一种具有深度反硝化功能的复合人工湿地的制作方法

1.本实用新型属于城镇污水处理工程领域，提供一种具有深度反硝化功能、可去除污水中硝态氮，可用于城镇污水处理厂出水的水质提升改造以及生态修复的具有深度反硝化功能的复合人工湿地。


背景技术：

2.污水生物脱氮过程一般包括氨化、硝化和反硝化，含氮有机化合物最终转化为氮气，从污水中去除。在城镇生活污水处理厂中，经二级生物处理的生活污水，硝态氮的比例往往有较大提升，成为影响出水达标排放标准的关键因素，因此，在现有污水处理厂的三级处理工艺中，往往将污水中的硝酸盐作为主要目标污染物，借助于反硝化滤池去除硝态氮。但是由于二级生物处理工艺出水中硝态氮含量增加的同时，微生物可降解含量减少，碳氮比下降，因此，极大影响了反硝化的进程，进而使出水中的硝酸盐的含量难以降低。
3.垂直潜流人工湿地占地面积较少，运行管理简便，近年来得到了广泛应用，对于城镇污水处理厂尾水的水质提升具有较大的优势，尤其对于硝酸盐的去除具有传统反硝化滤池不可比拟的优点。人工湿地内部不但具有缺氧的微环境，而且，湿地植物根系分泌多种有机物，能够为反硝化过程提供碳源，加快反硝化过程。但是人工湿地也有污染物去除负荷低、易堵塞的缺点，相反，反硝化滤池的去除负荷较高，且具有过滤功能，能够较为彻底地解决堵塞问题。
4.因此，将反硝化过滤与人工湿地相结合，既可以解决人工湿地堵塞问题，又能够补充反硝化过滤工艺在进行反硝化过程中碳源不足问题；同时，还可以通过外部管道的设计，将人工湿地出水回流至反硝化过滤池进水处，稳定进水水质，补充反硝化过滤池碳源。
5.以高集成度、一体化为设计理念，经过结构改善，可以减少设备的占地，增加应用场所，减少污水传输管线长度，增强处理系统推广应用的价值。


技术实现要素：

6.本实用新型是针对现有人工湿地和反硝化滤池存在的上述问题，将人工湿地与深度反硝化滤池相结合，提供一种占地面积不大、污水处理能力强、具有完备过滤、反冲洗功能、不易堵塞的具有深度反硝化功能的人工湿地装置。
7.本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现。
8.一种具有深度反硝化功能的复合人工湿地，包括位于内部的深度反硝化滤池和外部的人工湿地，二者均为上端敞口的中空圆柱体结构，其垂向中心线重合；所述的深度反硝化滤池包括池体、进水配水槽、配水板、反冲洗出水管；所述的人工湿地包括湿地箱体、湿地底板、进水槽、集水口、出水槽。
9.所述的池体包括池外壁板、池底板、出水孔，池外壁板为环形曲面薄板，且池外壁板竖直放置，池底板为圆形薄板，且水平放置，池外壁板首尾紧密连接，其底部边沿与池底板形成一个上端敞口的中空圆柱体；在池外壁板的下部设有出水孔，出水孔为圆形孔洞。
10.所述的进水配水槽包括槽外隔板、槽底隔板、进水孔，槽外隔板为环形曲面薄板，底隔板为圆环形薄板且水平放置，其底边沿与槽底壁板的内环边沿垂直紧密连接，其上边沿由外向内成45
°
切削；槽底壁板左侧中心部位设置有一圆形进水孔。
11.所述的配水板与外壁板的内表面垂直紧密连接，连接位置位于进水横管的下部，配水板上设置有配水过滤孔，配水过滤孔为内径大小不同的圆孔，由配水板的中心向外辐射分布，圆孔直径和孔间距也由配水板的中心向边沿逐渐增大。
12.所述的反冲洗出水管包括集水头部、反冲洗出水竖管、反冲洗出水管弯头、反冲洗出水横管，集水头部为上下端敞口的同心异径管；集水头部设置于池体的中心部位，其下端边沿与反冲洗出水竖管上端边沿紧密连接，反冲洗出水竖管为竖直设置的圆管，其下端穿过池底板的中心部位，其外壁与池底板紧密连接。
13.所述的湿地箱体为环形曲面薄板，其竖向边沿首尾紧密连接形成上下敞口的中空圆柱体结构；所述的湿地底板为水平放置的圆环形薄板，其底部外边沿与湿地箱体的底边沿垂直紧密连接，其底部内环边沿与池外壁板垂直紧密连接。
14.所述的湿地进水槽包括进水槽外壁板、进水孔、集水口；所述的进水槽外壁板为一环形曲面薄板，垂直放置，其下端边沿与湿地底板紧密连接，与池外壁板围挡成一上端敞口的中空圆环柱体；进水槽底部右侧中心部位设有进水孔，所述的集水口为方形小孔，均匀分布在湿地箱体的上部。
15.所述的出水槽包括出水槽外壁板、出水槽底壁板、排水孔；所述的出水槽外壁板为环形曲面薄板，垂直放置，出水槽底壁板为圆环形薄板并水平放置，出水槽外壁板垂向边首尾相接，其底边沿与出水槽底壁板的外环边沿垂直紧密连接，出水槽底壁板的内环边沿与湿地箱体外表面垂直紧密连接，形成一个上端敞口的中空圆环柱体；出水槽底壁板右侧中心部位设置有排水孔。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点。
17.（1）有利于活化水质，为城镇污水处理厂提标改造提供参考。城镇污水处理厂出水如果直接排入受纳水体，往往由于水质低于功能区要求，对于水体自净能力要求较高，往往可能形成集中污染源。采用反硝化滤池 人工湿地组合处理工艺，可以直接活化反硝化滤池出水水质，减少污水转输过程中渗漏的环境危害度，提高其水体生态修复功能；可以在城镇污水处理厂内发挥人工湿地的景观功能，提升厂区景观美感，为城镇污水处理厂的提标改造提供思路。
18.（2）缓解湿地堵塞问题。由于反硝化滤池具有过滤功能，将其前置于人工湿地，能够有效缓解人工湿地长期运行过程中的堵塞问题，能够有效延长人工湿地的使用寿命。
19.（3）一体化程度高，方便管理。本实用新型将人工湿地与深度反硝化滤池相结合，形成集成度较高的反硝化滤池 人工湿地组合处理工艺，较传统预处理工艺 人工湿地的处理模式减少污水传输管线，因而提高了土地利用效率，节省污水收集和输配水系统的建造成本，而且使人工湿地的布置能够真正与城镇污水处理厂有机结合，统一管理。
附图说明
20.图1为本实用新型一种具有深度反硝化功能的复合人工湿地的正视图。
21.图2为本实用新型一种具有深度反硝化功能的复合人工湿地的俯视图。
22.图3为本实用新型一种具有深度反硝化功能的复合人工湿地的侧视图。
23.图4为图2的1-1剖视图。
24.图5为图2的2-2剖视图。
25.图6为本实用新型一种具有深度反硝化功能的复合人工湿地的西南等轴测图。
具体实施方式
26.以下是本实用新型的具体实施例并结合附图1~附图6，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
27.一种具有深度反硝化功能的复合人工湿地，包括位于内部的深度反硝化滤池1和外部的人工湿地2，二者均为上端敞口的中空圆柱体结构，其垂向中心线重合。所述的深度反硝化滤池1包括池体11、进水配水槽12、进水竖管13、配水板14、反冲洗进水横管15、反冲洗出水管16。所述的人工湿地2包括湿地箱体21、湿地底板22、湿地进水槽23、集水口24、出水槽25、湿地排水管26。
28.所述的池体11包括池外壁板111、池底板112、出水孔113。所述的池外壁板111为环形曲面薄板，且池外壁板111竖直放置，池底板112为圆形薄板，且水平放置，池外壁板111首尾紧密连接，其底部边沿与池底板112的外边沿垂直紧密连接，围挡组成池体11，形成一个上端敞口的中空圆柱体；在池外壁板111的下部设有出水孔113，所述的出水孔113为圆形孔洞，其底边沿与池底板112的垂向距离为其直径的二分之一到四分之三；出水孔113的直径应根据进水量确定，一般应保证其流速在0.5m/s左右。
29.所述的进水配水槽12包括槽外隔板121、槽底隔板122、进水孔123。所述的槽外隔板121为环形曲面薄板，竖直放置，底隔板122为圆环形薄板且水平放置，外壁板121垂向边首尾相接，其底边沿与槽底壁板122的内环边沿垂直紧密连接，其上边沿由外向内成45
°
切削，以便创造更好的水力条件。槽底壁板122的外环底部边沿与池外壁板111上部内表面垂直紧密连接，至此，池外壁板111、槽外隔板121、槽底隔板122围挡组成进水配水槽12；进水配水槽12的深度和宽度相等，且为池体11内径的二十分之一；槽外隔板121上边沿与池体11上沿的垂向距离与进水配水槽12的深度相等，槽底隔板122的上表面与池外壁板111上边沿的垂直距离为进水配水槽12深度的1.8~2倍。槽底壁板112左侧中心部位设置有进水孔123，所述的进水孔123的直径为进水配水槽12宽度的二分之一至四分之三之间。
30.所述的进水竖管13为垂直设置的圆管，其内径与进水孔123的直径相等，其上端与进水孔123的下边沿紧密连接，其下端与进水横管131垂直连接，所述的进水横管131为左右向水平设置的圆管，其右端封堵，其左端穿过池外壁板111，其与池外壁板111上沿的垂直净距为池外壁板111高度的四分之三至五分之四之间。
31.所述的配水板14为一直径与池体11内径相同的圆形薄板，配水板14与外壁板111的内表面垂直紧密连接，连接位置位于进水横管131的下部，且与进水横管131的净距为池外壁板111高度的十分之一至八分之一之间。配水板14上设置有配水过滤孔141，所述的配水过滤孔141为内径大小不同的圆孔，由配水板14的中心向外辐射分布，两列配水过滤孔141之间的中心线夹角为18
°
，圆孔直径和孔间距也由配水板14的中心向边沿逐渐增大，边沿配水过滤孔141的最大直径为中心配水过滤孔141最小直径的2.5~3.5倍，边沿配水过滤孔141的最大净距为中心配水过滤孔141最小净距的1.5~2.5倍，中间部位的配水过滤孔141
的直径和净距均匀过渡。
32.所述的反冲洗进水横管15为水平设置的圆管，其直径为进水竖管13直径的1.5~2倍；反冲洗进水横管15的上方垂直连接有湿地进水竖管151，所述的湿地进水竖管151的直径为进水竖管13直径的1.5~2倍，其与池外壁板111的水平净距为其直径的二分之一到四分之三之间。
33.所述的反冲洗出水管16包括集水头部161、反冲洗出水竖管162、反冲洗出水管弯头163、反冲洗出水横管164。所述的集水头部161为上下端敞口的同心异径管，其上端内径为进水竖管13直径的5~7倍，下端内径为上端内径的三分之二，其高度为下端内径的0.5~0.8倍；所述的集水头部161设置于池体11的中心部位，其上端边沿与池体11的上边沿的垂直距离为其上端内径的0.8~1.2倍，其下端边沿与反冲洗出水竖管162上端边沿紧密连接。所述的反冲洗出水竖管162为竖直设置的圆管，其下端穿过池底板112的中心部位，其外壁与池底板112紧密连接，下端边沿与反冲洗出水管弯头163的上端边沿紧密连接；所述的反冲洗出水管弯头163为一直径与反冲洗出水竖管162相同的90
°
圆管弯头，其上端边沿与反冲洗出水竖管162下端边沿紧密连接；所述的反冲洗出水横管164为左右向水平设置的圆管，其直径与反冲洗竖管162直径相同，其与池底板112的净距为其直径的二分之一以上，其右端边沿与反冲洗出水管弯头163的左端边沿紧密连接。
34.所述的湿地箱体21为环形曲面薄板，其竖向边沿首尾紧密连接形成上下敞口的中空圆柱体结构，其高度为池体11高度的四分之一至三分之一之间，其上边沿距池体11上边沿的垂向距离为池体11高度的四分之一至三分之一之间，其外边沿与池外壁板111的水平距离为池体11高度的十分之四至二分之一之间。所述的湿地底板22为水平放置的圆环形薄板，其底部外边沿与湿地箱体21的底边沿垂直紧密连接，其底部内环边沿与池外壁板111垂直紧密连接，围挡成一个上端敞口的中空圆柱体。
35.所述的湿地进水槽23包括进水槽外壁板231、进水孔232。所述的进水槽外壁板231为一环形曲面薄板，垂直放置，其下端边沿与湿地底板22紧密连接，与池外壁板111围挡成一上端敞口的中空圆环柱体，即为湿地进水槽23；所述的湿地进水槽23的宽度和深度分别为进水配水槽12宽度的0.8倍~1倍。进水槽23底部右侧中心部位设有进水孔232，所述的进水孔232的内径与湿地进水竖管151的内径相同，进水孔231的下端边沿与湿地进水竖管151的上端紧密连接。
36.所述的集水口24为方形小孔，均匀分布在湿地箱体21的上部，其宽度为湿地进水槽23宽度的三分之一到二分之一之间，其宽高比为2~2.5倍，其上边沿距湿地箱体21上边沿的垂向净距离为其高度的10倍~12倍之间，集水口24之间的净距为其宽度的15~16倍。
37.所述的出水槽25包括出水槽外壁板251、出水槽底壁板252、排水孔253。所述的出水槽外壁板251为环形曲面薄板，竖直放置，出水槽底壁板252为圆环形薄板并水平放置，出水槽外壁板251垂向边首尾相接，其底边沿与出水槽底壁板252的外环边沿垂直紧密连接，出水槽底壁板252的内环边沿与湿地箱体21外表面垂直紧密连接，形成一个上端敞口的中空圆环柱体，即为出水槽25；出水槽25的上底即出水槽底壁板252的上表面与集水口24的下底平齐，其上边沿与湿地箱体21的上边沿平齐，其宽度与湿地进水槽23的宽度相等；出水槽底壁板252右侧中心部位设置有排水孔253，所述的排水孔253的内径与湿地进水竖管151的内径相同。
38.所述的湿地排水管26为一竖直设置的圆管，其内径与排水孔253的内径相等，其上端边沿与排水孔253的下端边沿紧密连接。
39.另外，本实用新型的各种板材可由5mm~10mm厚的pe、pvc或ppp材料模压或者焊接制成，也可由1mm~3mm厚的不锈钢板钣金或者焊接制成。反冲洗进水横管15的内径为280~300mm；进水竖管13的内径为180~200mm;池体11的上下高度为5000mm~5200mm，内径为4800mm~5000mm。其余各尺寸均可按照上述尺寸推算。
40.本实用新型的工作原理如下所述。
41.（1）安装与固定。选定安装地点后，首先预埋反冲出水管16，并在其出水口安装蝶阀或闸阀，砌筑阀门井；将地面用混凝土硬化，并连接池体11于反冲洗出水管16，将池体11水平置于硬化后的地面上；然后将湿地箱体21焊接在池体11外边沿，在其底部堆砌混凝土支撑；最后安装进水配水槽12、进水竖管13、配水板14、反冲洗进水横管15、反冲洗出水管16、湿地底板22、湿地进水槽23、集水口24、出水槽25、湿地排水管26，并按照附图所示安装蝶阀或闸阀。
42.（2）生态体系构建。本实用新型组装就位后，首先在配水板14上部填充厚度为20cm的砾石承托层，然后装填厚度为20cm的卵石过渡层，最后填装石英砂滤料，高度为200cm~250cm；在湿地箱体21中填充不同材质和规格的基质或基质组合，例如可根据去除的目标污染物不同（氮磷、有机物、悬浮物等），填充砾石、卵石、沸石、火山岩、铁矿石，甚至固体碳源如植物落叶、农作物秸秆等基质。填充后基质的上边沿距湿地箱体21的上边沿为50mm~100mm。然后栽种水生植物，水生植物的选择应以本地植物品种为主，以便增加植物的适应性，并应适当考虑生物量大的水生植物。所选水生植物的品种可为菖蒲、香蒲、车前草、芦苇、美人蕉等。
43.（3）启动。首先间歇进水，水质为含有一定含量和比例氮磷钾的植物生长营养液，待水生植物度过适应期后，逐渐增加进水频次。最后，以所要处理的污水替换营养液，以达到对于滤料和基质中的微生物进行驯化的目的，同时开始监测进出水水质，可以根据出水水质标准的不同，结合环境温度的变化，通过调整进水流量，改变水力停留时间，达到改变污染负荷的目的，从而使出水满足要求。对于进水水质中含碳量较低的污水，可以通过增加液相或固相碳源、将装置出水加压回流至进水竖管13等手段，满足反硝化过程中对于碳源的需求。待出水水质稳定后，可认为启动阶段完成。
44.（4）运行。首先关闭反冲洗进水横管15、反冲洗出水横管164上的阀门、开启湿地进水竖管151上的阀门，污水从进水竖管13进入进水配水槽12，经石英砂滤料层配水板14，流进湿地进水竖管151，进入湿地进水槽23后，流入湿地箱体21中的基质层，再经集水口24流入出水槽25，最后从左侧湿地排水管26流出装置，通过深度反硝化滤池1和人工湿地2的中的滤料、植物、基质和微生物的物理化学以及生物的协同作用，使污水得到净化。
45.（5）反冲洗。应定期对深度反硝化滤池1进行反冲洗，防止生物膜过度增生对于装置运行产生不利影响。首先开启反冲洗进水横管15、反冲洗出水竖管162上的阀门、关闭湿地进水竖管151上的阀门，反冲洗水经反冲洗出水竖管162进入配水板14下部，并经配水板14配水后进入石英砂滤料层，使滤料层膨胀摩擦后，反冲洗水进入集水头部161、反冲洗出水竖管162后，经反冲洗出水横管164排出装置，完成反冲洗。
46.（6）维护。可在秋季挺水植物枯萎之前对植物进行收割，防止植物体内营养元素自
根部下移至水体中产生二次污染。
47.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型的精神实质作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。