[發(fā)明專利]水平潛流人工濕地自動(dòng)復(fù)氧裝置及其人工濕地

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910596182.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110357262A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鋒民;鄭宇;儲(chǔ)祺;郭得松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/32
• 分類號(hào): C02F3/32;C02F101/16
• 代理公司: 青島海昊知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所有限公司 37201
• 代理人: 張中南;邱岳

水平潛流人工濕地自動(dòng)復(fù)氧裝置及其人工濕地，包括一端封閉的具孔橫管，其上表面沿軸向開(kāi)有兩排小孔；具孔橫管的敞開(kāi)端通過(guò)螺紋伸縮管與倒U形管相連，倒U形管另一個(gè)端口通過(guò)另一段螺紋伸縮管與出水管連接。在水平潛流人工濕地的填料層底部鋪設(shè)上述具孔橫管，其開(kāi)口端穿出池體側(cè)壁，后通過(guò)彎管連接上述虹吸管，虹吸管倒U型部位高度可通過(guò)螺紋伸縮管調(diào)節(jié)。一旦濕地水位達(dá)到虹吸出水高度，濕地內(nèi)部污水將被周期性迅速自動(dòng)排出，使空氣中的氧氣通過(guò)排空負(fù)壓和大氣對(duì)流的方式填充到濕地內(nèi)部的孔隙中，達(dá)到自動(dòng)復(fù)氧的目的。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、自動(dòng)化程度高、水位調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于水平潛流人工濕地的污水處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種水平潛流人工濕地自動(dòng)復(fù)氧裝置及其人工濕地。

背景技術(shù)

水平潛流人工濕地是由池體、填料、植物和微生物組成，通過(guò)物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用使污水得到凈化的水處理技術(shù)。與表面流人工濕地相比，水平潛流人工濕地的污水在濕地床的內(nèi)部流動(dòng)，具有負(fù)荷率高、占地面積小、處理效果可靠及耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，因此在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。

但是，隨著潛流人工濕地應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，運(yùn)行過(guò)程中也暴露出一些問(wèn)題。其中，溶解氧是水平潛流人工濕地脫氮過(guò)程中最為主要的限制因素（代嫣然等，2010）。一般來(lái)說(shuō)，水平潛流濕地內(nèi)植物和大氣的復(fù)氧作用較弱，系統(tǒng)內(nèi)通常是一個(gè)厭氧環(huán)境，氧化還原電位小于300 mV。而微生物脫氮過(guò)程對(duì)氧含量的要求有很大差異，硝化作用是一個(gè)需氧過(guò)程，反硝化、厭氧氨氧化作用則是厭氧過(guò)程，單一的氧環(huán)境也會(huì)導(dǎo)致濕地內(nèi)生物脫氮過(guò)程不暢。

通常適于硝化過(guò)程的溶解氧應(yīng)高于2 mg/L，否則溶解氧將成為反應(yīng)的限制因素。研究表明每將1 g NH₄⁺-N轉(zhuǎn)化為NO₃^--N，需要消耗4.3 g氧，氧化2 mg/L的NH₄⁺-N需要消耗8.6 mg/L溶解氧，這個(gè)值高于水的飽和氧，因此形成的氧虧需不斷地由大氣復(fù)氧補(bǔ)充。同時(shí)，反硝化過(guò)程的溶解氧應(yīng)控制在0.5 mg/L以下，高于該值反硝化作用將受到嚴(yán)重抑制。所以，在人工濕地內(nèi)部提供好氧-缺氧交替的氧環(huán)境是極其重要的。

目前，采用潮汐運(yùn)行方式來(lái)提供上述的氧環(huán)境是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。潮汐運(yùn)行模式是周期性的充水-淹水-排空的過(guò)程，在運(yùn)行過(guò)程中依靠床體飽和浸潤(rùn)面周期性變化產(chǎn)生的基質(zhì)孔隙吸力將大氣氧強(qiáng)迫吸入床體，可顯著提高濕地床的氧傳輸量和復(fù)氧能力，使得濕地內(nèi)部不斷形成好氧-厭氧環(huán)境（SUN G et. al 1999）。2010年，Wu等首次利用封閉的室內(nèi)潮汐流人工濕地，通過(guò)測(cè)定濕地床在排水過(guò)程中吸入床體的氣體體積與氣體成分發(fā)現(xiàn)，潮汐流人工濕地的復(fù)氧能力可達(dá)450 g/（m²×d），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的潛流濕地和曝氣型人工濕地的供氧能力。

然而，現(xiàn)階段大多是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉實(shí)現(xiàn)潮汐運(yùn)行，而且在潛流人工濕地水位調(diào)節(jié)方面，只能通過(guò)在不同水位分別設(shè)置控制閥的方式實(shí)現(xiàn)濕地內(nèi)部高、中、低水位的出水，水位調(diào)節(jié)不靈活，人工操作較多，成本較高。因此，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)水平潛流人工濕地周期性的自動(dòng)復(fù)氧與水位的靈活調(diào)節(jié)是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是運(yùn)用虹吸原理，提供一種水平潛流人工濕地自動(dòng)復(fù)氧裝置及其人工濕地，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明自動(dòng)復(fù)氧的裝置為：在潛流人工濕地底部鋪設(shè)上表面兩側(cè)帶有均勻小孔的橫管，后接倒U型部位高度可調(diào)節(jié)式虹吸管，利用虹吸原理將濕地內(nèi)部的污水周期性自動(dòng)排出。所述潛流人工濕地主體部分由上下兩層組成，上層為復(fù)合土，種植有挺水植物；下層為填料層，填料層具有良好孔隙、水流易于通過(guò)、由填料介質(zhì)組成。所述具孔橫管即鋪設(shè)于潛流人工濕地下層的底部，其最左端為閉口的，上表面兩側(cè)沿軸向分布有均勻的小孔。所述虹吸管的倒U型部位高度可通過(guò)螺紋伸縮管調(diào)節(jié)，用于控制虹吸出水水位，可實(shí)現(xiàn)濕地池體內(nèi)部水位的靈活調(diào)節(jié)。虹吸管右側(cè)底部有虹吸出水口，其出水口高度低于池體底部。