CN102633362B - 一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置 - Google Patents

一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置 Download PDF

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Abstract

一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置，包括：人工湿地内装填有三段填料，填料中布置有通气管；人工湿地床体高于填料高度；人工湿地周边的护栏为双墙，双墙内部装填有进行发酵产热的有机物；在三段填料的顶部设置有布水管，三段填料的底部设置有收水管，收水管出水口高于人工湿地床体高度；三段填料的一端上部连接一进水管，另一端下部连接出水管，该出水管出水口高于人工湿地床体高度；布水管和进水管分别连接高位水槽；布水管进水时，进水管和出水管关闭，由收水管的最高出水口出水，形成冰层空气层保温层后调节到中部出水口；进水管进水时，布水管和底层收水管关闭，由出水管的最高出水口出水，形成冰层空气层保温层后调节到中部出水口。

Description

一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置
技术领域
本发明涉及一种保温增温装置，具体涉及一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置。 
背景技术
人工湿地对污染物的去除受环境，特别是温度的影响较大。王世和等人研究发现冬季人工湿地对TP的去除率比夏季低15％左右。申欢等人研究发现在采用潜流式人工湿地净化景观水体水质的示范工程中冬季湿地对TP和TN的平均去除率比夏季分别降低34％和27％。***等人认为温度过低不仅会影响人工湿地对污染物的处理效果，还可能造成填料层冻结、床体缺氧、管道破裂等多种不利后果，这些都限制了人工湿地在寒冷地区冬季的应用。目前关于湿地保温的研究比较落后，尽管研究了各种措施都没能取得特别理想的效果。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置，以达到氮磷去除率高、处理效果稳定、废物循环利用，并且具有可变流功能的目的，保证人工湿地能够持续稳定运行。 
为实现上述目的，本发明提供的低温连续运行的人工湿地污水处理装置，主要包括： 
一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置，主要包括： 
人工湿地内垂直且平行地装填有三段填料，填料中布置有通气管；人工湿地的床体高于填料的高度； 
人工湿地周边的护栏为双墙，双墙的内部装填有进行发酵产热的有机物，双墙顶部为开口或密闭；顶部密闭的双墙顶部设置有导气管，该导气管连接一水槽，该水槽的水管连接至人工湿地； 
在三段填料的顶部设置有布水管，三段填料的底部设置有收水管，该收水管的出水口高于人工湿地的床体高度； 
三段填料的一端上部连接一进水管，另一端下部连接出水管，该出水管的出水口高于人工湿地的床体高度； 
布水管和进水管分别连接高位水槽； 
布水管进水时，进水管和出水管关闭，由收水管的最高出水口出水，形成冰层空气层保温层后调节到中部出水口； 
进水管进水时，布水管和底层收水管关闭，由出水管的最高出水口出水，形成冰层空气层保温层后调节到中部出水口； 
通过布水管道的调节可进行水平流湿地与垂直流湿地的相互转化。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，填料为沸石、砾石、石灰石、炉渣、活性炭等中的一种或几种组合。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，三段填料总长度中，上部连接进水管的一段填料占总长度的10％-20％，中间段填料占总长度的70％-85％，下部连接出水管的一段填料占总长度的5％-10％。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，填料的高度为1.6-1.8m，床体高度为2.2-2.5m。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，三段填料中，上部连接进水管的一段填料和下部连接出水管的一段填料的粒径为16-32mm，中间段填料的粒径为8-16mm。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，布水管和进水管分别通过进水阀连接到高位水槽；收水管和出水管分别安装有主控阀和处于不同高度的分控阀。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，收水管和出水管上安装的分控阀各为三个，三个分控阀的安装位置分别是：高于人工湿地的床体高度、位于填料的中间、位于人工湿地的床体底部。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，布水管、收水管均采用DN100mm-DN120mm的PVC管，布水管均匀布水，每隔10-20cm布一个孔，孔直径为1-3cm，收水管对应中间一段填料处设有收水孔，每隔5-10cm布一个孔，孔直径为1-3cm。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，人工湿地的上层种植去污能力强的挺水植物。 
所述的人工湿地污水处理装置，其中，双墙内部的底部铺有防渗层。 
可变流湿地可以根据外界具体的气温变化通过布水管道的调节，进行水平流湿地与垂直流湿地的相互转化，克服了水平流湿地夏季进水溶解氧低，垂直流湿地冬季热损失多的缺点，冬季可以灵活调节湿地的运行方式，通过形成冰层空气层保温层，减少了外界气温对湿地的影响，通过双墙结构间微生物代谢产生的热量持续地为湿地保温增温，增加了湿地内部的温度，保证了低温条件下人工湿地能够持续稳定运行。可变流湿地通过垂直流和水平流的相互转化，不同方向的水流冲刷基质以及分解有机物效率高等优势，可以减缓甚至克服堵塞问题。本发明可广泛应用于大中小型人工湿地的冬季保温中，具有无污染、操作简单、投资省、运行费用低、保温效果好、资源的循环利用、处理能力强、运行效果稳定等特点。 
本发明将水平流与垂直流有机的结合，冬季可以灵活调节湿地的运行方式，采用冰层+绝缘空气层、双墙结构间微生物代谢产生的热量的隔离保温方式，使湿地内水温基本不受气温的影响，保证了人工湿地能够成功完成越冬。 
附图说明
图1是本发明的结构剖面示意图，其中的双墙为好氧发酵产热结构。 
图2是本发明的结构剖面示意图，其中的双墙为厌氧发酵产热结构。 
具体实施方式
请结合图1和图2，是本发明的具体结构示意图。 
需要说明的是，本发明所提到的左、右、上、下等，除有特殊说明外均是以图1、图2所示方向为准。 
高位进水槽1分别通过上层进水管2和顶部布水管15将欲处理的污水到人工湿地内。 
人工湿地内垂直并且相互平行地装填有不同粒径的填料，将人工湿地内部分为左段4、中段5和右段6。本发明的填料可以是：沸石、砾石、 石灰石、炉渣、活性炭等以及各种不同填料的组合，以下只是以石灰石填料为例，具体地，左段4和右段的石灰石填料的粒径均为16-32mm，中段5的石灰石填料的粒径为8-16mm。 
人工湿地具有一个进水管2和一个布水管15，一个出水管9和一个收水管16，分别通过各自的进、出水控制阀控制进出水。具体地，高位进水槽1的顶部进水管13与人工湿地的左段4通过上层进水阀3连接进水管2，同时顶部进水管13还通过顶部进水阀14与布水管15之间连接。 
在人工湿地另一侧的右段6下部安装有出水管9，出水管9上安装有主控阀门7和分控阀门8、10、11。 
在人工湿地的底层安装有收水管16，收水管16上安装有主控阀门17和分控阀门18、19、20。 
出水管9和收水管16的出水口高于人工湿地的床体高度，分控阀门8、10、11(18、19、20)中，最高的分控阀门10(19)的高度位置要高于人工湿地的床体高度，最低的分控阀门8(18)是处于人工湿地的底部，中间的分控阀门11(20)是处于石灰石填料的中部位置。以人工湿地内填料高度1.6-1.8m，床体高度2.2-2.5m为例，分控阀门分别设计在距离床体底层2.4m(分控阀门10、19)、1.3m(分控阀门11、20)、0.1m(分控阀门8、18)位置处以调节湿地单元的水位。 
人工湿地周边的护栏为双墙23结构，在双墙23内部装填有混合均匀的粪便、芦苇、活性污泥混合物。 
双墙23结构内部的底部铺有防渗层，以防止粪便、芦苇、活性污泥混合物23发酵时产生的渗滤液渗入地下污染地下水。 
本发明在冬季运行时的操作是： 
图1双墙23结构顶部是开口的，将粉碎机粉碎后的芦苇与粪便和活性污泥进行均匀混合，通过加水调节其含水率(此为公知技术，且不是本发明讨论的重点，不作详细描述)，混合物的高度稍高于人工湿地内的石灰石填料的高度，混合物每隔1～2米留宽0.2米高度与混合物高度一致的通风槽，混合物上方覆盖0.1～0.2米厚的芦苇以达到保温的效果。 
人工湿地为垂直下行流湿地时，上层进水阀3和出水管9的主控阀门7关闭，顶部进水阀14开启，由顶部进水管13通过布水管15开始均匀布 水，同时，位于人工湿地底层的收水管16的主控阀门17及分控阀门19开启，使水位抬升至2.4m，待上层水位结冰后(一般至0.4-0.6m)，由收水管16出水(本发明的收水管16可以只在对应中段填料处开设有水孔，以增强水流在人工湿地内的流动性)，关闭分控阀门19，开启分控阀门18，迅速降低水位，待湿地运行水位下降至2.0m时，关闭分控阀门18，打开出水阀门20，放水至运行水位，形成冰层21和空气层22保温层，此时将顶部通气管12打开，保证冰下的溶解氧浓度。 
人工湿地为水平流时，关闭顶部进水阀门14和收水管16的主控阀门17，开启上层进水阀3和出水管9的主控阀门7及分控阀门10，由进水管2开始进水，使水位抬升至2.4m，待上层水位结冰至0.4-0.6m后，由出水管9出水，关闭分控阀门10，开启分控阀门8，迅速降低水位，待湿地运行水位下降至2.0m时，关闭分控阀门8，打开出水阀门11，放水至运行水位，形成冰层21和空气层22保温层，此时将顶部通气管12打开，保证冰下的溶解氧浓度。 
垂直流与水平流可以进行转化，转化周期根据具体情况确定，如初冬运行为垂直流、深冬运行为水平流。 
本发明的装置于深秋启动，可持续整个冬季，待产热完毕后可将内部的产热产物收集用作农田的有机肥。 
图2中的双墙23是密封状态，在双墙23内部形成厌氧环境，有利于兼性和厌氧微生物的代谢产热。 
将粉碎机粉碎后的芦苇与粪便和活性污泥进行均匀混合，通过加水调节其含水率(此为公知技术，且不是本发明讨论的重点，不作详细描述)，混合物的高度稍高于人工湿地内的石灰石填料的高度，将双墙23顶部进行密封，并在其顶部布置有导气管24，产生的沼气通过导气管24进入高位水槽1中，保证了双墙内部的厌氧环境。 
人工湿地为垂直下行流湿地时，上层进水阀3和出水管9的主控阀门7关闭，顶部进水阀14开启，由顶部进水管13通过布水管15开始均匀布水，同时，位于人工湿地底层的收水管16的主控阀门17及分控阀门19开启，使水位抬升至2.4m，待上层水位结冰后(一般至0.4-0.6m)，由收水管16出水(本发明的收水管16可以只在对应中段填料处开设有水孔， 以增强水流在人工湿地内的流动性)，关闭分控阀门19，开启分控阀门18，迅速降低水位，待湿地运行水位下降至2.0m时，关闭分控阀门18，打开出水阀门20，放水至运行水位，形成冰层21和空气层22保温层，此时将顶部通气管12打开，保证冰下的溶解氧浓度。 
人工湿地为水平流时，关闭顶部进水阀门14和收水管16的主控阀门17，开启上层进水阀3和出水管9的主控阀门7及分控阀门10，由进水管2开始进水，使水位抬升至2.4m，待上层水位结冰至0.4-0.6m后，由出水管9出水，关闭分控阀门10，开启分控阀门8，迅速降低水位，待湿地运行水位下降至2.0m时，关闭分控阀门8，打开出水阀门11，放水至运行水位，形成冰层21和空气层22保温层，此时将顶部通气管12打开，保证冰下的溶解氧浓度。 
垂直流与水平流可以进行转化，转化周期根据具体情况确定，如初冬运行为垂直流、深冬运行为水平流。 
本发明的装置于深秋启动，可持续整个冬季，待产热完毕后可将内部的产热产物收集用作农田的有机肥。 

Claims (8)

1.一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置，主要包括：
人工湿地内垂直且平行地装填有三段填料，填料中布置有通气管；三段填料中，上部连接进水管的一段填料和下部连接出水管的一段填料的粒径为16-32mm，中间段填料的粒径为8-16mm；人工湿地的床体高于填料的高度；
人工湿地周边的护栏为双墙，双墙的内部装填有进行发酵产热的有机物，双墙顶部为开口或密闭；顶部密闭的双墙顶部设置有导气管，该导气管连接一水槽，该水槽的水管连接至人工湿地；
发酵产热的有机物为混合均匀的粪便、芦苇、活性污泥混合物，混合物的高度稍高于人工湿地内的石灰石填料的高度，混合物每隔1～2米留宽0.2米高度与混合物高度一致的通风槽，混合物上方覆盖0.1～0.2米厚的芦苇以达到保温的效果；
在三段填料的顶部设置有布水管，三段填料的底部设置有收水管，该收水管的出水口高于人工湿地的床体高度；布水管、收水管均采用DN100mm-DN120mm的PVC管，布水管均匀布水，每隔10-20cm布一个孔，孔直径为1-3cm，收水管对应中间一段填料处设有收水孔，每隔5-10cm布一个孔，孔直径为1-3cm；
三段填料的一端上部连接一进水管，另一端下部连接出水管，该出水管的出水口高于人工湿地的床体高度；
出水管和收水管上分别安装分控阀门各三个，最高的分控阀门的高度位置要高于人工湿地的床体高度，最低的分控阀门是处于人工湿地的底部，中间的分控阀门是处于石灰石填料的中部位置；
布水管和进水管分别连接高位水槽；
布水管进水时，进水管和出水管关闭，由收水管的最高出水口出水，待上层水位结冰至0.4-0.6m时，关闭最高的分控阀门，开启最低的分控阀门，待湿地运行水位下降至2.0m后，关闭最低的分控阀门，开启中间的分控阀门，放水至运行水位，此时湿地内形成冰层和空气层保温层；
进水管进水时，布水管和底层收水管关闭，由出水管的最高出水口出水，待上层水位结冰至0.4-0.6m后，关闭最高的分控阀门，开启最低的分控阀门，待湿地运行水位下降至2.0m时，关闭最低的分控阀门，开启中间的分控阀门，放水至运行水位，此时湿地内形成冰层和空气层保温层；
通过布水管道的调节可进行水平流湿地与垂直流湿地的相互转化。
2.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理装置，其中，填料为沸石、砾石、石灰石、炉渣、活性炭中的一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理装置，其中，三段填料总长度中，上部连接进水管的一段填料占总长度的10%-20%，中间一段填料占总长度的70%-85%，下部连接出水管的一段填料占总长度的5%-10%。
4.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理装置，其中，填料的高度为1.6-1.8m，床体高度为2.2-2.5m。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的人工湿地污水处理装置，其中，布水管和进水管分别通过进水阀连接到高位水槽；收水管和出水管分别安装有主控阀和处于不同高度的分控阀。
6.根据权利要求5所述的人工湿地污水处理装置，其中，收水管和出水管上安装的分控阀各为三个，三个分控阀的安装位置分别是：高于人工湿地的床体高度、位于填料的中间、位于人工湿地的床体底部。
7.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理装置，其中，人工湿地的上层种植去污能力强的挺水植物。
8.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理装置，其中，双墙内部的底部铺有防渗层。
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