CN212451095U - 一种双通道进水的复合循环流人工湿地 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双通道进水的复合循环流人工湿地，它包括进水调节池、垂直流人工湿地、储水循环池、光伏复氧回流装置。本实用新型通过将强化预处理和间歇运行这两种处理方法联合，在缓解人工湿地堵塞、提升氮磷去除效果的同时，实现了人工湿地的持续运行，有效提高了人工湿地的运行效率，同时维护简单，无需耗费大量的人力物力，即可有效解决人工湿地的堵塞难题。

Description

一种双通道进水的复合循环流人工湿地

技术领域

本实用新型涉及一种双通道进水的复合循环流人工湿地。

背景技术

人工湿地是一种人为调控工具，它通过利用湿地自有的物理作用、化学作用和生物综合功能去除污水中的污染物，实现污水净化的目的。由于具有建设成本低、处理效果理想、运行维护简单等优点，人工湿地已被广泛应用于农村生活污水的处理。但在实际应用过程中，研究人员发现人工湿地的去除效果容易受到溶解氧、水力停留时间、pH值及温度等多种因素的影响，存在除磷效果差、氨氮去除效果差、容易堵塞的问题。

人工湿地去除总磷的效率目前仍然较低。人工湿地对磷的主要去除途径一是通过植物去除，其次是通过微生物(如聚磷菌)的富集作用。植物除磷一方面是通过正常生长对磷的不断吸收来降低污水中的磷浓度，之后再通过人工收割植物实现除磷，其次是通过对植物根表铁膜对磷进行固定和吸附，但实际植物吸收所去除的磷只占人工湿地除磷量很少的比例。聚磷菌对磷的吸附是人工湿地对磷的主要去除途径，由于现有技术中人工湿地中溶解氧的含量主要依赖于植物根系的泌氧作用，这并不能显著提高人工湿地好氧环境的占比，不利于聚磷菌对磷的吸附，也是造成人工湿地除磷效率较低的原因之一。

人工湿地目前对氮的去除效果不稳定。与除磷的途径相似，人工湿地一方面也可以通过植物生长吸收再进行收割去除氮，但其主要除氮途径是依赖于基质内微生物的硝化和反硝化作用。这一途径主要分为两步，首先在好氧条件下，氨态氮被硝化和亚硝化细菌转化为亚硝态氮和硝态氮，然后在缺氧或厌氧条件下，通过反硝化细菌的反硝化作用将硝态氮转化为氮气，从而实现氮的去除。目前人工湿地除氮的主要限制因素是硝化作用，湿地中溶解氧的含量是影响人工湿地脱氮反应顺利进行的关键因素，而仅仅依靠湿地自身大气复氧或根系的输氧能力并不能显著提高人工湿地中溶解氧含量。

人工湿地堵塞一直以来也是值得关注的问题。人工湿地运行过程中，污水流经湿地基质时悬浮物会沉淀、吸附在基质中，减少基质层的有效空隙，造成基质的水力传导性能下降，从而形成堵塞。根据研究，基质粒径的大小、基质层的配置以及污水总有机负荷的是影响堵塞的主要因素，基质粒径决定了基质有效空隙的最小通透性，基质层的配置决定整个基质对悬浮物的容纳能力，而有机负荷过高会使得悬浮物在基质空隙间的过度累积，造成人工湿地堵塞。人工湿地在堵塞后，虽然系统本身对总可溶性固形物TSS的去除率上升，但对还原性污染物CODcr、总氮TN和总磷TP的去除率下降，堵塞前系统出水可达《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的IV-III类水质标准，堵塞后出水水质参数显著下降，甚至不能达到V类水质要求。目前在处理人工湿地堵塞问题时，主要的措施是将填料重新挖出、清洗再回填，或者将堵塞的填料及破损的管道更换，维护十分困难，耗时长，还可能会破坏湿地内部结构。

现有的人工湿地虽然通过一些改进能够提高去除氮、磷的效率，但并不能同时保证对氮磷有较高的去除效果，即时能够维持两者有较高的去除率，但又会面临占地面积过大，增加工程建设成本的问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是如何提高氮磷去除效果且解决堵塞问题，由此得到一种双通道进水的复合循环流人工湿地。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：双通道进水的复合循环流人工湿地包括进水调节池、垂直流人工湿地、储水循环池、光伏复氧回流装置，所述进水调节池上设有进水管和截污格栅，所述进水管的一端为由进水调节池的外部、另一端伸入在进水调节池内部，所述进水管的中心线平行于水平方向，所述进水管的中心线与截污格栅呈倾斜的位置关系，所述垂直流人工湿地包括种植层、好氧层、缺氧层、厌氧层、承托层，所述种植层、好氧层、缺氧层、厌氧层、承托层从上往下依次分布，所述种植层内设分布有第一布水管，所述好氧层与缺氧层之间分布有第二布水管，所述第一布水管的一端和第二布水管的一端都伸入到进水调节池内，所述第一布水管位于进水调节池内的该端上设有第一进水阀门，所述第二布水管位于进水调节池内的该端上设有第二进水阀门，所述第一布水管位于第二布水管的上方，所述承托层内设有底部集水管，所述底部集水管的一端伸入到承托层内、另一端位于垂直流人工湿地外部，所述底部集水管上设有底部阀门，所述储水循环池底部设有铁碳填料、出水弯管，所述垂直流人工湿地在厌氧层处于储水循环池连通，所述出水弯管一端位于储水循环池内部、另一端位于储水循环池外部，所述光伏复氧回流装置包括太阳能电池板、光伏控制系统、气泵、曝气管道、回流泵、生物碳填料，所述太阳能电池板通过光伏控制系统与气泵和回流泵连接，所述气泵的输出端与曝气管道的进气端连接，所述曝气管道分布在好氧层和缺氧层中，所述回流泵置于储水循环池内，所述生物碳填料包括筒体和填料，所述填料装在筒体内，所述回流泵的输出端通过输水管与生物碳填料的筒体连接，所述生物碳填料的筒体通过输水管与第二布水管的另一端连接。

本技术方案对污水进行分阶段、多层次的处理，当污水经过进水调节池时，污水中的悬浮颗粒物被截污格栅截留，以避免进入人工湿地加剧堵塞；污水进入垂直流人工湿地后，依次通过好氧层、厌氧层和缺氧层，利用微生物实现对有机物COD的降解、硝化作用及反硝化作用脱氮；而后污水再流入铁碳填料内，通过铁碳填料的物理吸附和化学沉淀实现对磷的去除。当入水负荷增大时，回流泵开启，出水循环池内的水通过第二布水管回流并均匀分布在人工湿地，再通过生物碳填料补充碳源，利用厌氧层微生物的反硝化作用实现进一步脱氮，以实现最终出水水质的达标。

该截污格栅可以以40°-60°的安装角度设置在进水调节池中，增加了污水与截污格栅的接触面积，有效提高了污水中的悬浮颗粒物的拦截效率，避免其进入人工湿地中产生堵塞；同时进水调节池中采用双通道进水，当运行一段时间，垂直流人工湿地表层发生堵塞时，可通过第二布水管进水，使堵塞层的微生物通过内源呼吸分解造成堵塞的有机物质，恢复基质的透水效率，延长湿地的使用寿命。

通过光伏供电，在有效减少设备整体投入成本的同时，扩大了适用范围，尤其适用于地区偏远、用地紧张、架设电网困难的山村地区。

作为本实用新型的优选，所述曝气管道设有在水平方向延伸的水平部位和在竖直方向延伸的竖直部位，所述水平部位和竖直部位连通。由此增加复氧操作的工作效率。

作为本实用新型的优选，出水弯管位于储水循环池内的该端位于铁碳填料下方。

本实用新型采用上述技术方案：本实用新型通过将强化预处理和间歇运行这两种处理方法联合，在缓解人工湿地堵塞、提升氮磷去除效果的同时，实现了人工湿地的持续运行，有效提高了人工湿地的运行效率，同时维护简单，无需耗费大量的人力物力，即可有效解决人工湿地的堵塞难题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步具体说明。

图1为本实用新型一种双通道进水的复合循环流人工湿地的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，双通道进水的复合循环流人工湿地包括进水调节池1、垂直流人工湿地、储水循环池2、光伏复氧回流装置。

进水调节池1位于垂直流人工湿地的一侧。进水调节池1上设有进水管3和截污格栅4。进水管3的一端为由进水调节池1的外部、另一端伸入在进水调节池1内部，进水管3的中心线平行于水平方向，截污格栅4以倾斜方式设置在进水调节池1内部且位于进水管3的延伸方向上，所以进水管3的中心线与截污格栅4呈倾斜的位置关系。

垂直流人工湿地包括种植层5、好氧层6、缺氧层7、厌氧层8、承托层9，所述种植层5、好氧层6、缺氧层7、厌氧层8、承托层9从上往下依次分布，好氧层6的填料粒径大于缺氧层7的填料粒径、缺氧层7的填料粒径大于厌氧层8的填料粒径、厌氧层8的填料粒径大于承托层9的填料粒径。种植层5内种植有根系繁盛的湿生植物。种植层5内设分布有第一布水管10，好氧层6与缺氧层7之间分布有第二布水管11，第一布水管10和第二布水管11的管壁上都设有输水孔，在第一布水管10和第二布水管11的管壁都包裹有纱网、以阻止泥沙进入管内。第一布水管10的一端和第二布水管11的一端都伸入到进水调节池1内，第一布水管10位于进水调节池1内的该端上设有第一进水阀门12，第二布水管11位于进水调节池1内的该端上设有第二进水阀门13，第一进水阀门12、第二进水阀门13为电动远程可控结构。第一布水管10位于第二布水管11的上方。承托层9内设有底部集水管14，底部集水管14的一端伸入到承托层9内、另一端位于垂直流人工湿地外部，底部集水管14上设有底部阀门15、底部阀门15位于垂直流人工湿地外部；底部集水管14在位于承托层9的部位设有输水孔，在底部集水管14外部设有纱网、以阻止泥沙进入管内。垂直流人工湿地在厌氧层8处于设有过水孔，通过该过水孔可以与储水循环池2连通。储水循环池2底部设有铁碳填料16、出水弯管17。该出水弯管17为铝塑管，可以任意弯曲并保持形状。出水弯管17一端位于储水循环池2内部、另一端位于储水循环池2外部，出水弯管17位于储水循环池2内的该端位于铁碳填料16下方。

光伏复氧回流装置包括太阳能电池板18、光伏控制系统19、气泵20、曝气管道21、回流泵22、生物碳填料23。太阳能电池板18安装在空旷的地方，以便获得光照。光伏控制系统19与太阳能电池板18连接，太阳能电池板18获得的电能交由光伏控制系统19处理和分配。气泵20和回流泵22通过电线与光伏控制系统19连接，由光伏控制系统19向气泵20、回流泵22提供电能并控制气泵20和回流泵22工作。气泵20的输入端连接有输气管，输气管延伸至可自由获取空气的区域；气泵20的输出端与曝气管道21的进气端连接，曝气管道21设有在水平方向延伸的水平部位和在竖直方向延伸的竖直部位，水平部位和竖直部位连通，曝气管道21的水平部位分布在好氧层6和缺氧层7中，曝气管道21的竖直部位贯穿在种植层5、好氧层6、缺氧层7并且曝气管道21的竖直部位的一端位于种植层5的外部。回流泵22置于储水循环池2内，回流泵22置的输入端设有输水管、该输水管的一端位于储水循环池2的底部。生物碳填料23包括筒体和填料，填料装满在筒体内。回流泵22的输出端通过输水管与生物碳填料23的筒体连接，生物碳填料23的筒体通过输水管与第二布水管11的另一端连接并且在该输水管上设有单向阀。

初始状态下，第一进水阀门12打开、第二进水阀门13关闭，出水弯管17的出水端被置于较低的位置，回流泵22和气泵20都处于未启动状态。

使用时，污水从进水管3输入到进水调节池1内，污水经过截污格栅4去除大体积固体废物而聚积在进水调节池1内；当进水调节池1内水位高度为第一进水阀门12所在高度时污水进入第一布水管10，第一布水管10引导污水分散进入好氧层6。污水在好氧层6上部散开后会在重力作用下向下渗透，污水通过好氧层6内的基质和好氧微生物的作用去除污水中的氨氮和有机物；污水渗透到缺氧层7和好氧层6，通过基质和厌氧微生物的作用去除污水中的有机物、氮和磷。污水通过厌氧层8后在承托层9聚集，并通过过水孔流向储水循环池2内。经过垂直流人工湿地处理的污水在储水循环池2内聚集，污水与储水循环池2底部的铁碳填料16接触，污水经过铁碳填料16的自氧脱氮、化学除磷处理后通过降低高度的出水弯管17排出处理好的污水。

当垂直流人工湿地出水水质超标时升高出水弯管17，启动回流泵22、将储水循环池2内50％的污水通过第二布水管11输入缺氧层7中。从储水循环池2回流到垂直流人工湿地的污水会经过生物碳填料23，在此过程中会向污水补充碳源。回流的污水与从进水调节池1输入的污水混合在一起，利用厌氧层8微生物的反硝化作用实现进一步脱氮，以实现最终出水水质的达标。当出水水质达标后关闭回流泵22、降低出水弯管17的高度。

当垂直流人工湿地堵塞时，关闭第一进水阀门12、打开第二进水阀门13，启动气泵20。污水不从好氧层6上部进入垂直流人工湿地、而是污水直接在好氧层6下部散开；有更多的空气扩散进入堵塞的垂直流人工湿地，促进造成堵塞物质的好氧降解，同时提高厌氧层8的氧气浓度，保证好氧反应的正常进行，以维持垂直流人工湿地的正常净化功能，使堵塞部位的微生物通过内源呼吸分解造成堵塞的有机物质，恢复基质的透水效率，延长湿地的使用寿命。当垂直流人工湿地恢复渗透能力后关闭气泵20、关闭第二进水阀门13、打开第一进水阀门12。

在垂直流人工湿地休作排空期间打开底部阀门15排放出垂直流人工湿地内的积水。此后，垂直流人工湿地中的有机物能够从水体中分离沉降，有机物在承托层9的底部积累，而底部的微生物的能够通过内源呼吸有效去除有机物。由此起到防止湿地堵塞，延长湿地的使用寿命。

Claims (3)

1.一种双通道进水的复合循环流人工湿地，其特征在于：所述双通道进水的复合循环流人工湿地包括进水调节池(1)、垂直流人工湿地、储水循环池(2)、光伏复氧回流装置，所述进水调节池(1)上设有进水管(3)和截污格栅(4)，所述进水管(3)的一端为由进水调节池(1)的外部、另一端伸入在进水调节池(1)内部，所述进水管(3)的中心线平行于水平方向，所述进水管(3)的中心线与截污格栅(4)呈倾斜的位置关系，所述垂直流人工湿地包括种植层(5)、好氧层(6)、缺氧层(7)、厌氧层(8)、承托层(9)，所述种植层(5)、好氧层(6)、缺氧层(7)、厌氧层(8)、承托层(9)从上往下依次分布，所述种植层(5)内设分布有第一布水管(10)，所述好氧层(6)与缺氧层(7)之间分布有第二布水管(11)，所述第一布水管(10)的一端和第二布水管(11)的一端都伸入到进水调节池(1)内，所述第一布水管(10)位于进水调节池(1)内的该端上设有第一进水阀门(12)，所述第二布水管(11)位于进水调节池(1)内的该端上设有第二进水阀门(13)，所述第一布水管(10)位于第二布水管(11)的上方，所述承托层(9)内设有底部集水管(14)，所述底部集水管(14)的一端伸入到承托层(9)内、另一端位于垂直流人工湿地外部，所述底部集水管(14)上设有底部阀门(15)，所述储水循环池(2)底部设有铁碳填料(16)、出水弯管(17)，所述垂直流人工湿地在厌氧层(8)处于储水循环池(2)连通，所述出水弯管(17)一端位于储水循环池(2)内部、另一端位于储水循环池(2)外部，所述光伏复氧回流装置包括太阳能电池板(18)、光伏控制系统(19)、气泵(20)、曝气管道(21)、回流泵(22)、生物碳填料(23)，所述太阳能电池板(18)通过光伏控制系统(19)与气泵(20)和回流泵(22)连接，所述气泵(20)的输出端与曝气管道(21)的进气端连接，所述曝气管道(21)分布在好氧层(6)和缺氧层(7)中，所述回流泵(22)置于储水循环池(2)内，所述生物碳填料(23)包括筒体和填料，所述填料装在筒体内，所述回流泵(22)的输出端通过输水管与生物碳填料(23)的筒体连接，所述生物碳填料(23)的筒体通过输水管与第二布水管(11)的另一端连接。

2.根据权利要求1所述双通道进水的复合循环流人工湿地，其特征在于：所述曝气管道(21)设有在水平方向延伸的水平部位和在竖直方向延伸的竖直部位，所述水平部位和竖直部位连通。

3.根据权利要求1所述双通道进水的复合循环流人工湿地，其特征在于：出水弯管(17)位于储水循环池(2)内的该端位于铁碳填料(16)下方。

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