本发明属于水污染控制工程污水处理技术领域，具体涉及一种表面流污水处理人工湿地系统。
背景技术：
人工湿地是一种人工建造的综合的生态系统，运用生态学原理，充分发挥生态系统物质循环，功能结构协调优化的作用，利用土壤、植物、微生物及人工基质的物理、化学和生物三种作用对污水实现净化以达到排放标准。近年来，人工湿地污水处理系统在我国得到了迅速发展，按其类型，可将人工湿地分为表面流湿地、水平潜流湿地、垂直流湿地和潮汐流湿地等，人们对表面流湿地的研究较少，其设计、建造和管理都还处于摸索阶段，需要更深入地研究。
人工湿地的基质作为一种供湿地植物生长的载体，为湿地中植物、微生物和动物提供生长的场所。且湿地中的基质颗粒之间的孔隙能够有效拦截污水中的胶体物质和悬浮颗粒，在范德华力和静电力作用下，一些带电粒子也被吸附在基质上，形成胶体沉淀下来。一些基质还能有效去除水中的n、p等富营养元素，使污水得到净化。因此湿地基质种类的选择和配比对湿地系统的功能有着显著的影响，合理地选择、构建基质能够有效改善湿地基质的堵塞问题，提高湿地系统的净水效率。
另外，人工湿地系统具如果工程设计不合理，就会导致人工湿地净化效率低、污水处理效果差、工程用地使用不合理等问题，现模拟人工湿地，针对传统基质层技术要求高、价格昂贵、不易操作的弊端进行创新改造，提供一种表面流的污水处理系统，选用的价格低廉、简单易得的原料，以处理水中的n、p等污染物为主要目的，按照一定的比例和粒径进行配备，对热带农村地区的生活污水进行处理，便于处理生活污水，使得污水排放对环境安全可靠。
技术实现要素：
鉴以此，本发明提供一种表面流污水处理人工湿地系统，系统所采用的基质成本低廉、简单易得，本系统可有效解决基质堵塞问题，提高净水效果，降低人工湿地维护成本，并且实现土地资源和水资源的合理利用。
本发明采取的技术方案如下：
一种表面流污水处理人工湿地系统，包括进水箱、净化箱和出水箱，所述进水箱置于所述净化箱的上方，所述出水箱置于所述净化箱的下方，所述净化箱包括左腔室和右腔室，所述左腔室和右腔室之间设有第一水管，所述左腔室和所述右腔室的内部均设有倾斜的过滤板，所述过滤板的上方由上至下依次设有第一基质层、第二基质层和第三基质层，所述第一基质层上方设有带植被的土壤层，所述第一基质层为沸石层，所述第二基质层和所述第三基质层均为石灰石层，且所述第三基质层的石灰石粒径大于所述第二基质层的石灰石粒径。
进一步地，所述第一基质层厚度为15～18cm，其沸石粒径为25～30mm；所述第二基质层厚度为30～35cm，其石灰石粒径为5～10mm；所述第三基质层厚度为15～25cm，其石灰石粒径为12～16mm。
进一步地，所述进水箱和所述出水箱的内部均设有页岩陶粒基质层。
进一步地，所述页岩陶粒基质层厚度为15～20cm，其页岩陶粒粒径为10～20mm。
进一步地，位于所述左腔室过滤板的下方填充有由火山岩、沸石和石灰石混合而成的填料层。
进一步地，所述第一水管为l型水管，且所述第一水管的出水口与所述出水箱连接。
进一步地，位于所述右腔室过滤板下方设有第二水管，所述第二水管下方设有喷淋装置。
进一步地，所述喷淋装置的下方设有带过氧甲酸的箱体。
进一步地，所述第一水管上水孔。
进一步地，所述第一水管上设有与所述左腔室相连通的通管。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)基质层选择的原料容易获取，通过基质组合构建良好的净水效果，净水箱的页岩陶粒基质层、沸石层和两层石灰石层的组合，净化效果好，价格低廉，可大大降低人工湿地基质的成本，容易推广使用，使用后可集中处置，不容易造成二次污染；
(2)根据热带农村生活污水含n、p量高的特点，选取具有一定粒度和厚度的石灰石与沸石的组合搭配，能够有效去除水中的氨氮、tn及tp，具有针对性；
(3)选取沸石、石灰石具有多孔道和较大孔穴的优点，能提高水中污染物质离子交换的性能，能有效控制水中污染物的分子大小，且沸石除了能够吸附污水中污染物质外，还能够吸收废水产生的臭气，调节水体ph，从多方面控制污染物造成的影响；
(4)主要基质的粒径为25mm左右，使基质能够充分和污水接触，有效吸附污水中的污染物质同时有效减轻基质的堵塞问题，第二层基质为较小粒径的床层，能够适当增加停水时长，有效去除污染物，cod和bod5降低；
(5)本发明系统主要包括左腔室、右腔室和l型水管，通过合理的工程设计，实现污水的多级净化，无需附加任何动力，利用净化后的水体直接进行浇灌或其它，不同的净化方式具有不同的使用方式，既提高污水处理和利用效率、降低了污水深度净化的运行费用，又合理利用土地资源和水资源，节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种表面流污水处理人工湿地系统中净化箱的内部示意图；
图2为本发明一种表面流污水处理人工湿地系统的结构示意图。
图中，1进水箱，101支撑脚，2净化箱，3出水箱，31管道，21左腔室，211填料层，22右腔室，23第一水管，231通管，4滤板，41第二水管，42喷淋装置，43箱体，5第三基质层，6第二基质层，7第一基质层，8土壤层。箭头表示水流的方向。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面通过具体实施方式并结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1：
一种表面流污水处理人工湿地系统，包括进水箱1、净化箱2和出水箱3，所述进水箱1通过支撑脚101置于所述净化箱2的上方，所述出水箱3置于所述净化箱2的下方，所述净化箱2包括左腔室21和右腔室22，所述左腔室21和右腔室22构成呈长方型，所述左腔室21和右腔室22之间设有第一水管23，所述左腔室21和所述右腔室22的内部均设有过滤板4，即过滤板4为三角型，且两个过滤板的水流方向向内相向流动，所述过滤板4的上方由上至下依次设有第一基质层7、第二基质层6和第三基质层5，所述第一基质层7上方设有带植被的土壤层8，所述第一基质层7为沸石层，所述第二基质层6和所述第三基质层5均为石灰石层，且所述第三基质层5的石灰石粒径大于所述第二基质层6的石灰石粒径。
沸石层是一种可作为水质处理剂的硅酸盐化合物，沸石内部具有很多的孔径，内表面有很大的孔穴，比表面积大，大大增加了与污水的接触面积，具有吸附、筛分和离子交换功能，能有效吸附水中的氨氮、有机质和重金属离子，同时还能调节水体ph，与植物搭配能增加水中的溶解氧含量，提高植物的光合作用强度，是一种良好的基质填料。
而石灰石层是一种以碳酸钙为主要成分的基质填料，对水中的n、p等元素有强烈的吸附作用，具有较大的孔隙率，由于其作为单一填料应用时不能够充分发挥其本身的作用，因此选择与沸石搭配使用。通过不断研究，三层基质层的布设，其粒度、厚度、顺序、组合影响着污水的处理效果，而在此情况下石灰石和沸石混合发生协同作用，提高了其对水中tn、tp的去除率，且去除效果均要好于两种填料单独使用时的效果，二者混合使用时不会降低沸石对水中污染物的吸附能力，因此选择石灰石与沸石混合搭配作为基质填料。
具体地，所述第一基质层7厚度为16cm，其沸石粒径为27mm；所述第二基质层6厚度为32cm，其石灰石粒径为8mm；所述第三基质层5厚度为20cm，其石灰石粒径为14mm。基质层采用三层的结构模式，在顶端铺设普通土壤层，为湿地植物和生物生长提供场所，第一基质层为小颗粒沸石层；其下为基质中间层，即第二基质层，该层为小颗粒的石灰石层构成；最底层第三基质层为较大粒径的石灰石层构成，另外还在湿地的进水箱和出水箱内设有页岩陶粒基质层作为净化基质的一部分。
具体地，所述进水箱1和所述出水箱3的内部均设有页岩陶粒基质层(未表示出)，所述页岩陶粒基质层厚度为18cm，页岩陶粒的粒径为15mm。由于页岩陶粒基质具有较大的体积，多呈块状分布，因此将其布置在进水箱和出水箱能够对污水有较好的缓冲作用，增大污水在基质上的停留时间同时也能起到过滤的作用。其中，页岩属于沉积岩的一种，是由粘土在压力和高温下形成的具有较复杂成分的岩石，混有石英石、长石等多种杂质，一般都有薄片状的层状节理。本发明所用的页岩为1100摄氏度下经高温烧制的单一填料，粒状表面具布有多个小孔，对废水中的cod、tn、tp都有着较高的去除率，且页岩陶粒中的碳酸钙成分对h+有着良好的缓冲作用。
具体地，位于所述左腔室21过滤板4的下方填充有由火山岩、沸石和石灰石混合而成的填料层211，减轻基质层堵塞的问题，适当增加停水时长，从多方面控制污染物造成的影响。
具体地，所述第一水管23为空心的l型水管，且l型的所述第一水管23的出水口与所述出水箱3连接。污水经过土壤表面流动溢漏至l型水管中。所述第一水管23为空心的l型水管，且所述第一水管23的出水口回流至所述净化箱2的左腔室和右腔室中。
具体地，位于所述右腔室过滤板4下方设有第二水管41，所述第二水管41下方设有喷淋装置42，所述喷淋装置42的下方设有带过氧甲酸的箱体43，所述第一水管23上设有与所述第二水管41相连通的水孔(未表示出)。流经l型水管的污水从水孔流入第二水管41中，经喷淋装置42喷洒出至带过氧甲酸的箱体43，污水进入带过氧甲酸的箱体后快速完成消毒杀菌，快速分解成水和二氧化碳，提高杀菌消毒的效果，充分将污水处理。
具体地，所述第一水管23上设有与所述左腔室21相连通的通管231。
本发明一种表面流污水处理人工湿地系统的工作原理：
污水从进水箱1流经页岩陶粒基质层进行第一次净化，后进入净化箱2，即分别从左腔室21和右腔室22的上方进入，流经左腔室21时，沿土壤层8、沸石层7、小粒径的石灰石层、大粒径的石灰石层依次滤过，从过滤板4进入填料层211，从填料层211的出口流出至出水箱3；流经右腔室22时，沿土壤层8、沸石层7、小粒径的石灰石层、大粒径的石灰石层依次滤过，从过滤板4进入第二水管41，经喷淋装置42流至带过氧甲酸的箱体43，从带过氧甲酸的箱体43的出口流至出水箱3；经人工湿地的第一基质层7、第二基质层6、第三基质层5处理完成第二次净化；同时左腔室21和右腔室22相对，呈方型，水流在土壤层表面溢出，后进入l型的第一水管23，l型的第一水管23中的一部分水流进入第二水管41，另一部分通过通管231进入填料层211经过填料处理完成第二次净化；进入第二水管41的水流通过喷淋装置42流至右腔室22的带过氧甲酸的箱体43处理；l型的第一水管23中剩余的水流从底部出口流出；完成第二次净化的水流通过水管进入出水箱3完成第三次净化后流出使用或通过带有计量泵的管道31重新输送至净水箱1重新循环过滤；第一水管23的底部可根据实际需要设置开关。可依据污水的污染情况进行处理，水流的流速得到有效的控制。
实施例2：
本实施例中一种表面流污水处理人工湿地系统与实施例1的区别在于：
所述第一基质层厚度为15cm，其沸石粒径为25mm；所述第二基质层厚度为30cm，其石灰石粒径为5mm；所述第三基质层厚度为15cm，其石灰石粒径为12mm。
所述进水箱和所述出水箱的内部均设有页岩陶粒基质层，所述页岩陶粒基质层厚度为15cm，其页岩陶粒的粒径为10mm。
实施例3：
本实施例中一种表面流污水处理人工湿地系统与实施例1的区别在于：
所述第一基质层厚度为18cm，其沸石粒径为30mm；所述第二基质层厚度为35cm，其石灰石粒径为10mm；所述第三基质层厚度为25cm，其石灰石层粒径为16mm。
所述进水箱和所述出水箱的内部均设有页岩陶粒基质层，所述页岩陶粒基质层厚度为20cm，其页岩陶粒的粒径为20mm。
对比例1：
一种表面流污水处理人工湿地系统与实施例1的区别在于：所述第一基质层为粒径25～30mm的沸石层，厚度为10cm；所述第二基质层为粒径5～10mm的石灰石层，厚度为20cm；所述第三基质层为粒径5～10mm的石灰石层，厚度为10cm。
所述页岩陶粒基质层的粒径为10～20mm，厚度为10cm。
对比例2：
一种表面流污水处理人工湿地系统与实施例1的区别在于：所述第一基质层为粒径25～30mm的沸石层，厚度为25cm；所述第二基质层为粒径5～10mm的石灰石层，厚度为40cm；所述第三基质层为粒径12～16mm的砾石层，厚度为30cm。
所述页岩陶粒基质层的粒径为10～20mm，厚度为25cm。
对比例3：
一种表面流污水处理人工湿地系统与实施例1的区别在于：所述第一基质层为粒径10～15mm的页岩陶粒层，厚度为25cm；所述第二基质层为粒径15～20mm的石灰石层，厚度为40cm；所述第三基质层为粒径25～30mm的石灰石层，厚度为30cm。
实验例：
受试水为农村生活污水。试验期间进水、出水主要污染物浓度见表1。
表1：污水处理测试结果(单位：mg/l)
参比《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)，本发明实施例中ph、cod、bod5、悬浮物、tn、氨氮和tp均达到一级a标准。实施例与对比例相比，实施例污水处理结果明显优于对比例，对比例的污水处理结果均未达到一级a标准，对比可知，对比例1和对比例2与实施例1的区别在于，基质的厚度不同、第三基质层的粒径不同，对比例3与实施例1的区别在于，基质的粒径不同，由实验结果得本发明的净化基质层、组合顺序、粒径和厚度均是至关重要的，是决定污水处理效果的重要因素，如果单一使用净化基质，或者其中的基质的厚度不相同都存在处理效果不好的情况。
以上所述仅为本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。