CN108285204B - 一种自适应污水流量的人工湿地系统 - Google Patents

Abstract

一种自适应污水流量的人工湿地系统，应用于污水处理技术领域，包括布水沟渠（9）、溢流墙（8）、碎石渠（1）、人工湿地模块（5）、导水管（3）、导水渠（4）、监测井（10）。本发明采用多模块的人工湿地子系统组合，可根据不同的水量条件，自动切换串并联模式以调控湿地的运行方式，并有效防止湿地基质的堵塞、污水的短流和漫流，增强湿地系统对水力负荷冲击的抵抗力；另外，在污水流量较大时，通过溢流方式增加污水和空气的接触机会，保持充足的溶氧量，促进水体中物质的良性循环。该人工湿地系统完整、稳定、简易、投资少、无需外动力，尤其适合应用到污水处理的实际工程中。

Description

一种自适应污水流量的人工湿地系统

技术领域

本发明涉及人工湿地处理污水技术领域，具体涉及一种自适应污水流量的人工湿地系统。

背景技术

人工湿地系统是为污水处理而人为设计建造的，是20世纪70年代发展起来的新型废水处理技术。它依靠湿地系统中基质、水生植物和微生物三者之间的物理、化学、生化反应的协同作用来处理废水，由于人工湿地具有出水水质稳定、投资低、耗能低、抗冲击力强、操作简单、运行费用低的特点，近年来已广泛应用到造纸废水、石油化工废水、养殖场废水、矿山废水和城市生活污水处理中。沟渠型人工湿地作为一种主要人工湿地类型，专门对雨水等面源污染进行收集处理，通过人工湿地的截留、吸附、生物降解等作用达到净化雨水或其他污水的目的，是小流域水质治理和保护的有效手段。

我国的气候具有复杂多样的特点，降水量随着季节的变化波动大，呈现春夏（夏秋）多雨，冬季少雨的趋势，因此一年中流入人工湿地系统的污水量是具有较大波动的。污水水量较大时，流速随之增大，使污水在湿地系统中的水力停留时间缩短，将会降低污染物质的去除效果；流量更大时，污水从湿地土壤层上方漫流过系统，不仅得不到处理，甚至影响湿地植物的生长；而突发性的暴雨造成的水量突增，高冲击负荷容易加速湿地基质的挤压堵塞，导致人工湿地系统运行紊乱，直至完全崩溃。

另外，人工湿地系统中微生物的生化作用是降解污染物质的主要过程，而溶氧量的大小直接影响微生物的生长繁殖情况，保证充足的溶氧量是维持湿地系统运行性能的重要步骤。尤其在水流量较大的时候，空气自然补给氧气严重不足，容易影响人工湿地微生物作用，削弱污水的净化效果，增加二次处理成本。曝气设备能很好地解决溶氧量问题，但耗费大量电力和维修成本。

因此，设计一种稳定、抗水流量冲击能力强、大水量时能给污水增加溶解氧的人工湿地系统尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种自适应污水流量的人工湿地系统，可根据不同的水量条件，自动切换污水在人工湿地模块之间的串联或并联的运行方式，使人工湿地系统具有高抗冲击负荷，具有能抵御突发性、长久性水量波动的能力。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。

本发明一种自适应污水流量的人工湿地系统，包括布水沟渠（9）、人工湿地模组、导水渠（4）、监测井（10），其特征在于：所述的人工湿地系统分为两个人工湿地模组，布水沟渠（9）设置在两个人工湿地模组中间；每个人工湿地模组由多个人工湿地模块（5）依次排列而成，相邻的人工湿地模块（5）之间均设有隔水墙（6）和湿地连接口（2），人工湿地模块（5）与布水沟渠（9）之间设有溢流墙（8），且每个人工湿地模块（5）分首尾两端，两端均设有碎石渠（1），第一个人工湿地模块（5）首端的碎石渠（1）与布水沟渠（9）通过进水口（7）连通，其他人工湿地模块（5）通过湿地连接口（2）依次首尾相连；所述的导水渠（4）设在人工湿地模块（5）尾端的碎石渠（1）后方，两者中间以隔水墙（6）隔开以导水管（3）连通；所述的监测井（10）布设在导水渠（4）水流末端，位于出水口（11）前。

所述的溢流墙（8）为不透水墙，其高度与导水管（3）齐平，顶端面向湿地系统方向呈一定曲面，延长了水流路径，增加了曝气时间。

所述的人工湿地模块（5）中间为基质层，从上往下依次为水生植物（51）、土壤层（52）、小砾石层（53）、大砾石层（54），底层为不透水的地基（12）。

所述的碎石渠（1）用大粒径的碎石填充，可保证人工湿地模块（5）进出水口不容易堵塞，保护填料不被水流冲走，底层为不透水的地基（12）。

所述的导水管（3）嵌于隔水墙（6）内，与地基水平面沿人工湿地模块（5）出水方向呈3°~ 5°角，将流经人工湿地模块（5）的水导向导水渠（4）。

所述的监测井（10）布设在水流末端，位于出水口（11）之前，用以监测经过人工湿地模块（5）处理后待排放或进入下一工艺的污水水质情况，包括抽水漏斗（101）、水管（102）、水质检测器（103）、伸缩门（104）、控制主机（105）、抽水泵（106）。

所述的水管（102）一端伸至监测井（10）底部中心位置，另一端连接布水沟渠（9）。

所述的水质检测器（103）设于监测井（10）底部，通过水质情况发射信号给控制主机（105）。

所述的控制主机（105）通过接收的信号，同时向伸缩门（104）和抽水泵（106）输出信号，当水质检测器（103）检测水质不合格时，将信号发送至控制主机（105），然后控制主机（105）输出信号关闭伸缩门（104）并启动抽水泵（106）。

有益效果：本发明以串并联人工湿地为基础，设计了一种稳定、抗水流量冲击能力强、大水量时能给污水增加溶解氧的人工湿地系统。该系统可根据污水流量的大小，自动转换污水在人工湿地模块之间的串并联运行方式，提高人工湿地系统抵抗突发性高水力负荷冲击的能力，使其在不同降雨量的各个季节都能稳定地运行。碎石渠的布置可以减少湿地进出口的堵塞，保护填料不被水流冲走，维持污水在湿地中布水的均匀；溢流堰可以促进大流量时污水与空气的接触，增加溶氧量，维持湿地微生物对污染物质的生化降解作用，防止水质恶臭；监测井可以自动实时监测湿地系统的运行状态，水质不达标将被水泵抽回布水沟渠重新通过湿地系统。该人工湿地系统完整、稳定、简易、占地面积小、投资少，适合应用于污水处理的实际工程。

附图说明

图1为本发明的人工湿地系统的整体结构俯视图。

图2为图1中A-A′剖面图。

图3为小流量时水流在人工湿地系统中的流向图。

图4为大流量时水流在人工湿地系统中的流向图。

图5为监测井的结构示意图。

其中，1、碎石渠；2、湿地连接口；3、导水管；4、导水渠；5、人工湿地模块；51、水生植物；52、土壤层；53、小砾石层；54、大砾石层；6、隔水墙；7、进水口；8、溢流墙；9、布水沟渠；10、监测井；101、抽水漏斗；102、水管；103、水质检测器；104、伸缩门；105、控制主机；106、抽水泵；11、出水口；12、地基。

具体实施方式

本发明将结合附图和具体实施例作进一步说明。

参见图1和图2，本发明一种自适应污水流量的人工湿地系统，包括布水沟渠9、人工湿地模组、导水渠4、监测井10，其特征在于：所述的人工湿地系统分为两个人工湿地模组，布水沟渠9设置在两个人工湿地模组中间；每个人工湿地模组由多个人工湿地模块5依次排列而成，相邻的人工湿地模块5之间均设有隔水墙6和湿地连接口2，人工湿地模块5与布水沟渠9之间设有溢流墙8，且每个人工湿地模块5分首尾两端，两端均设有碎石渠1，第一个人工湿地模块5首端的碎石渠1与布水沟渠9通过进水口7连通，其他人工湿地模块5通过湿地连接口2依次首尾相连；所述的导水渠4设在人工湿地模块5尾端的碎石渠1后方，两者中间以隔水墙6隔开但以导水管3连通；所述的监测井10布设在导水渠4水流末端，位于出水口11前。

所述的溢流墙8为不透水墙，其高度与导水管3齐平，顶端面向湿地系统方向呈一定曲面，延长了水流路径，增加了曝气时间。

所述的人工湿地模块5中间为基质层，从上往下依次为水生植物51、土壤层52、小砾石层53、大砾石层54，底层为不透水的地基12。

所述的碎石渠1用大粒径的碎石填充，可保证人工湿地模块5进出水口不容易堵塞，保护填料不被水流冲走，底层为不透水的地基12。

所述的导水管3嵌于隔水墙6内，与地基水平面沿人工湿地模块5出水方向呈3°~5°角，将流经人工湿地模块5的水导向导水渠4。

所述的监测井10布设在水流末端，位于出水口11之前，用以监测经过人工湿地模块5处理后待排放或进入下一工艺的污水水质情况，包括抽水漏斗101、水管102、水质检测器103、伸缩门104、控制主机105、抽水泵106。

所述的水管102一端伸至监测井10底部中心位置，另一端连接布水沟渠9。

所述的水质检测器103设于监测井10底部，通过水质情况发射信号给控制主机105。

所述的控制主机105通过接收的信号，同时向伸缩门104和抽水泵106输出信号，例如水质检测器103检测水质不合格时，将信号发送至控制主机105，然后控制主机105输出信号关闭伸缩门104并启动抽水泵106。

本发明一种自适应污水流量的人工湿地系统，具体实施方式如下。

当小流量的污水流入布水沟渠9，污水通过进水口7流入两个人工湿地模组的第一级（沿布水沟渠9水流方向依次为第一级、第二级、第三级……）人工湿地模块5首端的碎石渠1，在碎石渠1中碎石的分散作用下污水均匀进入人工湿地模块5的基质层，污水流过湿地被处理后进入该人工湿地模块5尾端的碎石渠1，通过第一级人工湿地模块5和第二级人工湿地模块5之间的湿地连接口2流进第二级人工湿地模块5尾端的碎石渠1，流经第二级人工湿地模块的基质层后进入另一端的碎石渠1，再次通过第二级人工湿地模块5和第三级人工湿地模块5之间的湿地连接口2进入第三级人工湿地模块5，并以上述相同方式流入下一级人工湿地模块，污水将从最后一级人工湿地模块5尾端的导水管3溢出到导水渠4中，实现每个人工湿地模组内部串联的方式运行。详见图3。

当大流量的污水进入布水沟渠9且污水水位高于溢流墙8时，污水将同时从人工湿地模组的溢流墙8溢流到各个人工湿地模块5首端的碎石渠1中进入各个人工湿地模块5（溢流过程中，污水与空气有充足的接触面积和接触时间，增加了污水的溶氧量），污水通过人工湿地模块5后在该人工湿地模块5尾端的碎石渠1中聚积并从各个导水管3流到导水渠4中，此时系统实现每个人工湿地模组内部并联的方式运行。详见图4。

经过湿地处理后的污水被导水渠4导流进入监测井10，监测井10中的水质检测器103实时检测水质参数，若水质未达标，将发送信号给控制主机105，控制主机105同时向伸缩门104和抽水泵106输出信号，关闭伸缩门104并开启抽水泵106，监测井10中的水经过抽水漏斗101和水管102被抽水泵106抽回布水沟渠9再次进入两个人工湿地模组，至水质检测器103检测到水质达标后再次发送信号开启伸缩门104并关闭抽水泵106，污水经过人工湿地系统的净化后从出水口11排出。详见图5。

Claims (5)

1.一种自适应污水流量的人工湿地系统，包括布水沟渠（9）、人工湿地模组、导水渠（4）、监测井（10），所述的人工湿地系统分为两个人工湿地模组，布水沟渠（9）设置在两个人工湿地模组中间；每个人工湿地模组由多个人工湿地模块（5）依次排列而成，相邻的人工湿地模块（5）之间均设有隔水墙（6）和湿地连接口（2），且每个人工湿地模块（5）分首尾两端，两端均设有碎石渠（1），第一个人工湿地模块（5）首端的碎石渠（1）与布水沟渠（9）通过进水口（7）连通，其他人工湿地模块（5）通过湿地连接口（2）依次首尾相连；所述的导水渠（4）设在人工湿地模块（5）尾端的碎石渠（1）后方，两者中间以隔水墙（6）隔开以导水管（3）连通；所述的监测井（10）布设在导水渠（4）水流末端，位于出水口（11）前，其特征在于：人工湿地模块（5）与布水沟渠（9）之间设有溢流墙（8），所述的溢流墙（8）为不透水墙，其高度与导水管（3）齐平。

2.根据权利要求1所述的一种自适应污水流量的人工湿地系统，其特征在于：所述的人工湿地模块（5）中间为基质层，从上往下依次为水生植物（51）、土壤层（52）、小砾石层（53）、大砾石层（54），底层为不透水的地基（12）。

3.根据权利要求1所述的一种自适应污水流量的人工湿地系统，其特征在于：所述的碎石渠（1）用大粒径的碎石填充，底层为不透水的地基（12）。

4. 根据权利要求1所述的一种自适应污水流量的人工湿地系统，其特征在于：所述的导水管（3）嵌于隔水墙（6）内，与地基水平面沿人工湿地模块（5）出水方向呈3°~ 5°角，将流经人工湿地模块（5）的水导向导水渠（4）。

5.根据权利要求1所述的一种自适应污水流量的人工湿地系统，其特征在于：所述的监测井（10）布设在水流末端，位于出水口（11）之前，包括抽水漏斗（101）、水管（102）、水质检测器（103）、伸缩门（104）、控制主机（105）、抽水泵（106）；水管（102）一端伸至监测井（10）底部中心位置，另一端连接布水沟渠（9）；水质检测器（103）设于监测井（10）底部，通过水质情况发射信号给控制主机（105）；控制主机（105）通过接收的信号，同时向伸缩门（104）和抽水泵（106）输出信号，当水质检测器（103）检测水质不合格时，将信号发送至控制主机（105），然后控制主机（105）输出信号关闭伸缩门（104）并启动抽水泵（106）。