一排水口21及第二排水口22上均设有开闭阀门。便于定期取样，例如每六个小时取样一次。

作为本发明实施例所提供的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图3，季节模拟模块60包括光照模拟件61、湿度模拟组件、温度模拟组件以及空调64。其中，光照模拟件61固设在密封罩10的顶部，且与控制器电性连接，用于模拟不同季节的光照强度。湿度模拟组件包括湿度感应器及加湿器62；湿度感应器及加湿器62均与控制器电性连接，用于模拟不同季节环境的湿度。温度模拟组件包括第一温度感应器、第二温度感应器及增温组件63；第一温度感应器固设在储水槽20中，以测定储水槽20内水的温度；第二温度感应器股设在密封罩10内，用于测定密封罩10内空气的温度；增温组件63固设在密封罩10上，用于模拟不同季节的温度变化。空调64设置在密封罩10的内部，用于对密封罩10内外的空气进行交换，且在密封罩10内的温度升高后进行降温，和/或湿度较大时进行去湿。

季节模拟模块60的具体工作过程为：

首先，光照模拟件61可为日关灯；空调64为具有新风功能的空调64，其外机设置在密封罩10的外部；密封罩10可为玻璃罩，并设有供工作人员进出的密封门；为了保证生态环境的构建更真实，可在密封罩10内布置绿植。另外，增温组件63可为在水槽外壁设置加热夹套和密封罩10内设置的电加热器。

夏季为例：当模拟夏季时，需采集当地夏季的平均光照强度、平均空气湿度、平均水温及平均空气温度。通过加湿器62在密封罩10内进行增湿，并且通过湿度感应器测定及控制器来调控加湿器62的开闭，保证密封罩10内的湿度保持恒定，当湿度过高后，可通过空调64的去湿功能实现湿度的恒定。当出水槽内水的温度较低后，可通过加热夹套实现水温的升高，并且通过第一温度感应器及控制器进行准确调控，保证储水槽20内的水温保持恒定。空气温度可通过空调64及电加热器协同作用来调节。总之，通过对控制器输入相应的数值，控制器与光照模拟组件、湿度模拟组件以及温度模拟组件协同作用，以模拟实际的季节参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，其特征在于，包括：

密封罩；

储水槽，设置在所述密封罩内，用于储水；所述储水槽为长方槽结构，具有长度方向和宽度方向；

填料层，铺设在所述储水槽的底面上；

水生植物，设置于所述填料层上方；

曝气模块，包括空气输送机、多个柔性管及多组曝气组件；所述空气输送机设置在所述储水池外部，具有多个输出口；多个柔性管与多个所述曝气组件一一对应设置，且每个所述柔性管的一端与其中一个所述输出口相连通，另一端于对应的所述曝气组件相连通；多个所述曝气组件均设置在所述储水槽中，多个所述曝气组件均沿着所述长度方向设置，且多组所述曝气组件沿着所述宽度方向间隔设置；多组所述曝气组件位于所述填料层中，用于在竖直方向上贯穿所述填料层，以进行曝气工作；

季节模拟模块，设置在所述密封罩内部，用于改变所述密封罩内的光照强度、温度及湿度，以模拟季节变换；以及

配套的控制器。

2.如权利要求1所述的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，其特征在于，每组所述曝气组件包括：

固定管，沿着竖直方向设置，且固设在所述储水槽的其中一个内壁面上，顶端与对应的所述柔性管相连通，底端延伸至所述储水槽底部；

三通接头，设有多个，多个所述三通接头均设置在所述储水池底面上，且多个所述三通接头沿着所述长度方向间隔设置；每个所述三通接头具有相互连通的进气口、第一出气口及第二出气口；其中一个所述三通接头的进气口与所述固定管的底端相连通；

挠性伸缩管，设有多个，多个所述挠性伸缩管分别设置在相邻的两个所述三通接头之间，每个所述挠性伸缩管分别与对应的两个所述三通接头的第一出气口和第一进气口可拆卸式连接，且相连通，所述挠性伸缩管用于伸缩，以改变相邻的两个所述三通接头的间隔距离；

盖子，用于封堵在远离所述固定管的所述三通接头的第二出气口处，且与对应的所述第二出气口可拆卸式连接；以及

曝气器，设有多个，多个所述曝气器与多个所述三通接头一一对应设置，每个所述曝气器均沿着竖直方向设置，且固设在对应的所述三通接头上，并与所述第二出气口可拆卸连接，且相连通。

3.如权利要求2所述的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，其特征在于，所述三通接头为T型三通接头；所述进气口与所述第一出气口的轴线共线，且沿着所述长度方向设置；所述第二出气口的轴线沿着竖直方向设置。

4.如权利要求3所述的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，其特征在于，每个所述三通接头的所述进气口及所述第一出气口均设有第一内螺纹结构；

所述挠性伸缩管的两端设有与所述第一内螺纹相适配的第一外螺纹结构。

5.如权利要求4所述的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，其特征在于，每个所述三通接头的所述第二出气口设有第二内螺纹结构；

所述曝气器为管式微孔曝气器，一端设有与所述第二内螺纹结构螺纹连接的第二外螺纹结构。

6.如权利要求2所述的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，其特征在于，每个所述曝气组件还包括安装底座，所述安装底座设有多个，多个所述安装底座与多个所述三通接头一一对应设置，用于安置在所述储水槽的底面上，以对三通接头进行支撑。

7.如权利要求1所述的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，其特征在于，所述储水槽上设有第一排水口及第二排水口；所述第一排水口设置在所述填料层的上方，用于所述填料上方的水流出；所述第二排水口设置在所述储水槽的底端，用于渗入至所述填料底部的水流出。

8.如权利要求1-7任一项所述的用于研究人工湿地净水能力的模拟系统，其特征在于，所述季节模拟模块包括：

光照模拟件，固设在所述密封罩的顶部，且与所述控制器电性连接，用于模拟不同季节的光照强度；

湿度模拟组件，包括湿度感应器及加湿器；所述湿度感应器及所述加湿器均与所述控制器电性连接，用于模拟不同季节环境的湿度；

温度模拟组件，包括第一温度感应器、第二温度感应器及增温组件；所述第一温度感应器固设在所述储水槽中，以测定所述储水槽内水的温度；所述第二温度感应器股设在所述密封罩内，用于测定所述密封罩内空气的温度；所述增温组件固设在所述密封罩上，用于模拟不同季节的温度变化；以及

空调，设置在所述密封罩的内部，用于对所述密封罩内外的空气进行交换，且在密封罩内的温度升高后进行降温，和/或湿度较大时进行去湿。

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