[0001]
一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其适用于人工湿地污水处理领域，特别是基于电子束的人工湿地污水处理领域。
背景技术：
[0002]
人工湿地一般包括表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地等，是一种生态环保的污水处理技术。人工湿地主要是利用湿地植物、土壤以及相关微生物等组成的生态系统来协助废水处理的一种有效方式，具有经济、环保的优点，同时能提升景观效果。
[0003]
电子束是近来发展起来的一种污水处理技术，主要利用高能电子束电离或激发水分子产生羟基自由基、水合电子等活性粒子，利用活性粒子(无需化学试剂)作用于污染物，从而使废水得到净化，适用于较难处理的新型污染物，如医疗品与个人护理品(pharmaceuticals and personal care products，ppcps)。
[0004]
随着国内外技术的飞速发展，医药品和个人护理品的销售及使用量逐年增加，造成的ppcps污染日益严重。ppcps降解缓慢，造成了潜在的水环境污染和生态安全问题。相关研究人员发现，常规的水处理工艺很难有效去除ppcps污染物，因而尝试其它工艺进行ppcps污染物的去除，如活性炭吸附、化学氧化法、光降解、膜过滤等技术。
[0005]
当前新型污染物处理技术主要存在易造成二次污染，去除效率低等缺点。
技术实现要素：
[0006]
技术问题：当前新型污染物(如ppcps)处理技术主要存在易造成二次污染，去除效率低等缺点。
[0007]
技术方案：一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其包含一级处理池，二级处理池,三级处理池，后端水质检测及中控系统和电子束系统；一级处理池，二级处理池,三级处理池按污水流向从上向下依次梯级设置；每级处理池的上部侧面都设有进水口，底部设有出水口；一级处理池的出水口经一级出水管与二级处理池的进水口相连,二级处理池的出水口经二级出水管与三级处理池的进水口相连，三级处理池的出水口经三级出水管与后端水质检测及中控系统的进水口相连，后端水质检测及中控系统的出水口与电子束系统的进水口相连；每级处理池内部都设置有布水管和集水管，布水管位于集水管上方且与处理池的进水口相连，集水管与处理池的出水口相连；每级处理池内部都填充有基质层，基质层上部种植有湿地植物。
[0008]
优选的，布水管设计成星形形状，由环形管和放射管组成，放射管呈星形设置在环形管周围且与环形管相连通；放射管除一根与处理池进水口相连的为进水管外，其余均为设置有出水孔的布水放射管。
[0009]
进一补的，环形管和放射管的连接关系为可拆卸的连接关系。
[0010]
优选的，集水管设计成星形形状，由中心管和放射管组成，放射管呈星形设置在环
形管周围且与中心管相连通，放射管与中心管上均设置有集水凹槽，凹槽内设置有布满进水孔的隔离网。
[0011]
进一步的，中心管的出水口与放射管之间为斜坡面连接设计，坡度为10
°-
20
°
；中心管与放射管的连接关系为可拆卸的连接关系。
[0012]
优选的，电子束系统按污水流向依次设置电子束发生器腔室和紫外线灯腔室，两腔室间用过滤网隔开，紫外线灯和电子束发生器分别设置于各自腔室顶部，电子束发生器腔室底部放置放置单质铁、氧化铁、铁磁的一种或它们组成的混合物。
[0013]
优选的，一种基于电子束的人工湿地污水处理系统还包含旁通出水管和前端水质检测及中控系统，前端水质检测及中控系统的出水口与一级处理池的进水口相连；旁通出水管一端与三级出水管相连通，另一端分别经一级旁通出水管与一级出水管相连通及经二级旁通出水管与二级出水管相连通；一级旁通出水管和二级旁通出水管上分别设置有电动阀门；三级出水管设置有旁通出水口且旁通出水口上设置有电动阀门。
[0014]
优选的，一种基于电子束的人工湿地污水处理系统还包含回流管，回流泵和水位计；回流管一端与三级出水管相连通，另一端分别经一级回流管与一级出水管相连通及经二级回流管与二级出水管相连通；一级回流管和二级回流管上分别设置有电动阀门；能把水经一级回流管和二级回流管输送回每级处理池的回流泵设置在回流管上；水位计设置于每级处理池的上部侧面。
[0015]
优选的，所述一级处理池种植的湿地植物主要为挺水草本类植物的皇竹草、芦竹、纸莎草、旱伞竹，一级处理池的基质层从上至下依次设置三层填料，上层为粒径20-30mm的碎石，中层为粒径10-20mm的陶粒，下层为粒径5-10mm的石灰石；所述二级处理池种植的湿地植物主要为挺水草本植物与漂浮植物相结合的香蒲、水葱、水莎草、野山姜、水芹菜、水葫芦，二级处理池的基质层从上至下依次设置三层填料，上层为粒径15-25mm的砾石，中层为粒径10-15mm的沸石，下层为粒径5-10mm的火山岩；所述三级处理池种植的湿地植物主要为挺水草本类植物的皇竹草、芦竹、纸莎草、旱伞竹、香蒲、水葱、水莎草、野山姜，三级处理池的基质层从上至下依次设置三层钙、铁、铝、镁含量均不低于20％的填料，上层为粒径15-25mm的页岩，中层为粒径10-15mm废砖块，下层为粒径5-10mm的高炉渣负复合改良填料。
[0016]
有益效果：本高新技术一种基于电子束的人工湿地污水处理系统设置有电子束用于处理有毒有害或难降解物质，此种处理技术不会造成环境的二次污染且处理效率高。旁通出水管的设置使得人工湿地污水处理系统可以根据进水的污染程度和水量灵活调节处理路径，针对不同类型的废水调节处理工艺，节省处理时间，提高处理效率。一级处理池，二级处理池,三级处理池按污水流向从上向下依次梯级设置使得上一级处理池和下一级处理池间存在高度差，污水可以直接从上一级处理池流入下一级处理池，节能环保。回流管的设置使得人工湿地污水处理系统可以调节人工湿地的水位，防止旱季湿地干涸，延长使用寿命。集水管和布水管可拆卸的结构设计便于维修，提高人工污水处理系统的整体使用寿命。处理池上层布设粒径较大的填料有利于氧气的进入，易形成硝化区，下层布设粒径较小的填料，易形成反硝化区，可以提升脱氮效果，提高污染物去除效率，同时能减缓填料淤堵问题；且布设的填料中钙、铁、铝、镁含量较大，利用钙、铁、铝离子与磷反应沉淀反应来达到高效除磷的效果。
附图说明
[0017]
图1是本一种基于电子束的人工湿地污水处理系统的整体示意图；
[0018]
图2是本一种基于电子束的人工湿地污水处理系统的剖面示意图；
[0019]
图3是本一种基于电子束的人工湿地污水处理系统的布水管和集水管在处理池内的位置示意图；
[0020]
图4是本一种基于电子束的人工湿地污水处理系统的处理池示意图；
[0021]
图5是本一种基于电子束的人工湿地污水处理系统的布水管的结构示意图；
[0022]
图6是本一种基于电子束的人工湿地污水处理系统的集水管结构示意图；
[0023]
图7是本一种基于电子束的人工湿地污水处理系统的集水管正视图。图中1是电子束系统，1-1是紫外线灯，1-2是电子束发生器，1-3是金属填充物，1-4是过滤网，2是后端水质检测及中控系统，3是回流泵，4是三级处理池，5是二级出水管，6是水位计，7是二级处理池，8是一级出水管，9是一级处理池，10是前端水质及中控系统，11是电动阀门，12是一级回流管，13是一级旁通出水管，14是二级旁通出水管，15是二级回流管，16是旁通出水口，17是三级出水管，18是集水管，19是布水管。
具体实施例
[0024]
下面结合附图选取本一种基于电子束的人工湿地污水处理系统的较优实施例对本技术方案进行详细的讲解。
[0025]
一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其包含一级处理池9，二级处理池7,三级处理池4，前端水质检测及中控系统10，后端水质检测及中控系统2，回流管，旁通出水管和电子束系统1。
[0026]
一级处理池9，二级处理池7,三级处理池4按污水流向从上向下依次梯级设置；这种设置使得上一级处理池和下一级处理池间存在高度差，污水可以直接从上一级处理池流入下一级处理池，节能环保。每级处理池的上部侧面都设有进水口，底部设有出水口。前端水质检测及中控系统10的出水口与一级处理池9的进水口相连。一级处理池9的出水口经一级出水管8与二级处理池7的进水口相连。二级处理池7的出水口经二级出水管5与三级处理池4的进水口相连。三级处理池4的出水口经三级出水管17与后端水质检测及中控系统2的进水口相连。后端水质检测及中控系统2的出水口与电子束系统1的进水口相连。
[0027]
每级处理池内部都设置有布水管19和集水管18，布水管19位于集水管18上方且与处理池的进水口相连，集水管18与处理池的出水口相连。
[0028]
布水管19设计成星形形状，由环形管和放射管组成。放射管呈星形设置在环形管周围且与环形管相连通。放射管除一根与处理池进水口相连的为进水管外，其余均为设置有出水孔的布水放射管，便于在不同方向均匀布水。环形管和放射管的连接选择螺纹或卡扣配合卡口的可拆卸连接，各个放射管可单独拆卸修理。
[0029]
集水管18设计成星形形状，由中心管和放射管组成。放射管呈星形设置在环形管周围且与中心管相连通。放射管与中心管上均设置有集水凹槽，凹槽内设置有布满进水孔的隔离网，防止填料堵塞。中心管的出水口与放射管之间为斜坡面连接设计，坡度为10
°-
20
°
，便于污水收集。中心管与放射管的连接选择螺纹或卡扣配合卡口的可拆卸连接，各个放射管可单独拆卸修理。
[0030]
电子束系统1按污水流向依次设置电子束发生器腔室和紫外线灯腔室，两腔室间用过滤网1-4隔开。紫外线灯1-1和电子束发生器1-2分别设置于各自腔室顶部。电子束发生器腔室底部放置放置单质铁、氧化铁、铁磁的一种或它们组成的混合物1-3。电子束发生器1-2产生的高能电子束电离或激发水分子产生羟基自由基、水合电子等活性粒子，利用活性粒子(无需化学试剂)作用于污染物，适用于较难处理的新型污染物(如ppcps)，从而使废水得到净化，此种处理技术不会造成环境的二次污染且处理效率高。电子束发生器1-2发射电子束形成微波场。在微波场下，单质铁、氧化铁、铁磁的一种或它们组成的混合物1-3吸收微波能后表面温度迅速升高，当能量聚积到一定程度，温度达到一定高度，就会出现金属打火和气体放电的现象。放电过程中出现的散落的弧光放电，称之为常压下微波场内形成高能量的等离子体。铁屑剧烈的“打火”在产生等离子体的同时也激发产生fe3+、fe2+以及强氧化剂o3、
·
oh等活性物质，而产生的电弧(紫外光)等都具有较高的反应活性，对废水中的微生物进行消杀。水中的铁离子是一种天然矿物元素，本技术方案所述的技术装置中存在大量o3、
·
oh的氧化环境，水中的铁离子将发生如下反应：fe2++o3
→
fe3++o2，fe32++
·
oh
→
fe(oh)3
↓
，铁离子将以絮凝态、沉淀态的赋存形态从水中自然沉淀分离，其作用原理类似于商业化的铁盐絮凝剂如：硫酸铁、聚合硫酸铁、羟基硫酸铁等。与天然絮凝剂明矾(硫酸铝)的净水原理相同。紫外线灯1-1对已经进行过沉淀消杀的污水再次进行杀菌处理防止细菌再生长，进一步净化污水。电子束系统1采取防潮、防腐蚀和绝缘保护措施。电子束系统和后端水质及中控系统2联锁。后端水质及中控系统2根据检测到的经过前端湿地净化后的污水的水质情况和流量大小控制电子束系统1的启停和运行功率等参数，使得电子束系统1处于最佳的运行状态。
[0031]
所述一级处理池9种植的湿地植物主要为挺水草本植物，适应能力强、根系发达，能提高潜流式人工湿地的处理效率；如皇竹草、芦竹、纸莎草、旱伞竹等深根丛生型植物。一级处理池9的基质层从上至下依次设置三层填料，上层为粒径20-30mm的碎石，中层为粒径10-20mm的陶粒，下层为粒径5-10mm的石灰石。通过填料的组合主要用于去除废水中的ss和有机物同时去除一定量的其他污染物。
[0032]
所述二级处理池7种植的湿地植物主要为挺水草本植物与漂浮植物相结合：选择挺水草本植物中的深根散生型植物，如香蒲、水葱、水莎草、野山姜等，根系扎根较深，根系接触面广，适应能力强，植株分散，可搭配漂浮植物；漂浮植物具有生命力强、生物量大、生长迅速、季节性休眠等特点，可以季节型搭配不同的漂浮植物，避免因植物种类选择单一而出现季节性功能失调现象，冬季低温种植水芹菜等，夏季高温种植水葫芦等。二级处理池7的基质层从上至下依次设置三层填料，上层为粒径15-25mm的砾石，中层为粒径10-15mm的沸石，下层为粒径5-10mm的火山岩。上层布设粒径较大的填料，有利于氧气的进入，易形成硝化区，下层布设粒径较小的填料，易形成反硝化区，可以提升脱氮效果，提高污染物去除效率，同时能减缓填料淤堵问题。
[0033]
所述三级处理池4种植的湿地植物主要为挺水植物的皇竹草、芦竹、纸莎草、旱伞竹、香蒲、水葱、水莎草、野山姜，根系扎根较深，根系接触面广，适应能力强，能对水质提到稳定的作用。三级处理池4的基质层从上至下依次设置三层钙、铁、铝、镁含量均不低于20％的填料，上层为粒径15-25mm的页岩，中层为粒径10-15mm废砖块，下层为粒径5-10mm的高炉渣负复合改良填料。填料中钙、铁、铝、镁含量均不能低于20％，可以利用吸附、沉淀等物理
效果去除污染物的同时，利用钙、铁、铝离子与磷反应沉淀反应来达到高效除磷的效果。
[0034]
旁通出水管一端与三级出水管17相连通，另一端分别经一级旁通出水管13与一级出水管8相连通及经二级旁通出水管14与二级出水管5相连通。一级旁通出水管13和二级旁通出水管14上分别设置有电动阀门11。三级出水管17设置有旁通出水口16且旁通出水口16上设置有电动阀门。前端水质检测及中控系统10对进水水质进行检测，当进水为初期雨水或轻度污染废水时，前端水质检测及中控系统10自动调节一级旁通出水管13和旁通出水口16上的电动阀门11打开使得污水进一级处理池后直接出水；或者自动调节二级旁通出水管14和旁通出水口16上的电动阀门11打开使得污水进一级、二级处理池后直接出水，无需经过三级处理池和电子束处理系统1，可以缩短处理时间，提高处理量及处理效率，节约能源，同时可以缓解初期雨水等水量较大的轻度污染废水对处理系统的冲击。当进水为中度污染或重度污染废水时，前端水质检测及中控系统10调节一级旁通出水管13、二级旁通出水管14和旁通出水口16上的电动阀门11调整工艺经过一级、二级和三级处理池，再经过电子束系统处理后排出，用于处理有毒有害或难降解物质废水。
[0035]
回流管一端与三级出水管17相连通，另一端分别经一级回流管12与一级出水管8相连通及经二级回流管15与二级出水管5相连通。一级回流管12和二级回流管15上分别设置有电动阀门11。能把水经一级回流管12和二级回流管15输送回每级处理池的回流泵3设置在回流管上。每级处理池的上部侧面设置水位计6。后端水质检测及中控系统2搭配回流管、回流泵3、水位计6使用。当后端水质检测及中控系统2水位计6检测到哪级处理池水位低时则启动回流泵3并打开相应回流管上的电动阀门11回流水。旱季时通过对各个处理池的水位调节，防止人工湿地干涸，延长使用寿命。
[0036]
以上实施例为本技术方案较优的实施例，并不是此方案的全部实施例。任何在此方案的基础上或以本方案为启示且对于本领域技术人员来说无需作出创造性劳动即可得出的其它技术方案均在本方案的保护范围内。
技术特征：
1.一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在于：其包含一级处理池(9)，二级处理池(7),三级处理池(4)，后端水质检测及中控系统和电子束系统(1)；一级处理池(9)，二级处理池(7),三级处理池(4)按污水流向从上向下依次梯级设置；每级处理池的上部侧面都设有进水口，底部设有出水口；一级处理池(9)的出水口经一级出水管(8)与二级处理池(7)的进水口相连,二级处理池(7)的出水口经二级出水管(5)与三级处理池(4)的进水口相连，三级处理池(4)的出水口经三级出水管(17)与后端水质检测及中控系统的进水口相连，后端水质检测及中控系统的出水口与电子束系统(1)的进水口相连；每级处理池内部都设置有布水管(19)和集水管(18)，布水管(19)位于集水管(18)上方且与处理池的进水口相连，集水管(18)与处理池的出水口相连；每级处理池内部都填充有基质层，基质层上部种植有湿地植物。2.根据权利要求1所述一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在于：布水管(19)设计成星形形状，由环形管和放射管组成，放射管呈星形设置在环形管周围且与环形管相连通；放射管除一根与处理池进水口相连的为进水管外，其余均为设置有出水孔的布水放射管。3.根据权利要求2所述一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在于：环形管和放射管的连接关系为可拆卸的连接关系。4.根据权利要求1所述一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在于：集水管(18)设计成星形形状，由中心管和放射管组成，放射管呈星形设置在环形管周围且与中心管相连通，放射管与中心管上均设置有集水凹槽，凹槽内设置有布满进水孔的隔离网。5.根据权利要求4所述一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在于：中心管的出水口与放射管之间为斜坡面连接设计，坡度为10
°-
20
°
；中心管与放射管的连接关系为可拆卸的连接关系。6.根据权利要求1所述一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在于：电子束系统(1)按污水流向依次设置电子束发生器腔室和紫外线灯腔室，两腔室间用过滤网(1-4)隔开，紫外线灯(1-1)和电子束发生器(1-2)分别设置于各自腔室顶部，电子束发生器腔室底部放置单质铁、氧化铁、铁磁的一种或它们组成的混合物(1-3)。7.根据权利要求1所述一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在于：还包含旁通出水管和前端水质检测及中控系统，前端水质检测及中控系统的出水口与一级处理池(9)的进水口相连；旁通出水管一端与三级出水管(17)相连通，另一端分别经一级旁通出水管(13)与一级出水管(8)相连通及经二级旁通出水管(14)与二级出水管(5)相连通；一级旁通出水管(13)和二级旁通出水管(14)上分别设置有电动阀门(11)；三级出水管(17)设置有旁通出水口(16)且旁通出水口(16)上设置有电动阀门。8.根据权利要求1至7任一项所述一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在于：还包含回流管，回流泵(3)和水位计(6)；回流管一端与三级出水管(17)相连通，另一端分别经一级回流管(12)与一级出水管(8)相连通及经二级回流管(15)与二级出水管(5) 相连通；一级回流管(12)和二级回流管(15)上分别设置有电动阀门(11)；能把水经一级回流管(12)和二级回流管(15)输送回每级处理池的回流泵(3)设置在回流管上；水位计(6)设置于每级处理池的上部侧面。9.根据权利要求1至7任一项所述一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其特征在
于：所述一级处理池(9)种植的湿地植物主要为挺水草本类植物的皇竹草、芦竹、纸莎草、旱伞竹，一级处理池(9)的基质层从上至下依次设置三层填料，上层为粒径20-30mm的碎石，中层为粒径10-20mm的陶粒，下层为粒径5-10mm的石灰石；所述二级处理池(7)种植的湿地植物主要为挺水草本植物与漂浮植物相结合的香蒲、水葱、水莎草、野山姜、水芹菜、水葫芦，二级处理池(7)的基质层从上至下依次设置三层填料，上层为粒径15-25mm的砾石，中层为粒径10-15mm的沸石，下层为粒径5-10mm的火山岩；所述三级处理池(4)种植的湿地植物主要为挺水草本植物的皇竹草、芦竹、纸莎草、旱伞竹、香蒲、水葱、水莎草、野山姜，三级处理池(4)的基质层从上至下依次设置三层钙、铁、铝、镁含量均不低于20％的填料，上层为粒径15-25mm的页岩，中层为粒径10-15mm废砖块，下层为粒径5-10mm的高炉渣负复合改良填料。
技术总结
本高新技术公开了一种基于电子束的人工湿地污水处理系统，其适用于人工湿地污水处理领域，解决了当前新型污染物(如PPCPs)处理技术存在易造成二次污染、去除效率低等缺点。本高新技术技术方案包含的一级处理池，二级处理池,三级处理池从上向下依次梯级设置；每级处理池都设有进水口，底部设有出水口；一级处理池的出水口与二级处理池的进水口相连,二级处理池的出水口与三级处理池的进水口相连，三级处理池的出水口与后端水质检测及中控系统的进水口相连，后端水质检测及中控系统的出水口与电子束系统的进水口相连；每级处理池内部都设置有布水管和集水管且分别与处理池的进水口和出水口相连；每级处理池内部都填充有基质层，基质层上种有湿地植物。基质层上种有湿地植物。基质层上种有湿地植物。
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