一種均勻集布水和內部機理準確掌握的人工濕地裝置發(fā)明內容

一種均勻集布水和內部機理準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)內部填料的特性，從而難以準確把握系統(tǒng)中污染物的遷移轉化規(guī)律和機理的不足。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)中的填料進行分析的缺點，《一種均勻集布水和內部機理準確掌握的人工濕地裝置》提出了一種微型模擬試驗裝置，該裝置可在實際運行條件下在三個以上時段準確考察垂直潛流人工濕地的參數(shù)設計和處理效果，為垂直潛流人工濕地中的的運行及設計優(yōu)化提供依據(jù)。

一種均勻集布水和內部機理準確掌握的人工濕地裝置技術方案

《一種均勻集布水和內部機理準確掌握的人工濕地裝置》的主要構件有三個，一是配水裝置，二是人工濕地微型模擬試驗格（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，原水進入PVC管路，經(jīng)限流閥控制流量后，由配水管均勻噴灑進入所對應的人工濕地微型模擬試驗格。人工濕地微型模擬試驗格由試驗格箱、PCV排水管、放流閥、取樣閥、水位調節(jié)軟管組成，經(jīng)由配水管進入的原水注入對應的試驗格箱（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，對應格箱排水管上設計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節(jié)軟管控制。填料填充取樣柱為玻璃鋼材質的圓柱體，上部開口，底部及柱壁打Φ5毫米小孔（均勻密集排布），取樣柱在試驗格填充填料前放入試驗格內，與試驗格填充相同條件的填料，當裝置運行期間，若需要對試驗格內填料分層取樣，則可將取樣柱抽出取樣。

一種均勻集布水和內部機理準確掌握的人工濕地裝置改善效果

《一種均勻集布水和內部機理準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)設計和處理效果，用于垂直潛流人工濕地的設計優(yōu)化，可實現(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，亦可實現(xiàn)填料的分層取樣。

人工濕地的研究自20世紀70年代以來，截至2011年4月20日，已經(jīng)在中國國內外開展了許多研究。但是人工濕地試驗系統(tǒng)通常被作為黑箱，僅關注進水和出水的多，對于沿程及不同深度的水質分布的關注不多，對于填料特性分布的沿程及分位置的關注很少，而且僅僅局限于在填料填充前和試驗結果后分析填料的特性，對于填料在試驗期間的填料特性分層變化過程無法把握，因此難以定期準確揭示系統(tǒng)中的污染物的遷移轉化規(guī)律和機理。濕地系統(tǒng)的運行規(guī)律表明濕地在運行過程中需要根據(jù)填料的特性進行動態(tài)調整，需要綜合考慮植物、填料、水力負荷及運行條件等參數(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部機理準確掌握的人工濕地裝置結構示意圖，圖中對應結構如下：1.原水箱，2.限流閥，3.配水管，4.試驗格箱，5.取樣閥，6.總排水管，7.放流閥，8.水位調節(jié)軟管，9.填料填充取樣柱。

《一種均勻集布水和內部機理準確掌握的人工濕地裝置》屬于污染控制與生態(tài)修復領域，涉及一種垂直潛流人工濕地參數(shù)設定及優(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)設計、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。

1.一種均勻集布水和內部機理準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)微型模擬試驗格和填料填充取樣柱三大構件組成，其特征是：配水裝置對人工濕地微型模擬試驗格實施配水，可保證四個試驗格箱的原水濃度一致，各配水管可調節(jié)不同的配水流量，人工濕地微型模擬試驗格箱中填裝填料、種植植物以模擬人工濕地組成，水位可調節(jié)，四格可分別取出水樣，填料填充取樣柱置于試驗格中，每個試驗格可以設置多個取樣柱，可實現(xiàn)填料的分層取樣。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種均勻集布水和內部機理準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入對應的試驗格箱，可以保證進入每個試驗格箱的原水水質一致及按設計比例控制水量，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)權利要求1所述的一種均勻集布水和內部機理準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入人工濕地四聯(lián)微型模擬試驗格，試驗格箱中填裝填料、種植植物以模擬人工濕地組成，每格試驗格箱底部開口接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，再接水位調節(jié)軟管，通過軟管的升降可以實現(xiàn)試驗格箱水位的調節(jié)。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種均勻集布水和內部機理準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，取樣柱在試驗格填充填料前放入試驗格內，填充與試驗格填充相同條件的填料類型及配比，當裝置運行期間，若需對試驗格內填料分層采樣，則可通過取出取樣柱來實現(xiàn)。

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格（四聯(lián)）部分，對應與配水管位置，制作4格PVC試驗格箱（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，再接水位調節(jié)軟管（8）以調節(jié)試驗格箱的水位。

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

2018年12月20日，《一種均勻集布水和內部機理準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

榮譽表彰

2014年11月6日，《一種低溫連續(xù)運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。

一種補充復合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置專利目的

《一種補充復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充復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，又利用它們作為補充碳源的輸送管道，補充外碳源到濕地底部，為反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環(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)濟效益明顯。

《一種補充復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充復合垂直流人工濕地碳源方法的裝置，結構簡單，使用方便，該裝置能夠將外加碳源補充到濕地內部，為濕地底部反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環(huán)境，提高了脫氮效果，優(yōu)于在進水中補充碳源的裝置。而且該裝置利用了復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用。

一種補充復合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置技術方案

一種補充復合垂直流人工濕地碳源的方法，其步驟是：

A、將復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，另一端與計量泵的出水口相連。

B、將葡萄糖（或其它可溶于水的有機碳源：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，進入到濕地底部，為濕地底部反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環(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，上行流池內種植菖蒲。

一種實現(xiàn)補充復合垂直流人工濕地碳源的方法的裝置，它包括碳源溶解槽、計量泵、連接軟管、復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系是：計量泵分別與碳源溶解槽、連接軟管相連，復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，需要先進入碳源溶解槽進行溶解，《一種補充復合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》選用帶攪拌機的快速溶解槽。

B、計量泵：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，需要進行精確投加，因此《一種補充復合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》采用計量泵進行碳源調控。

C、連接軟管：用于計量泵出水口與復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，并能夠補充濕地氧氣。在《一種補充復合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》中，將復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入空床階段或檢修時，排干濕地內部的處理水。但在濕地正常運行階段，放空管是閑置的，所以在《一種補充復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。

一種補充復合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置改善效果

1、《一種補充復合垂直流人工濕地碳源的方法及裝置》提供的碳源補充方法直接利用復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)省了裝置費用。

2、《一種補充復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，低于在進水中投加需要的碳源，節(jié)省了碳源成本。在實施例中，進水硝態(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％。實驗結果表明通過補充碳源到復合垂直流人工濕地底部，為反硝化反應提供足夠的電子供體，改善了濕地進行反硝化的環(huán)境，濕地對低碳高氮廢水的脫氮效果有顯著性提高。進水中含有的COD_Cr加上投加的1.5克葡萄糖，實際碳氮比僅為4.3∶1，遠低于在進水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比（6∶1～7∶1）。因此該補充碳源方法的突出優(yōu)點是顯著性提高濕地脫氮效率，并節(jié)約外加碳源成本。