CN105271528B - 一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，包括湿地***、水路***和气路***。湿地***包括集水槽、出水井、填料层和湿地植物等，水路***包括进水管、出水管、布水管、电磁阀、压力表等，气路***包括风机、进出气管、布气管、三向阀等。通过压力表的信号反馈控制***，实现了气水逆向接触的目的，有效缓解了湿地的堵塞问题。同时***内部通过布气管的特殊设置，实现了模拟好氧段、缺氧段和厌氧段，提高了***脱氮除磷的效果。

Description

一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***

技术领域

本发明涉及一种人工湿地***，具体涉及一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***。

背景技术

人工湿地利用基质、水生植物与微生物，通过一系列物理、化学和生物的途径来完成深度净化污水的目的。近几十年来，人工湿地由于其建设投资低、运行费用少、维护与管理相对简单、处理效果好、适应深度净化等优点，正被广泛地应用于广大中小城镇和乡村地区，在处理净化分散式污水中发挥着越来越重要的作用。

但是人工湿地在长期的运行过程中，如果设计或管理不善，容易造成堵塞，缺少长期稳定运行的保障。据美国环保局对100多个运行中人工湿地的调查，有将近一半的湿地***在投入使用后的5年内会形成堵塞。国内的白泥坑、雁田、沙田等人工湿地也出现了不同程度的堵塞现象。人工湿地的堵塞是由沉降和被过滤的固体颗粒在微生物作用下累积而成，填料表面的堵塞层和空隙中的截留物质由厌氧分解产物（如多糖类物质、胞外聚合物）以及未能降解的有机化合物组成。过长时间的堵塞会导致厌氧环境的产生，进而加速了***的堵塞。过度的堵塞会导致湿地水力传导系数降低，处理效果下降、运行寿命缩短以及其他的一系列问题，人工湿地的堵塞问题越来越成为其应用的障碍。

为了缓解人工湿地的堵塞问题，目前有部分研究是在现有人工湿地基础上附加自然导气、轮休等措施，然而效果均不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，包括湿地***、水路***和气路***，所述湿地***包括集水槽、出水井、填料层和湿地植物；所述水路***包括进水管、出水管、布水管、电磁阀和压力表；所述气路***包括风机、进出气管、布气管和三向阀；所述进水管与湿地***的进水口相连通，所述出水管与湿地***的出水井相连通；所述布水管设置于湿地***的顶部填料层中；所述集水槽与出水井通过底部的孔洞相连通；所述湿地植物种植于填料层之上；所述进出气管与湿地***的进出气口相连通；所述布气管设置于湿地***的底部填料层中。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述集水槽的水力坡度为0.5%~1%，采用双向间隔式。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述填料层由上至下依次包括壤土层、建筑废料层和砾石层。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述湿地植物包括黄菖蒲、芦苇、风车草中的一种或两种以上的常见植物。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述风机采用回转式风机。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述布水管设置于壤土层和建筑废料层之间，布水管下部与垂直方向呈30~60°位置双侧开设布水孔；所述布气管设置于砾石层中，采用双向对称且竖向错开的布置方式。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述布气管包括布气主管和布气支管，布气支管与布气主管在水平方向上垂直连通，所述布气主管还包括布气主管粗段和布气主管细段。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述布气主管粗段采用Φ90~110 mm的UPVC管，长度为湿地***纵向长度的3/5；所述布气主管细段采用Φ32~63mm的UPVC管，长度为湿地***纵向长度的1/5。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述布气支管采用Φ32~50 mm的UPVC管，布气支管下部与垂直方向呈30~60°位置双侧开设布气孔，布气主管粗段的布气支管布气孔的开孔间隔为5 cm，布气主管细段的布气支管布气孔的开孔间隔为10cm。

本发明所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，所述电磁阀分别设置在进水管和出水管上，所述压力表设置在进水管上，所述三向阀设置在进出气管上。

本发明的有益效果在于：

（1）湿地***采用建筑废料作为填料层的一部分，实现了废物利用的目的；（2）集水槽采用双向间隔式，确保了湿地***能实现双向出水的目的；（3）水路***采用双向进出水方式，通过压力表的信号反馈，实现了进出水方向的自由切换；（4）气路***采用双向进出气方式，随水路***进出水方向的切换而自由切换，实现了气水逆向接触的目的，有效缓解了湿地的堵塞问题；（5）布气主管采用不同长度和直径的UPVC管，实现了模拟好氧段、缺氧段和厌氧段，提高了***脱氮除磷的效果。

附图说明

图1为本发明一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***实施例的主视图；

图2为本发明一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***实施例的集水槽俯视图；

图3为本发明一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***实施例的上层布气管俯视图；

图4为本发明一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***实施例的下层布气管俯视图。

附图标记：1，集水槽；2，出水井；3，湿地植物；4，壤土层；5，建筑废料层；6，砾石层；7，进水管；8，出水管；9，布水管；10，1号电磁阀；11，2号电磁阀；12，3号电磁阀；13，4号电磁阀；14，1号压力表；15，2号压力表；16，回转式风机；17，进出气管；18，上层布气管；19，下层布气管；20，1号三向阀；21，2号三向阀；22，布气主管粗段；23，布气主管细段；24，布气支管。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。

如图1所示，一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，包括湿地***、水路***和气路***。

湿地***包括集水槽1、出水井2、湿地植物3、壤土层4、建筑废料层5、砾石层6。集水槽1的水力坡度为0.5%～1%，采用双向间隔式。集水槽1与两侧的出水井2分别通过底部的孔洞连接，出水井2另一侧分别设置出水管8，如图2所示。填料层由上至下依次为壤土层4、建筑废料层5、砾石层6。湿地植物3主要为常见的黄菖蒲、芦苇、风车草等。

水路***包括进水管7、出水管8、布水管9、1号电磁阀10、2号电磁阀11、3号电磁阀12、4号电磁阀13、1号压力表14和2号压力表15等。其中，进水管7分别由1号电磁阀10和2号电磁阀11控制，通过1号压力表14和2号压力表15反馈的压力信号实现1号电磁阀10和2号电磁阀11的自动启闭。出水管8位于出水井2的底部，对称布置在湿地***纵向方位的两侧，分别由3号电磁阀12和4号电磁阀13控制，通过1号压力表14和2号压力表15反馈的压力信号实现3号电磁阀12和4号电磁阀13的自动启闭。布水管9位于湿地***的壤土层4和建筑废料层5之间，布水管9下部与垂直方向呈30~60°位置双侧开设布水孔，以起到均匀布水的效果。

气路***包括回转式风机16、进出气管17、上层布气管18、下层布气管19、1号三向阀20和2号三向阀21等。进出气管17通过1号三向阀20和2号三向阀21分别与湿地***相连接，通过控制1号三向阀20和2号三向阀21的转动实现进气和出气的自动切换。上层布气管18和下层布气管19均位于湿地***的砾石层6中，采用双向对称布置的方式，且竖向错开。上层布气管18和下层布气管19均包括布气主管粗段22、布气主管细段23和布气支管24。布气主管粗段22采用Φ90~110 mm的UPVC管，长度为湿地***纵向长度的3/5；布气主管细段23采用Φ32~63 mm的UPVC管，长度为湿地***纵向长度的1/5。布气主管粗段22上的布气支管24采用Φ32~50 mm的UPVC管，管下部与垂直方向呈30~60°位置双侧开布气孔，开孔间隔为5 cm；布气主管细段23上的布气支管24采用Φ32~50 mm的UPVC管，管下部与垂直方向呈30~60°位置双侧开布气孔，开孔间隔为10cm。如图3、4所示。通过布气管的设计，实现了模拟好氧段、缺氧段和厌氧段，同时确保水力停留时间为3:1:1。

工作过程：

当湿地***刚开始投入使用时，气路***关闭，仅开启水路***。其中水路***中开启1号电磁阀10和4号电磁阀13，关闭2号电磁阀11和3号电磁阀12。进水在提升泵作用下，由进水管7和布水管9进入湿地***，经物理、化学、生物等一系列作用后，由集水槽1和出水井2排出。随着运行时间的推移，湿地***进水段堵塞会越来越明显，从而使得其净化效果越来越差，水力阻力越来越大，直观的表现为该段进水管7上1号压力表14显示的压力值升高。

当1号压力表14显示的压力值超过设定值后，反馈信号至控制***，通过指令关闭1号电磁阀10和4号电磁阀13，开启2号电磁阀11和3号电磁阀12。同时开启风路***中的回转式风机16，并控制1号三向阀20连通风机出气管和湿地***进气管，控制2号三向阀21连通出气管和湿地***出气管，使风路的方向与水流的方向相反。由于风路***开启，使得湿地***出现不同长度上的好氧、缺氧、厌氧状态，一方面在分解堵塞有机物，解决湿地堵塞难题的同时，还有效提高了湿地***脱氮除磷的效果。在此种运营状态下，随着时间推移，湿地***进水段堵塞亦会越来越明显，从而使得其净化效果越来越差，水力阻力越来越大，直观的表现为2号压力表15显示的压力值升高。

当2号压力表15显示的压力值超过设定值后，反馈信号至控制***，通过指令关闭2号电磁阀11和3号电磁阀12，开启1号电磁阀10和4号电磁阀13。同时保持风路***中回转式风机16的正常运转，并控制1号三向阀20和2号三向阀21，使风路的方向与水流的方向相反。

上述工作过程循环往复，通过水路***和气路***的协调控制，切实有效地解决了湿地***堵塞的难题，同时有效提高了湿地***脱氮除磷的效果。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，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作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，包括湿地***、水路***和气路***，其特征在于：所述湿地***包括集水槽、出水井、填料层和湿地植物；所述水路***包括进水管、出水管、布水管、电磁阀和压力表；所述气路***包括风机、进出气管、布气管和三向阀；所述进水管与湿地***的进水口相连通，所述出水管与湿地***的出水井相连通；所述布水管设置于湿地***的顶部填料层中；所述集水槽与出水井通过底部的孔洞相连通；所述湿地植物种植于填料层之上；所述进出气管与湿地***的进出气口相连通；所述布气管设置于湿地***的底部填料层中；所述集水槽的水力坡度为0.5%~1%，采用双向间隔式；所述布气管设置于填料层中，采用双向对称且竖向错开的布置方式。

2.如权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，其特征在于：所述填料层由上至下依次包括壤土层、建筑废料层和砾石层。

3.如权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，其特征在于：所述湿地植物包括黄菖蒲、芦苇、风车草中的一种或两种以上的常见植物。

4.如权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，其特征在于：所述风机采用回转式风机。

5.如权利要求2所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，其特征在于：所述布水管设置于壤土层和建筑废料层之间，布水管下部与垂直方向呈30~60°位置双侧开设布水孔；所述布气管设置于砾石层中。

6.如权利要求5所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，其特征在于：所述布气管包括布气主管和布气支管，布气支管与布气主管在水平方向上垂直连通，所述布气主管还包括布气主管粗段和布气主管细段。

7.如权利要求6所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，其特征在于：所述布气主管粗段采用Φ90~110 mm的UPVC管，长度为湿地***纵向长度的3/5；所述布气主管细段采用Φ32~63 mm的UPVC管，长度为湿地***纵向长度的1/5。

8.如权利要求7所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，其特征在于：所述布气支管采用Φ32~50 mm的UPVC管，布气支管下部与垂直方向呈30~60°位置双侧开设布气孔，布气主管粗段的布气支管布气孔的开孔间隔为5 cm，布气主管细段的布气支管布气孔的开孔间隔为10 cm。

9.如权利要求1所述的一种高效脱氮除磷的防堵塞人工湿地***，其特征在于：所述电磁阀分别设置在进水管和出水管上，所述压力表设置在进水管上，所述三向阀设置在进出气管上。