本實用新型涉及一種人工濕地系統(tǒng)，屬于環(huán)境工程技術領域。

背景技術：

人工濕地是對自然濕地凈化功能的模仿或者強化，具有成本低，凈化效果好等優(yōu)點。根據(jù)其水流特點可分為表面流人工濕地和潛流人工濕地兩種。在實際工程中大部分是對這兩種人工濕地進行組合使用，如水平潛流和表面流組合，下行垂直潛流和上行垂直潛流組合，垂直潛流和表面流組合等。組合人工濕地的優(yōu)勢是：一，使水流更加充分的流過填料接著，增加了水流的流程，提高水力停留時間；二，使處理系統(tǒng)的耐負荷沖擊能力提高，系統(tǒng)中的各個單元條件可控性好，有利于形成了好氧與厭氧條件并存的復合水處理結構,顯著提高了對污水中污染物的凈化效率，對氮、磷的去除效果明顯。

由于人工濕地的諸多優(yōu)點，使其越來越受到重視，也開發(fā)出越來越多形式的人工濕地系統(tǒng)。隨著污水處理廠的提標改造，人工濕地更是作為污水處理廠最后一道工序保證出水水質的達標。

目前對人工濕地研究的重點在人工濕地結構、填料、濕地植物及濕地微生物等方面，開發(fā)新型人工濕地一般在實驗室條件下考察其性能，技術成熟后再推廣至工程上。目前在實驗室條件下設計的人工濕地都是單獨的潛流人工濕地或表面流人工濕地，對其間的組合研究較少。其次，大部分的實驗室條件下設計的人工濕地尺寸較小，不能反映實際人工濕地的處理性能。再者，目前研究的緩釋固體碳源都存在DOC釋放不可控的問題，一般都會引起后續(xù)出水的COD含量升高，在去除氮的同時引入了新的污染物。本發(fā)明的目的是在實驗室條件下開發(fā)一套中試的人工濕地系統(tǒng)，包括潛流人工濕地和表面流人工濕地，能密集采集水樣和填料樣品，適合實驗室研究人工濕地實際處理效果及其內部微生物機理使用，同時解決固體碳源的DOC緩釋不可控使得出水中COD含量升高的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種人工濕地系統(tǒng)，包括調節(jié)池、PCL潛流人工濕地單元、生物炭潛流人工濕地單元和表面流人工濕地單元；按上述順序通過管道和/或泵依次連接；所述PCL潛流人工濕地單元和生物炭潛流人工濕地單元為圓柱形；所述PCL潛流人工濕地單元自下向上設置卵石層、碎石層、陶粒/聚己內酯混合層和陶粒層；所述生物炭潛流人工濕地單元從下至上包括碎石層、沸石層、生物炭層和沸石層；所述表面流人工濕地單元自下向上包括碎石層、沸石層和石英砂層；所述泵包括曝氣泵和蠕動泵。

在本實用新型的一種實施方式中，所述連接具體是：曝氣泵通過管道接入調節(jié)池，調節(jié)池通過蠕動泵連接PCL潛流人工濕地單元；PCL潛流人工濕地單元與生物炭潛流人工濕地單元之間設置兩個連接通道，一個通道為管道直連，另一個通道設置中間集水池；曝氣泵通過管道接入中間集水池，中間集水池通過蠕動泵連接生物炭潛流人工濕地單元，兩個通道分別設置閥門；生物炭潛流人工濕地單元和表面流人工濕地單元之間設置中間集水桶，曝氣泵通過管道接入中間集水桶，中間集水池通過蠕動泵連接表面流人工濕地單元。

在本實用新型的一種實施方式中，所述PCL潛流人工濕地單元填裝四層填料，自下至上依次為高度25～35cm粒徑2-5cm卵石層，高度15～25cm粒徑1-3cm碎石層，高度15～25cm粒徑2～4mm陶粒與粒徑2.5-3mm聚己內酯混合層，和高度15～25cm粒徑2～4mm陶粒層，并在陶粒層上設置高度10～20cm的超高層。

在本實用新型的一種實施方式中，所述生物炭潛流人工濕地單元填裝四層填料，從下至上依次是高度30±5cm粒徑1-3cm碎石層，高度20±5cm粒徑2～4mm沸石層，高度20±5cm粒徑0.2～0.5mm生物炭層，和高度20±5cm粒徑2～4mm沸石層，并在沸石層上設置高度10～20cm的超高層。

在本實用新型的一種實施方式中，所述表面流人工濕地填裝三層填料，從下往上依次為高度10±2cm粒徑1-3cm碎石層，高度10±2cm粒徑2～4mm沸石層，和高度8～12cm粒徑2～3mm天然石英砂層，預留8～12cm的水位，并在預留水位上方設置10～15cm的超高層。

在本實用新型的一種實施方式中，所述泵包括曝氣泵和蠕動泵。

在本實用新型的一種實施方式中，所述PCL潛流人工濕地單元頂部設置布水器，底部設置集水管。

在本實用新型的一種實施方式中，所述生物炭潛流人工濕地單元底部設置布水管，頂部設置出水堰。

在本實用新型的一種實施方式中，所述PCL潛流人工濕地單元和/或生物炭潛流人工濕地單元還在外壁上設置垂直于水平面的液位計。

在本實用新型的一種實施方式中，所述PCL潛流人工濕地單元和/或生物炭潛流人工濕地單元的填料層之間設置穿孔管；所述穿孔管一端預埋在填料中，另一端連接人工濕地單元內壁上的接口，并在外壁上的接口端設置水樣采集口。

在本實用新型的一種實施方式中，所述取樣口處還設置閥門。

有益效果：本實用新型將潛流人工濕地單元與表面流人工濕地單元串聯(lián)連接，完整地模擬了大部分人工濕地的實際結構，反映了實際人工濕地的運行模式，并具有如下優(yōu)點：

(1)設置調節(jié)池，對初始進水進行預處理，有效應對水力負荷及有機物負荷的沖擊，使人工濕地系統(tǒng)進水水質均勻；(2)調節(jié)池設置可調節(jié)的曝氣裝置，增加進水DO值；(3)下流式潛流人工濕地單元和上流式潛流人工濕地單元的串聯(lián)增加了水力停留時間和水流的流程；(4)潛流人工濕地填料層高度80-90cm，使人工濕地單元中產生明顯的好氧、缺氧及厭氧區(qū)；(5)潛流人工濕地系統(tǒng)設置為圓柱形，減少產生死角的可能；(6)PCL潛流人工濕地單元采用具有碳源緩釋性能的PCL及生物炭材料作為填料，其釋放的碳源能補充厭氧區(qū)反硝化作用所需的碳源；(7)生物炭潛流人工濕地單元采用生物炭作為填料，吸附水中的大部分的污染物；(8)本實用新型設置了多個水樣采集口，能密集采集水樣，同時采樣口位置的設計能準確監(jiān)測每一層填料的處理效果；(9)兩個潛流人工濕地單元之間設置兩條連接通道，使人工濕地系統(tǒng)能根據(jù)實際運行情況選擇合適的連接通道；(10)表面流人工濕地使本實用新型整體進一步增加了水力停留時間和水流流程，從而進一步凈化污水。

附圖說明

圖1為本實用新型一種人工濕地反應系統(tǒng)結構示意圖；其中1，調節(jié)池；2，PCL潛流人工濕地單元；3，生物炭潛流人工濕地單元；4，表面流人工濕地單元；5，中間集水池；6，曝氣泵；7，蠕動泵；

圖2為本實用新型一種人工濕地反應系統(tǒng)中PCL潛流人工濕地單元結構示意圖；其中21，進水口；22，布水器；23，液位計；24，穿孔管；25，集水管；26，水樣采集口；27，出水口；210，卵石層；220，碎石層；230，陶粒/聚己內酯混合層；240，陶粒層；

圖3為本實用新型一種人工濕地反應系統(tǒng)中生物炭潛流人工濕地單元結構示意圖；其中31，進水口；32，出水堰；33，液位計；34，穿孔管；35，進水穿孔管；36，水樣采集口；37，出水口；310，碎石層；320，沸石層；330，生物炭層；340，沸石層；

圖4位本實用新型一種人工濕地反應系統(tǒng)中表面流人工濕地單元結構示意圖；其中41，進水口；42，石英砂層：43，沸石層；44，碎石層；45，植物；46，集水管；47，出水口；

圖5為本實用新型的一種人工濕地反應系統(tǒng)中布水器俯視圖；其中110，干管；120，穿孔支管。

具體實施方式

為使得本實用新型實現(xiàn)上述目的、特征和優(yōu)點且能夠更加明顯易懂，下面結合具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本實用新型的一種人工濕地系統(tǒng)由調節(jié)池1、PCL潛流人工濕地單元2、生物炭潛流人工濕地單元3和表面流人工濕地單元4通過管道、泵依次連接組成，曝氣泵6通過管道接入調節(jié)池1，調節(jié)池1通過蠕動泵7連接PCL潛流人工濕地單元2；PCL潛流人工濕地單元2與生物炭潛流人工濕地單元3之間設置兩個連接通道，一個為管道直連，另一個設置中間集水池5，中間集水池5連接有曝氣泵6，中間集水池通過蠕動泵7連接生物炭潛流人工濕地單元3，兩個通道分別設置閥門，實際運行中根據(jù)情況使用其中任一個通道，在前一級PCL潛流人工濕地出水DOC濃度低時選擇直接輸送通道，在出水DOC濃度高時選擇經(jīng)過曝氣再經(jīng)過蠕動泵后輸送通道，強化對水體中DOC的去除，解決固體碳源的DOC緩釋過程不可控使得出水中DOC含量升高的問題；生物炭潛流人工濕地單元3和表面流人工濕地單元4之間設置中間集水池5，中間集水池5連接有曝氣泵6，中間集水池通過蠕動泵7連接表面流人工濕地單元4。

本實用新型的一種人工濕地系統(tǒng)中污水分別經(jīng)過三級處理，第一級為PCL潛流人工濕地單元2，第二級為生物炭潛流人工濕地單元3，第三級為表面流人工濕地單元4。污水在調節(jié)池1中經(jīng)過曝氣泵6曝氣后，通過蠕動泵7輸送至PCL潛流人工濕地單元2，由頂部進水口經(jīng)布水管22進水，水流向下流動至底部通過集水管25將水收集并流出至中間集水池5中，再直接輸送或經(jīng)過蠕動泵7輸送至生物炭潛流人工濕地單元3，生物炭潛流人工濕地單元3下部設置進水口31，水流從底部進水口31經(jīng)進水穿孔管35流入，向上流動至頂部經(jīng)出水堰32流出，經(jīng)過另一中間集水池5，曝氣泵6曝氣后由蠕動泵7輸送至表面流人工濕地單元4中。

第一級反應器PCL潛流人工濕地單元2(圖2所示)為下流式潛流人工濕地，上部設置進水口21，與布水器22連接，另一端下部設置出水口27，填料自下至上依次設置高度為30±5cm、粒徑2-5cm卵石層210，高度為20±5cm、粒徑1-3cm碎石層220，高度為20±5cm、粒徑2～4mm陶粒與粒徑2.5-3mm聚己內酯(PCL)混合的陶粒/聚己內酯混合層230，高度為20±5cm、粒徑2～4mm陶粒層240，陶粒層上設置10～20cm的超高層。每兩層填料層之間設置穿孔管24進行集水，穿孔管24水平設置，一端預埋在填料中，另一端連接人工濕地單元內壁上的接口，并在人工濕地單元外壁上的接口端設置水樣采集口26用于采集水樣，水樣采集口設置閥門。所述PCL潛流人工濕地單元2還在外部設置豎直的液位計23，用于觀察液面高度。污水進入該人工濕地單元后，從進水口21經(jīng)過布水器22均勻分布，經(jīng)過填料層的吸附、過濾及人工濕地中微生物的作用向底部流動，在底部集水區(qū)通過集水管25收集，最后從出水口27流出。

第二級生物炭潛流人工濕地單元3(圖3所示)底部設置進水口31，頂部設置出水堰32，出水堰32通過管道與出水口37連接，生物炭潛流人工濕地單元填裝四層填料，自下至上依次是高度為30±5cm、粒徑1-3cm碎石層310，高度為20±5cm、粒徑2～4mm沸石層320，高度為20±5cm、粒徑0.2～0.5mm生物炭層330，高度為20±5cm、粒徑2～4mm沸石層340，并設置10～20cm的超高層。每層填料層的底部設置穿孔管34，穿孔管34水平設置，一端預埋在填料中用于集水，另一端連接人工濕地單元內壁上的接口，并在人工濕地單元外壁上的接口端設置水樣采集口36用于采集水樣，水樣采集口36還設置閥門。所述生物炭潛流人工濕地單元2還在外部設置豎直的液位計33，用于觀察液面高度。污水從底部進水口31進入該人工濕地單元后，經(jīng)過填料層的吸附、過濾及人工濕地中微生物的作用向頂部流動，通過出水堰32從出水口37流出。

第三級表面流人工濕地反應單元4(圖4所示)上部設置進水口41，另一端下部設置出水口47，底部設置集水管46，自下向上填裝三層填料，依次是高度為10±2cm、粒徑1-3cm碎石層44，高度為10±2cm、粒徑2～4mm的沸石層43，高度為10±2cm、粒徑2～3mm的石英砂層42，高度為10cm的水位，和水位上設置的10～15cm的超高層，水位和超高層之間種植植物45。污水從頂部進水口41進入該濕地單元后，經(jīng)過填料層的吸附、過濾及人工濕地中微生物的作用向底部部流動，最后通過集水管46從出水口47流出。

PCL潛流人工濕地單元2在頂部水平設置布水器22。布水器設置一個干管110，與干管垂直且平行于水平面并排設置支管120，,水流由干管110流入，再由穿孔支管120均勻分布到人工濕地單元中進行處理。

本實用新型將潛流人工濕地單元與表面流人工濕地單元串聯(lián)連接，完整地模擬了大部分人工濕地的實際結構，反映了實際人工濕地的運行模式；本實用新型設置調節(jié)池，能對初始進水進行預處理，有效應對水力負荷及有機物負荷的沖擊，使人工濕地系統(tǒng)進水水質均勻；在調節(jié)池設置可調節(jié)的曝氣裝置，能夠增加進水DO值；設置一個下流式潛流人工濕地單元和一個上流式潛流人工濕地單元，并將兩者串聯(lián)，能夠增加水力停留時間和水流的流程；本實用新型的潛流人工濕地填料層高度80-90cm，人工濕地單元中能產生明顯的好氧、缺氧及厭氧區(qū)；本實用新型的潛流人工濕地單元均設置為圓柱形，減少產生死角的可能；PCL潛流人工濕地單元采用具有碳源緩釋性能的PCL及生物炭材料作為填料，其釋放的碳源能補充厭氧區(qū)反硝化作用所需的碳源；生物炭潛流人工濕地單元采用生物炭作為填料，能吸附水中的大部分的污染物；本實用新型設置了多個水樣采集口，能密集采集水樣，同時采樣口位置的設計能準確監(jiān)測每一層填料的處理效果；本實用新型在兩個潛流人工濕地單元之間設置兩條連接通道，使人工濕地系統(tǒng)能根據(jù)實際運行情況選擇合適的連接通道；本實用新型設置的表面流人工濕地能進一步增加了水力停留時間和水流流程，能進一步凈化污水。

本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡是在本實用新型構思的精神和原則之內，本領域的專業(yè)人員能夠做出的任何修改、等同替換和改進等均應包含在本實用新型的保護范圍之內。