一種垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其包括分流凹槽、下行流環(huán)形池、上行流環(huán)形池、集水池、回流泵、自動充氧回流裝置和淺調(diào)節(jié)池；分流凹槽位于下行流環(huán)形池的外壁上，上行流環(huán)形池位于下行流環(huán)形池的內(nèi)側(cè)，集水池設于上行流環(huán)形池的內(nèi)側(cè)；回流泵的入水口與集水池相連，其出水口通過回流管路與設置在所述淺調(diào)節(jié)池上方、內(nèi)部或池壁上的自動充氧回流裝置相連；淺調(diào)節(jié)池的污水出口通過管道或水槽與所述分流凹槽相通。本發(fā)明加大了與空氣的接觸時間，增加了污水中的溶解并提高了控制污水的凈化效果，既可減少基建投資又可有效控制蚊蠅孳生。本發(fā)明可以收集出水并作為中水回用，有效的節(jié)約了水資源。
【專利說明】一種垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程污水處理【技術領域】，更具體涉及一種垂直流自動充氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)的簡單高效均勻布水充氧系統(tǒng)，適用于生活污水、受污染地表水、面源污水、成分較復雜廢水的處理，同時適用于家庭污水以及溫差變化較大的污水處理。
【背景技術】
[0002]人工濕地是20世紀七八十年代發(fā)展起來的一種新型廢水處理工藝，由于該方法具有高效率、低投資、低轉(zhuǎn)運費用技術。已經(jīng)廣泛應用于含油廢水、生活污水、養(yǎng)殖地污水以及湖泊污染防治等領域的處理。
[0003]目前，根據(jù)廢水徑流方式的不同來劃分，人工濕地廢水處理工藝的類型按照系統(tǒng)布水方式或在系統(tǒng)中流動方式的不同一般可分為表面流(SFW)工藝、水平潛流(SSFW)、垂直流濕地(VFW)工藝。由于表面流濕地與自然濕地極為類似，且運行受氣候影響較大，夏季還有滋生蚊蠅的可能，故設計運行難度較高。潛流濕地以砂石土壤為填料，可設為水自然滲透過濾的人造景，但是這種濕地的操控性相對復雜，且脫N、除P效果不如垂直流濕地。
[0004]垂直流人工濕地處理系統(tǒng)對N的去除作用包括基質(zhì)的吸附、過濾、沉淀以及氨的揮發(fā)，植物的吸收和濕地中微生物作用下經(jīng)硝化、反硝化作用。其中硝化、反硝化占主要地位，傳統(tǒng)的垂直流人工濕地處理系統(tǒng)通過定時落干與淹水交替運行，從而創(chuàng)造出好氧和厭氧的交替環(huán)境來進行硝化/反硝化，但是傳統(tǒng)工藝操作控制也比較復雜，建造要求相對較聞。
[0005]當前人工濕地的增氧方式有:一是在濕地系統(tǒng)內(nèi)安裝開孔通氣管，進行自然通氣；二是用空氣壓縮機連續(xù)或間歇向濕地系統(tǒng)中的開孔管進行強化通氣；三是利用風能向濕地系統(tǒng)中的開孔管通入空氣。·這三種增氧方式有以下不足:
[0006]1、通氣管是空氣自流換氣，空氣傳遞效率不高；且多層通氣管的鋪設，增加了濕地系統(tǒng)的基建投資。
[0007]2、風能增氧方式受地域及氣候限制很大，造成濕地系統(tǒng)處理效果不穩(wěn)定。
[0008]3、三種增氧方式都沒有創(chuàng)造硝化、反硝化反應所需最優(yōu)的好氧、厭氧交替變化的環(huán)境條件，導致濕地出水中NO3—的濃度增加，氮的去除率下降。
[0009]4、三種增氧方式都是直接將開孔通氣管埋在濕地系統(tǒng)的基質(zhì)中，細小的沙礫極易堵塞通氣管的開孔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是為了彌補上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，提供一種垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng),其包括均勻布水和增氧系統(tǒng)，該系統(tǒng)簡單，利用延長環(huán)形流人工濕地污水接觸時間以及自動增氧設備系統(tǒng)；不僅創(chuàng)造硝化、反硝化反應所需的好氧、厭氧交替進行的環(huán)境條件，大大提高了脫氮效果，而且通過延長污水在濕地中的停留時間及增加回流系統(tǒng)提聞有機物的去除率。[0011]本發(fā)明的目的可以通過以下措施達到:
[0012]一種垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其包括分流凹槽、下行流環(huán)形池、上行流環(huán)形池、集水池、回流泵、自動充氧回流裝置和淺調(diào)節(jié)池；所述分流凹槽設置在所述下行流環(huán)形池的外壁上，所述上行流環(huán)形池位于下行流環(huán)形池的內(nèi)側(cè)，下行流環(huán)形池和上行流環(huán)形池內(nèi)均設有填充物且二者之間通過池底部相連通；所述集水池設于上行流環(huán)形池的內(nèi)偵牝集水池用以從上行流環(huán)形池的上部溢出或?qū)С鏊⑹占诩貎?nèi)；所述回流泵的入水口與集水池相連，其出水口通過回流管路與設置在所述淺調(diào)節(jié)池上方、內(nèi)部或池壁上的自動充氧回流裝置相連；所述淺調(diào)節(jié)池設有污水入口和污水出口，該污水出口通過管道或水槽與所述分流凹槽相通。
[0013]本系統(tǒng)中，分流凹槽設置在下行流環(huán)形池外壁的頂端，分流凹槽為具有溢流邊或溢流孔的凹槽結(jié)構(gòu)，而溢流邊或溢流孔均位于同一水平面上，不論下行流環(huán)形池為何種形狀，分流凹槽均設置在下行流環(huán)形池外壁上。分流凹槽內(nèi)的污水通過下行流環(huán)形池的外壁可均勻流入下行流環(huán)形池內(nèi)。
[0014]本發(fā)明中對下行流環(huán)形池的形狀并沒有具體要求，只要在水平方面上能夠形成環(huán)流的池子皆可，常采用的形式有矩形池、兩端為弧形的類矩形池、橢圓形池或環(huán)形池。上行流環(huán)形池與下行流環(huán)形池之間設有上沿高出兩池內(nèi)填充物的隔墻，隔墻不透水，為了使上行流環(huán)形池與下行流環(huán)形池之間通過底部相連通，在隔墻的下部設有通道、缺口或間隙。
[0015]一種優(yōu)選方案為下行流環(huán)形池和上行流環(huán)形池均采用圓形環(huán)流池，二者之間設有隔墻并通過隔墻底部的間隙相通。
[0016]下行流環(huán)形池的填充物自下而上依次設置礫石層、陶粒層和煤渣層，其頂層設置半粘土層作為植物基質(zhì)層；所述上行流環(huán)形池的填充物自下而上依次設置有鵝卵石層和細砂層等，其頂層設置半粘土層作為植物基質(zhì)層。進一步的，下行流環(huán)形池的植物基質(zhì)層可比上行流環(huán)形池的植物基質(zhì)層高20~30c m ;兩個植物基質(zhì)層上分別種植耐污的挺水植物，所述挺水植物選自黃菖蒲、蘆葦、大香菇草、紅蓮子草、香蒲中的一種或幾種組合。
[0017]本系統(tǒng)中的集水池可設置在上行流環(huán)形池內(nèi)的任何位置，只要不影響到下行流環(huán)形池與上行流環(huán)形池的結(jié)構(gòu)即可，一般會將集水池設置在上行流環(huán)形池的中央位置，例如當上行流環(huán)形池為圓形時設置在其圓心位置。本集水池與上行流環(huán)形池之間也可設有不透水的隔墻，該隔墻一般需高于上行流環(huán)形池內(nèi)的填充物，防止上行流環(huán)形池內(nèi)的污水在未充分處理前流入集水池。該隔墻的上沿低于所述下行流環(huán)形池與上行流環(huán)形池之間的隔墻或者在該隔墻的上部設有水流通道，這樣可以收集適量的回流水，延長污水在濕地系統(tǒng)內(nèi)的停留時間。
[0018]本系統(tǒng)還包括回流系統(tǒng)，具體包括回流泵、回流管道、自動充氧回流裝置等?；亓鞅玫某鏊谂c淺調(diào)節(jié)池相通；自動充氧回流裝置包括回流水噴嘴、進氣管和文丘里管，所述文丘里管自上而下依次包括直管、吸氣室、喉管、擴散管和尾管，所述回流水噴嘴連接在回流管路的出水口處并設置在所述文丘里管的直管內(nèi)，進氣管也位于直管內(nèi)且進氣管的出氣口與回流水噴嘴相對，使回流道(或回流水)與增氧氣流成180°，以更好地補充氧氣。
[0019]自動充氧回流裝置設置在淺調(diào)節(jié)池上方或內(nèi)部，可以使經(jīng)過回流泵和回流管路的回流水更好地重新導入在淺調(diào)節(jié)池內(nèi)。淺調(diào)節(jié)池可采用小池體，其可操作性強，只需滿足污水和清水的混合即可?；亓骱蟮乃?jīng)自動充氧回流裝置進入淺調(diào)節(jié)池與污水進行充分混合，再導入濕地系統(tǒng)中。
[0020]本系統(tǒng)具有如下優(yōu)點:
[0021]1、本發(fā)明可以在不使用額外動力的情況下，運用水力自重流使廢水均勻分布到模擬系統(tǒng)，并加大了與空氣的接觸時間，有效的增加了污水中的溶解氧。
[0022]2、本發(fā)明采用圓形環(huán)流人工濕地形式，根據(jù)不同階段污水的特性，采用不同的環(huán)境來對其進行處理，充分有效的利用了資源。
[0023]3、本發(fā)明通過射流器自動增氧裝置加以回流再處理可以人為有效的控制污水的去除效果，并有效地控制污水的凈化效果。
[0024]4、本發(fā)明通過射流器自動增氧裝置創(chuàng)造好氧條件，無需傳統(tǒng)的垂直流濕地控制落干/淹水時間，既可減少基建投資又可有效控制蚊蠅孳生。
[0025]5、本發(fā)明可以收集出水并作為中水回用，有效的節(jié)約了水資源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明垂直流自動充氧人工濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為自動射流器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3為圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖
[0029]圖中標號:I一分流凹槽，2—下行流環(huán)形池，3—上行流環(huán)形池，4一集水池，5—回流泵，6—回路管道,7一自動充氧回流裝置，8—淺調(diào)節(jié)池。7-1—噴嘴,7-2—進氣管,7-3一吸氣室，7-4—喉管，7-5—擴散管，7-6—尾管。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0031]實施例
[0032]如圖1所示，本垂直流自動充氧人工濕地系統(tǒng)包括分流凹槽1、下行流環(huán)形池2、上行流環(huán)形池3、集水池4、回流泵5、回路管道6、自動充氧回流裝置7和淺調(diào)節(jié)池8。分流凹槽I設置在下行流環(huán)形池的外壁上，上行流環(huán)形池位于下行流環(huán)形池的內(nèi)側(cè)。下行流環(huán)形池和上行流環(huán)形池均采用圓形環(huán)流池，二者之間設有隔墻并通過隔墻底部的間隙相通。
[0033]下行流環(huán)形池和上行流環(huán)形池內(nèi)均設有填充物，下行流環(huán)形池的填充物自下而上依次設置礫石層、陶粒層和煤渣層，其頂層設置半粘土層作為植物基質(zhì)層；所述上行流環(huán)形池的填充物自下而上依次設置有鵝卵石層和細砂層等，其頂層設置半粘土層作為植物基質(zhì)層。進一步的，下行流環(huán)形池的植物基質(zhì)層比上行流環(huán)形池的植物基質(zhì)層高20~30cm ;兩個植物基質(zhì)層上分別種植耐污的挺水植物，所述挺水植物選自黃菖蒲、蘆葦、大香菇草、紅蓮子草、香蒲中的一種或多種組合。
[0034]集水池設于上行流環(huán)形池的內(nèi)側(cè)圓心處，集水池與上行流環(huán)形池之間設有不透水的隔墻，該隔墻高于上行流環(huán)形池內(nèi)的填充物，其上沿低于下行流環(huán)形池與上行流環(huán)形池之間的隔墻。
[0035]回流泵的入水口與集水池相連，其出水口與回流管路相連，回流管路的出水口連接自動充氧回流裝置。自動充氧回流裝置包括回流水噴嘴、進氣管和文丘里管，文丘里管自上而下依次包括直管、吸氣室、喉管、擴散管和尾管，回流水噴嘴連接在回流管路的出水口處并設置在所述文丘里管的直管內(nèi)，進氣管也位于直管內(nèi)且進氣管的出氣口與回流水噴嘴相對，使回流道與增氧氣流成180°。
[0036]自動充氧回流裝置設置在淺調(diào)節(jié)池上方，使經(jīng)過回流泵和回流管路的回流水充氧后重新導入在淺調(diào)節(jié)池內(nèi)。淺調(diào)節(jié)池設有污水入口和污水出口，該污水出口通過水槽與分流凹槽相通。
[0037]本垂直流自動充氧人工濕地系統(tǒng)可采用連續(xù)、間歇進水、自動出水的工作方式，當預處理污水經(jīng)淺調(diào)節(jié)池8與回流的清水混合后，進入分流凹槽I流入下行流環(huán)形池2向下流動經(jīng)過下滲向上進入下行流環(huán)形池，形成了一個好氧到厭氧的過度，促進了硝化反應的進行，因此，部分含有大量NO3-N的污水被推流至上行流環(huán)形池3時，由于上行流環(huán)形池3的厭缺氧環(huán)境條件促進了反硝化反應的發(fā)生NO3-N轉(zhuǎn)化為N2，垂直流人工濕地的內(nèi)部逐漸恢復厭缺氧環(huán)境條件，進一步促進了反硝化反應的發(fā)生NO3-N轉(zhuǎn)化為N2，從而最終實現(xiàn)了對氮的徹底去除。同時，利用回流裝置回流部分出水，延長污水在濕地系統(tǒng)中的停留時間，提高有機物的去除率。 [0038]本發(fā)明垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)模擬實驗:
[0039]以養(yǎng)豬場厭氧消化液為例進行的模擬實驗。原水水質(zhì)如下:化學需氧量(CODcr)為 494.28mg/L，氨氮(NH3-N)為 121.2mg/L，總氮(TN)為 149.8mg/L，總磷(TP)為 9.80mg/L?；亓髁渴窍哼M水量的兩倍。
[0040]在水力負荷為0.105m3/(m2.d)，水深是500mm，水力停留時間是48h的工況下，原水經(jīng)過本發(fā)明整個濕地系統(tǒng)后的處理水水質(zhì)如下:化學需氧量(CODcr)為60.35mg/L，氨氮(NH3-N)為 13.87mg/L,總氮為(TN)24.53mg/L,總磷為(TP)3.978mg/L。其去除率分別如下:化學需氧量(CODcr)為87.79%，氨氮(NH3-N)為88.56%，總氮(TN)為83.60%,總磷(TP)為59.41%。經(jīng)濕地深度處理后，出水的C0D、氨氮、總氮、總磷達到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》。
【權利要求】
1.一種垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于其包括分流凹槽(I)、下行流環(huán)形池(2)、上行流環(huán)形池(3)、集水池(4)、回流泵(5)、自動充氧回流裝置(7)和淺調(diào)節(jié)池(8);所述分流凹槽(I)設置在所述下行流環(huán)形池(2)的外壁上，所述上行流環(huán)形池(3)位于下行流環(huán)形池(2)的內(nèi)側(cè)，下行流環(huán)形池(2)和上行流環(huán)形池(3)內(nèi)均設有填充物且二者之間通過池底部相連通；所述集水池(4)設于上行流環(huán)形池(3)的內(nèi)側(cè)，集水池(4)用以從上行流環(huán)形池(3)的上部溢出或?qū)С鏊⑹占诩?4)內(nèi)；所述回流泵(5)的入水口與集水池(4)相連，其出水口通過回流管路(6)與設置在所述淺調(diào)節(jié)池(8)上方、內(nèi)部或池壁上的自動充氧回流裝置(7 )相連；所述淺調(diào)節(jié)池(8 )設有污水入口和污水出口，該污水出口通過管道或水槽與所述分流凹槽(I)相通。
2.根據(jù)權利要求1所述的垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所述分流凹槽(I)設置在下行流環(huán)形池(2)外壁的頂端，使分流凹槽(I)內(nèi)的污水通過下行流環(huán)形池(2)的外壁均勻流入下行流環(huán)形池(2)內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1所述的垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所述下行流環(huán)形池(2)為矩形池、兩端為弧形的類矩形池、橢圓形池或環(huán)形池；所述上行流環(huán)形池(3)與下行流環(huán)形池(2)之間設有上沿高出兩池內(nèi)填充物的隔墻，該隔墻的下部設有使兩池相連通的通道、缺口或間隙。
4.根據(jù)權利要求3所述的垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所述下行流環(huán)形池(2)和上行流環(huán)形池(3)均采用圓形環(huán)流池，二者之間設有隔墻并通過隔墻底部的間隙相通。
5.根據(jù)權利要求1所述的垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所述下行流環(huán)形池的填充物自下而上依次設置礫石層、陶粒層和煤渣層，其頂層設置半粘土層作為植物基質(zhì)層；所述上行流環(huán)形池的填充物自下而上依次設置有鵝卵石層和細砂層，其頂層設置半粘土層作為植物基質(zhì)層。
6. 根據(jù)權利要求5所述的垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于下行流環(huán)形池的植物基質(zhì)層比上行流環(huán)形池的植物基質(zhì)層高20~30cm ;兩個植物基質(zhì)層上分別種植耐污的挺水植物，所述挺水植物選自黃菖蒲、蘆葦、大香菇草、紅蓮子草、香蒲中的一種或幾種組合。
7.根據(jù)權利要求1所述的垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所述集水池(4)與上行流環(huán)形池(3)之間設有隔墻，該隔墻高于上行流環(huán)形池(3)內(nèi)的填充物，該隔墻的上沿低于所述下行流環(huán)形池(2)與上行流環(huán)形池(3)之間的隔墻或者在該隔墻的上部設有水流通道。
8.根據(jù)權利要求1所述的垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所述回流泵(5)的出水口與所述淺調(diào)節(jié)池(8)相通；所述自動充氧回流裝置(7)包括回流水噴嘴、進氣管和文丘里管，所述文丘里管自上而下依次包括直管、吸氣室、喉管、擴散管和尾管，所述回流水噴嘴連接在回流管路(6)的出水口處并設置在所述文丘里管的直管內(nèi)，所述進氣管也位于直管內(nèi)且進氣管的出氣口與回流水噴嘴相對。
9.根據(jù)權利要求1所述的垂直流自動增氧環(huán)形人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所述自動充氧回流裝置(7)設置在淺調(diào)節(jié)池(8)上方或內(nèi)部，使經(jīng)過回流泵(5)和回流管路(6)的回流水重新導入在淺調(diào)節(jié)池(8)內(nèi)。
【文檔編號】C02F3/32GK103663710SQ201310681973
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】孫亞兵, 何東, 侯吉妃, 辛路, 張夢怡, 李舜斌 申請人:南京大學