一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置

《一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置》屬于污染控制與生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，涉及一種垂直潛流人工濕地參數(shù)設(shè)定及優(yōu)化的微型模擬測試裝置，用于垂直潛流人工濕地的參數(shù)設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及考察垂直潛流人工濕地處理效果的微型模擬測試裝置。

人工濕地的研究自20世紀(jì)70年代以來，截至2011年4月20日，已經(jīng)在中國國內(nèi)外開展了許多研究。但是人工濕地試驗(yàn)系統(tǒng)通常被作為黑箱，僅關(guān)注進(jìn)水和出水的多，對于沿程及不同深度的水質(zhì)分布的關(guān)注不多，對于填料特性分布的沿程及分位置的關(guān)注很少，而且僅僅局限于在填料填充前和試驗(yàn)結(jié)果后分析填料的特性，對于填料在試驗(yàn)期間的填料特性分層變化過程無法把握，因此難以定期準(zhǔn)確揭示系統(tǒng)中的污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和機(jī)理。濕地系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律表明濕地在運(yùn)行過程中需要根據(jù)填料的特性進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，需要綜合考慮植物、填料、水力負(fù)荷及運(yùn)行條件等參數(shù)的影響以及集布水系統(tǒng)的均勻有效性。

附圖為一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中對應(yīng)結(jié)構(gòu)如下：1.原水箱，2.限流閥，3.配水管，4.試驗(yàn)格箱，5.取樣閥，6.總排水管，7.放流閥，8.水位調(diào)節(jié)軟管，9.填料填充取樣柱。

2018年12月20日，《一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置》獲得第二十屆中國專利獎優(yōu)秀獎。 2100433B

如附圖，對于配水裝置部分，原水箱（1）底部均勻開4孔，分別接PVC管，再接限流閥（2），再接配水管（3）；

對于人工濕地微型模擬試驗(yàn)格（四聯(lián)）部分，對應(yīng)與配水管位置，制作4格PVC試驗(yàn)格箱（4），每個格箱底部開孔接PVC排水管，并由三通分為兩路，一路接取樣閥，將4格的另一路相互連接成總排水管（6），總排水管接放流閥（7）以控制放流，再接水位調(diào)節(jié)軟管（8）以調(diào)節(jié)試驗(yàn)格箱的水位。

對于填料填充取樣柱（9），其為玻璃鋼材質(zhì)的圓柱體，上部開口，底部及柱壁打Φ5毫米小孔（均勻密集排布）。

一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置專利目的

針對常規(guī)靜態(tài)模擬裝置無法定期揭示系統(tǒng)內(nèi)部填料的特性，從而難以準(zhǔn)確把握系統(tǒng)中污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和機(jī)理的不足。針對濕地系統(tǒng)填充填料后難以低擾動地在三個以上時段采集濕地系統(tǒng)中的填料進(jìn)行分析的缺點(diǎn)，《一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置》提出了一種微型模擬試驗(yàn)裝置，該裝置可在實(shí)際運(yùn)行條件下在三個以上時段準(zhǔn)確考察垂直潛流人工濕地的參數(shù)設(shè)計(jì)和處理效果，為垂直潛流人工濕地中的的運(yùn)行及設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)。

一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置技術(shù)方案

《一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置》的主要構(gòu)件有三個，一是配水裝置，二是人工濕地微型模擬試驗(yàn)格（四聯(lián)），三是填料填充取樣柱。配水裝置由原水箱、PVC管路、限流閥、配水管組成，原水箱中呈裝原水，原水進(jìn)入PVC管路，經(jīng)限流閥控制流量后，由配水管均勻噴灑進(jìn)入所對應(yīng)的人工濕地微型模擬試驗(yàn)格。人工濕地微型模擬試驗(yàn)格由試驗(yàn)格箱、PCV排水管、放流閥、取樣閥、水位調(diào)節(jié)軟管組成，經(jīng)由配水管進(jìn)入的原水注入對應(yīng)的試驗(yàn)格箱（格箱中填裝填料、植物等以模擬人工濕地組成），格箱出水由PVC排水管排出，對應(yīng)格箱排水管上設(shè)計(jì)取樣管路并由取樣閥控制，總體排水由放流閥控制，格箱總體液面由水位調(diào)節(jié)軟管控制。填料填充取樣柱為玻璃鋼材質(zhì)的圓柱體，上部開口，底部及柱壁打Φ5毫米小孔（均勻密集排布），取樣柱在試驗(yàn)格填充填料前放入試驗(yàn)格內(nèi)，與試驗(yàn)格填充相同條件的填料，當(dāng)裝置運(yùn)行期間，若需要對試驗(yàn)格內(nèi)填料分層取樣，則可將取樣柱抽出取樣。

一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置改善效果

《一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地裝置》的有益效果是，可以用于考察垂直潛流人工濕地的參數(shù)設(shè)計(jì)和處理效果，用于垂直潛流人工濕地的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)同一填料條件下某一參數(shù)的多水平模擬比較，以及相同參數(shù)條件下多種填料組成的模擬比較，亦可實(shí)現(xiàn)填料的分層取樣。

1.一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地微型模擬測試裝置，由配水裝置、人工濕地四聯(lián)微型模擬試驗(yàn)格和填料填充取樣柱三大構(gòu)件組成，其特征是：配水裝置對人工濕地微型模擬試驗(yàn)格實(shí)施配水，可保證四個試驗(yàn)格箱的原水濃度一致，各配水管可調(diào)節(jié)不同的配水流量，人工濕地微型模擬試驗(yàn)格箱中填裝填料、種植植物以模擬人工濕地組成，水位可調(diào)節(jié)，四格可分別取出水樣，填料填充取樣柱置于試驗(yàn)格中，每個試驗(yàn)格可以設(shè)置多個取樣柱，可實(shí)現(xiàn)填料的分層取樣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的工濕地微型模擬測試裝置，其特征是：配水裝置中的原水由四根配水管進(jìn)入對應(yīng)的試驗(yàn)格箱，可以保證進(jìn)入每個試驗(yàn)格箱的原水水質(zhì)一致及按設(shè)計(jì)比例控制水量，每個配水管的豎直管上裝有限流閥，可以分別調(diào)節(jié)配水流量，配水管末端橫管的兩端密封，底部一致均勻開孔徑0.5毫米孔以保證布水的均勻性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地微型模擬測試裝置，其特征是：原水經(jīng)配水管均勻布水后進(jìn)入人工濕地四聯(lián)微型模擬試驗(yàn)格，試驗(yàn)格箱中填裝填料、種植植物以模擬人工濕地組成，每格試驗(yàn)格箱底部開口接PVC排水管，并由三通分為兩路，一路接取樣管路并由取樣閥控制，可實(shí)現(xiàn)出水水樣的采集，另一路連接至總排水管，總排水管接放流閥以控制放流，再接水位調(diào)節(jié)軟管，通過軟管的升降可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)格箱水位的調(diào)節(jié)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均勻集布水和內(nèi)部機(jī)理準(zhǔn)確掌握的人工濕地微型模擬測試裝置，其特征是：填料填充取樣柱為玻璃鋼材質(zhì)的圓柱體，上部開口，底部及柱壁打Φ5毫米均勻密集排布小孔，取樣柱在試驗(yàn)格填充填料前放入試驗(yàn)格內(nèi)，填充與試驗(yàn)格填充相同條件的填料類型及配比，當(dāng)裝置運(yùn)行期間，若需對試驗(yàn)格內(nèi)填料分層采樣，則可通過取出取樣柱來實(shí)現(xiàn)。

榮譽(yù)表彰

2014年11月6日，《一種低溫連續(xù)運(yùn)行的人工濕地污水處理裝置》獲得第十六屆中國專利優(yōu)秀獎。

一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置專利目的

《一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》的目的是在于提供了一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法，在不影響濕地通氣管與放空管原有的功能上，又利用它們作為補(bǔ)充碳源的輸送管道，補(bǔ)充外碳源到濕地底部，為反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善了濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，提高了脫氮效果。該方法簡單易行，操作方便，能有效地提高了復(fù)合垂直流濕地的脫氮效率，且該方法可節(jié)省部分碳源投加管道，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

《一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》的另一個目的是在于提供了一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源方法的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，該裝置能夠?qū)⑼饧犹荚囱a(bǔ)充到濕地內(nèi)部，為濕地底部反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善了濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，提高了脫氮效果，優(yōu)于在進(jìn)水中補(bǔ)充碳源的裝置。而且該裝置利用了復(fù)合垂直流人工濕地已有的通氣管與管壁開孔的放空管作為碳源輸送管道，節(jié)省了大部分的裝置費(fèi)用。

一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置技術(shù)方案

一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法，其步驟是：

A、將復(fù)合垂直流人工濕地通氣管與管壁開孔的放空管用三通連接，形成碳源輸送管道，濕地內(nèi)安裝填料，種入植物，然后將連接軟管的一端套在露出濕地填料表層的通氣管上，另一端與計(jì)量泵的出水口相連。

B、將葡萄糖（或其它可溶于水的有機(jī)碳源：如淀粉、蔗糖、果糖、乙醇、甲醇、乙酸鈉等）在溶解槽中用自來水完全溶解。

C、通過計(jì)量泵將A中的液態(tài)碳源泵入濕地表層的通氣管中，液態(tài)碳源順著通氣管向下流入到與其底部相連的管壁開孔的放空管中，再通過管壁開孔的放空管管壁上的小孔流出，進(jìn)入到濕地底部，為濕地底部反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善了濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，顯著性提高了濕地對低碳高氮廢水的脫氮效果。

所述的濕地內(nèi)安裝填料為無煙煤、生物陶粒、沸石三種，下行流濕地中種植美人蕉，上行流池內(nèi)種植菖蒲。

一種實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法的裝置，它包括碳源溶解槽、計(jì)量泵、連接軟管、復(fù)合垂直流人工濕地通氣管、管壁開孔的放空管。各裝置的功能與連接關(guān)系是：計(jì)量泵分別與碳源溶解槽、連接軟管相連，復(fù)合垂直流人工濕地通氣管分別與連接軟管、管壁開孔的放空管相連，復(fù)合垂直流人工濕地通氣管與濕地底部的管壁開孔的放空管用三通連接，管壁開孔的放空管位于濕地底層，管壁開孔的放空管管壁開孔孔徑為5～7毫米，孔間距為150～200毫米。

A、碳源溶解槽：外加碳源一般是粉末狀的固體，需要先進(jìn)入碳源溶解槽進(jìn)行溶解，《一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》選用帶攪拌機(jī)的快速溶解槽。

B、計(jì)量泵：對不同處理量和不同C/N的污水，投加到濕地中的碳源量都不一樣，需要進(jìn)行精確投加，因此《一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》采用計(jì)量泵進(jìn)行碳源調(diào)控。

C、連接軟管：用于計(jì)量泵出水口與復(fù)合垂直流人工濕地通氣管的連接，功能是作為外加碳源的輸送管道。

D、復(fù)合垂直流人工濕地通氣管：通氣管是從濕地底部伸出到濕地表層上的立管，原有功能是將濕地內(nèi)部微生物作用下產(chǎn)生的各種氣體（N₂、CO₂、CH₄等）輸出到大氣中，并能夠補(bǔ)充濕地氧氣。在《一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》中，將復(fù)合垂直流人工濕地通氣管與濕地底部的管壁開孔的放空管用三通連接，形成一個系統(tǒng)，用作碳源的輸送管道。

E、管壁開孔的放空管：管壁開孔的放空管位于濕地底層，原有功能是為了在濕地需要進(jìn)入空床階段或檢修時，排干濕地內(nèi)部的處理水。但在濕地正常運(yùn)行階段，放空管是閑置的，所以在《一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》中，將濕地放空管充分利用起來，用來與通氣管連接后輸送外加碳源。放空管管壁開孔孔徑為5～7毫米，孔間距為150～200毫米。

一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置改善效果

1、《一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》提供的碳源補(bǔ)充方法直接利用復(fù)合垂直流人工濕地特有的通氣管及與其相連的底部放空管作為碳源輸送管道，節(jié)省了部分加藥管道，節(jié)省了裝置費(fèi)用。

2、《一種補(bǔ)充復(fù)合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》采用投加碳源到濕地底部，以葡萄糖作為濕地外加碳源，C/N只需要4.3就可以大大提高濕地脫氮效果，低于在進(jìn)水中投加需要的碳源，節(jié)省了碳源成本。在實(shí)施例中，進(jìn)水硝態(tài)氮濃度均值為28.8毫克/升，COD_Cr均值為110毫克/升，水力負(fù)荷為0.85立方米/（平方米/天），水力停留時間為20小時，對照組與投加1.5克葡萄糖后的系統(tǒng)硝態(tài)氮出水濃度分別為12.38毫克/升、7.98毫克/升，硝態(tài)氮平均去除率分別為57.0％、72.3％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過補(bǔ)充碳源到復(fù)合垂直流人工濕地底部，為反硝化反應(yīng)提供足夠的電子供體，改善了濕地進(jìn)行反硝化的環(huán)境，濕地對低碳高氮廢水的脫氮效果有顯著性提高。進(jìn)水中含有的COD_Cr加上投加的1.5克葡萄糖，實(shí)際碳氮比僅為4.3∶1，遠(yuǎn)低于在進(jìn)水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比（6∶1～7∶1）。因此該補(bǔ)充碳源方法的突出優(yōu)點(diǎn)是顯著性提高濕地脫氮效率，并節(jié)約外加碳源成本。