CN210885529U - 基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，包括：湿地系统本体，其包括湿地结构、湿地填料和湿地植物，所述湿地填料内设置有渗透墙，其围成上表面开口的中空腔体；进水设备，其包括潜水泵和进水管；微纳米曝气设备，其包括吸水管、微纳米气泡发生装置和出水管，所述吸水管一端紧贴渗透墙内侧、另一端连接微纳米气泡发生装置进水口，所述出水管一端连接微纳米气泡发生装置出水口、另一端从渗透墙穿出位于湿地填料内，所述微纳米气泡发生装置位于中空腔体内或上方。本实用新型的湿地系统有效提高湿地运行负荷、减少湿地占地面积、防止湿地堵塞、延长湿地运行寿命，促进湿地技术在城镇富营养化水体的推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及生态处理技术领域。更具体地说，本实用新型涉及基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统。
背景技术
人工湿地是一种投资少、能耗低、运行管理方便、处理效果较好，且具有景观美化功能的生态处理技术，然而，在实际工程应用中，由于普遍存在占地面积大、低温季节污水去除效率低、填料易堵塞、溶氧供给不足等问题，导致目前我国难以大规模利用人工湿地处理和净化城镇河道、水库、湖泊等富营养化水体。
近年来，微纳米气泡技术被逐渐应用，由于气泡细小，不受温度、压力等外部条件限制，在水中停留时间长，纳米级气泡可引入大量的羧基、羟基等含氧基团，强化曝气过程中的氧化作用，提高对污染物质的去除效率，同时可灭杀水体中的藻类物质，作为一种新型水体曝气技术，在水环境治理、水产养殖、农业生产等行业应用前景极为广阔。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，有效提高湿地运行负荷、减少湿地占地面积、防止湿地堵塞、延长湿地运行寿命，促进湿地技术在城镇富营养化水体的推广应用。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，包括：湿地系统本体，其包括湿地结构、湿地填料和湿地植物，所述湿地结构包括侧墙和防渗底墙，所述湿地填料内设置有渗透墙，其围成上表面开口的中空腔体，中空腔体与湿地填料通过渗透墙分割为两个相互独立的部分，所述渗透墙设置为只允许水自由穿过，朝向治理水体一侧的侧墙上部还设置有溢流出水口；进水设备，其包括潜水泵和进水管，所述潜水泵位于治理水体的底部，所述进水管一端连接潜水泵、另一端位于湿地填料底部；微纳米曝气设备，其包括吸水管、微纳米气泡发生装置和出水管，所述吸水管一端紧贴渗透墙内侧、另一端连接微纳米气泡发生装置进水口，所述出水管一端连接微纳米气泡发生装置出水口、另一端从渗透墙穿出位于湿地填料内，所述出水管位于进水管上方10-20cm，所述微纳米气泡发生装置位于中空腔体内或上方。
优选的是，所述侧墙为砖混或钢混结构，所述底墙为防渗膜或混凝土防渗墙。
优选的是，所述湿地结构的深度为1.0-1.5m，所述湿地填料为三层，且每层厚度为30-50cm，湿地填料的粒径从上至下逐渐增大，所述湿地植物种植密度为9-16株/m2。
优选的是，所述湿地填料底部设置通气及排空管，所述湿地填料内部还设置多个溶解氧探头和水位探头。
优选的是，设置溢流出水口的侧墙与治理水体之间还设置有多级跌坎，所述跌坎端头设置为鱼鳞状。
优选的是，所述渗透墙为砖墙，其上间隔设置有多个孔洞，所述孔洞通过冲孔网密封封堵，所述冲孔网的网孔孔径为3-5mm。
优选的是，还包括控制系统，其包括动力电缆组、信号接收模块和PLC控制总模块，所述信号接收模块通过信号线与溶解氧探头和水位探头分别连接，所述信号接收模块与PLC控制总模块进行数据传输，第一PLC控制模块通过潜水泵动力电缆控制潜水泵的启闭，第二PLC控制模块通过微纳米曝气设备动力电缆控制微纳米曝气设备的启闭。
优选的是，还包括风光互补太阳能供电系统，其包括风力发电机组、光伏组件、控制器、蓄电池组、逆变器，风力发电机组包括发电机和风叶，所述发电机分别与风叶和风力控制器连接，所述光伏组件包括太阳能光伏板，其与光伏控制器连接，所述风力控制器和光伏控制器分别连接蓄电池组，所述蓄电池组连接逆变器，通过逆变器为控制系统供电。
本实用新型至少包括以下有益效果：
本实用新型的系统利用太阳能和风能进行供电，通过微纳米曝气设备与湿地系统组合设计，有效提高湿地运行负荷、减少湿地占地面积、防止湿地堵塞、延长湿地运行寿命，促进湿地技术在城镇富营养化水体的推广应用。
1)本实用新型的湿地系统可结合水中溶解氧状况，调整微纳米曝气设备的运行时间和曝气强度，防止造成溶氧不足或溶氧过饱和，在保证处理效果的前提下，降低系统运行成本；
2)本实用新型的湿地系统采用微纳米曝气设备进行曝气增氧，大大提高了湿地系统的处理规模，有效降低湿地的占地面积，湿地面积为传统占地面积的1/5-1/10；
3)本实用新型的湿地系统可利用湿地水位变化，调整微纳米曝气设备的运行时间和曝气强度、潜水泵的启闭，有效减少湿地堵塞；
4)本实用新型通过风光互补太阳能供电系统，有效解决现场供电难和电缆线敷设施工困难问题，生态环保，运行成本低；
5)本实用新型系统采用自动控制系统，提高了系统的管理水平，大大减少了减轻操作人员的劳动强度。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本实用新型系统示意图一(平面布置图)；
图2为本实用新型系统示意图二(典型断面图)；
图3为本实用新型风光互补太阳能供电系统示意图。
附图标记说明：
1—湿地系统，1-1—潜水泵，1-2—进水管，1-3—湿地填料，1-4—通气及排空管，1-5—渗透墙；2—微纳米曝气设备，2-1—吸水管，2-2—微纳米气泡发生装置，2-3—出水管，3—风光互补太阳能供电系统，3-1—风力发电机组，3-2—光伏组件，3-3—风力控制器，3-4—光伏控制器，3-5—蓄电池组，3-6—逆变器，4—控制系统，4-1—溶解氧探头，4-2—水位探头，5—多级跌坎；6—治理水体。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。
如图1和图2所示，本实用新型提供一种基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，包括：湿地系统本体，其包括湿地结构、湿地填料1-3和湿地植物，所述湿地结构包括侧墙和防渗底墙，所述湿地填料1-3内设置有渗透墙1-5，其围成上表面开口的中空腔体，中空腔体与湿地填料1-3通过渗透墙1-5分割为两个相互独立的部分，所述渗透墙1-5设置为只允许水自由穿过，朝向治理水体6一侧的侧墙上部还设置有溢流出水口；进水设备，其包括潜水泵1-1和进水管1-2，所述潜水泵1-1位于治理水体6的底部，所述进水管1-2一端连接潜水泵1-1、另一端位于湿地填料1-3底部；微纳米曝气设备2，其包括吸水管2-1、微纳米气泡发生装置2-2和出水管2-3，所述吸水管2-1一端紧贴渗透墙1-5内侧、另一端连接微纳米气泡发生装置2-2进水口，所述出水管2-3一端连接微纳米气泡发生装置2-2出水口、另一端从渗透墙1-5穿出位于湿地填料1-3内，所述出水管2-3位于进水管1-2上方10-20cm，所述微纳米气泡发生装置2-2位于中空腔体内或上方。
在上述技术方案中，潜水泵1-1将治理水体6内的水通过进水管1-2运输至湿地系统1内，进水管1-2通过设置成管网分布于湿地系统1底部，使得水可均匀通过渗透墙1-5渗透至中空腔体内，而湿地填料1-3不会进入中空腔体内。微纳米曝气设备2设置在湿地中间，也就是渗透墙1-5设置在湿地中间位置，微纳米曝气设备2将湿地内的水体通过吸水管2-1吸入到微纳米气泡发生装置2-2后进行机械切割、射流分散等，将大气泡转化为微纳米气泡后通过出水管2-3排回到湿地内。出水管2-3穿出渗透墙1-5后通过设置管网分布于进水管1-2上方，出水管2-3内的水一方面通过向下跌落，另一方面通过向上渗透均匀分布于湿地内，实现生态处理。
在另一种技术方案中，所述侧墙为砖混或钢混结构，所述底墙为防渗膜或混凝土防渗墙。
在另一种技术方案中，所述湿地结构的深度为1.0-1.5m，所述湿地填料1-3为三层，且每层厚度为30-50cm，湿地填料1-3的粒径从上至下逐渐增大，所述湿地植物种植密度为9-16株/m2。湿地填料1-3按照从上到下粒径逐渐增大的方式分层安装，填料可选择碎石、卵石、中粗砂、钢渣、陶粒、沸石和粗砂等，根据水质特点进行合理搭配；湿地植物选择生长速度快、管理方便、适应性强和景观效果好的品种，可选择美人蕉、香蒲、芦苇、菖蒲、风车草和鸢尾等。
在另一种技术方案中，设置溢流出水口的侧墙与治理水体6之间还设置有多级跌坎5，所述跌坎端头设置为鱼鳞状。鱼鳞坝可增加水体的跌落次数，散出水花，与石头碰撞，可增加水与空气的接触面积，延长跌落时长，增加水富氧，同时还能增加景观效果。
在另一种技术方案中，所述渗透墙1-5为砖墙，其上间隔设置有多个孔洞，所述孔洞通过冲孔网密封封堵，所述冲孔网的网孔孔径为3-5mm。砖墙高度间隔20～30cm预留8～10个孔洞，孔洞规格为10cm×10cm，孔洞处再由冲孔网封堵，冲孔网网孔3～5mm。
在另一种技术方案中，所述湿地填料1-3底部设置通气及排空管1-4，所述湿地填料1-3内部还设置多个溶解氧探头4-1和水位探头4-2。还包括控制系统4，其包括动力电缆组、信号接收模块和PLC控制总模块，所述信号接收模块通过信号线与溶解氧探头4-1和水位探头4-2分别连接，所述信号接收模块与PLC控制总模块进行数据传输，第一PLC控制模块通过潜水泵1-1动力电缆控制潜水泵1-1的启闭，第二PLC控制模块通过微纳米曝气设备2动力电缆控制微纳米曝气设备2的启闭。
如图3所示，在另一种技术方案中，还包括风光互补太阳能供电系统3，其包括风力发电机组3-1、光伏组件3-2、控制器、蓄电池组3-5、逆变器3-6，风力发电机组3-1包括发电机和风叶，所述发电机分别与风叶和风力控制器3-3连接，所述光伏组件3-2包括太阳能光伏板，其与光伏控制器3-4连接，所述风力控制器3-3和光伏控制器3-4分别连接蓄电池组3-5，所述蓄电池组3-5连接逆变器3-6，通过逆变器3-6为控制系统4供电。将太阳能和风能产生的电能存储到蓄电池组3-5中，通过逆变器3-6为智能化控制系统4供电。
实施例
湖州某景观河道水体，长1.30km，水域面积4.74万平方米，水体均深1.50m，河道水质基本达到地表水III类，但水体浑浊，水体透明度只有20-30cm，景观效果较差，水生植被量较少。结合项目特点，在河道进出口设置生态坝后，沿着河道分段设置旁路人工湿地，通过与微纳米曝气设备组合使用防止湿地堵塞，单元设计如下：
2018年3月份，在河道旁边设置面积100m2的潜流湿地，砖混结构，防渗膜防渗，湿地高度1.10m，填料厚度1.00m，从下到上分层设置粒径1-3cm卵石垫层、0.5-1cm的瓜子片碎石和中粗砂，厚度分别为30cm、40cm和30cm；湿地顶部种植美人蕉和再力花，按照设计形状种植，种植密度16株/m2，规格60-80cm；采用潜水泵从湿地底部进水，顶部收水，分级跌水回流入治理水体河道内，底部设置通气管和排空管，潜水泵设计流量50m3/h，功率2.2kw，扬程8m；微纳米曝气设备设置在湿地中间，吸入湿地内水体后破碎后排回湿地，功率1.0kw，充氧能力7.4kgO2/h；湿地内分区埋深溶解氧探头和水位探头，结合湿地水位和溶氧量调整微纳米曝气设备运行时间；风光互补太阳能供电系统(500W风力+2500W光伏)，蓄电池满足系统8h运行用电，重量50kg，智能化控制系统尺寸400×300×150mm，重量20kg。
湿地建设调试完成后，为了快速提高水体透明度，运行规模达到1000m3/d(HRT＝1h)，经过1个月运行，水体透明度提高到80cm后，进行沉水植物恢复，经过2个月沉水植物生长期，湿地后期运行时间2h左右、通过植物的定期收割和管理，即可实现水体生态系统的稳定。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，其特征在于，包括：
湿地系统本体，其包括湿地结构、湿地填料和湿地植物，所述湿地结构包括侧墙和防渗底墙，所述湿地填料内设置有渗透墙，其围成上表面开口的中空腔体，中空腔体与湿地填料通过渗透墙分割为两个相互独立的部分，所述渗透墙设置为只允许水自由穿过，朝向治理水体一侧的侧墙上部还设置有溢流出水口；
进水设备，其包括潜水泵和进水管，所述潜水泵位于治理水体的底部，所述进水管一端连接潜水泵、另一端位于湿地填料底部；
微纳米曝气设备，其包括吸水管、微纳米气泡发生装置和出水管，所述吸水管一端紧贴渗透墙内侧、另一端连接微纳米气泡发生装置进水口，所述出水管一端连接微纳米气泡发生装置出水口、另一端从渗透墙穿出位于湿地填料内，所述出水管位于进水管上方10-20cm，所述微纳米气泡发生装置位于中空腔体内或上方。
2.如权利要求1所述的基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，其特征在于，所述侧墙为砖混或钢混结构，所述底墙为防渗膜或混凝土防渗墙。
3.如权利要求1所述的基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，其特征在于，所述湿地结构的深度为1.0-1.5m，所述湿地填料为三层，且每层厚度为30-50cm，湿地填料的粒径从上至下逐渐增大，所述湿地植物种植密度为9-16株/m2。
4.如权利要求1所述的基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，其特征在于，所述湿地填料底部设置通气及排空管，所述湿地填料内部还设置多个溶解氧探头和水位探头。
5.如权利要求1所述的基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，其特征在于，设置溢流出水口的侧墙与治理水体之间还设置有多级跌坎，所述跌坎端头设置为鱼鳞状。
6.如权利要求1所述的基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，其特征在于，所述渗透墙为砖墙，其上间隔设置有多个孔洞，所述孔洞通过冲孔网密封封堵，所述冲孔网的网孔孔径为3-5mm。
7.如权利要求4所述的基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，其特征在于，还包括控制系统，其包括动力电缆组、信号接收模块和PLC控制总模块，所述信号接收模块通过信号线与溶解氧探头和水位探头分别连接，所述信号接收模块与PLC控制总模块进行数据传输，第一PLC控制模块通过潜水泵动力电缆控制潜水泵的启闭，第二PLC控制模块通过微纳米曝气设备动力电缆控制微纳米曝气设备的启闭。
8.如权利要求7所述的基于风光互补太阳能微纳米曝气的潜流湿地系统，其特征在于，还包括风光互补太阳能供电系统，其包括风力发电机组、光伏组件、控制器、蓄电池组、逆变器，风力发电机组包括发电机和风叶，所述发电机分别与风叶和风力控制器连接，所述光伏组件包括太阳能光伏板，其与光伏控制器连接，所述风力控制器和光伏控制器分别连接蓄电池组，所述蓄电池组连接逆变器，通过逆变器为控制系统供电。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111943370A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-17 | 常州环保科技开发推广中心 | 一种微纳米曝气设备的安装方法 |
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2019
- 2019-09-25 CN CN201921605892.2U patent/CN210885529U/zh active Active
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