一种基于人工湿地的自动化污水处理系统及其控制方法与流程

本发明涉及人工湿地污水净化处理系统技术领域，特别是涉及一种基于人工湿地的自动化污水处理系统及其控制方法。

背景技术：

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。人工湿地是人们模拟天然湿地系统结构和功能而建造的、可控制运行的湿地系统，用以对受污染水进行处理的一种工艺，由围护结构、人工介质、水生植物等部分构成。当水进入人工湿地时，其污染物被床体吸附、过滤、分解而达到水质净化作用。人工湿地污水处理系统所针对的污染物(环境影响主力因子)主要为氮、磷、悬浮物(SS)、有机物(BOD、COD)、重金属等。

人工湿地污水处理技术是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。

人工湿地通过基质截留、过滤、吸附及生物降解作用共同完成。传统的人工湿地在使用中会存在水力高差大、负荷高、氨氮和总磷去除率差的问题。基质是人工湿地的重要组成部分，它为湿地植物、微生物提供了生长环境，自身也参与人工湿地净化污水的物理化学过程，特别是对引起水体富营养化的磷的吸附发挥着重要作用。因此，选择何种材料作为人工湿地基质，直接决定处理系统的除磷效率，具有十分重要的意义。

现有的人工湿地污水处理系统中，基质在使用时存在以下问题：一方面，一些基质材料对磷的去除率低，脱氮效率低，如传统的土壤、砾石、细沙等；一方面，一些基质为石块、砾石、细沙等，铺设面积大，大大增加了后期维护的工作量；另一方面，现在人们经常通过污水处理系统对污水进行处理，现有技术的污水处理系统一般均为人工操作，需要按照一定的周期人工去做处理，查看是否进行过滤基质的更换等，使用不便，且污水处理池一般为非封闭式结构，易造成二次污染。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明创新性地提出了一种基于人工湿地的自动化污水处理系统及其控制方法，采用控制及检测单元等，加强了污水处理系统的智能化，同时，强化了人工湿地污水处理工艺的脱氮除磷效率，解决了传统人工湿地处理工艺难以消除重金属污染的问题及降低了污水处理系统后期维护的工作量。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于人工湿地的自动化污水处理系统，包括湿地植物，还包括有内部铺设有多种过滤基质的抽屉式密封湿地箱体、进水管、渗水管、蓄水腔、出水管、控制器、检测器和电子显示屏，所述进水管、渗水管与蓄水腔、湿地箱体、出水管依次连通，所述蓄水腔埋于地面以下通过导流板与湿地箱体相连通，所述导流板上设置有连通蓄水腔和湿地箱体的导流孔，所述电子显示屏安装于地面上，所述控制器和检测器均设置于电子显示屏内且与湿地箱体信号连接；

所述湿地箱体内设置有多个具有放置腔的抽屉层，所述抽屉层与控制器信号连接，所述控制器通过控制每个抽屉层来实现抽屉层的抽出或推进；所述多个抽屉层内分别放置有用于净化污水的过滤基质，所述多个抽屉层自下而上分别放置有大块青石、小砾石、细沙、改性沸石、纳米复合材料、土层；

所述湿地箱体的底部设置有用于将污水注入至蓄水腔内的进水管，所述进水管的一端固定连接有铺设于蓄水腔底部的渗水管，所述进水管与控制器、检测器信号连接，所述控制器通过控制进水管将流入蓄水腔内的污水，经检测器检测污水的杂质含量及流量，并将检测信息显示至电子显示屏；所述湿地箱体的顶部设置有用于将依次经过由底层抽屉层渗透过滤至顶层抽屉层污水处理后的的水体流出湿地箱体的出水管。

优选的，所述湿地箱体内设置有滑轨，在抽屉层上设置有与滑轨滑动配合的滑轮，所述抽屉层包括有面板、底板和侧板，所述各抽屉层的面板相邻布置，在相邻抽屉层的面板上均设置有用于抽出或推进抽屉层的导向槽，所述导向槽的内侧壁为与面板背面固定连接的挡板，所述导向槽外侧壁的高度低于挡板，所述底板上设置有若干个便于水体层层渗入的通水孔。

优选的，所述进水管的另一端设置有用于将污水中颗粒杂质过滤出的过滤网筒，所述过滤网筒的一端开口，另一端固定有过滤网，所述过滤网筒固定有过滤网的一端设置有与进水管内螺纹相配合的外螺纹。

优选的，所述渗水管上均匀分布有若干个向湿地箱体底部方向开设的小孔；所述小孔处均设置有可防止进水管堵塞的套筒，所述套筒上有与小孔错位设置的导流槽，所述导流槽呈条形且长度短于套筒长度。

优选的，还包括报警传感器，所述报警传感器设置于每个抽屉层内且与检测器、控制器信号连接，当污水流量制和污水杂质含量值达到预设的更换过滤基质的标准值时，所述检测器将信号传送至报警传感器，所述控制器通过控制报警传感器将更换信息显示至电子显示屏。

优选的，所述进水管呈螺旋形或蛇形弯管的方式铺设于蓄水腔底部。

优选的，所述纳米复合材料为MuFe-Na。

优选的，所述出水管处设置有用于将过滤处理后的水体抽送至出水管的水泵，所述水泵与控制器信号连接，所述控制器通过控制水泵将污水处理后的水体从湿地箱体内输送至出水管。

优选的，所述出水管处设置有用于检测处理后水体是否达到标准预设值的净度监测仪，在出水管处分支出二次回流管，所述出水管处设置有第一电磁阀，所述二次回流管处设置有第二电磁阀。

一种基于人工湿地的自动化污水处理系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)、放置过滤基质，所述控制器通过控制抽屉层的抽出或推进，并将各种过滤基质自上而下依次放置在每个抽屉层内；

(2)、注入污水，开启控制器和检测器，对经进水管、渗水管流入蓄水腔的污水进行实时监测，所述控制器通过控制进水管将流入蓄水腔内的污水，经检测器检测污水的杂质含量及流量，并将检测信息显示至电子显示屏；

(3)、过滤污水，所述蓄水腔中的污水通过导流板上的导流孔，进入湿地箱体内，依次经底层抽屉层渗透过滤至顶层抽屉层进行处理后，所述控制器通过控制水泵将处理后的水体抽送至出水管；

(4)、检测过滤后的水体，所述污水处理后的水体抽送至出水管，经净度监测仪，检测后水体达到标准预设值的，并将检测信息显示至电子显示屏；

(5)、检测后水体未达到标准预设值的，所述控制器通过控制第二电磁阀，将其打开，检测后水体经二次回流管重新流入湿地箱体的底层，进行再次过滤；检测后水体达到标准预设值的，所述控制器通过控制第一电磁阀，将其打开，检测后水体通过出水管流出湿地箱体，完成整个污水处理操作。

(6)、过滤基质的更换，所述报警传感器设置于每个抽屉层内且与检测器、控制器信号连接，当污水流量值和污水杂质含量值达到预设的更换过滤基质的标准值时，所述检测器将信号传送至报警传感器，所述控制器通过控制报警传感器将更换信息显示至电子显示屏，再进行过滤基质的更换。

与现有技术方案相比，本发明的有益效果在于：

本发明公开了一种基于人工湿地的自动化污水处理系统，通过将合成的新型铁系纳米复合材料应用于人工湿地污水处理工艺中，借助纳米复合材料强大的吸附能力、光催化效能和高光降解效率，强化了人工湿地污水处理工艺的脱氮除磷效率，解决了传统人工湿地处理工艺难以消除重金属污染的问题。

本发明的基于人工湿地的自动化污水处理系统，采用抽屉式的密封湿地箱体，将每种过滤基质自上而下分别放置在各个抽屉层内，将过滤基质分层放置，避免过滤基质混为一体，无法进行单独维护；后期进行过滤基质维护时，抽拉出每个抽屉层，进行过滤基质的更换，降低了后期维护的工作量；湿地箱体底部的出水管处设置有过滤网筒，可防止污水中的大颗粒杂质随污水流入渗水管内，堵塞渗水管或小孔；过滤网筒固定有过滤网的一端设置有与渗水口内螺纹相配合的外螺纹，可拆卸式的过滤网筒，可在后期维护中根据需求进行更换，无需更换整个进水管，节约成本；渗水管上的小孔处均设置有可防止进水管堵塞的套筒，且套筒上有与小孔错位设置的导流槽，小孔的设置可有效控制污水的流入量，套筒的设置可防止泥沙随污水流入渗水管内，经过长时间的沉积堵塞小孔，影响污水的流入量，导流槽的设置可在污水流入量的可控范围内增加污水的流入量。采用了控制器、检测器、报警传感器及净度检测仪的功能，增加了污水处理系统的智能自动化，再需要更换过滤基质时，会接收到报警信号，无需人工定期查看，节约了用人成本，降低了工人的工作量，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明湿地箱体的主视图；

图3是本发明抽屉层的结构示意图；

图4是本发明湿地箱体的侧面剖视图；

图5是本发明进水管和套筒的侧视图；

图6是本发明进水管的结构示意图1；

图7是本发明进水管的结构示意图2；

图8是本发明过滤网筒的结构示意图；

图9是本发明导流板的俯视图；

附图标记：1、湿地植物；2、抽屉层；3、大块青石；4、小砾石；5、细沙；6、改性沸石；7、纳米复合材料；8、土层；9、滑轨；10、滑轮；11、面板；12、底板；13、侧板；14、挡板；15、外侧臂；16、通水孔；17、进水管；18、渗水管；19、出水管；20、小孔；21、套筒；22、导流槽；23、防渗层；24、水泵；25、二次回流管；26、过滤网筒；27、过滤网；28、外螺纹；29、蓄水腔；30、控制器；31、检测器；32、电子显示屏；33、报警传感器；34、净度检测仪；35、第一电磁阀；36、第二电磁阀；37、导流板；38、导流孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1所示，本发明提供了一种基于人工湿地的污水处理系统，包括有湿地植物1、湿地箱体、进水管17、渗水管18、蓄水腔29、出水管19、控制器30、检测器31和电子显示屏32，进水管17、渗水管18与蓄水腔29、湿地箱体、出水管19依次连通，蓄水腔29埋于地面以下通过导流板37与湿地箱体相连通，导流板37上设置有连通蓄水腔29和湿地箱体的导流孔38，电子显示屏32安装于地面上，控制器30和检测器31均设置于电子显示屏32内且与湿地箱体信号连接；湿地植物1通常选用芦苇、香蒲、黑三棱或芦竹，并将湿地植物1种植在湿地箱体的上方。

湿地箱体内设置有多个具有放置腔的抽屉层2，抽屉层2与控制器30信号连接，所述控制器30通过控制每个抽屉层来实现抽屉层的抽出或推进；抽屉层2的数量至少设置为六个，多个抽屉层内分别放置有用于净化污水的过滤基质，所述多个抽屉层自下而上分别放置有大块青石3、小砾石4、细沙5、改性沸石6、纳米复合材料7、土层8；各层过滤基质的厚度比为：大块青石3∶小砾石4∶细沙5∶改性沸石6∶纳米复合材料7为300∶200∶100∶60∶1，土层8厚度不限；各层过滤基质的粒径为：大块青石3＞小砾石4＞细沙5＞改性沸石6＞纳米复合材料7；纳米复合材料7为MuFe-Na，借助纳米复合材料7强大的吸附能力、光催化效能和高光降解效率，强化人工湿地污水处理工艺的脱氮除磷效率；报警传感器33设置于每个抽屉层内且与控制器30、检测器31信号连接，当污水流量制和污水杂质含量值达到预设的更换过滤基质的标准值时，所述检测器31将信号传送至报警传感器33，控制器30通过控制报警传感器33将更换信息显示至电子显示屏32；湿地箱体的底部设置有防渗层23，防渗层23为防水透气膜，防水透气膜中含有气体分子能够通过且液态水分子不能透过的孔隙。

如附图2-4所示，湿地箱体的内部设置有滑轨9，抽屉层2上设置有与滑轨9相配合滑动的滑轮10，用于抽屉层2抽出或推进，使用抽屉式的湿地箱体，可将每种过滤基质分开放置，避免每种过滤基质混为一体，有利于湿地箱体内过滤基质的后期维护，降低后期维护的工作难度；抽屉层2包括有面板11、底板12和侧板13，各个抽屉层2的面板11相邻布置，在相邻抽屉层2的面板11上均设置有用于将抽屉层2抽出或推进的导向槽，导向槽的内侧壁为与面板11背面固定连接的挡板14，导向槽的外侧壁15的高度低于挡板14；面板11的外表面可设置有用于抽出或推进抽屉层2的把手，可与导向槽替换使用；底板12上设置有若干个通水孔16，便于水体自下而上通入每层过滤基质的抽屉层2内，使污水得到层层渗入，达到有效的净化效果。

湿地箱体的底部设置有用于将污水注入至蓄水腔29内的进水管17，进水管17的一端固定连接有铺设于蓄水腔29底部的渗水管18，进水管17与控制器30、检测器31信号连接，控制器30通过控制进水管17将流入蓄水腔29内的污水，经检测器31检测污水的杂质含量及流量，并将检测信息显示至电子显示屏32；湿地箱体的顶部设置有用于将依次经过由底层抽屉层渗透过滤至顶层抽屉层污水处理后的的水体流出湿地箱体的出水管19。

如附图5-8所示，湿地箱体的底部设置有用于将污水注入至蓄水腔29内的进水管17，且进水管17的一端固定连接有呈螺旋形或蛇形弯管的方式铺设于蓄水腔29底部的渗水管18，渗水管18上每间隔40cm-50cm钻有小孔20，小孔20的设置可有效控制污水的流入量；进水管17处设置有用于将污水中颗粒杂质过滤出的过滤网筒26，过滤网筒26的一端开口，另一端固定有过滤网27，过滤网筒26固定有过滤网27的一端处设置有与进水管17内螺纹相配合的外螺纹28，用于滤出污水中的大颗粒杂质，防止大颗粒杂质随污水流入渗水管18，堵塞渗水管18或小孔20，可拆卸式的过滤网筒26，可在后期维护中根据需求进行更换，无需更换整个进水管17，节约成本；渗水管18上的小孔20处均设置有套筒21，套筒21可防止随污水流入渗水管18内的泥沙，经过较长时间的沉积，堵塞小孔20，影响污水的流入量，套筒21上有与小孔错位设置的导流槽22，导流槽22呈条形且长度短于套筒长度，可在污水流入量的可控范围内增加污水的流入量；出水管19设置于湿地箱体的顶部，用于将依次经过底层抽屉层渗透过滤至顶层抽屉层的污水处理后的水体排出湿地箱体并收集起来，出水管19处设置有用于将过滤处理后的水体抽送至出水管19的水泵24，水泵24与控制器30信号连接，控制器30通过控制水泵24将污水处理后的水体从湿地箱体内输送至出水管19；出水管19处设置有用于检测处理后水体是否达到标准预设值的净度监测仪34，在出水管19处分支出二次回流管25，出水管19处设置有第一电磁阀35，二次回流管25处设置有第二电磁阀36。

人工湿地的自动化污水处理系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)、放置过滤基质，所述控制器30通过控制抽屉层的抽出或推进，并将各种过滤基质自上而下依次放置在每个抽屉层内；

(2)、注入污水，开启控制器30和检测器31，对经进水管17、渗水管18流入蓄水腔29的污水进行实时监测，控制器30通过控制进水管17将流入蓄水腔29内的污水，经检测器31检测污水的杂质含量及流量，并将检测信息显示至电子显示屏32；

(3)、过滤污水，所述蓄水腔29中的污水通过导流板37上的导流孔38，进入湿地箱体内，依次经底层抽屉层渗透过滤至顶层抽屉层进行处理后，控制器30通过控制水泵24将处理后的水体抽送至出水管19；

(4)、检测过滤后的水体，所述污水处理后的水体抽送至出水管19，经净度监测仪34，检测后水体达到标准预设值的，并将检测信息显示至电子显示屏32；

(5)、检测后水体未达到标准预设值的，控制器30通过控制第二电磁阀36，将其打开，检测后水体经二次回流管25重新流入湿地箱体的底层，进行再次过滤；检测后水体达到标准预设值的，控制器30通过控制第一电磁阀35，将其打开，检测后水体通过出水管19流出湿地箱体，完成整个污水处理操作。

(6)、过滤基质的更换，报警传感器33设置于每个抽屉层内且与检测器31、控制器30信号连接，当污水流量值和污水杂质含量值达到预设的更换过滤基质的标准值时，检测器31将信号传送至报警传感器33，控制器30通过控制报警传感器33将更换信息显示至电子显示屏32，再进行过滤基质的更换。

以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。