公布日：2024.05.28
申请日：2024.03.29
分类号：C02F3/32(2023.01)I;C02F3/30(2023.01)I
摘要
本发明公开了一种人工湿地污水处理装置，包括以下部分：主体填料块；调节填料部，调节填料部设置于主体填料块的顶部位置，调节填料部内容纳有调节填料；进水管路系统，污水处理装置通过进水管路系统的第一端引入污水，进水管路系统的第二端与调节填料部邻接设置，污水经调节填料部流入主体填料块中；曝气管路系统，曝气管路系统包括两个以上的曝气管路，两个以上的曝气管路均穿设于主体填料块中并分别位于主体填料块的不同高度位置处，可分别调节各个曝气管路的开度。本发明用于解决自然净化单元的处理负荷低、对污水中氮磷的处理能力不足以及难以实时监测预防堵塞等问题。
权利要求书
1.一种人工湿地污水处理装置，其特征在于，包括以下部分：主体填料块(1)，所述主体填料块(1)为整体具有长、宽、高的块状结构；调节填料部(2)，所述调节填料部(2)设置于所述主体填料块(1)的顶部位置，所述调节填料部(2)内容纳有调节填料；进水管路系统(3)，所述污水处理装置通过所述进水管路系统(3)的第一端引入污水，所述进水管路系统(3)的第二端与所述调节填料部(2)邻接设置，所述污水经所述调节填料部(2)流入所述主体填料块(1)中；曝气管路系统(4)，所述曝气管路系统(4)包括两个以上的曝气管路，两个以上的所述曝气管路均穿设于所述主体填料块(1)中，两个以上的所述曝气管路分别位于所述主体填料块(1)的不同高度位置处，可分别调节各个所述曝气管路的开度。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：所述曝气管路包括第一曝气管路(5)，所述第一曝气管路(5)穿设于所述主体填料块(1)的底部；和/或所述曝气管路包括第二曝气管路(6)，所述第二曝气管路(6)穿设于所述主体填料块(1)高度方向的中间位置。
3.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于：在所述主体填料块(1)的顶部沿长度方向间隔开设有多个调节填料槽(7)，所述多个调节填料槽(7)中分别容纳所述调节填料部(2)。
4.根据权利要求3所述的污水处理装置，其特征在于：所述进水管路系统(3)的第二端设置有多个进水支路(8)，所述多个进水支路(8)分别位于所述多个调节填料槽(7)上方，所述进水支路(8)上设有多个进水孔。
5.根据权利要求4所述的污水处理装置，其特征在于：所述污水处理装置还包括出水管道系统(9)，所述出水管道系统(9)的第一端包括多个收水支路(10)，所述多个收水支路(10)间隔设置于所述主体填料块(1)的底部。
6.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于：所述第一曝气管路(5)包括间隔设置于所述主体填料块(1)内底部的多个第一曝气支路(11)，所述多个第一曝气支路(11)与所述多个收水支路(10)位置错开；和/或所述第二曝气管路(6)包括沿长度方向间隔设置于所述主体填料块(1)内的多个第二曝气支路(12)，所述多个第二曝气支路(12)与所述多个进水支路(8)的位置错开。
7.根据权利要求5或6所述的污水处理装置，其特征在于：所述出水管道系统的第二端设置有出水竖管(13)，所述出水竖管(13)在所述主体填料块(1)之外沿竖直方向设置，所述出水竖管(13)与所述多个收水支路(10)连通，所述出水竖管(13)上设置有装置出水口(14)。
8.根据权利要求7所述的污水处理装置，其特征在于：所述主体填料块(1)中插设有透水竖管(15)，所述透水竖管(15)沿竖直方向设置，所述出水竖管(13)内安装有第一液位计(16)，所述透水竖管(15)内安装有第二液位计(17)。
9.根据权利要求7所述的污水处理装置，其特征在于：所述出水竖管(13)上还设置有反冲洗水接口(18)。
10.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：所述调节填料占所述主体填料块(1)的体积比例为2％～10％，所述调节填料的比表面积范围在50～500m2/m3之间。
11.根据权利要求10所述的污水处理装置，其特征在于：所述调节填料包括以下物质的一种或几种：微生物包埋填料、硫铁矿物填料、固化除磷剂、缓释碳源填料，所述调节填料为粒状，粒径为6～25mm。
12.根据权利要求10所述的污水处理装置，其特征在于：所述主体填料块(1)上种植有植物，所述主体填料块(1)包括弹性填料，所述弹性填料的比表面积范围在3000～30000m2/m3之间，孔隙率范围为80％～95％。
13.根据权利要求12所述的污水处理装置，其特征在于：所述弹性填料包括以下物质的一种或几种：EVA海绵、聚氨酯海绵、纤维球，所述主体填料块(1)由所述弹性填料通过捆扎或外框固定方式形成整体，或由所述弹性填料一体成型。
14.一种污水处理方法，其特征在于，使用上述权利要求1-13中的任一项所述的人工湿地污水处理装置，并包括如下步骤：污水引入步骤S1，从进水管路系统(3)引入污水；曝气模式设定步骤S2，根据所述污水的特征选择不同的曝气模式，所述曝气模式包括：底层曝气模式，开启第一曝气管路(5)，关闭第二曝气管路(6)；中层曝气模式，开启所述第二曝气管路(6)，关闭所述第一曝气管路(5)；双层曝气模式，开启所述第一曝气管路(5)和所述第二曝气管路(6)；反冲洗步骤S3，将压力水通过反冲洗水接口(18)注入出水管道系统，设定所述曝气模式为所述双层曝气模式，使得主体填料块(1)发生振动，在所述污水处理装置的顶部设置抽吸装置进行抽吸。
15.根据权利要求14所述的污水处理方法，其特征在于：还包括堵塞监测步骤S4，获取第一液位计(16)和第二液位计(17)的读数，根据读数的差值判断所述主体填料块(1)内的堵塞趋势。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种人工湿地污水处理装置及污水处理方法，用于解决自然净化单元的处理负荷低、对污水中氮磷的处理能力不足以及难以实时监测预防堵塞等问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种人工湿地污水处理装置，包括以下部分：
主体填料块，主体填料块为整体具有长、宽、高的块状结构；
调节填料部，调节填料部设置于主体填料块的顶部位置，调节填料部内容纳有调节填料；
进水管路系统，污水处理装置通过进水管路系统的第一端引入污水，进水管路系统的第二端与调节填料部邻接设置，污水经调节填料部流入主体填料块中；
曝气管路系统，曝气管路系统包括两个以上的曝气管路，两个以上的曝气管路均穿设于主体填料块中，两个以上的曝气管路分别位于主体填料块的不同高度位置处，可分别调节各个曝气管路的开度。
进一步的，曝气管路包括第一曝气管路，第一曝气管路穿设于主体填料块的底部；和/或曝气管路包括第二曝气管路，第二曝气管路穿设于主体填料块高度方向的中间位置。
进一步的，在主体填料块的顶部沿长度方向间隔开设有多个调节填料槽，多个调节填料槽中分别容纳调节填料部。
进一步的，进水管路系统的第二端设置有多个进水支路，多个进水支路分别位于多个调节填料槽上方，进水支路上设有多个进水孔。
进一步的，污水处理装置还包括出水管道系统，出水管道系统的第一端包括多个收水支路，多个收水支路间隔设置于主体填料块的底部。
进一步的，第一曝气管路包括间隔设置于主体填料块内底部的多个第一曝气支路，多个第一曝气支路与多个收水支路位置错开；
和/或第二曝气管路包括沿长度方向间隔设置于主体填料块内的多个第二曝气支路，多个第二曝气支路与多个进水支路的位置错开。
进一步的，出水管道系统的第二端设置有出水竖管，出水竖管在主体填料块之外沿竖直方向设置，出水竖管与多个收水支路连通，出水竖管上设置有装置出水口。
进一步的，主体填料块中插设有透水竖管，透水竖管沿竖直方向设置，出水竖管内安装有第一液位计，透水竖管内安装有第二液位计。
进一步的，出水竖管上还设置有反冲洗水接口。
进一步的，调节填料占主体填料块的体积比例为2％～10％，调节填料的比表面积范围在50～500m2/m3之间。
进一步的，调节填料包括以下物质的一种或几种：微生物包埋填料、硫铁矿物填料、固化除磷剂、缓释碳源填料，调节填料为粒状，粒径为6～25mm。
进一步的，主体填料块上种植有植物，主体填料块包括弹性填料，弹性填料的比表面积范围在3000～30000m2/m3之间，孔隙率范围为80％～95％。
进一步的，弹性填料包括以下物质的一种或几种：EVA海绵、聚氨酯海绵、纤维球，主体填料块由弹性填料通过捆扎或外框固定方式形成整体，或由弹性填料一体成型。
为了实现上述目的，根据本发明的又一个方面，提出了一种污水处理方法，使用上述的人工湿地污水处理装置，并包括如下步骤：
污水引入步骤，从进水管路系统引入污水；
曝气模式设定步骤，根据污水的特征选择不同的曝气模式，曝气模式包括：底层曝气模式，开启第一曝气管路，关闭第二曝气管路；中层曝气模式，开启第二曝气管路，关闭第一曝气管路；双层曝气模式，开启第一曝气管路和第二曝气管路；
反冲洗步骤，将压力水通过反冲洗水接口注入出水管道系统，设定曝气模式为双层曝气模式，使得主体填料块发生振动，在污水处理装置的顶部设置抽吸装置进行抽吸。
进一步的，还包括堵塞监测步骤，获取第一液位计和第二液位计的读数，根据读数的差值判断主体填料块内的堵塞趋势。
应用本发明的以上技术方案，至少实现了如下有益效果：
1、本发明的污水处理装置通过结合进水管路系统进水支路的位置，在主体填料块的顶部对应设置调节填料部，可以提升装置对总磷等污染物的吸附能力，提高了总磷的去除率和去除负荷，并且方便在调节填料部吸附饱和或根据水质变化需要及时更换内部的高性能调节填料，使得人工湿地的出水水质更加稳定。
2、本发明的污水处理装置通过将高孔隙率、高比表面积的弹性填料与多层的曝气管路系统相结合，提供了高异度性、高灵活度的氧化还原环境以及极大的生物膜附着面积，加快了生物除磷、去除COD、脱氮等净化过程，同时促进湿地植物根系的生长和穿透，加快了植物吸收同化过程，从而大大提升了污水处理装置形成的湿地净化单元的污水净化速度和污水处理负荷。
3、本发明的污水处理装置通过设计曝气管路系统结合提出的污水处理方法，可根据污水特征灵活选择不同的曝气模式，提升了污水处理装置处理不同类型污水的能力，提升了COD、氨氮和总氮的去除率和去除负荷，同时在反冲洗过程中大大提升了反冲洗的效率。
4、本发明的污水处理装置占地面积小，结构简单方便拆装，并通过设置出水竖管和透水竖管，建立了填料堵塞监测系统，通过实时监控湿地净化单元前后端的液位差判定弹性填料的堵塞趋势，配合反冲洗系统，使得湿地净化单元在长期处理污水后可以及时清洗填料，延长了湿地净化单元的运行寿命。
（发明人：林卉;安莹玉;张东熠;延晨）