专利名称：一种设有冬季保温增温装置的可变流人工湿地的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种保温装置，具体涉及一种设有冬季保温增温装置的可变流人工湿地。
背景技术：
人工湿地作为一种经济高效的生态式污水处理技术，其应用越来越广泛。经过近 50年的发展，目前美国已有10000余座，丹麦已有800余座人工湿地用来处理污水。但人工湿地受季节、气温等因素影响较大，冬季低温时污染物的去除率比气温高的季节低，特别是 N、P等污染物，影响了其在冬季低温地区的推广使用。近年来，国内外学者开展了人工湿地在冬季低温地区保温的研究。例如地膜保温、植物覆盖保温、冰层保温等，都没能取得特别理想的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设有冬季保温增温装置的可变流人工湿地，利用双墙结构间微生物代谢产生的热量来给湿地保温增温，从而减少气温对湿地的影响，保证人工湿地能够持续稳定运行。为实现上述目的，本发明提供的设有冬季保温增温装置的可变流人工湿地，其主要结构为人工湿地内垂直且平行地装填有三段填料，在三段填料的顶部设置有布水管，三段填料的底部设置有收水管，该收水管的出水口与填料顶部同一高度；三段填料的一端上部连接一进水管，另一端下部连接出水管，该出水管的出水口与填料顶部同一高度；布水管和进水管分别连接到高位水槽；布水管进水时，由收水管的出水口出水，进水管和出水管关闭；进水管进水时，由出水管的出水口出水，布水管和收水管关闭。人工湿地周边的护栏为双墙，人工湿地的双墙顶部为开口或密闭；双墙的内部装填有进行发酵产热的有机物；顶部密闭的双墙顶部设置有导气管，该导气管连接一水槽，该水槽的水管连接至人工湿地；通过布水管道的调节可进行水平流湿地与垂直流湿地的相互转化。所述的可变流人工湿地，其中，填料为沸石、砾石、石灰石、炉渣、活性炭等中的一种或几种组合。所述的可变流人工湿地，其中，三段填料总长度中，上部连接进水管的一段填料占总长度的10% -20%，下部连接出水管的一段填料占总长度的5% _10%，中间段填料占总长度的70% -85%。所述的可变流人工湿地，其中，三段填料中，上部连接进水管的一段填料和下部连接出水管的一段填料的粒径为16-32mm，中间段填料的粒径为8_16mm ；填料深度不小于人工湿地深度的85%。所述的可变流人工湿地，其中，布水管和进水管分别通过进水阀连接到高位水槽； 收水管和出水管分别安装有主控阀和处于不同高度的分控阀。所述的可变流人工湿地，其中，收水管和出水管上安装的分控阀各为三个，三个分控阀的安装位置分别是高于人工湿地的床体高度、位于填料的中间、位于人工湿地的床体底部。所述的可变流人工湿地，其中，布水管、收水管均采用·100πιπι-·120πιπι的PVC管， 布水管均勻布水，每隔10-20cm布一个孔，孔直径为l_3cm，收水管对应中段填料处设有收水孔，每隔5-10cm布一个孔，孔直径为l-3cm。所述的可变流人工湿地，其中，人工湿地的上层种植去污能力强的挺水植物。所述的可变流人工湿地，其中，双墙内部的底部铺有防渗层。所述的可变流人工湿地，其中，双墙内部装填的有机物是生活垃圾、牛粪、猪粪及秸秆中的一种或几种；有机物的高度稍高于人工湿地内的填料高度。可变流湿地可以根据外界具体的气温变化通过布水管道的调节，进行水平流湿地与垂直流湿地的相互转化，克服了水平流湿地夏季进水溶解氧低，垂直流湿地冬季热损失多的缺点，冬季利用双墙结构间微生物代谢产生的热量持续地为湿地保温增温，减少了外界气温对湿地的影响，增加了湿地内部的温度，保证了低温条件下人工湿地能够持续稳定运行。不同方向的水流冲刷基质以及分解有机物效率高等优势，可以减缓甚至克服堵塞问题。本发明可广泛应用于各种地埋式、非地埋式湿地的冬季保温中，具有无污染、投资省、运行费用低、操作简单、保温效果好、资源的循环利用、处理能力强、运行效果稳定等特点。
图1是本发明的结构剖面示意图，其中的双墙为好氧发酵产热结构。图2是本发明的结构剖面示意图，其中的双墙为厌氧发酵产热结构。
具体实施例方式本发明的具体结构请参阅图1和图2。需要说明的是，本发明所提到的左、右、上、下等，除有特殊说明外均是以图1、图2 所示方向为准。人工湿地内垂直地装填有不同粒径的石灰石填料，将人工湿地内部分为左段4、中段5和右段6。具体地，左段4和右段6的石灰石填料的粒径为16-32mm，中段5的石灰石填料的粒径为8-16mm，填料深度不小于人工湿地深度的85%。高位进水槽1分别通过进水管2和布水管15将欲处理的污水流到人工湿地内。人工湿地内垂直并且相互平行的地装填有不同粒径的填料，本发明的填料为公知技术，比如沸石、砾石、石灰石、炉渣、活性炭等以及各种不同填料的组合，本发明是石灰石填料为例进行说明，将人工湿地内部分为左段4、中段5和右段6。具体地，左段4和右段6 的石灰石填料粒径为16-32mm，中段5的石灰石填料粒径为8_16mm。人工湿地具有一个进水管2和一个布水管15，一个出水管9和一个收水管16，分别通过各自的进、出水管阀控制进出水。具体地，在人工湿地的一侧，高位进水槽1与左段4之间通过上层进水阀3和顶部进水管13连接进水管2，同样地，高位进水槽1与布水管15 之间通过顶部进水阀14连接顶部进水管13 ；在人工湿地的另一侧，右段6的下部安装有出水管9，出水管9上安装有主控阀门7和分控阀门8、10、11 ；人工湿地的底层安装有收水管 16，收水管16上安装有主控阀门17和分控阀门18、19、20。分控阀8、10、11 (18、19、20)中， 最高的分控阀10(19)的高度至少与人工湿地填料高度相同，最低的分控阀8(18)是处于人工湿地的底部，中间的分控阀11 00)是处于石灰石填料的中部位置，通过分控阀可以调节人工湿地单元的水位。人工湿地周边的护栏为双墙22结构，双墙22内部装填有混合均勻的粪便、芦苇、 活性污泥混合物23。双墙22内部的底部铺有防渗层，以防止粪便、芦苇、活性污泥混合物23发酵时产生的渗滤液渗入地下污染地下水。本发明在运行时的操作是图1中的双墙22结构顶部是开口的，将粉碎机粉碎后的芦苇与粪便和活性污泥进行均勻混合，通过加水调节其含水率(此为公知技术，且不是本发明讨论的重点，不作详细描述)，混合物的高度稍高于人工湿地内的石灰石填料的高度，混合物每隔1 2米留宽 0. 2米高度与混合物高度一致的通风槽，混合物上方覆盖0. 1 0. 2米厚的芦苇以达到保温的效果。人工湿地为垂直下行流湿地时，上层进水阀3和底层的出水管9的主控阀门7关闭，顶部进水阀14开启，由顶部进水管13通过布水管15开始进水，同时，底层的收水管12 的主控阀17及分控阀门18、19、20中的一个开启，由底层的收水管16出水。人工湿地为水平流时，关闭顶部进水阀14和底层的收水管12的主控阀门17，开启上层进水管阀门3和底层的出水管9的主控阀门7及分控阀门8、10、11中的一个，由进水管2开始进水，底层的出水管9出水。垂直流与水平流可以进行转化，转化周期应该根据实际情况确定，如初冬运行为垂直流、深冬运行为水平流。本发明的装置于深秋启动，可持续整个冬季，待产热完毕后可将内部的产热产物收集用作农田的有机肥。图2中的双墙22是密封状态，在双墙22内部形成厌氧环境，有利于兼性和厌氧微生物的代谢产热。将粉碎机粉碎后的芦苇与粪便和活性污泥进行均勻混合，通过加水调节其含水率 (此为公知技术，且不是本发明讨论的重点，不作详细描述)，混合物的高度稍高于人工湿地内的石灰石填料的高度，将双墙22顶部进行密封，并在其顶部布置有导气管21，产生的沼气通过导气管21进入高位水槽1中，保证了双墙内部的厌氧环境。人工湿地为垂直下行流湿地时，上层进水阀3和底层的出水管9的主控阀门7关闭，顶部进水阀14开启，由顶部进水管13通过布水管15开始进水，同时，底层的收水管12 的主控阀17及分控阀门18、19、20中的一个开启，由底层的收水管16出水。人工湿地为水平流时，关闭顶部进水阀14和底层的收水管12的主控阀门17，开启上层进水管阀门3和底层的出水管9的主控阀门7及分控阀门8、10、11中的一个，由进水管2开始进水，底层的出水管9出水。
垂直流与水平流可以进行转化，转化周期应该根据实际情况确定，如初冬运行为垂直流、深冬运行为水平流。本发明的装置于深秋启动，可持续整个冬季，待产热完毕后可将内部的产热产物收集用作农田的有机肥。
权利要求
1.一种设有冬季保温增温装置的可变流人工湿地，主要结构为人工湿地内垂直且平行地装填有三段填料，在三段填料的顶部设置有布水管，三段填料的底部设置有收水管，该收水管的出水口与填料顶部同一高度；三段填料的一端上部连接一进水管，另一端下部连接出水管，该出水管的出水口与填料顶部同一高度；布水管和进水管分别连接到高位水槽；布水管进水时，由收水管的出水口出水，进水管和出水管关闭；进水管进水时，由出水管的出水口出水，布水管和收水管关闭。人工湿地周边的护栏为双墙，人工湿地的双墙顶部为开口或密闭；双墙的内部装填有进行发酵产热的有机物；顶部密闭的双墙顶部设置有导气管，该导气管连接一水槽，该水槽的水管连接至人工湿地；通过布水管道的调节可进行水平流湿地与垂直流湿地的相互转化。
2.根据权利要求1所述的可变流人工湿地，其中，填料为沸石、砾石、石灰石、炉渣、活性炭中的一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的可变流人工湿地，其中，三段填料总长度中，上部连接进水管的一段填料占总长度的10% -20%，下部连接出水管的一段填料占总长度的5%-10%，中间段填料占总长度的70% -85%。
4.根据权利要求1、2或3所述的可变流人工湿地，其中，三段填料中，上部连接进水管的一段填料和下部连接出水管的一段填料的粒径为16-32mm，中间段填料的粒径为 8-16mm ；填料深度不小于人工湿地深度的85%。
5.根据权利要求1所述的可变流人工湿地，其中，布水管和进水管分别通过进水阀连接到高位水槽；收水管和出水管分别安装有主控阀和处于不同高度的分控阀。
6.根据权利要求5所述的可变流人工湿地，其中，收水管和出水管上安装的分控阀各为三个，三个分控阀的安装位置分别是高于人工湿地的床体高度、位于填料的中间、位于人工湿地的床体底部。
7.根据权利要求1、5或6所述的可变流人工湿地，其中，布水管、收水管均采用 DN100mm-DN120mm的PVC管，布水管均勻布水，每隔10_20cm布一个孔，孔直径为l_3cm，收水管对应中段填料处设有收水孔，每隔5-lOcm布一个孔，孔直径为l-3cm。
8.根据权利要求1所述的可变流人工湿地，其中，人工湿地的上层种植去污能力强的挺水植物。
9.根据权利要求1所述的可变流人工湿地，其中，双墙内部的底部铺有防渗层。
10.根据权利要求1所述的可变流人工湿地，其中，双墙内部装填的有机物是生活垃圾、牛粪、猪粪及秸秆中的一种或几种；有机物的高度稍高于人工湿地内的填料高度。
全文摘要
一种人工湿地的冬季保温增温装置，主要结构为人工湿地内垂直且平行地装填有三段填料，在三段填料的顶部设置有布水管，三段填料的底部设置有收水管，该收水管的出水口与填料顶部同一高度；三段填料的一端上部连接一进水管，另一端下部连接出水管，该出水管的出水口与填料顶部同一高度；布水管和进水管分别连接到高位水槽；布水管进水时，由收水管的出水口出水，进水管和出水管关闭；进水管进水时，由出水管的出水口出水，布水管和收水管关闭。人工湿地周边的护栏为双墙，双墙的内部装填有进行发酵产热的有机物。本发明利用双墙结构间微生物代谢产生的热量来给湿地保温增温，克服了水平流湿地夏季进水溶解氧低，垂直流湿地冬季热损失多的缺点。
文档编号C02F3/32GK102531185SQ20121000442
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者何连生, 夏训峰, 席北斗, 张列宇, 王锦彪, 霍守亮 申请人:中国环境科学研究院