专利名称：高新自充氧潜流人工湿地污水净化装置技术
技术领域：
本高新技术属于污水净化处理技术领域，具体涉及一种利用水位差势能和虹吸原理对人工湿地进行自动复氧的新型垂直潜流人工湿地污水净化装置。
背景技术：
人工湿地技术是20世纪七十年代发展开来的一种新型污水处理工艺，具有高效、 低耗、低成本及运行管理简便等特点。目前已经广泛应用于生活污水处理、农村面源污染治理以及垃圾渗滤液处理等方面。人工湿地技术去除污染物的主要机理是利用湿地内部微生物降解有机污染物，植物截流和填料吸附等方面作用相对有限。其除氮机理主要是利用湿地内部微生物的硝化和反硝化作用，通过硝化作用将氨态氮(NH4+-N)转化为硝态氮和亚硝态氮(NO3-N和NO2-N),这个过程是氧化过程，需要氧气参与；通过反硝化作用将NO3-N和NO2-N转化为N2，这个过程需要厌氧环境。已有的研究表明，传统湿地技术脱氮效果不能令人满意的主要原因在于湿地内部好氧环境不足限制了硝化反应。目前已有的人工湿地增氧方式有以下几种1)预处理阶段进行曝气充氧；2)采用空气压缩机通过管道向湿地内部充氧；3 )湿地内部安装配气管路，进行自然通气。这三种方式实际工程应用中均有不足，主要表现在效率不高，机械增氧增加了成本，设备工艺复杂， 工艺难以实现稳定高效运行。实用新型内容综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本高新技术提供了一种自充氧潜流人工湿地污水净化装置，它通过垂直潜流湿地池之间的高度差和倒“U”型虹吸配水器使垂直潜流湿地池内水体液面按照一定的规律，上下起伏波动。随着内部液面的上升和下降，外部空气被抽吸进入垂直潜流湿地池内部，从而实现大气的复氧。该充氧方式中，空气直接与垂直潜流湿地池内的填料上附着的微生物以及填料表面形成的液膜直接进行传氧输送，复氧效率高且无外加能源消耗，从而解决人工湿地技术由于溶解氧不足而限制系统污染物降解能力的问题，同时通过合理布局湿地结构，达到提高人工湿地系统运行能力，延缓湿地堵塞的目的。为解决上述技术问题，本高新技术的技术方案是这样实现的一种自充氧潜流人工湿地污水净化装置，其特征在于它包括进水管、厌氧池、沉淀池、垂直潜流湿地池I、垂直潜流湿地池II、垂直潜流湿地池III、垂直潜流湿地池IV及出水管，进水管的出水端设置在厌氧池的底部，厌氧池内填充有厌氧挂膜填料，厌氧池与沉淀池相邻，沉淀池与垂直潜流湿地池I通过第一配水管连接，垂直潜流湿地池I与集水池I 通过第一集水管连接，集水池I通过第二配水管与垂直潜流湿地池II连接，垂直潜流湿地池II与集水池II通过第二集水管连接，集水池II与垂直潜流湿地池III通过第三配水管连接，垂直潜流湿地池III与集水池III通过第三集水管连接，集水池III与垂直潜流湿地池IV通过第四配水管连接，垂直潜流湿地池IV通过第四集水管与集水池IV连接，集水池IV内设置有出水管，垂直潜流湿地池I、垂直潜流湿地池II、垂直潜流湿地池III及垂直潜流湿地池IV结构相同，均从池底到池顶依次设置底层填料层、中层填料层及表层填料层，从垂直潜流湿地池I到垂直潜流湿地池IV，高度依次降低；第一配水管、第二配水管、第三配水管及第四配水管结构相同，均为倒“U”型虹吸配水管，倒“U”型虹吸配水管的进水口为喇叭口，进水口上设置有虹吸破坏口，出水管的进水口为喇叭口，其上设置有虹吸破坏孔。进一步，所述的第一配水管、第二配水管、第三配水管及第四配水管分别设置在垂直潜流湿地池I、垂直潜流湿地池II、垂直潜流湿地池III及垂直潜流湿地池IV的中层填料层内，第一集水管、第二集水管、第三集水管及第四集水管分别设置在垂直潜流湿地池I、 垂直潜流湿地池II、垂直潜流湿地池III及垂直潜流湿地池IV的底层填料层内。。进一步，所述的第一配水管、第二配水管、第三配水管及第四配水管上均设置有配水孔。进一步，所述的第一集水管、第二集水管、第三集水管及第四集水管结构相同，其上均设置有集水孔。进一步，所述的第一配水管、第二配水管、第三配水管及第四配水管上均设置有配水调节阀。进一步，所述的垂直潜流湿地池I与垂直潜流湿地池II之间的高度差、垂直潜流湿地池II与垂直潜流湿地池III之间的高度差、垂直潜流湿地池III及垂直潜流湿地池IV之间的高度差均为600 800mm。本高新技术的有益效果为1、本高新技术是通过垂直潜流湿地池之间的高度差和倒“U”型虹吸配水器及虹吸破坏口使垂直潜流湿地池内水体液面按照一定的规律，上下起伏波动。随着内部液面的上升和下降，外部空气被抽吸进入垂直潜流湿地池内部，从而实现大气的复氧。该充氧方式中，空气直接与垂直潜流湿地池内的填料上附着的微生物以及填料表面形成的液膜直接进行传氧输送，复氧效率高且无外加能源消耗，从而解决人工湿地技术由于溶解氧不足而限制系统污染物降解能力的问题，同时通过合理布局湿地结构，达到提高人工湿地系统运行能力，延缓湿地堵塞的目的。2、本高新技术的多个垂直潜流湿地池依次串联布置，且垂直潜流湿地池之间存在高度差，这样污水在本高新技术中经过多次厌氧和好氧环境更替，提高了本高新技术的脱氮能力，不同的垂直潜流湿地池内可填充不同的填料，增加人工湿地的污水处理能力。3、本高新技术可根据污水内包含的污染物负荷及污染物特征进行灵活调整，通过增加垂直潜流湿地池的数量，在垂直潜流湿地池内填充不同的填料来增强人工湿地的净化能力，提高净化后水体质量。具有结构简单，适应性强的特征。
图1为本高新技术的结构示意图；图2为本高新技术图1的俯视示意图；图3为本高新技术的第一配水管结构示意图；图4为本高新技术图3的A-A剖视示意图；图5为本高新技术的第一集水管的结构示意图；图6为本高新技术图5的B-B剖视示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本高新技术作进一步的详细说明。如图1、2、3、4、5、6所示，一种自充氧潜流人工湿地污水净化装置，它包括进水管 1、厌氧池3、沉淀池4、垂直潜流湿地池I 6、垂直潜流湿地池II 8、垂直潜流湿地池III 10、垂直潜流湿地池IV 12及出水管15，垂直潜流湿地池I 6、垂直潜流湿地池II 8、垂直潜流湿地池III10及垂直潜流湿地池IV 12结构相同，均从池底到池顶依次设置底层填料层23、中层填料层M及表层填料层25，从垂直潜流湿地池I 6到垂直潜流湿地池IV 12，高度依次降低， 垂直潜流湿地池I 6与垂直潜流湿地池II 8之间的高度差、垂直潜流湿地池II 8与垂直潜流湿地池III10之间的高度差、垂直潜流湿地池III10及垂直潜流湿地池IV 12之间的高度差均为600mm。进水管1的出水端设置在厌氧池3的底部，厌氧池3内填充有厌氧挂膜填料2， 厌氧池3与沉淀池4相邻，沉淀池4与垂直潜流湿地池I 6通过第一配水管5连接，垂直潜流湿地池I 6与集水池I 21通过第一集水管22连接，第一配水管5设置在垂直潜流湿地池I 6的中层填料层M内，第一配水管5为倒“U”型虹吸配水管，其进水口为喇叭口，喇叭口上设置有虹吸破坏口 26，虹吸破坏口沈与喇叭口之间距离为200mm，第一配水管5上设置有配水调节阀27，第一配水管5的管道上设置有两排配水孔观，配水孔28的孔口朝下， 且两排配水孔观与管道横截面纵轴线的夹角均为45°，第一集水管22设置在垂直潜流湿地池I 6的底层填料层23内，第一集水管22上设置有四排集水孔29，四排集水孔四在第一集水管22的横截面上均勻分布。集水池I 21通过第二配水管7与垂直潜流湿地池II 8连接，垂直潜流湿地池II 8 与集水池II 19通过第二集水管20连接，第二配水管7设置在垂直潜流湿地池II 8的中层填料层M内，第二配水管7与第一配水管5结构相同，第二集水管20设置在垂直潜流湿地池II 8的底层填料层23内，第二集水管20与第一集水管22结构相同；集水池II 19与垂直潜流湿地池III10通过第三配水管9连接，垂直潜流湿地池III10与集水池III17通过第三集水管18连接，第三配水管9设置在垂直潜流湿地池III 10的中层填料层M内，第三配水管 9与第一配水管5结构相同，第三集水管18设置在垂直潜流湿地池III 10的底层填料层23 内，第三集水管18与第一集水管22结构相同；集水池III17与垂直潜流湿地池IV 12通过第四配水管11连接，垂直潜流湿地池IV 12通过第四集水管16与集水池IV 13连接，第四配水管11设置在垂直潜流湿地池IV 12的中层填料层M内，第四配水管11与第一配水管5结构相同，第四集水管16设置在垂直潜流湿地池IV 12的底层填料层23内，第四集水管16与第一集水管22结构相同；集水池IV 13内设置有出水管15，出水管15的进水口为喇叭口， 其上设置有虹吸破坏孔14。本实施例中，表层填料层25主要以细粒碎石组成(粒径在5_8mm左右，厚度在 300mm左右，主要便于植物植根过冬。中层填料层M以透水性较好的粒径在10_15mm之间的沸石、米瓜石等填料组成， 主要是提供微生物附着空间及条件，便于空气抽排。底层填料层23以卵石为主，粒径在8-lOmm间，便于出水和各个集水管的保护。使用时，待净化的污水从进水管1进入本高新技术，从进水管1的出水端进入厌氧池3底部，在厌氧池3内填充柔性厌氧挂膜填料2对污水进行厌氧消化，经过厌氧消化后的污水从厌氧池3与沉淀池4之间的壁板上漫过，进入沉淀池4，在沉淀池4内沉淀，去除较大颗粒杂质。为后续工艺的稳定运行创造条件。沉淀池4的液面不断升高，当液面高度高于第一配水管5的虹吸破坏口沈时，第一配水管5的进水口发生虹吸，将经过沉淀后的水从第一配水管5进入垂直潜流湿地池I 6 的中层填料层对，然后向垂直潜流湿地池I 6的底层填料层23渗透，最后从设置在底层填料层23的第一集水管22排向集水池I 21，污水在经过垂直潜流湿地池I 6的中层填料层 24及底层填料层23时，污水中的污染物在填料及微生物的共同作用下被净化，沉淀池4内液面因第一配水管5将水吸走而下降，当液面高度低于虹吸破坏口沈高度时，第一配水管 5的进水口虹吸被破坏，停止吸水。经过垂直潜流湿地池I 6净化后的污水在集水池I 21内累积，当集水池I 21的液面高度高于第二配水管7上的虹吸破坏口沈后，第二配水管7的喇叭状进水口发生虹吸，将集水池I 21内的水输向垂直潜流湿地池II 8，垂直潜流湿地池II 8对污水的净化原理同垂直潜流湿地池I 6相同，当集水池I 21的液面高度低于第二配水管7的虹吸破坏口 26的高度时，虹吸发生破坏，第二配水管7停止吸水，液面重新在集水池I 21内累积。经过垂直潜流湿地池II 8净化后的污水在集水池II 19内累积，同样道理，被输送进垂直潜流湿地池III 10净化，经垂直潜流湿地池III 10净化后输送进垂直潜流湿地池IV 12 进行净化，经垂直潜流湿地池IV 12净化后的水输送进集水池IV 13进行存储，当集水池IV 13 内液面高于出水管15上的虹吸破坏孔14的高度时，出水管15进水口发生虹吸，将净化后的水输送走，液面下降，当液面高度低于虹吸破坏孔14的高度后，虹吸停止。污水从进水管1开始，经垂直潜流湿地池I 6、垂直潜流湿地池II 8、垂直潜流湿地池III 10、垂直潜流湿地池IV 12的净化，达到符合国家规定的排放标准，最后从出水管15排出。污水在逐级流动的过程中，主要依靠虹吸进行，在虹吸的发生及破坏的循环往复的过程中，各个垂直潜流湿地池内的污水液位也不断的上升下降，液位上升下降的过程中，外部空气被抽吸进入垂直潜流湿地池内部，从而实现大气的复氧。该充氧方式中，空气直接与垂直潜流湿地池内的填料上附着的微生物以及填料表面形成的液膜直接进行传氧输送，复氧效率高且无外加能源消耗，从而解决人工湿地技术由于溶解氧不足而限制系统污染物降解能力的问题，同时通过合理布局湿地结构，达到提高人工湿地系统运行能力，延缓湿地堵塞的目的。本高新技术在实际使用过程中，垂直潜流湿地池及集水池的数量可以根据实际需要设置，同时，各个垂直潜流湿地池内的填料也可根据污水中污染物的成分进行有针对行的设置。要说明的是，上述实施例是对本高新技术技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本高新技术技术方案的思路和范围，均应包含在本高新技术所要求的权利范围之内。
权利要求1.一种自充氧潜流人工湿地污水净化装置，其特征在于它包括进水管(1)、厌氧池 (3)、沉淀池(4)、垂直潜流湿地池I (6)、垂直潜流湿地池II (8)、垂直潜流湿地池III (10)、 垂直潜流湿地池IV(12)及出水管(15)，进水管(1)的出水端设置在厌氧池(3)的底部，厌氧池(3 )内填充有厌氧挂膜填料(2 )，厌氧池(3 )与沉淀池(4 )相邻，沉淀池(4 )与垂直潜流湿地池I (6)通过第一配水管(5)连接，垂直潜流湿地池I (6)与集水池I (21)通过第一集水管(22 )连接，集水池I (21)通过第二配水管(7 )与垂直潜流湿地池II (8 )连接，垂直潜流湿地池II (8)与集水池II (19)通过第二集水管(20)连接，集水池II (19)与垂直潜流湿地池III(10)通过第三配水管(9)连接，垂直潜流湿地池III(10)与集水池III(17)通过第三集水管(18)连接，集水池III(17)与垂直潜流湿地池IV (12)通过第四配水管(11)连接， 集水池IV (13)内设置有出水管(15)，垂直潜流湿地池I (6)、垂直潜流湿地池II (8)、垂直潜流湿地池III(IO)及垂直潜流湿地池IV(12)结构相同，均从池底到池顶依次设置底层填料层(23)、中层填料层(24)及表层填料层(25)，从垂直潜流湿地池I (6)到垂直潜流湿地池IV(12)，高度依次降低；第一配水管(5)、第二配水管(7)、第三配水管(9)及第四配水管 (11)结构相同，均为倒“U”型虹吸配水管，倒“U”型虹吸配水管的进水口为喇叭口，进水口上设置有虹吸破坏口( 26 )，出水管(15 )的进水口为喇叭口，其上设置有虹吸破坏孔(14 )。
2.根据权利要求1所述的自充氧潜流人工湿地污水净化装置，其特征在于所述的第一配水管(5)、第二配水管(7)、第三配水管(9)及第四配水管(11)分别设置在垂直潜流湿地池I (6)、垂直潜流湿地池II (8)、垂直潜流湿地池IIK10)及垂直潜流湿地池IV (12)的中层填料层(24)内，第一集水管(22)、第二集水管(20)、第三集水管(18)及第四集水管(16) 分别设置在垂直潜流湿地池1(6)、垂直潜流湿地池II (8)、垂直潜流湿地池III(10)及垂直潜流湿地池IV(12)的底层填料层(23)内。
3.根据权利要求1所述的自充氧潜流人工湿地污水净化装置，其特征在于所述的第一配水管(5)、第二配水管(7)、第三配水管(9)及第四配水管(11)上均设置有配水孔(28)。
4.根据权利要求1所述的自充氧潜流人工湿地污水净化装置，其特征在于所述的第一集水管(22)、第二集水管(20)、第三集水管(18)及第四集水管(16)结构相同，其上均设置有集水孔(29)。
5.根据权利要求1所述的自充氧潜流人工湿地污水净化装置，其特征在于所述的第一配水管(5)、第二配水管(7)、第三配水管(9)及第四配水管(11)上均设置有配水调节阀 (27)。
6.根据权利要求1所述的自充氧潜流人工湿地污水净化装置，其特征在于所述的垂直潜流湿地池I (6)与垂直潜流湿地池II (8)之间的高度差、垂直潜流湿地池II (8)与垂直潜流湿地池III(10)之间的高度差、垂直潜流湿地池III(10)及垂直潜流湿地池IV (12)之间的高度差均为600 800mm。
专利摘要本高新技术涉及一种自充氧潜流人工湿地污水净化装置，它通过依次设置多个垂直潜流湿地池及相应的集水池，垂直潜流湿地池之间的高度依次降低，通过垂直潜流湿地池之间的高度差和倒“U”型虹吸配水器使垂直潜流湿地池内水体液面按照一定的规律，上下起伏波动。随着内部液面的上升和下降，外部空气被抽吸进入垂直潜流湿地池内部，从而实现大气的复氧。该充氧方式中，空气直接与垂直潜流湿地池内填料上附着的微生物以及填料表面形成的液膜直接进行传氧输送，复氧效率高且无外加能源消耗，解决人工湿地技术由于溶解氧不足而限制系统污染物降解能力的问题，同时通过合理布局湿地结构和填料配伍，达到提高人工湿地系统运行能力，延缓湿地堵塞的目的。
文档编号C02F9/14GK201952332SQ20112003036
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者李迎军 申请人:李迎军
