全文摘要
本实用新型公开了一种用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，包括人工湿地单元和强化供氧单元，人工湿地单元处理后的污水经强化供氧单元处理后再进入人工湿地单元处理直至达标排放；通过提高湿地溶解氧水平，强化对CODcr、NH3‑N的去除，破除溶解氧对污染物去除的限制，提升人工湿地的运行效能，具有低成本、低能耗、易维护、高效率的特点，既克服了现有的在人工湿地中设置曝气管，曝气管易堵塞、不易清洗维护的问题，又克服了现有的出水回流液中溶解氧浓度低、增氧效果不明显的问题，同时又组合现有的两种强化供氧方式的优点。
主设计要求
1.一种用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：包括人工湿地单元和强化供氧单元，人工湿地单元处理后的污水经强化供氧单元处理后再进入人工湿地单元处理直至达标排放。
设计方案
1.一种用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：包括人工湿地单元和强化供氧单元，人工湿地单元处理后的污水经强化供氧单元处理后再进入人工湿地单元处理直至达标排放。
2.根据权利要求1所述的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：所述强化供氧单元包括增氧池，所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接。
3.根据权利要求2所述的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪。
4.根据权利要求2所述的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：所述人工湿地单元为多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，污水从第一级人工湿地流向最后一级人工湿地，最后一级人工湿地的部分出水经增氧池处理后再流经第一级人工湿地。
5.根据权利要求4所述的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区、反应区和出水区，污水从进水区以多孔配水的方式先后流经反应区和出水区。
6.根据权利要求5所述的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：所述进水区、反应区和出水区之间的区间池壁上均布有若干个水流通道。
7.根据权利要求6所述的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：所述进水区内设置有搅拌器。
8.根据权利要求7所述的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，其特征在于：所述反应区包括位于上层的水生植物层和位于下层的填料层，所述填料为砾石、沸石、砂、陶粒中的一种或两种以上的混合。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及污水处理领域，特别涉及一种适用于生活污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统。
背景技术
人工湿地作为一种新型的污水生态处理技术，是根据需要人工设计与建造水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，填充一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化。与传统的污水生化处理技术相比，人工湿地污水处理技术具有投资省、能耗低、操作简单、易维护、运行费用低等特点。因此人工湿地污水处理技术，非常适合于农村生活污水的治理。DB 50\/848-2018将水污染物的排放标准值分为了一级标准、二级标准，一级标准：COD cr<\/sub>≤80mg\/L、SS≤30mg\/L、NH3<\/sub>-N≤20mg\/L、TP≤3.0mg\/L，二级标准：CODcr<\/sub>≤100mg\/L、SS≤50mg\/L、NH3<\/sub>-N≤25mg\/L、TP≤4.0mg\/L。根据已有的人工湿地系统运行实践判断，人工湿地污水处理系统的出水SS、TP容易达到一级标准，但CODcr<\/sub>、NH3<\/sub>-N这两个指标要稳定达到一级标准存在困难。
究其原因，人工湿地系统对污水中CODcr<\/sub>、NH3<\/sub>-N的去除依靠附着生长在填料、植物根系表面的微生物。在好氧条件下，污水中的有机物被异养细菌氧化分解为CO2<\/sub>和H2<\/sub>O，氨氮被亚硝化菌及硝化细菌转化为硝态氮，从而实现对污水中CODcr<\/sub>、NH3<\/sub>-N的去除。因此，氧气对人工湿地的运行效能有着重要的影响。人工湿地中的氧气主要来源于大气自然复氧和植物输氧。对于广泛应用的潜流式湿地，由于水位在基质高度以下，大气向湿地的扩散受湿地基质的阻滞，自然复氧较差。而湿地植物光合作用能够产生的氧也是有限的，且由于夜间缺乏光照，不能进行光合作用，植物根系的呼吸将消耗白天累积的氧，使水中的溶解氧下降。
因此，单纯地依靠大气自然复氧和植物输氧，难以满足去除CODcr<\/sub>、NH3<\/sub>-N所需要的氧气，如何强化人工湿地的供氧，改善湿地中溶解氧水平，成为人工湿地污水处理技术可持续发展的关键问题。目前，湿地内曝气和出水回流是常见的人工湿地增氧措施。湿地内曝气是在湿地基质中预埋有曝气管，对人工湿地进行曝气，但随着人工湿地运行时间的延长，湿地堵塞逐渐加剧，曝气的效果越来越差，而且曝气管也很容易被堵塞，极其不容易维护。出水回流虽然运行简单、方便，但增氧效果取决于出水溶解氧浓度，如果出水溶解氧浓度较低，出水回流的作用就非常有限。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，具有低成本、低能耗、易维护、高效率的特点，提升人工湿地的运行效能。
本实用新型的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，包括人工湿地单元和强化供氧单元，人工湿地单元处理后的污水经强化供氧单元处理后再进入人工湿地单元处理直至达标排放。
进一步，所述强化供氧单元包括增氧池，所述增氧池池底设置有微孔曝气器，所述微孔曝气器通过曝气管与鼓风机连接；
进一步，所述增氧池设置有溶解氧在线监测仪；
进一步，所述人工湿地单元为多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地和最后一级人工湿地，污水从第一级人工湿地流向最后一级人工湿地，最后一级人工湿地的部分出水经增氧池处理后再流经第一级人工湿地；
进一步，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区、反应区和出水区，污水从进水区以多孔配水的方式先后流经反应区和出水区；
进一步，所述进水区、反应区和出水区之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；
进一步，所述进水区内设置有搅拌器；
进一步，所述反应区包括位于上层的水生植物层和位于下层的填料层，所述填料为砾石、沸石、砂、陶粒中的一种或两种以上的混合。
本实用新型的有益效果是：本实用新型公开的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统；通过提高湿地溶解氧水平，强化对CODcr、NH3-N的去除，破除溶解氧对污染物去除的限制，提升人工湿地的运行效能，具有低成本、低能耗、易维护、高效率的特点，既克服了现有的在人工湿地中设置曝气管，曝气管易堵塞、不易清洗维护的问题，又克服了现有的出水回流液中溶解氧浓度低、增氧效果不明显的问题，同时又组合现有的两种强化供氧方式的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
图1为本实用新型的结构示意图，如图所示，本实用新型的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统，包括人工湿地单元和强化供氧单元，人工湿地单元处理后的污水经强化供氧单元处理后再进入人工湿地单元处理直至达标排放；通过提高湿地溶解氧水平，强化对CODcr、NH3-N的去除，破除溶解氧对污染物去除的限制，提升人工湿地的运行效能。可根据实际情况进行依次循环或多次循环处理，直到满足达标排放的要求。
本实施例中，所述强化供氧单元包括增氧池1，所述增氧池1池底设置有微孔曝气器2，所述微孔曝气器2通过曝气管3与鼓风机4连接；采用强制曝气供氧的方式，破除人工湿地供氧受限的难题，改善湿地中溶解氧水平，强化对CODcr、NH3-N的去除，从而保障人工湿地系统出水水质的稳定达标。同时，可根据实际情况，灵活调节出水回流量、曝气量等，尽可能降低电耗，维持人工湿地低能耗的优势。污水通过管路系统进入增氧池1，进水管连接到人工湿地单元的出水区，进水口设置在池体顶部，出水管连接第人工湿地单元的进水区，出水口设置在池体底部；既克服了现有的在人工湿地中设置曝气管3，曝气管3易堵塞、不易清洗维护的问题，又克服了现有的出水回流液中溶解氧浓度低、增氧效果不明显的问题，同时又组合现有的两种强化供氧方式的优点，增氧效果明显、运行管理便捷。
本实施例中，所述增氧池1设置有溶解氧在线监测仪5，连续在线监测溶解氧的水平。
本实施例中，所述人工湿地单元为多级人工湿地，所述多级人工湿地至少包括第一级人工湿地6和最后一级人工湿地7，污水从第一级人工湿地6流向最后一级人工湿地7，最后一级人工湿地7的部分出水经增氧池1处理后再流经第一级人工湿地6；所述的多级人工湿地，是指人工湿地的总级数N≥2；最后一级人工湿地7的部分出水通过潜污泵14泵送至增氧池1进行高效增氧，采用强制曝气供氧的方式，破除人工湿地供氧受限的难题，改善湿地中溶解氧水平，强化对CODcr、NH3-N的去除，从而保障人工湿地系统出水水质的稳定达标。同时，可根据实际情况，灵活调节出水回流量、曝气量等，尽可能降低电耗，维持人工湿地低能耗的优势。
本实施例中，所述多级人工湿地的每一级人工湿地均包括进水区8、反应区9和出水区10，污水从进水区8以多孔配水的方式先后流经反应区9和出水区10；为避免处理区出现短流和死区，水流从进水区8到反应区9、从反应区9到出水区10均采用多孔配水方式。
本实施例中，所述进水区8、反应区9和出水区10之间的区间池壁上均布有若干个水流通道；结构简单。
本实施例中，所述进水区8内设置有搅拌器11；增氧池1的出水进入第一级人工湿地6后，与人工湿地进水充分混合均匀，以提高污水中的溶解氧浓度，从而提高整个人工湿地的溶解氧水平。
本实施例中，所述反应区9包括位于上层的水生植物层12和位于下层的填料层13，所述填料为砾石、沸石、砂、陶粒中的一种或两种以上的混合。填料为人工湿地植物提供支持载体，同时为微生物提供附着生长的表面，宜选用比表面积大、机械强度高、稳定性好、取材方便、价格低廉的填料，如砾石、沸石、砂、陶粒等一种或多种填料的组合。水生植物应具有一定的耐污能力和污染物去除功能，同时具有一定景观效果，宜选用抗逆能力强、根系发达、生物量较大、观赏价值高、适生性较强的植物，如菖蒲、伞草、梭鱼草、美人蕉等。
本实用新型的用于污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统的具体使用方式如下：
根据重庆市某农村污水处理设施，设计进水流量100m3<\/sup>\/d，设计进水水质：CODcr<\/sub>＝280mg\/L、SS＝200mg\/L、NH3<\/sub>-N＝40mg\/L、TP＝5mg\/L，设计出水水质达到重庆市《农村生活污水集中处理设施水污染物排放标准》(DB 50\/848-2018)的一级标准(COD cr<\/sub>≤80mg\/L、SS≤30mg\/L、NH3<\/sub>-N≤20mg\/L、TP≤3.0mg\/L)。污水处理工艺采用“强化预处理+人工湿地”，预处理段包括格栅、沉淀池，通过在沉淀池进水端投加聚合氯化铝(PAC)，强化沉淀和去除污水中的总磷。经过强化预处理后，人工湿地的进水水质为：CODcr<\/sub>＝220mg\/L，SS＝50mg\/L，NH3<\/sub>-N＝40mg\/L，TP＝3mg\/L。
根据我国环境保护标准《人工湿地污水处理工程技术规范》(HJ 2005-2010)，水平潜流人工湿地对污染物的去除效率为：COD cr<\/sub>去除率55％～75％、SS去除率50％～80％、NH3<\/sub>-N去除率40％～70％、TP去除率70％～80％，人工湿地出水水质为：CODcr<\/sub>＝55～99mg\/L，SS＝10～25mg\/L，NH3<\/sub>-N＝12～24mg\/L，TP＝0.6～0.9mg\/L，出水SS、TP能够稳定达到排放标准，但出水CODcr<\/sub>、NH3<\/sub>-N不能稳定达标排放。因此，在设计时可采用本发明一种适用于重庆市农村生活污水处理的嵌入式旁路增氧人工湿地系统。
人工湿地池根据《人工湿地污水处理工程技术规范》(HJ 2005-2010)进行设计计算。
增氧池1使用的计算过程如下所示：
①理论需氧量计算
增氧池1提供的氧气，是为了满足补充去除CODcr<\/sub>、NH3<\/sub>-N的需氧量，设计时考虑出水水质最不利的情况，补充去除CODcr<\/sub>浓度ΔCODcr<\/sub>＝99-80＝19mg\/L，补充去除NH3<\/sub>-N浓度ΔNH3<\/sub>-N＝24-20＝4mg\/L，因此可计算出理论需氧量：
式中：R——理论需氧量，kg\/d O 2<\/sub>；
Q——人工湿地系统的进水流量，m3<\/sup>\/d；
ΔCODcr<\/sub>——补充去除的CODcr<\/sub>浓度，mg\/L；
ΔNH3<\/sub>-N——补充去除的NH3<\/sub>-N浓度，mg\/L；
4.57——每硝化1g NH 3<\/sub>-N需消耗4.57g O 2<\/sub>。
由于同一微孔曝气器2在不同压力、不同水温时性能不同，而微孔曝气器2的充氧性能数据是指单个曝气器标准状态下之值(0.1MPa、20℃清水)。因此，在选用曝气装置和设备时，应根据设备的特性、位于水面下的深度、水温等因素，将计算的理论需氧量换算为标准状态下(0.1MPa、20℃)清水需氧量，简称标准需氧量。
②标准需氧量计算
(1)计算微孔曝气器2出口处绝对压力：
Pb<\/sub>＝P+9.8×103<\/sup>H
式中：Pb<\/sub>——出口处绝对压力，Pa；
P——大气压力，1.013×105<\/sup>Pa；
H——曝气器水下深度，m；
微孔曝气器2一般按照在离池底0.3m处，高效增氧池1有效水深取3m，则H＝3-0.3＝2.7m。
Pb<\/sub>＝1.013×105<\/sup>+9.8×103<\/sup>×2.7＝127760Pa
(2)气泡离开池表面时，氧的百分比：
式中：Ot<\/sub>——气泡离开池表面时，氧的百分比；
EA<\/sub>——微孔曝气器2的氧转移效率。
微孔曝气器2可采用固定钟罩型微孔曝气器2，每个曝气器供气量为1～3m3<\/sup>\/h，EA<\/sub>为20％～25％，服务面积0.3～0.75m2<\/sup>\/个。取EA<\/sub>＝20％，则：
(3)高效增氧池1(3)内平均溶解氧饱和度：
式中：Csb<\/sub>——高效增氧池1内混合液溶解氧饱和度的平均值，mg\/L；
Cs<\/sub>——溶解氧饱和度，mg\/L，20℃时为9.17mg\/L；
(4)标准需氧量：
式中：R0<\/sub>——标准条件下，转移到高效增氧池1的总氧量，kg\/h
α——氧转移修正系数，0.2～1；
ρ——气压修正系数；
β——氧饱和度修正系数，0.8～1；
C——高效增氧池1内平均溶解氧浓度；
T——设计水温。
从上式可知，高效增氧池1平均溶解氧浓度C越低，标准需氧量越小，但回流水的溶解氧浓度也就越低，对人工湿地内溶解氧的改善效果越差。因此，高效增氧池1平均溶解氧浓度C应取一个合理的值，本次C设置为6mg\/L，α取0.85，β取0.95，ρ取1，T为20℃，则：
③标准状态下的供气量
由于采用的是鼓风机4曝气，应将标准状态下的需氧量换算成标准状态下的供气量，计算如下：
式中：Gs<\/sub>——标准状态下的供气量，m3<\/sup>\/d。
即供气量为8.93m3<\/sup>\/h。
根据供气量、曝气器安装的水下深度，便可以选择鼓风机4型号以及配套的曝气管3尺寸。
④高效增氧池1尺寸计算
微孔曝气器2可采用固定钟罩型微孔曝气器2，每个曝气器供气量为1～3m3<\/sup>\/h，服务面积0.3～0.75m2<\/sup>\/个，可计算得到微孔曝气器2的数量：
式中：n——微孔曝气器2数量，个；
qa<\/sub>——单个微孔曝气器2供气量，m3<\/sup>\/h，取1.5m3<\/sup>\/h；
微孔曝气器2的数量取6个。
微孔曝气器2的服务面积：
F＝nSa<\/sub>
式中：F——曝气器的服务面积，m2<\/sup>；
Sa<\/sub>——单个空气扩散器的服务面积，m2<\/sup>\/个，取0.5m2<\/sup>\/个。
F＝6×0.5＝3m2<\/sup>
高效增氧池1面积等于曝气器的服务面积，为3m2<\/sup>，高效增氧池1的尺寸可设计为：长为2m，宽为1.5m，有效水深为3m，考虑0.3m的保护高度，池深为3.3m。
高效增氧池1有效容积：2×1.5×3＝9m3<\/sup>。
⑤高效增氧池1进出水流量计算
高效增氧池1的进水流量等于其出水流量，同时等于最后一级人工湿地7的出水回流量。为了保障人工湿地内的好氧环境，一般要求最后一级人工湿地7出水的溶解氧不宜小于2mg\/L。若最后一级人工湿地7出水的DO为2mg\/L，即高效增氧池1进水DO为2mg\/L，高效增氧池1的理论供氧量等于理论需氧量(R)为3.73kg\/d，高效增氧池1内平均溶解氧浓度为6mg\/L，即其出水DO为6mg\/L，则高效增氧池1进水流量
式中：R——理论需氧量，kg O 2<\/sub>\/d；
C——高效增氧池1内平均溶解氧浓度，mg\/L；
C0<\/sub>——高效增氧池1内进水溶解氧浓度，mg\/L；
即高效增氧池1进水流量、出水流量、最后一级人工湿地7出水回流量38.9m3<\/sup>\/h。根据最后一级人工湿地7出水回流量，便可以合理选择潜污泵14型号。根据人工湿地系统的进水流量、高效增氧池1出水流量，便可以合理选择搅拌器11型号。
值得注意的是，以上设计计算是基于水平潜流人工湿地自身的去除效率最差的时候，在运行实践中，可根据实际情况，灵活调节出水回流量、曝气量等，尽可能降低电耗，维持人工湿地低能耗的优势。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920056460.4
申请日:2019-01-14
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:85(重庆)
授权编号:CN209668893U
授权时间:20191122
主分类号:C02F 3/32
专利分类号:C02F3/32
范畴分类:41B;
申请人:重庆文理学院
第一申请人:重庆文理学院
申请人地址:402160 重庆市永川区红河大道319号
发明人:范剑平
第一发明人:范剑平
当前权利人:重庆文理学院
代理人:谢殿武
代理机构:50224
代理机构编号:重庆谢成律师事务所 50224
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计