适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统的制作方法

本实用新型涉及污水处理系统，具体涉及一种适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统。

背景技术：

人工湿地水质净化技术是一种新型的生态污水净化处理技术，它具有污水处理效果好、氮磷去除率高、投资运行维护费用低等优点，已被广泛的应用到生活和养殖业污水处理、矿山石油开采废水处理和农业面源的水质净化等领域。人工湿地水质净化技术的原理为污水中的污染物质(氮、磷、重金属和有毒有害有机物)可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程而被分解去除，从而使水质得到净化，也就是说，人工湿地是利用基质、植物和水体中所发生的物理、化学和生物反应来共同实现水质净化。

温度是制约人工湿地净化效率的关键因素，对于海拔稍高的地区，其温度相对其他地区会稍低，湿地植物将生长缓慢，同时，环境微生物也代谢缓慢，甚至代谢中止，从而导致人工湿地净化效率低下。多项研究结果发现，人工湿地水温低于10℃时，湿地的净化效率出现明显降低。硝化速率在水温10℃时受到抑制，4℃以下则趋于停止。

而现有技术中出现的湿地净化系统主要针对低海拔地区，由于高海拔地区温度相对较低，将现有的湿地净化系统应用在高海拔时处理效率非常低。

技术实现要素：

针对现有技术上的上述不足，本实用新型提供的适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统可以在气温低时将人工湿地净化系统罩设于一密封空腔内。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统，其包括堆肥箱和人工湿地净化系统，堆肥箱内盛装有堆肥物料，堆肥物料为晒干的水生植物和动物粪便按1：2的比例混合而成；堆肥箱在竖直方向迂回设置的送料管一端延伸出堆肥箱与污水暂存池连接，另一端延伸出堆肥箱位于人工湿地净化系统内，未位于堆肥箱内的送料管的外表面包裹有海绵层；

人工湿地净化系统包括净化池，净化池的墙体包括空心砖墙体，空心砖墙体的两侧涂抹有水泥涂层，位于净化池内壁的水泥涂层上涂抹有防水涂层；净化池底部中心固定安装有延伸出净化池的养殖池，养殖池的外表面涂抹有防水涂层，养殖池内填充有砾石层和厚度远小于砾石层的泥土层，泥土层内种植有水草；泥土层上方的净化水层内养殖有水生底栖动物，净化水层上端的养殖池侧壁上固定安装有一根延伸出净化池的溢流管；

养殖池四周的净化池内由上至下依次设置有浮板种植层、污水层、炉渣层、砾石层、砂砾层和碳化层，送料管的端部延伸至污水层内；养殖池与净化池的墙体上固定安装有米字型的人行通道，人行通道上连接有与养殖池同心的圆形通道；浮板种植层位于人行通道与圆形通道形成的围合空间内，且相邻围合空间中的浮板种植层中种植的水生植物不相同；水生植物为香蒲、狐尾藻、西伯利亚鸢尾和菖蒲；

碳化层与养殖池内的砾石层之间连接有将碳化层内的水导入养殖池内的进水管道；净化池的四个角处安装有固定桩，相邻两个固定桩的顶部连接有连接横梁；固定桩朝向净化池外的两侧面上开设有滑动槽，四根固定桩和连接横梁形成的立方体的四个侧面上均安装有侧面挡风装置，顶面安装有顶部挡风装置；

侧面挡风装置包括第一活动辊、第一固定辊、两个第一电机和第一透明薄膜，两个第一电机分别固定在相邻两根固定桩顶端开设的凹槽内，第一固定辊的两端分别固定在相邻的两根固定桩的顶端侧面；第一电机的动力输出轴的端部设置有一圆形挡板；第一活动辊的两端均固定安装有一滚动轮，两个滚动轮分别安装在相邻两根固定桩同一侧面的滑动槽内；每个第一电机的动力输出轴与其下方的第一活动辊的端面分别与同一根长度等于固定桩高度的绳索两端连接，第一透明薄膜卷绕在第一活动辊上，且第一透明薄膜的两端分别固定在第一活动辊、第一固定辊上，第一透明薄膜的宽度等于第一活动辊上两个固定轮之间的间距；

顶部挡风装置包括安装在其中一个固定桩上的第二电机，第二电机的动力输出轴上固定安装有延伸至另一根固定桩顶部的丝杆，丝杆自由端处的固定桩上固定有一支撑块，支撑块上开设有一直径大于丝杆、并用于容纳丝杆末端的安装孔；

丝杆上安装的螺母上固定安装有第三电机，第三电机的动力输出轴上连接有一根第二活动辊，安装第三电机的固定桩与另一根固定桩上固定安装有与第二活动辊平行的第二固定辊；与丝杆平行、且远离丝杆的连接横梁上开设有滑槽，第二活动辊远离第三电机的端部固定安装的滚轮位于滑槽内；第二活动辊上卷绕有长度等于连接横梁长度、且两端分别固定连接在第二固定辊和第二活动辊上的第二透明薄膜；

第一电机、第二电机和第三电机均与电源模块和控制模块连接。

进一步地，堆肥箱的侧壁上固定安装有溢流堰，溢流堰的顶端设置有一网孔直径为1mm的网板，溢流堰上安装的管道的另一端延伸至净化池的污水层。

进一步地，炉渣层的顶面朝向净化池一侧墙体倾斜，并在炉渣层的顶面安装有支撑框架，支撑框架上铺设有不锈钢网布；污水层的最低端处的净化池墙体上安装有污泥抽吸管，污泥抽吸管与泥浆泵连接，泥浆泵与电源模块和控制模块连接。

进一步地，适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统还包括通过一根长度大于固定桩高度的支撑杆，支撑杆的顶端安装有太阳能电池板和路灯，太阳能电池板与电源模块连接，电源模块与蓄电池连接，其电源模块为充电电池。

进一步地，至少一个侧面挡风装置的第一透明薄膜上开设有弧形门洞，弧形门洞上通过拉链连接有一门帘。

进一步地，适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统还包括多个设置在净化池上方、用于采用空气中温度的温度传感器，温度传感器与控制模块连接；

当80％的温度传感器采集的温度低于预设阈值时，则启动所有侧面挡风装置的第一电机及顶部挡风装置的第三电机和第二电机正转，当侧面挡风装置和顶部挡风装置形成一将净化池罩设在其内的密封空间后，关闭第一电机、第二电机和第三电机；

当80％的温度传感器采集的温度高于预设阈值时，则开启一个门帘通风；

当80％的温度传感器采集的温度高于预设温度时，则开启第一电机、第三电机和第二电机反转，直至侧面挡风装置的第一透明薄膜和顶部挡风装置的第二透明薄膜被完全收卷；其中预设温度大于预设阈值。

进一步地，连接横梁上连接有若干拉绳，拉绳的自由端与位于人工湿地净化系统外的地面连接，拉绳上设置有若干彩旗。

本实用新型的有益效果为：堆肥箱在堆肥过程中会产生大量的热量，进入人工湿地净化系统的污水在经过堆肥箱时，可以对污水进行初步加热，使得进入净化池的水会存在一定的温度，这样可以提高水生植物和净化池中微生物的代谢，从而提高污水的净化效率。

当净化池所在地区温度较低时，通过控制模块启动侧面挡风装置和顶部挡风装置形成一将净化池罩设在其内的密封空间，这样在不受外界气温影响的情况下，可以使密封空间内的温度大于外界温度，再加上进入的污水已被预加热，这样可以保证人工湿地净化系统内的温度高于外界温度，以保证水生植物和微生物的正常生长。

附图说明

图1为适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统的结构示意图。

图2为图1中A部的放大图。

图3为顶部挡风装置安装在连接横梁上的俯视图。

图4为人工湿地污水净化系统上方的侧面挡风装置展开后的侧视图。

图5为人工湿地污水净化系统的俯视图。

图6为固定桩上安装有第一电机和连接横梁后的俯视图。

其中，1、堆肥箱；11、海绵层；12、堆肥物料；13、堆肥上清液；14、溢流堰；141、网板；15、管道；16、送料管；2、太阳能电池板；3、主体框架；31、连接横梁；311、滑槽；32、固定桩；321、滑动槽；4、净化池；41、污水层；42、支撑框架；43、炉渣层；431、泥浆泵；44、墙体；45、砾石层；46、砂砾层；47、碳化层；48、进水管道；49、围合空间；5、养殖池；6、浮板种植层；61、水生植物；62、溢流管；

7、侧面挡风装置；71、第一电机；711、圆形挡板；72、绳索；73、第一活动辊；731、滚动轮；74、第一固定辊；8、顶部挡风装置；81、第二固定辊；82、第二电机；83、支撑辊；84、第三电机；85、第二活动辊；851、滚轮；86、丝杆；87、螺母；88、支撑块；9、人行通道；91、圆形通道；10、第一透明薄膜；101、门帘；102、拉链。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1所示，该适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统包括堆肥箱1和人工湿地净化系统，堆肥箱1内盛装有堆肥物料12，堆肥物料12为晒干的水生植物61和动物粪便按1：2的比例混合而成。在堆肥过程中，堆肥箱1内需要装满堆肥物料12，堆肥物料12在堆肥一段时间后，会在堆肥箱1的上端形成一部分上清液13。

堆肥箱1在竖直方向迂回设置的送料管16一端延伸出堆肥箱1与污水暂存池连接，另一端延伸出堆肥箱1位于人工湿地净化系统内，未位于堆肥箱1内的送料管16的外表面包裹有海绵层11；海绵层11的设置，可以避免外界温度较低时，冻住送料管16影响物料的正常传输。

实施时，本方案优选堆肥箱1的侧壁上固定安装有溢流堰14，溢流堰14的顶端设置有一网孔直径为1mm的网板141，溢流堰14上安装的管道15的另一端延伸至净化池4的污水层41。

溢流堰14的设置可以将堆肥过程中产生的上清液13送入净化池4进行净化，网板141的安装及其上网孔直径的选择，可以避免堆肥物料12进入溢流堰14堵塞管道15。

人工湿地净化系统包括净化池4，净化池4的墙体44包括空心砖墙体44，空心砖墙体44的两侧涂抹有水泥涂层，位于净化池4内壁的水泥涂层上涂抹有防水涂层；防水涂层的设置可以避免净化池4内的污水浸入土壤中，污染土壤。

净化池4底部中心固定安装有延伸出净化池4的养殖池5，养殖池5的外表面涂抹有防水涂层，此处的防水涂层可以避免污水浸入养殖池5污染净化后的水，污染净化后的水，影响水中水生底栖动物的正常生长。

养殖池5内填充有砾石层45和厚度远小于砾石层45的泥土层，泥土层内种植有水草；泥土层上方的净化水层内养殖有水生底栖动物，净化水层的表面种植有漂浮在睡眠的水生植物61；净化水层上端的养殖池5侧壁上固定安装有一根延伸出净化池4的溢流管62。

养殖池5的设置，可以采用净化后的水进行养殖，达到对净化水充分利用的同时又能创收。

养殖池5四周的净化池4内由上至下依次设置有浮板种植层6、污水层41、炉渣层43、砾石层45、砂砾层46和碳化层47，送料管16的端部延伸至污水层41内；延伸至污水层41中的送料管16可以避免污水在喷洒至净化池4过程中污染空气。

实施时，污水层41的高度为50cm，炉渣层43的厚度为30cm，净化池4的砾石层45的厚度为20cm，砂砾层46的厚度为20cm，碳化层47的厚度为30cm；其中养殖池5的砾石层45的厚度为55cm，泥土层的厚度为5cm。

如图5所示，养殖池5与净化池4的墙体44上固定安装有米字型的人行通道9，人行通道9上连接有与养殖池5同心的圆形通道91；浮板种植层6位于人行通道9与圆形通道91形成的围合空间49内，且相邻围合空间49中的浮板种植层6中种植的水生植物61不相同；水生植物61为香蒲、狐尾藻、西伯利亚鸢尾和菖蒲。

上述人行通道9和圆形通道91的设置及围合空间49中不同水生植物61的种植，可以达到净化污水的同时又能美化环境，使得人工湿地净化系统构成一个观赏景点，人行通道9和圆形通道91还可以让游客进入净化池4内进行参观。

碳化层47与养殖池5内的砾石层45之间连接有将碳化层47内的水导入养殖池5内的进水管道48，这样净化后的水可以直接通过进水管道48进入养殖池5内，进入养殖池5的水进一步经砾石层45和泥土层净化后进行水生底栖动物的养殖。

净化池4的周边安装有主体框架3，主体框架3包括净化池4的四个角处安装的固定桩32和相邻两个固定桩32的顶部连接有的连接横梁31；固定桩32朝向净化池4外的两侧面上开设有滑动槽321，四根固定桩32和连接横梁31形成的立方体的四个侧面上均安装有侧面挡风装置7，顶面安装有顶部挡风装置8。

实施时，本方案优选连接横梁31上连接有若干拉绳，拉绳的自由端与位于人工湿地净化系统外的地面连接，拉绳上设置有若干彩旗；拉绳的设置可以提高主体框架3框架的稳定性；拉绳上的彩旗可以提高人工湿地净化系统的观赏性。

侧面挡风装置7和顶部挡风装置8的设置，可以在气温降低时，在净化池4上形成一个将净化池4容纳在其内的密封空间，以达到保温目的，从而保证净化池4内微生物和水生植物61的正常生长。

如图2、图4和图6所示，侧面挡风装置7包括第一活动辊73、第一固定辊74、两个第一电机71和第一透明薄膜10，两个第一电机71分别固定在相邻两根固定桩32顶端开设的凹槽内，第一固定辊74的两端分别固定在相邻的两根固定桩32的顶端侧面；第一电机71的动力输出轴的端部设置有一圆形挡板711。

第一活动辊73的两端均固定安装有一滚动轮731，两个滚动轮731分别安装在相邻两根固定桩32同一侧面的滑动槽321内；每个第一电机71的动力输出轴与其下方的第一活动辊73的端面分别与同一根长度等于固定桩32高度的绳索72两端连接，第一透明薄膜10卷绕在第一活动辊73上，且第一透明薄膜10的两端分别固定在第一活动辊73、第一固定辊74上，第一透明薄膜10的宽度等于第一活动辊73上两个固定轮之间的间距。

侧面挡风装置7的工作过程为：同时启动两个第一电机71正转，第一电机71在旋转过程中会将卷绕在动力输出轴上的绳索72逐渐变长，这样第一活动辊73再重力作用下，其上的滚动轮731会沿着滑动槽321向下滚动绳索72变长的长度，滚动轮731滚动过程会带着第一活动辊73滚动，第一活动辊73便放出相应长度的第一透明薄膜10；当第一透明薄膜10已对完全展开后形成以免挡风墙，之后关闭第一电机71。

当外界温度较高时，需要去除挡风墙，启动第一电机71反转，第一电机71旋转过程中会将绳索72卷在动力输出轴上，绳索72变短的过程中会带着第一活动辊73向上滚动而将第一透明薄膜10卷绕在第一活动辊73上。

至少一个侧面挡风装置7的第一透明薄膜10上开设有弧形门洞，弧形门洞上通过拉链102连接有一门帘101。门帘101的设置，其一可以方便通风，其二还可以便于游客进入人工湿地净化系统观赏。

如图2和图3所示，顶部挡风装置8包括安装在其中一个固定桩32上的第二电机82，第二电机82的动力输出轴上固定安装有延伸至另一根固定桩32顶部的丝杆86，丝杆86自由端处的固定桩32上固定有一支撑块88，支撑块88上开设有一直径大于丝杆86、并用于容纳丝杆86末端的安装孔。

丝杆86上安装的螺母87上固定安装有第三电机84，第三电机84的动力输出轴上连接有一根第二活动辊85，安装第三电机84的固定桩32与另一根固定桩32上固定安装有与第二活动辊85平行的第二固定辊81；与丝杆86平行、且远离丝杆86的连接横梁31上开设有滑槽311，第二活动辊85远离第三电机84的端部固定安装的滚轮851位于滑槽311内；第二活动辊85上卷绕有长度等于连接横梁31长度、且两端分别固定连接在第二固定辊81和第二活动辊85上的第二透明薄膜；

第一电机71、第二电机82和第三电机84均与电源模块和控制模块连接，其中控制模块为采用STC89C52RC芯片的单片机。

顶部挡风装置8的工作过程为：启动第二电机82和第三电机84正转，第二电机82的动力输出轴在旋转时会带动丝杆86旋转，这样位于螺母87上的第三电机84及第二活动辊85会沿着丝杆86方向移动，移动的同时第三电机84会带着第二活动辊85旋转，而将第二活动辊85上的第二透明薄膜展开，当第二透明薄膜完全展开而在顶部形成挡风墙，就关闭第二电机82和第三电机84。

当要收卷第二透明薄膜时，控制第二电机82和第三电机84反向转动，使螺母87向着第二电机82运动，第三电机84旋转过程会将第二透明薄膜收卷在第二活动辊85上。

如图2所示，本方案优选将第二固定辊设置在第二电机尾端处的固定桩上，在两个第二电机的上表面上固定安装有一支撑辊83。支撑辊83设置之后，第二透明薄膜会绕过指出辊后在固定在第二活动辊85上，这样可以使第二电机82位于第二透明薄膜下面，达到保护第二电机82的目的。对应没有遮挡的第一电机和第三电机84需要做防水处理。

在本实用新型的一个实施例中，炉渣层43的顶面朝向净化池4一侧墙体倾斜，并在炉渣层43的顶面安装有支撑框架42，支撑框架42上铺设有不锈钢网布；污水层41的最低端处的净化池4墙体44上安装有污泥抽吸管，污泥抽吸管与泥浆泵431连接，泥浆泵431与电源模块和控制模块连接。

不锈钢网布可以避免大量的污泥下渗至炉渣层43中，影响炉渣层43对水的净化；人工湿地净化系统运行一段时间后，会在污水层41沉淀大量污泥，为了避免污泥影响水向下渗透进行净化，本方案设置的泥浆泵可以对不锈钢网布上沉淀的污泥进行去除，以保证污水净化的正常进行。

适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统还包括通过一根长度大于固定桩高度的支撑杆，支撑杆的顶端安装有太阳能电池板2和路灯，太阳能电池板2与电源模块连接，电源模块与蓄电池连接，其电源模块为充电电池。

太阳能电池板2设置后，可以存储在充电电池内，在夜晚时，控制模块再启动路灯进行照明；第一电机71、第二电机82和第三电机84所需的电也可以通过太阳能电池板2发的电进行启动，这样就无需在人工湿地净化系统拉设电线，简化了人工湿地净化系统的构建和运行成本。

在本实用新型的一个实施例中，适用于高海拔低温人工湿地污水净化系统还包括多个设置在净化池4上方、用于采用空气中温度的温度传感器，温度传感器与控制模块连接；

当80％的温度传感器采集的温度高于预设温度时，则开启第一电机71、第三电机84和第二电机82正转，当侧面挡风装置7和顶部挡风装置8形成一将净化池4罩设在其内的密封空间后，关闭第一电机71、第二电机82和第三电机84；

当80％的温度传感器采集的温度高于预设阈值时，则开启一个门帘101通风；

当80％的温度传感器采集的温度高于预设温度时，则开启第一电机71、第二电机82和第三电机84反转，直至侧面挡风装置7的第一透明薄膜10和顶部挡风装置8的第二透明薄膜被完全收卷；其中预设温度大于预设阈值。

采用上述控制方式对人工湿地净化系统所在区域的温度进行调控，可以保证人工湿地净化系统内的水生植物61和微生物一年四季都处于快速的生长时期，以最终达到高效的净化效率。