CN113772902A

CN113772902A - 基于深水船舱式的人工湿地处理系统

Info

Publication number: CN113772902A
Application number: CN202111240900.XA
Authority: CN
Inventors: 张萌; 吴俊伟; 周慜; 李铭书; 冯兵; 刘足根; 王启沛; 姚娜
Original assignee: Jiangxi Academy Of Eco Environmental Science And Planning
Current assignee: Jiangxi Academy Of Eco Environmental Science And Planning
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2021-12-10
Also published as: US20230130843A1

Abstract

本发明提供了一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，包括：船舱本体、进水子系统、排水子系统、微曝气子系统及过滤刮板子系统；微曝气子系统包括微孔曝气管和鼓风机；船舱本体内填充有组合填料；微孔曝气管设置在船舱本体底部；过滤刮板子系统设置在组合填料上面；进水子系统用于将待净化污水引入到过滤刮板子系统上；过滤刮板子系统用于对待净化污水进行过滤处理，得到过滤杂质和一次过滤后的水，并将过滤杂质运输至指定区域，将一次过滤后的水引入到组合填料上；排水子系统用于将位于微孔曝气管区域处的净化水排出船舱本体外。本发明能够在不占用待净化水域旁侧土地的基础上，实现水体去富营养化目的。

Description

基于深水船舱式的人工湿地处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统。

背景技术

当前，水体富营养化是全球性的生态学问题。针对大量浅水湖泊的富营养化治理与湖泊生态修复的现实需要，开展浅水湖泊的生态恢复以及水华的相关治理意义重大，所带来的生态服务功能和重获的服务价值将更趋重要。

目前针对河湖生态修复的技术主要有沉水植被修复、植物群落镶嵌、人工湿地处理、人工浮岛、底泥疏浚、水华防治与水质净化、蓝藻收集浓聚、鱼类群落结构调控等技术；其中，人工湿地处理技术作为一种污水处理成熟技术，被广泛应用于岸上污水处理，部分用于河流支浜的水质净化。由于人工湿地处理技术所应用的工程建设与运行成本低、便于维护，受到广泛重视和全面推广，在富营养化水体治理需求日益增大背景下，其在河湖原位治理上存在广阔的应用空间。然而，河湖系统因水位波动大，环境敏感且水质要求日益提高，周边可用土地等因素的限制，阻碍了人工湿地技术在河湖治理上的发展。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有水体富营养化原位治理技术存在的缺点和不足，提供了一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，以在不占用待净化水域旁侧土地的基础上，实现水体去富营养化目的。其中，本发明适用范围为富营养化水体污染物生态拦截和水质改善以及分散式污水处理。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，包括：船舱本体、进水子系统、排水子系统、微曝气子系统以及过滤刮板子系统；所述微曝气子系统包括微孔曝气管以及通过连接管与所述微孔曝气管连接的鼓风机；所述船舱本体内填充有组合填料；

所述微孔曝气管设置在所述船舱本体内，且所述微孔曝气管位于所述组合填料与所述船舱本体底部之间；

所述过滤刮板子系统设置在所述组合填料上面；

所述进水子系统用于将待净化污水引入到所述过滤刮板子系统上；

所述过滤刮板子系统用于对所述待净化污水进行过滤处理，得到过滤杂质和一次过滤后的水，并将所述过滤杂质运输至指定区域，将所述一次过滤后的水引入到所述组合填料上；

所述排水子系统用于将位于微孔曝气管区域处的净化水排出所述船舱本体外；

工作时，所述船舱本体移动至待净化水域，所述进水子系统将所述待净化水域中的待净化污水引入到所述过滤刮板子系统上，经过所述过滤刮板子系统过滤处理后，一次过滤后的水流入至所述组合填料上；经过所述组合填料二次过滤后，得到的二次过滤后的水流入所述微孔曝气管区域内，所述鼓风机通过所述连接管将气体吹入所述微孔曝气管中，采用水气相向运行方式，对所述二次过滤后的水进行净化处理，得到净化水；所述排水子系统将位于所述微孔曝气管区域处的净化水排出所述船舱本体外。

可选的，所述进水子系统包括潜水泵和进水管；所述潜水泵位于所述船舱本体的外侧；所述进水管的一端与所述潜水泵连通，所述进水管的另一端与所述过滤刮板子系统连通；

在工作时，所述潜水泵将待净化污水从待净化水域中抽取并通过所述进水管流入所述过滤刮板子系统内。

可选的，还包括：水生生物逃生子系统；

所述过滤刮板子系统包括过滤层，以及设置在所述过滤层上的旋转刮板和动物藻渣分离器；

所述旋转刮板用于将残留在所述过滤层上的过滤杂质移动至所述动物藻渣分离器内；

所述动物藻渣分离器用于将所述过滤杂质进行分类，得到动物类生物和藻类生物，并将所述动物类生物和所述藻类生物运输至所述水生生物逃生子系统；

所述水生生物逃生子系统用于将所述动物类生物放生，将所述藻类生物存放至指定区域。

可选的，还包括：设置在所述船舱本体内的有机玻璃框架结构；所述有机玻璃框架结构用于盛放组合填料；

所述组合填料从上至下依次包括废红砖颗粒、生物质碳、生物页岩陶粒和分子筛多孔材料。

可选的，所述排水子系统为射流式排水子系统；所述排水子系统包括潜水泵、排水管和射流喷头；

所述潜水泵位于所述微孔曝气管区域内；所述排水管的一端与所述潜水泵连通，所述排水管的另一端与所述射流喷头连通；其中，所述射流喷头位于所述过滤刮板子系统上。

可选的，还包括集水布水子系统和活动式植物种植子系统；

所述集水布水子系统包括斗式集水槽，以及布置在所述斗式集水槽内的滴漏式布水软管和椰树纤维棕垫；所述活动式植物种植子系统包括种植在所述斗式集水槽内的氮磷富集性灌木植物；

工作时，一次过滤后的水流入所述斗式集水槽内，通过所述氮磷富集性灌木植物将所述斗式集水槽内的水进行吸附拦截处理后流入至所述组合填料上。

可选的，还包括设置在所述活动式植物种植子系统上的保护罩子系统。

可选的，还包括安装在船舱本体边沿区域上且位于保护罩子系统外侧的的太阳能光伏发电子系统和船载风能发电子系统。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统。在工作时，所述船舱本体移动至待净化水域，不占用待净化水域旁侧的土地，符合实际需求。所述进水子系统将所述待净化水域中的待净化污水引入到所述过滤刮板子系统上，经过所述过滤刮板子系统过滤处理后，一次过滤后的水流入至所述组合填料上；经过所述组合填料二次过滤后，得到的二次过滤后的水流入所述微孔曝气管区域内，所述鼓风机通过所述连接管将气体吹入所述微孔曝气管中，采用水气相向运行方式，对所述二次过滤后的水进行净化处理，得到净化水；所述排水子系统将位于所述微孔曝气管区域处的净化水排出所述船舱本体外，即经过过滤刮板子系统、组合填料和微曝气子系统，实现多重过滤净化操作，进而实现水体去富营养化目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于深水船舱式的人工湿地处理系统的结构示意图；

图2为本发明基于深水船舱式的人工湿地处理系统的实物图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

人工湿地技术虽然是一项具有广阔应用前景的污水处理技术，但在推广使用中存在一定的问题，主要表现在：一是，湿地水力负荷有限，导致湿地占地面积较大，与常规污水处理工艺相比较，人工湿地占地面积至少要大一倍，使其在用地紧张或者地价较高的地方难以推广；二是，随着湿地运行时间的延长，部分营养物质会逐渐积累，如果维护不当，很容易产生淤积、阻塞、堵塞现象，使水力传导性、湿地处理效率和运行寿命降低；三是，随着污水处理过程的不断运行，数年后基质的吸附能力会趋于饱和，也会影响湿地的处理效果；四是，水生植物和微生物的生存需要一定的水来维持，因此人工湿地难以抵抗干旱气候；五是，一些设计建造或者维护管理不合理的潜流湿地会造成表面积水；六是，表面流湿地有较大的水面，会造成大量蚊蝇滋生，威胁湿地周边人群的健康；七是，由于人工湿地存在一定的缺氧和厌氧区，某些厌氧反应物(如H₂S、嗅味物质)会扩散到空气中进而造成臭味扩散；八是，较低的气温可使湿地系统各种生物活性减弱，低温期间生长停滞或死亡的植物对湿地的释氧能力降低甚至不释放氧气，从而降低或丧失了对废水的净化能力；九是，存在湿地植物病虫害、火灾以及自身生长周期、有关维护、修复和管理等问题；十是，在其他领域的创新性应用等。

由于人工湿地技术的提出和发展还为时尚短，技术发展仍不能适应目前的社会需求。在人工湿地的应用中，主要依赖于经验，且有过分放任自然条件，忽视人工强化的倾向，因而影响了可实现的不同负荷处理效果，如：适合不同地区条件的水生植物种类的最佳组合和立体交叉，对工艺的预处理、后处理、分布、集水等流程化，对床基材料的科学配置、湿地结构型及潜、表水层的交替流态特征及其设计理论、方法等研究甚少，缺少系统性和完整性。富营养化水体除了氮磷污染较重外，水体低氧问题、水华风险问题也比较突出，水体曝气是解决水下低氧的重要手段；水体中水华藻类等生物悬浮物、水体中的中型水生动物等需要在原位处理过程中进行截留、过滤或区别化逃逸保护，目前在水体富营养化治理中还未见到如此复杂、生态化、智能化的净化系统。

为推动水体富营养化的治理，更高效实用地治理水生态系统(湖泊、河流以及水库等)静水区域的富营养化问题或水华风险问题，本发明推出一种采用复合曝气-智能截留-垂直流的人工湿地处理系统及其处理运行方法，是一种新的河湖富营养化水体原位长时序治理技术、装备及其应用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例的目的就在于克服现有水体富营养化原位治理技术存在的缺点和不足，提供了一种新型的基于深水船舱式的复合微曝气-高效截留-垂直流的人工湿地处理系统，特别涉及到一种新的河湖富营养化水体原位长时序治理技术、装备及其应用。

如图1所示，本实施例提供的一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，包括船舱本体1、进水子系统2、排水子系统3、微曝气子系统5以及过滤刮板子系统6；所述微曝气子系统8包括微孔曝气管以及通过连接管与所述微孔曝气管连接的鼓风机；所述船舱本体1内填充有组合填料4。

所述微孔曝气管设置在所述船舱本体1内，且所述微孔曝气管位于所述组合填料4与所述船舱本体1底部之间。

所述过滤刮板子系统6设置在所述组合填料上面。

所述进水子系统2用于将待净化污水引入到所述过滤刮板子系统上。

所述过滤刮板子系统6用于对所述待净化污水进行过滤处理，得到过滤杂质和一次过滤后的水，并将所述过滤杂质运输至指定区域，将所述一次过滤后的水引入到所述组合填料上。

所述排水子系统3用于将位于微孔曝气管区域处的净化水排出所述船舱本体外。

进一步地，本实施例所述的船舱本体为入水深度0.5m～3m的船体结构，可采用退役的耐腐蚀铁质运输船进行改造，该船舱本体的大小是根据处理水域的面积或水深来确定，该船舱本体设置有动力系统、螺旋推动系统、方向控制盘、定锚装置等。

进一步地，本实施例所述的进水子系统位于所述船舱本体外的两侧，该进水子系统包括潜水泵(取水深度为表层～6m，可调节)和具有计量阀的进水管。所述潜水泵位于所述船舱本体外的两侧处；所述进水管的一端与所述潜水泵连通，所述进水管的另一端与所述过滤刮板子系统连通

工作时，将潜水泵设置在所述船舱本体外的两侧处，且位于待净化水域内或者待净化湖库内；通过潜水泵工作，将待净化污水从待净化水域或者待净化湖库中抽取并通过具有计量阀的进水管流入过滤刮板子系统内。

进一步地，本实施例提供的人工湿地处理系统还包括水生生物逃生子系统。所述过滤刮板子系统包括过滤层，以及设置在所述过滤层上的旋转刮板(前端设置有毛刷)、动物藻渣分离器和藻类消杀槽(过氧化氢浓度10～80mg/L)。其中，在垂向空间方向，过滤层自上而下依次包括PP棉过滤网、100～200目天然棉布过滤网和5～20目的钢丝网。

所述旋转刮板用于将残留在所述过滤层上的过滤杂质移动至所述动物藻渣分离器内；所述动物藻渣分离器用于将所述过滤杂质进行分类，得到动物类生物和藻类生物，并将所述动物类生物和所述藻类生物运输至所述水生生物逃生子系统；所述水生生物逃生子系统用于将所述动物类生物放生，将所述藻类生物存放至指定区域。其中，该水生生物逃生子系统包括逃生槽、单向诱捕笼和水草暂存缸。

在工作时，通过旋转刮板将过滤层上残留的杂质运输至动物藻渣分离器内，通过动物藻渣分离器将动物类生物和藻类生物分离，然后将动物类生物通过逃生槽放入水域中或者通过单向诱捕笼暂存，将藻类生物运输至水草暂存缸；其中，水草暂存缸设置有藻类消杀槽。

进一步地，本实施例提供的人工湿地处理系统还包括设置在所述船舱本体内的有机玻璃框架结构；所述有机玻璃框架结构用于盛放组合填料。

在垂向空间方向，该组合填料自上而下模块式包括4层填料，分别为填料11——废红砖颗粒2～10mm、填料12——生物质碳、填料13——生物页岩陶粒、填料14——分子筛多孔材料。

有机玻璃框架结构的衬底和隔层的材质为椰树纤维材质；有机玻璃框架结构包括不锈钢构架和有机玻璃。

有机玻璃框架结构采用模块化的组件(尺寸：长3～5m，宽1～2m，高2～5m)，一般设置的组件有2～8个。

工作时，一次过滤后的水从填料11(废红砖颗粒2～10mm)依次流向填料12(生物质炭)、填料13(生物页岩陶粒)、填料14(分子筛多孔材料)。进一步地，曝气是指将空气中的氧强制向液体中转移的过程，其目的是获得足够的溶解氧。此外，曝气还有防止悬浮体下沉，加强有机物与微生物及溶解氧接触的目的，从而保证池内微生物在有充足溶解氧的条件下，对污水中有机物的氧化分解作用。

本实施例所述的微孔曝气管为蜂窝陶瓷曝气管，蜂窝陶瓷曝气管设置在船舱本体底部，采用水气相向运行的方式，提高处理水体与微气泡的接触面积和概率。

进一步地，本实施例所述的排水子系统为射流式排水子系统；所述排水子系统包括音乐喷泉式射流喷头、阀门、潜水泵、具有计量阀的排水管等；所述潜水泵位于所述微孔曝气管区域内；所述排水管的一端与所述潜水泵连通，所述排水管的另一端与所述射流喷头连通；其中，所述射流喷头位于所述过滤刮板子系统上。

工作时，通过潜水泵将位于微孔曝气管区域处的净化水抽取，通过排水管，音乐喷泉式射流喷头排出船舱本体外。

进一步地，本实施例提供的人工湿地处理系统还包括集水布水子系统和活动式植物种植子系统。

所述集水布水子系统包括斗式集水槽以及布置在所述斗式集水槽内的滴漏式布水软管和椰树纤维棕垫；所述活动式植物种植子系统包括种植在所述斗式集水槽内的氮磷富集性灌木植物(栀子、胡枝子、双荚决明)、草本植物(番茄、类芦、虉草、纸莎草)和养殖在所述斗式集水槽内的泥鳅等。

在活动式植物种植子系统内，设置富集性灌木和草本植物镶嵌组合进行二次吸附拦截，由香蒲等植物根据错开堆放的空间间隙设置植物种植孔。

进一步地，本实施例提供的人工湿地处理系统还包括设置在所述活动式植物种植子系统上保温罩子系统；该保温罩子系统包括可半开合的钢化玻璃罩、钢构、可拉伸与可开合PVC透明卷帘、排气扇、照明组件。

本实施例提供的人工湿地处理系统还包括安装在船舱本体边沿区域上且位于所述保护罩子系统外侧的的太阳能光伏发电子系统和船载风能发电子系统。

太阳能光伏发电子系统包括太阳能光伏板、光伏发电控制器；船载风能发电子系统包括小型风力发电机、风力发电控制器、蓄电池组和连接电线。

太阳能光伏发电子系统和船载风能发电子系统可互补储能，为间歇或连续泵吸作业提供电力，并为低频鼓风机提供电力。

进一步地，本实施例提供的人工湿地处理系统还包括控制系统为泵、曝气、光伏发电-储能、照明、音乐播放-音响和喷头的中控操作系统、微机、电源、控制软件。

图2为本发明基于深水船舱式的人工湿地处理系统的实物图，其中，废红砖颗粒用标号11表示、生物质碳用标号12表示、生物页岩陶粒用标号13表示、分子筛多孔材料(例如蜂窝多孔陶瓷填料)用标号14表示、微孔曝气管用标号15表示、潜水泵用标号16表示、船舱体用标号1表示(树脂涂层的塑钢结构)、风能发电机用标号17表示、可收缩透明罩用标号18表示、活动式植物种植空心板用标号19表示、太阳能光伏板用标号20表示、鼓风机用表示21表示、氮磷富集性灌木用标号22表示、氮磷富集性草本用标号23表示。其中，a表示进水，b表示喷洒射流排水。

如图2所示，本实施例提供的人工湿地处理系统由设置在深水船舱本体中的复合系统构成，包括有进水子系统、微曝气子系统、有机玻璃模块式组合填料、太阳能光伏发电子系统、船载风能发电子系统、过滤刮板子系统、水生生物逃生子系统、集水布水子系统、活动式植物种植子系统、射流式排水子系统、保温罩子系统和控制子系统系统所组成。

其位置和连接关系是：

水平空间布置上，进水子系统位于船舱本体外两侧，微曝气子系统、有机玻璃模块式组合填料、太阳能光伏发电子系统、船载风能发电子系统、过滤刮板子系统、水生生物逃生子系统、集水布水子系统、活动式植物种植子系统、射流式排水子系统、保温罩子系统和控制子系统系统均设置于船舱本体内；其中，射流式排水子系统、太阳能光伏发电子系统、船载风能发电子系统设置于船舱本体的边沿区域或船舱本体的操作仓顶部，控制子系统主要设置于操作仓内。

在垂向空间布置上，自上而下依次设置有保温罩子系统(与之水平的且在其外侧设置有太阳能光伏发电子系统、船载风能发电子系统)、活动式植物种植子系统(与之水平的且在其外侧设置有射流式排水子系统的部分设施，如音乐喷泉式射流喷头和阀门)、集水布水子系统(与之水平的且在其外侧设置有进入子系统、微曝气子系统的部分设施，如鼓风机)、过滤刮板子系统、有机玻璃模块式组合填料(与之水平的且在其外侧设置有水生生物逃生子系统)、微曝气子系统(与之水平的且在其外侧设置有射流式排水子系统的部分设施，如潜水泵)。

在各个系统连接关系上，进水子系统之后衔接过滤刮板子系统，随后同步设置集水布水子系统和水生生物逃生子系统；集水布水子系统中的斗式集水槽上设置活动式植物种植子系统；水生生物逃生子系统为生态保护系统，是本实施例提供的人工湿地处理系统的一个分支终端；集水布水子系统之后依次衔接有机玻璃模块式组合填料、微曝气子系统和射流式排水子系统；太阳能光伏发电子系统和船载风能发电子系统、保温罩子系统和控制子系统为供电、保护、控制设施，是本实施例提供的人工湿地处理系统运行的支撑体系。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，其特征在于，包括：船舱本体、进水子系统、排水子系统、微曝气子系统以及过滤刮板子系统；所述微曝气子系统包括微孔曝气管以及通过连接管与所述微孔曝气管连接的鼓风机；所述船舱本体内填充有组合填料；

所述过滤刮板子系统设置在所述组合填料上面；

2.根据权利要求1所述的一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，其特征在于，所述进水子系统包括潜水泵和进水管；所述潜水泵位于所述船舱本体的外侧；所述进水管的一端与所述潜水泵连通，所述进水管的另一端与所述过滤刮板子系统连通；

3.根据权利要求1所述的一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，其特征在于，还包括：水生生物逃生子系统；

4.根据权利要求1所述的一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，其特征在于，还包括：设置在所述船舱本体内的有机玻璃框架结构；所述有机玻璃框架结构用于盛放组合填料；

5.根据权利要求1所述的一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，其特征在于，所述排水子系统为射流式排水子系统；所述排水子系统包括潜水泵、排水管和射流喷头；

6.根据权利要求1所述的一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，其特征在于，还包括集水布水子系统和活动式植物种植子系统；

7.根据权利要求6所述的一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，其特征在于，还包括设置在所述活动式植物种植子系统上的保护罩子系统。

8.根据权利要求7所述的一种基于深水船舱式的人工湿地处理系统，其特征在于，还包括安装在船舱本体边沿区域上且位于保护罩子系统外侧的的太阳能光伏发电子系统和船载风能发电子系统。