CN114524591B - 一种带有保温作用的人工湿地装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人工湿地技术领域，特别是涉及一种带有保温作用的人工湿地装置，包括人工湿地池，人工湿地池外壁设有保温层，人工湿地池内壁由上到下依次设有第一透水部和若干转盘脱氮组件，人工湿地池底部设有筒壁，筒壁高度尺寸大于人工湿地池的高度尺寸，筒壁中轴线与人工湿地池底面垂直，筒壁外侧与第一透水部相接触，筒壁内壁由上到下依次设置有第二透水部和固定脱氮组件，筒壁外壁设置有过滤加热组件，过滤加热组件位于第一透水部上方，筒壁底端连通有进水管，筒壁和人工湿地池底端分别连通有曝气管，人工湿地池底部一侧设置有出水口。本发明可以达到提高人工湿地脱氮效果的目的。

Description

一种带有保温作用的人工湿地装置

技术领域

本发明涉及人工湿地技术领域，特别是涉及一种带有保温作用的人工湿地装置。

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。

污水厂的尾水、池塘河流黑臭水体等水体中氮含量极高，有机物的含量较低，对于水体中氮元素的处理主要依靠微生物的硝化反硝化作用，现有的人工湿地装置脱氮效果较差，主要有以下几方面原因：对于有机物含量不足的污水，人工湿地在反硝化阶段碳源不足，导致系统整体脱氮效果不理想；在冬季温度较低，影响微生物的活性，使脱氮效果下降；水力负荷的分配不合理，使脱氮效率低。因此亟需一种带有保温作用的人工湿地装置来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有保温作用的人工湿地装置，以解决上述问题，达到提高人工湿地脱氮效果的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种带有保温作用的人工湿地装置，包括人工湿地池，所述人工湿地池外壁设有保温层，所述人工湿地池内壁由上到下依次设有第一透水部和若干转盘脱氮组件，所述人工湿地池底部设有筒壁，所述筒壁高度尺寸大于所述人工湿地池的高度尺寸，所述筒壁中轴线与所述人工湿地池底面垂直，所述筒壁外侧与所述第一透水部相接触，所述筒壁内壁由上到下依次设置有第二透水部和固定脱氮组件，所述筒壁外壁设置有过滤加热组件，所述过滤加热组件位于所述第一透水部上方，所述筒壁底端连通有进水管，所述筒壁和所述人工湿地池底端分别连通有曝气管，所述人工湿地池底部一侧设置有出水口。

优选的，所述过滤加热组件包括滤网和挡板，所述滤网与所述筒壁侧壁顶部固接，所述挡板位于所述滤网下方，所述挡板边部与所述筒壁侧壁固接，所述挡板远离所述筒壁一端高于所述挡板靠近所述筒壁一端，所述挡板内部固接有若干加热管。

优选的，所述第一透水部包括沸石层和微藻层，所述沸石层位于所述微藻层下方，所述沸石层和所述微藻层均与所述筒壁外壁相接触。

优选的，所述转盘脱氮组件包括对称设置的支撑座，其一所述支撑座顶部与所述沸石层固接，另一所述支撑座底部与所述人工湿地池底部固接，两所述支撑座转动连接有转轴的两端，所述转轴中部固接有脱氮转盘，所述转轴底部固接有电机的输出轴。

优选的，所述脱氮转盘包括若干第一固化微生物板，所述第一固化微生物板一端与所述转轴侧壁固接，若干所述第一固化微生物板另一端固接有同一圆形连接板，若干所述第一固化微生物板沿所述转轴等间隔设置。

优选的，所述第二透水部包括设置在所述筒壁内壁由上至下依次排列的净化植物、沙土、砂石、煤渣、砾石和陶粒。

优选的，所述固定脱氮组件包括与所述筒壁内部固接的若干固定化微生物组件，所述固定化微生物组件远离所述筒壁一侧高于所述固定化微生物组件靠近所述筒壁一侧，若干固定化微生物组件互相交错设置。

优选的，所述固定化微生物组件包括第二固化微生物板和边框，所述第二固化微生物板截面为波浪形结构，所述第二固化微生物板两侧与所述边框固接，所述边框边部与所述筒壁固接。

优选的，所述进水管位于所述筒壁的部分开设有若干通孔，所述进水管位于所述人工湿地池外部的部分顶端设置有液体阀门和液体流量计，所述液体流量计位于所述液体阀门下方。

优选的，所述曝气管位于所述人工湿地池内部的部分开设有若干通孔，所述曝气管远离所述通孔一端设置有气体阀门和气体流量计，所述气体流量计位于所述气体阀门下方。

本发明具有如下技术效果：保温层防止人工湿地池内部热量散失到外部环境，起到冬季保温的效果，促进微生物的消化反硝化作用，提高装置整体脱氮效果；第一透水部用于提供碳源并过滤掉污水中的杂质，对污水中的异味和细小杂质进行吸附；转盘脱氮组件可将污水进行搅动，使转盘脱氮组件与污水接触更加充分，提高脱氮效果，同时，转动的转盘脱氮组件的边部循环靠近筒壁，筒壁周围的热量使转盘脱氮组件整体受热更加均匀；筒壁内部的污水由筒壁顶部一处经过过滤加热组件，过滤加热组件对污水进行过滤加热，之后污水沿筒壁流到第一透水部，渗透到转盘脱氮组件周围，污水下流过程中将第一透水部中的碳源携带到转盘脱氮组件周围，同时污水的热量使转盘脱氮组件温度升高，提高转盘脱氮组件中微生物的活性，提高脱氮效果；由于筒壁的高度大于人工湿地池的高度，筒壁内部污水的压力较大，污水流过的距离以及存留的时间均大于人工湿地池内的污水，筒壁内的水力负荷较大有利于微生物与污水中氮元素的充分接触，人工湿地池内水力负荷较小，筒壁与人工湿地池内水力负荷不同，即有助于脱氮效率的提高，又有效的节约了占地面积；进水管用于向筒壁底部通入待处理的污水；曝气管用于向污水中通入氧气，增加污水中氧气的含氧量，含氧量的增加有利于提升硝化反应的速率，提升脱氮效果。

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为本发明剖面结构示意图；

图2为本发明第一固化微生物板结构示意图；

图3为本发明固定化微生物组件结构示意图；

图4为本发明实施例2结构示意图；

其中，1、人工湿地池；2、沸石层；3、微藻层；4、支撑座；5、转轴；6、第一固化微生物板；7、电机；8、出水口；9、筒壁；10、滤网；11、挡板；12、加热管；13、净化植物；14、沙土；15、砂石；16、煤渣；17、砾石；18、陶粒；19、进水管；20、曝气管；21、液体阀门；22、气体阀门；23、气体流量计；24、液体流量计；25、固定化微生物组件；2501、第二固化微生物板；2502、边框；26、保温层；27、圆形连接板。

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。

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。

参照图1-3，本实施例提供一种带有保温作用的人工湿地装置，包括人工湿地池1，人工湿地池1外壁设有保温层26，人工湿地池1内壁由上到下依次设有第一透水部和若干转盘脱氮组件，人工湿地池1底部设有筒壁9，筒壁9高度尺寸大于人工湿地池1的高度尺寸，筒壁9中轴线与人工湿地池1底面垂直，筒壁9外侧与第一透水部相接触，筒壁9内壁由上到下依次设置有第二透水部和固定脱氮组件，筒壁9外壁设置有过滤加热组件，过滤加热组件位于第一透水部上方，筒壁9底端连通有进水管19，筒壁9和人工湿地池1底端分别连通有曝气管20，人工湿地池1底部一侧设置有出水口8。

保温层26可由保温板可采用聚苯乙烯泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料制成，防止人工湿地池1内部热量散失到外部环境，起到冬季保温的效果，促进微生物的消化反硝化作用，提高装置整体脱氮效果，保温层26内部可开设若干孔洞，孔洞内放置相变材料，相变材料在外界温度较高时吸热，在温度较低时放热，防止温差过大时对微生物活性的影响；第一透水部用于提供碳源并过滤掉污水中的杂质，对污水中的异味和细小杂质进行吸附；转盘脱氮组件可将污水进行搅动，使转盘脱氮组件与污水接触更加充分，提高脱氮效果，同时，转动状态的转盘脱氮组件边部循环靠近筒壁9，筒壁9周围的热量使转盘脱氮组件整体受热更加均匀；筒壁9内部的污水由筒壁9顶部一处经过过滤加热组件，过滤加热组件对污水进行过滤加热，之后污水沿筒壁9流到第一透水部，渗透到转盘脱氮组件周围，污水下流过程中将第一透水部中的碳源携带到转盘脱氮组件周围，同时污水的热量使转盘脱氮组件温度升高，提高转盘脱氮组件中微生物的活性，提高脱氮效果；由于筒壁9的高度大于人工湿地池1的高度，筒壁9内部污水的压力较大，污水流过的距离以及存留的时间均大于人工湿地池1内的污水，筒壁9内的水力负荷较大有利于微生物与污水中氮元素的充分接触，人工湿地池1内水力负荷较小，筒壁9与人工湿地池1内水力负荷不同，即有助于脱氮效率的提高，又有效的节约了占地面积；进水管19用于向筒壁9底部通入待处理的污水；曝气管20用于向污水中通入氧气，增加污水中氧气的含氧量，含氧量的增加有利于提升硝化反应的速率，提升脱氮效果，筒壁9可选上下无底的圆台型结构，增强筒壁9外侧水体对筒壁9的支持力，防止筒壁9内部压力过高造成筒壁9的损坏。

进一步优化方案，过滤加热组件包括滤网10和挡板11，滤网10与筒壁9侧壁顶部固接，挡板11位于滤网10下方，挡板11边部与筒壁9侧壁固接，挡板11远离筒壁9一端高于挡板11靠近筒壁9一端，挡板11内部固接有若干加热管12。滤网10防止异物掉落到挡板11上，从而防止异物影响挡板11的蓄水量，加热管12电性连接有外加电源(图中未画出)，加热管12受热后通过挡板11将热量传递给进入挡板11上方的污水，污水受热后流向下方的人工湿地池1内，同时与保温层26共通作用，使人工湿地池1内温度升高并保温，从而促进微生物的硝化反硝化作用，提高脱氮效果，挡板11与人工湿地池1顶部具有一定高度差，在污水的重力势能冲击下第一透水部中的碳源进入到人工湿地池1内部，为微生物的硝化反硝化作用补充碳源，提升硝化反硝化效果。

进一步优化方案，第一透水部包括沸石层2和微藻层3，沸石层2位于微藻层3下方，沸石层2和微藻层3均与筒壁9外壁相接触。微藻层3可选用小球藻或者链带藻，微藻层3本身也具有脱氮效果，一方面，微藻细胞具有同化吸收营养元素的作用，可以直接吸收污水中氮磷元素，另一方面，微藻的光合作用会使污水中的二氧化碳含量降低，促进水体pH上升，使水体中的磷酸盐和NH₄ ⁺-N通过沉淀和挥发的形式从污水中去除，达到间接去除污水中氮磷的效果。同时微藻细胞的细胞壁由蛋白质、多糖以及脂类等组成，微藻死亡后，其内部的有机物释放到外部环境中，此部分碳源可被微生物硝化反硝化作用利用，从筒壁9留下的具有一定温度的污水将微藻死亡后释放的碳源带入到下层转盘脱氮组件周围，促进硝化反硝化过程的进行。沸石是自然界中火山熔岩喷发后流入到特定的湖水或海水中,经亿年沉积,地壳变动所形成的架状结构的铝硅酸盐矿物,内部硅铝氧组成的骨架中有很多形状规则的空腔和连接空腔的通道,依托于其特殊的结构,沸石中的阳离子可以与废水中的氨氮元素进行交换,达到去除氨氮的效果。

进一步优化方案，转盘脱氮组件包括对称设置的支撑座4，其一支撑座4顶部与沸石层2固接，另一支撑座4底部与人工湿地池1底部固接，两支撑座4转动连接有转轴5的两端，转轴5中部固接有脱氮转盘，转轴5底部固接有电机7的输出轴。电机7的转动带动转轴5转动，转轴5在两个支撑座4支撑作用下转动，支撑座4防止转轴5发生轴向位移，转轴5带动脱氮转盘转动，脱氮转盘用于除去污水中的氮元素。

进一步优化方案，脱氮转盘包括若干第一固化微生物板6，第一固化微生物板6一端与转轴5侧壁固接，若干第一固化微生物板6另一端固接有同一圆形连接板27，若干第一固化微生物板6沿转轴5等间隔设置。第一固化微生物板6使微生物固定并处于固定状态，放在污水中具有固定的形状，且微生物不丧失活性，可参考专利号为200910056687.X中的固定化微生物的制备方法，微生物通过硝化和反硝化进行脱氮，若干第一固化微生物板6循环靠近筒壁9，使每一个第一固化微生物板6都能受热，同时第一固化微生物板6在转动过程中与污水的接触更加充分，有利于脱氮。

进一步优化方案，第二透水部包括设置在筒壁9内壁由上至下依次排列的净化植物13、沙土14、砂石15、煤渣16、砾石17和陶粒18。净化植物13在生长发育过程中从污水中吸收大量的无机氮、磷等物质。污水中氨氮作为植物生长过程中不可缺少的营养物质被植物直接摄取,合成植物蛋白质和有机氮,再通过植物的收割从废水中去除，净化植物13可选用芦苇、苦草、软水草等；沙土14用于种植净化植物13，煤渣16可对污水中的磷元素进行吸收，砂石15、砾石17和陶粒18等可以对污水中的杂质进行吸附。

进一步优化方案，固定脱氮组件包括与筒壁9内部固接的若干固定化微生物组件25，固定化微生物组件25远离筒壁9一侧高于固定化微生物组件25靠近筒壁9一侧，若干固定化微生物组件25互相交错设置。固定化微生物组件25用于微生物的脱氮，污水由筒壁9底部进入并逐渐上升，污水向上流动的过程中与若干固定化微生物组件25充分接触，提高了脱氮效率。

进一步优化方案，固定化微生物组件25包括第二固化微生物板2501和边框2502，第二固化微生物板2501截面为波浪形结构，第二固化微生物板2501两侧与边框2502固接，边框2502边部与筒壁9固接。第二固化微生物板2501同样采用专利号为200910056687.X中的固定化微生物的制备方法制得，由于第二固化微生物板2501截面为波浪形结构，与污水接触的更加充分，提高了脱氮效率。

进一步优化方案，进水管19位于筒壁9的部分开设有若干通孔，进水管19位于人工湿地池1外部的部分顶端设置有液体阀门21和液体流量计24，液体流量计24位于液体阀门21下方。液体流量计24用于监测污水的流量，控制污水的处理速率。

进一步优化方案，曝气管20位于人工湿地池1内部的部分开设有若干通孔，曝气管20远离通孔一端设置有气体阀门22和气体流量计23，气体流量计23位于气体阀门22下方。气体流量计23用于监测通入气体的流量，调节污水中的含氧量。

本实施例的工作过程如下：开启液体阀门21通过进水管19将污水添加到筒壁9内部，污水与第二固化微生物板2501接触后进行一次脱氮处理，污水上行依次经过陶粒18、砾石17、煤渣16、砂石15、和沙土14，去除污水中的部分杂质和磷元素，净化植物13在生长发育过程中从污水中吸收大量的无机氮、磷等物质，污水从筒壁9溢出，经过滤网10后，污水流向挡板11，加热管12受热后通过挡板11将热量传递给进入挡板11上方的污水，污水受热后流向下方的人工湿地池1内，污水下流过程中将微藻层3释放的碳源带入到沸石层2下方的污水中，使得沸石层2下方的污水温度和碳源含量得到提升，促进第一固化微生物板6中微生物的硝化反硝化作用，进一步提高脱氮效率，同时电机7的转动带动转轴5转动，转轴5在两个支撑座4支撑作用下转动，支撑座4防止转轴5发生轴向位移，转轴5带动脱氮转盘转动，第一固化微生物板6在转动过程中与污水的接触更加充分，净化后的污水由出水口8排出。

实施例2

参照图4，本实施例与实施例1的区别仅在于，沸石层2和微藻层3结合面为锯齿型结构，极大的增加了沸石层2顶部与微藻层3的接触面积，在微藻层3中的藻细胞死亡后内部碳源释放到污水中，更大面积的沸石层2可以加快碳源的下渗速度，同时由筒壁9排下的污水中仍含有少部分杂质，此部分杂质会在沸石层2顶面沉积，随着使用时间的延长，杂质会逐渐在沸石层2顶面堆积形成一层杂质层，由于本实施例中沸石层2和微藻层3结合面为锯齿型结构，杂质会沉积到相邻锯齿形结构形成的沟槽中，而锯齿形的斜面上的杂质会沿斜面向下移动到沟槽中，使锯齿形的斜面相对干净，保证微藻层3释放的碳源可畅通的向下方渗透，锯齿型结构的结合面起到了加快碳源下渗速度和提高碳源下渗通畅性的效果，进而促进整体装置脱氮的效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：包括人工湿地池(1)，所述人工湿地池(1)外壁设有保温层(26)，所述人工湿地池(1)内壁由上到下依次设有第一透水部和若干转盘脱氮组件，所述人工湿地池(1)底部设有筒壁(9)，所述筒壁(9)高度尺寸大于所述人工湿地池(1)的高度尺寸，所述筒壁(9)中轴线与所述人工湿地池(1)底面垂直，所述筒壁(9)外侧与所述第一透水部相接触，所述筒壁(9)内壁由上到下依次设置有第二透水部和固定脱氮组件，所述筒壁(9)外壁设置有过滤加热组件，所述过滤加热组件位于所述第一透水部上方，所述筒壁(9)底端连通有进水管(19)，所述筒壁(9)和所述人工湿地池(1)底端分别连通有曝气管(20)，所述人工湿地池(1)底部一侧设置有出水口(8)；所述第一透水部包括沸石层(2)和微藻层(3)，所述沸石层(2)位于所述微藻层(3)下方，所述沸石层(2)和所述微藻层(3)均与所述筒壁(9)外壁相接触。

2.根据权利要求1所述一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：所述过滤加热组件包括滤网(10)和挡板(11)，所述滤网(10)与所述筒壁(9)侧壁顶部固接，所述挡板(11)位于所述滤网(10)下方，所述挡板(11)边部与所述筒壁(9)侧壁固接，所述挡板(11)远离所述筒壁(9)一端高于所述挡板(11)靠近所述筒壁(9)一端，所述挡板(11)内部固接有若干加热管(12)。

3.根据权利要求1所述一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：所述转盘脱氮组件包括对称设置的支撑座(4)，其一所述支撑座(4)顶部与所述沸石层(2)固接，另一所述支撑座(4)底部与所述人工湿地池(1)底部固接，两所述支撑座(4)转动连接有转轴(5)的两端，所述转轴(5)中部固接有脱氮转盘，所述转轴(5)底部固接有电机(7)的输出轴。

4.根据权利要求3所述一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：所述脱氮转盘包括若干第一固化微生物板(6)，所述第一固化微生物板(6)一端与所述转轴(5)侧壁固接，若干所述第一固化微生物板(6)另一端固接有同一圆形连接板(27)，若干所述第一固化微生物板(6)沿所述转轴(5)等间隔设置。

5.根据权利要求1所述一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：所述第二透水部包括设置在所述筒壁(9)内壁由上至下依次排列的净化植物(13)、沙土(14)、砂石(15)、煤渣(16)、砾石(17)和陶粒(18)。

6.根据权利要求1所述一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：所述固定脱氮组件包括与所述筒壁(9)内部固接的若干固定化微生物组件(25)，所述固定化微生物组件(25)远离所述筒壁(9)一侧高于所述固定化微生物组件(25)靠近所述筒壁(9)一侧，若干固定化微生物组件(25)互相交错设置。

7.根据权利要求6所述一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：所述固定化微生物组件(25)包括第二固化微生物板(2501)和边框(2502)，所述第二固化微生物板(2501)截面为波浪形结构，所述第二固化微生物板(2501)两侧与所述边框(2502)固接，所述边框(2502)边部与所述筒壁(9)固接。

8.根据权利要求1所述一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：所述进水管(19)位于所述筒壁(9)的部分开设有若干通孔，所述进水管(19)位于所述人工湿地池(1)外部的部分顶端设置有液体阀门(21)和液体流量计(24)，所述液体流量计(24)位于所述液体阀门(21)下方。

9.根据权利要求1所述一种带有保温作用的人工湿地装置，其特征在于：所述曝气管(20)位于所述人工湿地池(1)内部的部分开设有若干通孔，所述曝气管(20)远离所述通孔一端设置有气体阀门(22)和气体流量计(23)，所述气体流量计(23)位于所述气体阀门(22)下方。

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