公布日：2022.04.29
申请日：2022.02.09
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N
摘要
本发明提供了一种人工湿地净化污水装置及其污水处理方法，其包括污水处理箱，污水处理箱内设置有人工湿地，人工湿地包括上层处理区和下层处理区；上层处理区和下层处理区之间设置有防水层；上层处理区包括相互连通的水性植物净化区域和浮游微生物净化区域；水性植物净化区域内设置有多个水性植物种植箱；浮游微生物净化区域内设置有多孔附着层；下层处理区包括物理过滤净化区，上层处理区主要依靠水性植物和微生物的生长繁殖实现吸收污水中的有机污染物和氮、磷营养物质，而下层处理区通过物理过滤的方式，实现过滤污水中的不溶物杂质；种植袋将水性植物所需要的营养土层包裹，避免营养土层随水流造成堵塞，提高污水净化效率。
权利要求书
1.一种人工湿地净化污水装置，其特征在于，包括污水处理箱，所述污水处理箱内设置有人工湿地，人工湿地包括上层处理区和下层处理区；所述上层处理区和下层处理区之间设置有防水层；污水处理箱上设置有用于与上层处理区连通的污水进水口和用于与下层处理区连通的污水出水口；上层处理区包括设在所述防水层上表面的夯土层，上层处理区包括相互连通的水性植物净化区域和浮游微生物净化区域；所述水性植物净化区域内设置有多个底部与所述夯土层固定连接的水性植物种植箱，每个所述水性植物种植箱内设置有内部含有填充物的种植袋；每个所述水性植物种植箱均包括多根底部呈尖端结构的固定桩，每根所述固定桩的底部均插入所述夯土层与其固定连接；多根固定桩之间设置有安装网，所述种植袋放置在所述安装网上；所述固定桩的设置有压网，所述压网的一端与固定桩铰接且位于所述种植袋的上方，压网上方设置有配重块，压网中心处设置有供水性植物根茎穿过的缺口；所述浮游微生物净化区域内设置有多孔附着层，微生物在所述多孔附着层上形成生物膜；所述水性植物净化区域和浮游微生物净化区域之间设置有隔板，所述多孔附着层的上端面与所述隔板的上端面平齐；多孔附着层为整体式结构，多孔附着层的下端面上设置有多个支脚，多个支脚与所述夯土层固定连接；所述多孔附着层的下端面与夯土层的上端面之间设置有多个水下曝气器；所述上层处理区和下层处理区之间设置有污水下水口；所述污水下水口位于多孔附着层底部；所述下层处理区包括物理过滤净化区。
2.根据权利要求1所述的人工湿地净化污水装置，其特征在于，所述水性植物种植箱在水性植物净化区域内呈弯曲蛇形排布；填充物包括营养土层，营养土层上种植有挺水植物或沉水植物，挺水植物为芦、蒲草、荸荠、莲、水芹、茭白荀、荷花或香蒲；沉水植物为苦草、金鱼藻、狐尾藻或黑藻。
3.根据权利要求1所述的人工湿地净化污水装置，其特征在于，所述上层处理区和下层处理区的底面均为倾斜坡面；所述污水进水口和污水出水口均位于所述污水处理箱的一侧端面上；上层处理区靠近污水进水口的一侧的坡面高度高于远离污水进水口一侧的高度；下层处理区靠近污水出水口一侧的坡面高度低于远离污水出水口一侧的高度；所述污水下水口位于上层处理区最低坡面处。
4.根据权利要求3所述的人工湿地净化污水装置，其特征在于，所述水性植物净化区域和浮游微生物净化区域之间设置有过滤网，所述过滤网的底部与所述夯土层连接，过滤网的顶部超出上层处理区的污水面。
5.根据权利要求1所述的人工湿地净化污水装置，其特征在于，所述多孔附着层内部设置有多根与外部电源电性连接的水下加热棒。
6.根据权利要求5所述的人工湿地净化污水装置，其特征在于，所述污水处理箱包括侧板，所述侧板与污水处理箱铰接且侧板的四周边缘处设置有密封圈；所述物理过滤净化区内部由远离所述污水出水口至靠近污水出水口之间依次设置有碎石层、粗砂层和活性炭层；所述碎石层、粗砂层和活性炭层的上端面与所述防水层的上端面相接，碎石层、粗砂层和活性炭层的下端面与下层处理区的下端面相接；碎石层中碎石的粒径为10-20mm；粗砂层中粗砂粒径为5mm-10mm；活性炭层中活性炭颗粒的粒径为0.42mm-0.85mm。
7.根据权利要求1-6任一所述的人工湿地净化污水装置的污水处理方法，其特征在于，包括：步骤1：安装水性植物种植箱并培养水性植物层预制水性植物种植箱，通过将固定桩插入夯土层实现水性植物种植箱，水性植物种植箱安装完成后，将种植袋放置在安装网上，污水出水口为常开状态，关闭污水下水口，通过污水进水口向上层处理区排入清水，培养种植袋内的水性植物层；当水性植物层生长成熟后，翻转压网，压网压住种植袋后，打开污水下水口排出清水；步骤2：污水进水关闭污水下水口，污水通过污水进水口进入污水处理箱，污水流入上层处理区，污水逐渐淹没水性植物种植箱以及种植袋；污水经过水性植物净化区域进入浮游微生物净化区域，微生物在多孔附着层上形成生物膜，水性植物和微生物的生长繁殖吸收污水中有机污染物和氮、磷营养物质；步骤3：污水蓄水将污水在上层处理区至蓄水预设时间，打开水下曝气器和水下加热棒，为多孔附着层的微生物提供相适应的生存环境，提高微生物活性，加快对污水中有机物和氮、磷营养物质的去除；步骤4：对处理后的污水进行物理过滤打开污水下水口，处理后的污水经过污水下水口进入下层处理区，污水下水口流经碎石层、粗砂层和活性炭层，去除污水中的不溶物杂质和气味，过滤后的污水经过污水出水口排除污水处理箱，完成对污水的处理工作；步骤5：当前的污水净化完成排除水处理箱后，重复步骤2-4，后续污水净化进入下一循环处理。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种人工湿地净化污水装置及其污水处理方法，解决了现有的传统的人工湿地因土壤层中土壤的流动，导致出水口的堵塞，使得人工湿地内污水处于缓滞状态、去污效果差和去污效率低的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
提供一种人工湿地净化污水装置，其包括污水处理箱，污水处理箱内设置有人工湿地，人工湿地包括上层处理区和下层处理区；
上层处理区和下层处理区之间设置有防水层；
污水处理箱上设置有用于与上层处理区连通的污水进水口和用于与下层处理区连通的污水出水口；
上层处理区包括设在防水层上表面的夯土层，上层处理区包括相互连通的水性植物净化区域和浮游微生物净化区域；
水性植物净化区域内设置有多个底部与夯土层固定连接的水性植物种植箱，每个水性植物种植箱内设置有内部含有填充物的种植袋；
浮游微生物净化区域内设置有多孔附着层，微生物在多孔附着层上形成生物膜；
上层处理区和下层处理区之间设置有污水下水口；污水下水口位于多孔附着层底部；下层处理区包括物理过滤净化区。
本发明的基本原理为：通过在污水处理箱内设置有上下两层处理区实现对污水的净化，具体的，上层处理区主要依靠水性植物和微生物的生长繁殖实现吸收污水中的有机污染物和氮、磷营养物质，而下层处理区通过物理过滤的方式，实现过滤污水中的不溶物杂质；而在上层处理区中，水性植物根部是通过依附在水性植物种植箱中的种植袋实现附着的，同时种植袋将水性植物所需要的营养土层包裹，避免污水的水流冲击将营养土层冲散带走，可以避免营养土层随水流造成堵塞的情况，提高污水净化效率，而水性植物种植箱可以根据污水净化条件而更换，达到因地制宜的效果。
进一步地，作为水性植物种植箱的一种具体设置方式，每个水性植物种植箱均包括多根底部呈尖端结构的固定桩，每根固定桩的底部均插入夯土层与其固定连接；多根固定桩之间设置有安装网，种植袋放置在安装网上。固定桩的底端插入夯土层，实现整个水性植物种植箱的安装固定，避免污水的水流冲击导致水性植物种植箱随水流移动，加强了水性植物种植箱在水中的稳定性；安装网设置的目的，一个是为种植袋的安装提供附着位置，二个安装网是网状结构，不会阻断污水进入种植袋，在水性植物对污水的净化过程中，水性植物的根部是附着在种植袋内部的，污水穿过种植袋，水性植物的根部吸收污水中的有机污染物和氮、磷营养物质实现自生的生长，也达到进化污水的目的。
进一步地，所述水性植物种植箱在水性植物净化区域内呈弯曲蛇形排布；填充物包括营养土层，营养土层上种植有挺水植物或沉水植物，挺水植物为芦、蒲草、荸荠、莲、水芹、茭白荀、荷花或香蒲；沉水植物为苦草、金鱼藻、狐尾藻或黑藻。在水性植物种植箱呈弯曲蛇形排布在水质净化的同时，还形成了一定的景观水面，增加了居民的亲水性，美化了周边环境，使人工湿地净化污水装置具备良好的景观观赏性；还可以在污水处理箱的顶部设置有观赏夜灯，观赏夜灯向水性植物种植箱投射光线，可以在夜晚照亮水性植物种植箱内的植物，提高污水装置的夜晚景观观赏性。
进一步地，固定桩的设置有压网，压网的一端与固定桩铰接且位于种植袋的上方，压网上方设置有配重块，压网中心处设置有供水性植物根茎穿过的缺口。压网在配重块的作用下，压住种植袋内的营养土层，将营养土层限制在种植袋内，避免营养土层随水流流失，同时避免了营养土层堵塞污水出水口。
进一步地，上层处理区和下层处理区的底面均为倾斜坡面；污水进水口和污水出水口均位于污水处理箱的一侧端面上；上层处理区靠近污水进水口的一侧的坡面高度高于远离污水进水口一侧的高度；下层处理区靠近污水出水口一侧的坡面高度低于远离污水出水口一侧的高度；污水下水口位于上层处理区最低坡面处。污水沿倾斜坡面流动，实现污水的自动流动，无需借助外部设备，同时将污水进水口和污水出水口设置在污水处理箱的同侧，可以延长污水的流经路径，提高污水的处理效果，同时可以减小污水处理箱的体积。
进一步地，水性植物净化区域和浮游微生物净化区域之间设置有过滤网，过滤网的底部与夯土层连接，过滤网的顶部超出上层处理区的污水面。在水性植物生长过程中，会出现叶片和根茎的掉落，过滤网可以过滤叶片和根茎，避免叶片和根茎流入浮游微生物净化区域，导致多孔附着层顶部的堵塞。
进一步地，水性植物净化区域和浮游微生物净化区域之间设置有隔板，多孔附着层的上端面与隔板的上端面平齐，避免因污水从多孔附着层的侧壁进入下水口而导致污水与多孔附着层的接触面积小，微生物无法及时吸收污水中的有机污染物和氮、磷营养物质，无法达到净化污水的目的；多孔附着层为整体式结构，多孔附着层的下端面上设置有多个支脚，多个支脚与夯土层固定连接；多孔附着层的下端面与夯土层的上端面之间设置有多个水下曝气器。水下曝气器设置在多孔附着层下方，水下曝气器启动向污水中曝氧，为多孔附着层上的微生物提供氧气，确保生存和繁衍，为微生物提供良好的生存环境，提高微生物的活性，提高微生物处理污水的效率。
进一步地，多孔附着层内部设置有多根与外部电源电性连接的水下加热棒，在冬季的时候，气温很低，导致微生物的活性降低，水下加热棒可以将污水加热到微生物相适应的温度，以达到提高微生物活性的目的，进而提高污水进化效率。
进一步地，污水处理箱包括侧板，侧半与污水处理箱铰接且侧板的四周边缘处设置有密封圈；物理过滤净化区内部由远离污水出水口至靠近污水出水口之间依次设置有碎石层、粗砂层和活性炭层；碎石层、粗砂层和活性炭层的上端面与防水层的上端面相接，碎石层、粗砂层和活性炭层的下端面与下层处理区的下端面相接；碎石层中碎石的粒径为10-20mm；粗砂层中粗砂粒径为5mm-10mm；活性炭层中活性炭颗粒的粒径为0.42mm-0.85mm。碎石层、粗砂层和活性炭层可以统称为物理过滤层，物理过滤层用于实现污水中不溶物杂质和气味的去除，而在物理过滤净化区的物理过滤层堵塞时，可以通过打开侧板实现对物理过滤层的更换。
本发明还提供一种人工湿地净化污水装置的污水处理方法，其包括：
步骤1：安装水性植物种植箱并培养水性植物层
预制水性植物种植箱，通过将固定桩插入夯土层实现水性植物种植箱，水性植物种植箱安装完成后，将种植袋放置在安装网上，污水出水口为常开状态，关闭污水下水口，通过污水进水口向上层处理区排入清水，培养种植袋内的水性植物层；当水性植物层生长成熟后，翻转压网，压网压住种植袋后，打开污水下水口排出清水；
步骤2：污水进水
关闭污水下水口，污水通过污水进水口进入污水处理箱，污水流入上层处理区，污水逐渐淹没水性植物种植箱以及种植袋；污水经过水性植物净化区域进入浮游微生物净化区域，微生物在多孔附着层上形成生物膜，水性植物和微生物的生长繁殖吸收污水中有机污染物和氮、磷营养物质；
步骤3：污水蓄水
将污水在上层处理区至蓄水预设时间，打开水下曝气器和水下加热棒，为多孔附着层的微生物提供相适应的生存环境，提高微生物活性，加快对污水中有机物和氮、磷营养物质的去除；
步骤4：对处理后的污水进行物理过滤
打开污水下水口，处理后的污水经过污水下水口进入下层处理区，污水下水口流经碎石层、粗砂层和活性炭层，去除污水中的不溶物杂质和气味，过滤后的污水经过污水出水口排除污水处理箱，完成对污水的处理工作；
步骤5：当前的污水净化完成排除水处理箱后，重复步骤2-4，后续污水净化进入下一循环处理。
本发明的有益效果为：1、本方案中的上层处理区主要依靠水性植物和微生物的生长繁殖实现吸收污水中的有机污染物和氮、磷营养物质，而下层处理区通过物理过滤的方式，实现过滤污水中的不溶物杂质，水性植物种植箱的设置可以避免营养土层随水流造成堵塞的情况，提高污水净化效率，而水性植物种植箱可以根据污水净化条件而更换，达到因地制宜的效果。
2、本方案中的水性植物层在水质净化的同时，还形成了一定的景观水面，增加了居民的亲水性，美化了周边环境。
3、本方案中将上层处理区和下层处理区的底面均设置为倾斜坡面，污水沿倾斜坡面流动，实现污水的自动流动，无需借助外部设备，同时将污水进水口和污水出水口设置在污水处理箱的同侧，可以延长污水的流经路径，提高污水的处理效果，同时可以减小污水处理箱的体积。
（发明人：成浩科;黄钰铃;黄荣敏;曾月;张浩;陈文然;骆辉煌;盛贺伟;丁一凡;莫晶）
