專(zhuān)利名稱(chēng)：人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置。
背景介紹人工濕地是一種典型的污水生態(tài)處理技術(shù)。由于它具有運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理簡(jiǎn)單、對(duì)周邊環(huán)境影響小、可以分散化和小型化建設(shè)的特點(diǎn)，在城郊農(nóng)村地區(qū)十分適用。經(jīng)過(guò)近30年的時(shí)間，垂直下行流濕地(Vertical Down-flow Wetland，VFW)逐漸成為人工濕地技術(shù)發(fā)展的主流方向。VFW以污水均勻分布在濕地水平斷面，在向下流動(dòng)過(guò)程中得到凈化為特征，運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)保持不變，屬于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工藝。根據(jù)浸潤(rùn)面在基質(zhì)內(nèi)的高低不同，VFW的凈化特征不同高浸潤(rùn)面運(yùn)行時(shí)，基質(zhì)中以飽和滲流為主，污水與大氣缺乏有效接觸面積，加上植物泌氧能力有限，基質(zhì)中表現(xiàn)為缺氧環(huán)境，利于反硝化反應(yīng)；低浸潤(rùn)面運(yùn)行時(shí)，基質(zhì)中以非飽和滲流為主，污水和大氣同時(shí)在基質(zhì)孔隙中流動(dòng)，基質(zhì)中表現(xiàn)為好氧環(huán)境，利于硝化反應(yīng)；采用中浸潤(rùn)面運(yùn)行時(shí)，兼具前述兩種方式特點(diǎn)，但往往硝化過(guò)程和反硝化過(guò)程均不徹底。只有串連運(yùn)行不同浸潤(rùn)面的VFW，才能實(shí)現(xiàn)脫氮目的。
針對(duì)VFW工藝存在的問(wèn)題，發(fā)明人曾經(jīng)提出運(yùn)行過(guò)程中浸潤(rùn)面起伏變化的序批式人工濕地(Cyclic Batch Wetland，CBW)和改進(jìn)型序批式人工濕地(Modified CyclicBatch Wetland，MCBW)，后者的區(qū)別在于增加了人造樹(shù)根通氣管在落空期間直接向底層基質(zhì)復(fù)氧。CBW和MCBW的共同特征在于連續(xù)進(jìn)水、周期短時(shí)排水實(shí)現(xiàn)的浸潤(rùn)面動(dòng)態(tài)變化，其具體過(guò)程為周期開(kāi)始時(shí)，濕地不出水，污水自上向下非飽和滲流，基質(zhì)孔隙充滿空氣，處于硝化環(huán)境；不斷進(jìn)入的污水在濕地底部積累形成飽和浸潤(rùn)面，浸潤(rùn)面以下基質(zhì)被水充滿，處于反硝化環(huán)境；當(dāng)飽和浸潤(rùn)面逐漸上升至設(shè)定水位時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)將水排空，利用水在迅速下降過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)壓抽吸空氣進(jìn)入基質(zhì)空隙實(shí)現(xiàn)大氣復(fù)氧，污水處理周期結(jié)束。
由于浸潤(rùn)面周期起伏過(guò)程營(yíng)造出交替的好氧/缺氧環(huán)境，CBW具備單級(jí)脫氮能力。對(duì)比試驗(yàn)表明，對(duì)化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、總氮(TN)、總磷(TP)的平均去除率，高浸潤(rùn)面VFW為50％、21％、32％、-26％；中浸潤(rùn)面VFW為53％、48％、48％、-14％；低浸潤(rùn)面VFW為74％、96％、35％、22％；動(dòng)態(tài)浸潤(rùn)面CBW為67％、62％、53％、33％?？梢?jiàn)，CBW工藝與VFW工藝比較，具有較大的綜合優(yōu)勢(shì)。
CBW和MCBW的運(yùn)行關(guān)鍵在于對(duì)浸潤(rùn)面的調(diào)控，目前采用的裝置如下(1)設(shè)置水位傳感器反饋水位信號(hào)控制集水管電磁閥開(kāi)、閉，當(dāng)浸潤(rùn)面達(dá)到設(shè)定高水位時(shí)開(kāi)閥，當(dāng)浸潤(rùn)面低于設(shè)定低水位時(shí)關(guān)閥。該裝置自動(dòng)化程度高，可以適應(yīng)濕地進(jìn)水流量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)、關(guān)閥時(shí)間，但是水位傳感器的費(fèi)用較高。
(2)采用時(shí)間繼電器控制集水管電磁閥開(kāi)、閉，即根據(jù)進(jìn)水流量設(shè)定好電磁閥開(kāi)、關(guān)時(shí)間。該裝置實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，且費(fèi)用較低，但是不能適應(yīng)進(jìn)水流量變化，當(dāng)進(jìn)水流量增大而沒(méi)有調(diào)節(jié)開(kāi)、關(guān)閥時(shí)間時(shí)，會(huì)發(fā)生濕地壅水。
(3)人工開(kāi)閉集水管閥門(mén)。該裝置由于沒(méi)有自動(dòng)控制，使操作過(guò)于繁瑣，運(yùn)行實(shí)際效果受到管理人員操作情況決定。
綜上，CBW和MCBW通過(guò)調(diào)控浸潤(rùn)面起伏達(dá)到了在基質(zhì)內(nèi)交替出現(xiàn)好氧/缺氧環(huán)境的效果，但是，目前的浸潤(rùn)面調(diào)節(jié)裝置存在或者費(fèi)用高、或者不能適應(yīng)水量變化、或者操作繁瑣的缺點(diǎn)，尤其是當(dāng)濕地污水廠內(nèi)地塊很多時(shí)，現(xiàn)有浸潤(rùn)面調(diào)控裝置的缺點(diǎn)將影響到CBW和MCBW的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提出一種成本低廉、操作方便的人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置。
本實(shí)用新型提出的人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置，由人工濕地、濕地進(jìn)水口3、虹吸上升管8、虹吸輔助管9、虹吸下降管10和水封井11組成(其結(jié)構(gòu)如圖1所示)，人工濕地由濕地植物1、布水管2、基質(zhì)4、集水管6、出水管7組成，其中，濕地植物1種植于基質(zhì)4表面，布水管2的一端連接濕地進(jìn)水口3，布水管2穿過(guò)基質(zhì)4，并分布于基質(zhì)4表面下10～25cm，集水管6位于基質(zhì)4的底部，集水管6的出口連接出水管7；虹吸上升管8的中上部開(kāi)孔，虹吸輔助管9的一端連接虹吸上升管8的開(kāi)孔處，另一端位于水封井11內(nèi)；虹吸下降管10的一端位于水封井11內(nèi)，另一端連接虹吸上升管8的一端；虹吸上升管8的另一端連接出水管7；虹吸下降管10的高度高于虹吸輔助管9。
本實(shí)用新型中，排水的水封井11的水面比基質(zhì)4底部的集水管6低5cm以上，使集水管管口處和水封井之間形成高差，從而當(dāng)浸潤(rùn)面下降到集水管孔口以下時(shí)，空氣由此進(jìn)入并破壞虹吸。
本實(shí)用新型中，虹吸下降管7位于水封井11內(nèi)的管口低于水封井11水面10cm以上。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程為濕地運(yùn)行周期開(kāi)始時(shí)，污水自上向下非飽和滲流，基質(zhì)孔隙充滿空氣，處于硝化環(huán)境；隨著污水不斷進(jìn)入并在基質(zhì)底部積累，飽和浸潤(rùn)面形成并逐漸上升，浸潤(rùn)面以下的基質(zhì)被水充滿，處于反硝化環(huán)境?；|(zhì)中飽和浸潤(rùn)面形成后，在虹吸上升管中同時(shí)形成水位并隨飽和浸潤(rùn)面同步上升，兩者保持同一高度。虹吸上升管中水位升高時(shí)，管內(nèi)原存空氣受到壓縮，一部分空氣將從虹吸下降管出口端穿過(guò)水封進(jìn)入大氣。當(dāng)水位升高至虹吸輔助管的管口時(shí)，水從輔助管流下，依靠下降水流在管中形成的真空和水流的挾氣作用，不斷將虹吸管中空氣抽出，使虹吸管中真空度逐漸增大。其結(jié)果，一方面虹吸上升管中水位升高；同時(shí)，虹吸下降管將排水水封井中的水吸上至一定高度。當(dāng)虹吸上升管中水越過(guò)虹吸管頂端而下落時(shí)，管中真空度急劇增加，達(dá)到一定程度時(shí)，下落水流與下降管中上升水柱匯成一股沖出管口，把殘留空氣全部帶走，形成連續(xù)虹吸水流。隨即，濕地中存留的水經(jīng)虹吸下降管和虹吸輔助管快速排出，浸潤(rùn)面下降，當(dāng)浸潤(rùn)面下降至集水管高度以下，集水管上孔口與大氣相通，虹吸破壞，周期結(jié)束。
本實(shí)用新型中，虹吸上升管、虹吸輔助管、虹吸下降管和水封井的尺寸應(yīng)根據(jù)與之相連的人工濕地的幾何參數(shù)和水力負(fù)荷而定。通常，虹吸下降管比虹吸上升管要低一個(gè)規(guī)格。
本實(shí)用新型中，人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置的優(yōu)點(diǎn)在于(1)構(gòu)造簡(jiǎn)單、建造費(fèi)用?。?2)巧妙利用水力現(xiàn)象，自動(dòng)在高浸潤(rùn)面時(shí)形成虹吸，在低浸潤(rùn)面時(shí)破壞虹吸；(3)全自動(dòng)調(diào)控濕地浸潤(rùn)面，無(wú)需耗費(fèi)人力和能源；(3)能適應(yīng)進(jìn)水水量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)放空時(shí)間。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1為濕地植物，2為布水管，3為濕地進(jìn)水口，4為基質(zhì)，5為浸潤(rùn)面，6為集水管，7為出水管，8為虹吸上升管，9為虹吸輔助管，10為虹吸下降管，11為水封井。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。
實(shí)施例1，垂直流人工濕地處理經(jīng)過(guò)一級(jí)強(qiáng)化預(yù)處理的農(nóng)村生活污水，人工濕地面積200m2，基質(zhì)4高度90cm，水力負(fù)荷0.3m3/m2.d。布水管管徑為90mm，虹吸上升管8管徑為90mm，虹吸下降管10管徑為80mm，虹吸輔助管9管徑為15mm；水封井11水面低于濕地集水管6孔口標(biāo)高10cm，虹吸下降管10位于水封井內(nèi)處的管口在水封井水面下10cm；虹吸下降管10管口設(shè)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)虹吸水流流速。垂直流濕地出水管與浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置相連，周期開(kāi)始，未形成虹吸，浸潤(rùn)面形成并緩慢上升，16小時(shí)后虹吸上升管中水位上升到虹吸輔助管管口，之后形成虹吸，3小時(shí)后虹吸破壞，濕地停止出水，周期結(jié)束。
權(quán)利要求1.一種人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置，由人工濕地、濕地進(jìn)水口(3)、虹吸上升管(8)、虹吸輔助管(9)、虹吸下降管(10)和水封井(11)組成，人工濕地由濕地植物(1)、布水管(2)、基質(zhì)(4)、集水管(6)、出水管(7)組成，濕地植物(1)種植于基質(zhì)(4)表面，布水管(2)的一端連接濕地進(jìn)水口(3)，布水管(2)穿過(guò)基質(zhì)(4)，并分布于基質(zhì)(4)表面下10～25cm，集水管(6)位于基質(zhì)(4)的底部，集水管(6)的出口連接出水管(7)；其特征在于虹吸上升管(8)的中上部開(kāi)孔，虹吸輔助管(9)的一端連接虹吸上升管(8)的開(kāi)孔處，另一端位于水封井(11)內(nèi)；虹吸下降管(10)的一端位于水封井(11)內(nèi)，另一端連接虹吸上升管(8)的一端；虹吸上升管(8)的另一端連接出水管(7)；虹吸下降管(10)的高度高于虹吸輔助管(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置，其特征在于水封井(11)的水面比基質(zhì)底部的集水管(6)低5cm以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置，其特征在于虹吸下降管(10)位于水封井(11)內(nèi)的管口低于水封井(11)水面10cm以上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人工濕地浸潤(rùn)面水力調(diào)控裝置。由人工濕地、虹吸上升管、虹吸輔助管、虹吸下降管和水封井組成，虹吸上升管的中上部開(kāi)孔，虹吸輔助管的一端連接虹吸上升管的開(kāi)孔處，另一端位于水封井內(nèi)；虹吸下降管的一端位于水封井內(nèi)，另一端連接虹吸上升管的一端；虹吸上升管的另一端連接人工濕地的出水管；虹吸下降管的高度高于虹吸輔助管。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)人工濕地連續(xù)進(jìn)水，周期短時(shí)排空的運(yùn)行要求。構(gòu)造簡(jiǎn)單、建造費(fèi)用??；自動(dòng)調(diào)控濕地浸潤(rùn)面，無(wú)需耗費(fèi)人力和能源；能適應(yīng)進(jìn)水水量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)放空時(shí)間。
文檔編號(hào)C02F3/30GK2885847SQ20062004120
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者李懷正, 王晟, 邢紹文 申請(qǐng)人:李懷正, 王晟, 邢紹文