CN202508930U - 风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及环境工程污水处理***，具体涉及一种风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***。为了解决现有人工湿地污水处理***在处理污水时存在的湿地中氧含量偏低的技术问题，本实用新型提出了一种风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，包括通风***：呈“L”形状且埋于布水支管下方的不少于一个的通气管、通过45°弯头件向上连接在通气管横段管口的进气短管、位于通气管竖段末端上方的排气装置，其特点是通气***利用风能带动风车及与之相连的扇叶转动，形成叠加负压，抽吸另一端通过向上短管与大气相通的变径通气管，产生增强负压，增加空气在管道中的流动与扩散，强化湿地复氧，从而增进好氧生物降解及硝化反应。本实用新型具有充分利用风能与压能，强化复氧、脱氮效率高、净化效果好等优点。

Description

风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***
技术领域
本实用新型涉及环境工程污水处理***，具体涉及一种风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***。
背景技术
人工湿地污水处理技术是20世纪70年代发展起来的污水生态处理新技术，其原理是利用人工湿地中的植物、微生物及填料间的相互协同作用实现水质改善，具有良好的社会、经济与生态环境效益。
在实际工程中，氧的含量普遍偏低是制约人工湿地污水净化的重要因素。氧含量不足易导致好氧生物活性低及氨氮硝化不充分，净化及脱氮效率低。为克服上述缺陷，国内外在湿地建设过程中，有的采用耗能曝气方式，有的采用减小湿地深度来增加复氧能力，或者采用中国专利文献200710078209.X通过设置通风管并采取进水—反应—出水—排空的循环运行模式，强化***底部复氧，但通风管中的空气流动性差，不利于复氧；或者采用中国专利文献CN 1562772A利用通气管两端连接的导气管分别于地表的抽风扇相连及直接与大气相通，其风能抽气扇的转动缺乏驱动力，不利于空气的扩散与湿地复氧；或者采用中国专利文献200710170584.7利用细粒径基质与中粒径基质成条带状间接排列，中粒径基质的表面裸露作为大气复氧通道来复氧，复氧效果较好，但空间占用较多。
发明内容
为了解决现有人工湿地污水处理***在处理污水时存在的湿地中氧含量偏低的技术问题，本实用新型提出了一种风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***。
本实用新型的技术方案：
一种风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，包括池体、填充在池体内的基质、种植在基质表面的植被，其特别之处在于，还包括：布水***、通气***和排水***；
布水***：位于基质表面的布水池、悬挂在布水池上方的集水槽、与布水池连接且水平埋置在基质内的不少于一个的布水支管；
通风***：呈“L”形状且埋于布水支管下方的内不少于一个的通气管、通过45°弯头件向上连接在通气管横段管口的进气短管、位于通气管竖段末端上方的排气装置；
通气管横段管口伸出池体侧面、其竖段管口伸出基质表面，其埋在基质内的部分设有若干通气孔，通气管竖段末端为两端粗中间细的渐变结构、其中最细处的管径为通气管管径的1/5-1/3；进气短管的进气口高于通气管横段且其进气口处管径大于通气管的管径；
排气装置包括固定于通气管上方的风车、位于通气管竖段末端管内与风车连接的小扇叶，所述的风车包括四个矩形片状主扇叶，主扇叶尾部为两个相切的弧度为1.05-1.4的弧形片，主扇叶短边竖向连接于同一转轴，相邻两主扇叶之间垂直，相对两主扇叶中心对称；
排水***：位于池体底部的排水口、排水口连接有水位管，水位管上设有位于不同高度的水位控制阀。
本实用新型提供的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，优选的，进气短管进气口的管径为通气管管径的1.2-1.8倍；通气管位于同一水平面、交替布置。
本实用新型提供的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，优选的，所述的进气短管高出通气管横段3cm-5cm，
本实用新型提供的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，优选的，通气管竖段和其横段之间拐角圆弧的圆心角为45度。
本实用新型提供的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，优选的，所述布水池置于基质表面中部；集水槽为脉冲式集水槽，挂在布水池中央上方。
本实用新型提供的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，优选的，所述的池体深度为1.8 m -2.0m，所述的水位控制阀位于距离基质表面0.8m-1.0m之间；所述的通气管横段水平埋设于距离基质表面小于80cm的位置。
本实用新型的有益效果：
第一，通风***的重要特性是风能叠加多重负压，增加通风管两端的大气压力差，促进管道中空气的流动与扩散，增加湿地中基质的溶解氧，为硝化反应创造有利力条件。风车快速随风转动，并带动与之相连的小扇叶一起转动，形成两级叠加负压，并且，由于通风管竖段末端管径的变化，产生文丘里效应，形成三级叠加负压，从而增强通气管道中空气的流动与扩散，并通过通气管道中的通气孔扩散到湿地中；特殊的风车主扇叶形态，能够捕捉不同来风的功能，并能最大限度的利用风能。
第二，脉冲布水的方式可实现自动周期运行，有利于充分发挥基质填料的作用及加强***复氧。在间歇布水的过程中，通过集水槽的集水与布水池的布水，可实现均匀布水，有效发挥基质填料的作用，并且有三次加强复氧效果，一是进水管输水至集水槽的过程，二是集水槽的水倒入布水池至布水支管的过程，三是每个运行周期都存在布水的运行间隙，上述三个过程都增加了水与空气的接触，增加了复氧效果。
第三，利用水位控制好氧与厌氧分区，实现硝化与反硝化一体化，便于管理，减少用地。
从人工湿地的构建到利用液位合理分区，从间歇布水到风能与压能利用等，都是合理地利用自然原理，进行污水生态处理是一项节能、环保、生态的污水处理***。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1中A部分的局部放大图；
图3是风车的结构示意图；
图中：1.进水管，2.布水池，3.集水槽，4.横轴，5.布水干管，6.布水支管，7.布水孔，8.风车，9.共同转轴，10.轴承，12.小扇叶，13.通气管，14.进气短管，15.通气孔，16.基质，17.池体，18.集水池，19.水槽，20水位管，21.水位控制阀，22.出水管，8w.主扇叶，8s.弧形片。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型做进一步说明。
本实用新型提供的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***主要包括：池体17、布水***、通风***和排水***；其中布水***包括进水管1、脉冲式集水槽3、布水池2、布水干管5、一个以上的布水支管6，通风***包括一个以上的通气管13、进气短管14、风车8、小扇叶12，排水***包括集水池18、水位管20、水槽19、出水管22。
池体17的深度为1.8 m -2.0m，池体17内填充基质16，基质16表面种植植被。基质16可选择沙砾、无烟煤、生物陶粒、高炉钢渣等，植被应选择当地的耐涝的净化效果好的乡土植被，例如芦苇、风车草等。
布水池2设在基质16表面的中央位置，脉冲式集水槽3通过横轴4悬挂在布水池2的中央上方，进水管1的出水口位于脉冲式集水槽3的上方。布水池2的底部连接竖直放置的布水干管5，布水干管5与水平布置的布水支管6的中部连接。布水干管5和布水支管6均埋在基质16内部，布水支管6上分布有若干布水孔7。
布水支管6下方、距离基质16表面小于80cm处同一水平面内埋设通气管13。通气管13呈“L”形状，交替埋设，其竖段末端伸出基质16表面，其横段末端伸出池体17侧面；其横段和竖段之间拐角为圆弧状，圆弧所对的圆心角为45°；通气管13埋在基质16内的部分设有通气孔15。通气管13竖段末端呈两头粗中间细的渐变结构，其中最细处的管径为通气管13管径的1/5-1/3。进气短管14与通气管13横段末端通过45°弯头件连接；进气短管14的进气口向上，且进气短管14的进气口高出通气管13横段3-5cm，是为了确保渗入到通气管中的水随通气管中的通气孔下渗而不会外溢。进气短管14进气口的管径大于通气管13的管径，以增大空气的进气量从而保证气流畅通。风车8固定在通气管13竖段的垂直上方，小扇叶12位于通气管13竖段末端管内，二者通过轴承10的共同转轴9相连，轴承10通过固定件11固定于通风管13内侧。风车8包括四个矩形片状主扇叶8w，主扇叶8w尾部为两个相切的弧度为1.05-1.4的弧形片8s，主扇叶8w短边竖向连接于同一转轴，相邻两主扇叶8w之间垂直，相对两主扇叶8w中心对称。风车8和小扇叶12构成了排气装置。
池体17底部侧面设有排水口，集水池18设置在排水口外，用以收集从排水口排出的水。水位管20竖直设置、与集水池18连接，水位管20上设有位于不同高度的三个水位控制阀21；通过开启不同高度水位控制阀21来控制硝化区和反硝化区的划分。水槽19设在水位控制阀21的正下方，水槽19的底部连接出水管22。
经格栅、旋流沉砂池等预处理的暴雨径流污水通过进水管1输水至脉冲式集水槽3中，当达到一定体积后，脉冲式集水槽3自动翻转，将水倒入下面的布水池2中，脉冲式集水槽3翻转倒空水后，自动恢复原位，继续收集来自进水管1的污水，当达到一定体积后重新运行上述过程，周而复始循环运行。
布水池2中的水再通过布水干管5、由布水支管6上的布水孔7向基质16中布水，在基质16内进行好氧硝化反应和厌氧反硝化反应。好氧硝化反应区和缺氧、厌氧反硝化反应区的区分是通过开启不同高度的水位控制阀21来实现的。水位控制阀21的上方的基质16内布有通气管13强化通气，增加溶解氧，为好氧硝化反应区。水位控制阀21的下方基质16始终处于饱水状态，为缺氧与厌氧的反硝化区，用于加强反硝化脱氮效率。
空气由进气短管14进入通气管13，通过通气管13上的通气孔15扩散至填料中，同时通气管13的竖段末端设置有排气装置以增加通气管13两端的大气压力差，促进通气管13中空气的流动与扩散，增加基质16中的溶解氧，为硝化反应创造有利力条件。
排气装置中的风车8的特殊结构具有捕捉不同来风的功能，并能最大限度的利用风能，使风车8快速随风转动，风车8在转动过程中，将周围的空气扇走，形成第一级负压区；所述的风车8下端连接有小扇叶12，在风车8转动的过程中，小扇叶12随之转动，将气体带走，形成第二级负压区；通气管13竖段末端呈两头粗中间细的渐变结构，空气通过该结构时，产生较强的文丘里效应，使气体在通气管13内小扇叶12下端又形成了第三级负压区。
所述的进气短管14的开口口径大于与之相连的通气管13的管径，且其高出与之相连的通气管13横段3cm-5cm。所述进气短管14的作用，一是保证与大气相通，增加气体的流动性，另一个是确保间歇渗入到通气管13中的水随通气管13中的通气孔15下渗而不会外溢。
经格栅、旋流沉砂池等预处理的径流污水通过间歇布水，在基质16内的硝化区和反硝化区充分反应，汇入集水池18，然后通过水位控制阀21排至出水槽19，经出水管22排出。
实施例1
建造两个人工湿地，其中相同设施如下：
池体17的底面为1.5m×1.5m，高度为2m，填充满基质16（从湿地表面至底部按级配从小到大填充沙砾石，根区附近添加生物陶粒），基质表面种植芦苇。脉冲式集水槽的大小为6L，进水管的水流速度为37L/h、布水间隔8分钟，距离基质16上表面30cm处同一水平面内均匀埋设3根布水支管6，布水孔径5-7mm，开孔率25-40%；距离基质16上表面80cm处同一水平面内均匀埋设2根通气管13，其开孔率为30-70%；
不同设施如下：
A湿地：进气短管的进气口管径与通气管管径相同，通气管竖段末端管径均匀，不设排气装置；
B湿地：进气短管的进气口管径为通气管管径的1.2倍，通气管竖段末端为中间细两头粗的渐变结构、其中最细处的管径为通气管13管径的1/3，设有排气装置；
A湿地，运行一个月后从排水口取水测量各项指标（DO、COD、NH4 +-N、TN）；
B湿地，运行一个月后从排水口取水测量各项指标（DO、COD、NH4 +-N、TN）；结果如下：
水质指标 COD（mg/L） NH4 +-N（mg/L） TN（mg/L）
原水 100-300 10-18 16-30
A湿地 53-68 7.1-8.2 8.7-9.8
B湿地 30-41 3.0-3.7 4.3-5.2
试验结果证明，通过风能叠加负压强化***复氧，可有效增加湿地的复氧状况，提高有机物及氨氮和总氮的去除效率。

Claims (6)

1.一种风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，包括池体（17）、填充在池体（17）内的基质（16）、种植在基质（16）表面的植被，其特征在于，还包括： 
布水***：位于基质（16）表面的布水池（2）、悬挂在布水池（2）上方的集水槽（3）、与布水池（2）连接且水平埋置在基质（16）内的不少于一个的布水支管（6）；
通风***：呈“L”形状且埋于布水支管（6）下方的不少于一个的通气管（13）、通过45°弯头件向上连接在通气管（13）横段管口的进气短管（14）、位于通气管（13）竖段末端上方的排气装置；
通气管（13）横段管口伸出池体（17）侧面、其竖段管口伸出基质（16）表面，其埋在基质（16）内的部分设有若干通气孔（15），通气管（13）竖段末端为两端粗中间细的渐变结构、其中最细处的管径为通气管（1）管径的1/5-1/3；进气短管（14）的进气口高于通气管（13）横段且其进气口处管径大于通气管（13）的管径；
排气装置包括固定于通气管（13）上方的风车（8）、位于通气管（13）竖段末端管内与风车（8）连接的小扇叶（12），所述的风车（8）包括四个矩形片状主扇叶（8w），主扇叶（8w）尾部为两个相切的弧度为1.05-1.4的弧形片（8s），主扇叶（8w）短边竖向连接于同一转轴，相邻两主扇叶（8w）之间垂直，相对两主扇叶（8w）中心对称；
排水***：位于池体（17）底部的排水口、排水口连接有水位管（20），水位管（20）上设有位于不同高度的水位控制阀（21）。
2.根据权利要求1所述的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，其特征在于，进气短管（14）进气口处的管径为通气管（13）管径的1.2-1.8倍；通气管（13）位于同一水平面、交替布置。
3.根据权利要求1或2所述的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，其特征在于，所述的进气短管（14）高出通气管（13）横段3cm-5cm。
4.根据权利要求1或2所述的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，其特征在于，通气管（13）竖段和其横段之间拐角圆弧的圆心角为45度。
5.根据权利要求1或2所述的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，其特征在于，所述布水池（2）置于基质（16）表面中部；集水槽（3）为脉冲式集水槽（3），挂在布水池（2）中央上方。
6.根据权利要求1或2所述的风能叠加负压通气复氧人工湿地污水处理***，其特征在于，所述的池体（17）深度为1.8 m -2.0m，所述的水位控制阀（21）距离基质（16）表面0.8m-1.0m；所述的通气管（13）横段埋设于距离基质（16）表面小于80cm的位置。
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