《一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置》属于污染控制与生态修复领域，涉及一种垂直潜流人工湿地参数设定及优化的微型模拟测试装置，用于垂直潜流人工湿地的参数设计、优化以及考察垂直潜流人工湿地处理效果的微型模拟测试装置。

人工湿地的研究自20世纪70年代以来，截至2011年4月20日，已经在中国国内外开展了许多研究。但是人工湿地试验系统通常被作为黑箱，仅关注进水和出水的多，对于沿程及不同深度的水质分布的关注不多，对于填料特性分布的沿程及分位置的关注很少，而且仅仅局限于在填料填充前和试验结果后分析填料的特性，对于填料在试验期间的填料特性分层变化过程无法把握，因此难以定期准确揭示系统中的污染物的迁移转化规律和机理。湿地系统的运行规律表明湿地在运行过程中需要根据填料的特性进行动态调整，需要综合考虑植物、填料、水力负荷及运行条件等参数的影响以及集布水系统的均匀有效性。

附图为一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置结构示意图，图中对应结构如下：1.原水箱，2.限流阀，3.配水管，4.试验格箱，5.取样阀，6.总排水管，7.放流阀，8.水位调节软管，9.填料填充取样柱。

2018年12月20日，《一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置》获得第二十届中国专利奖优秀奖。 2100433B

如附图，对于配水装置部分，原水箱（1）底部均匀开4孔，分别接PVC管，再接限流阀（2），再接配水管（3）；

对于人工湿地微型模拟试验格（四联）部分，对应与配水管位置，制作4格PVC试验格箱（4），每个格箱底部开孔接PVC排水管，并由三通分为两路，一路接取样阀，将4格的另一路相互连接成总排水管（6），总排水管接放流阀（7）以控制放流，再接水位调节软管（8）以调节试验格箱的水位。

对于填料填充取样柱（9），其为玻璃钢材质的圆柱体，上部开口，底部及柱壁打Φ5毫米小孔（均匀密集排布）。

一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置专利目的

针对常规静态模拟装置无法定期揭示系统内部填料的特性，从而难以准确把握系统中污染物的迁移转化规律和机理的不足。针对湿地系统填充填料后难以低扰动地在三个以上时段采集湿地系统中的填料进行分析的缺点，《一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置》提出了一种微型模拟试验装置，该装置可在实际运行条件下在三个以上时段准确考察垂直潜流人工湿地的参数设计和处理效果，为垂直潜流人工湿地中的的运行及设计优化提供依据。

一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置技术方案

《一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置》的主要构件有三个，一是配水装置，二是人工湿地微型模拟试验格（四联），三是填料填充取样柱。配水装置由原水箱、PVC管路、限流阀、配水管组成，原水箱中呈装原水，原水进入PVC管路，经限流阀控制流量后，由配水管均匀喷洒进入所对应的人工湿地微型模拟试验格。人工湿地微型模拟试验格由试验格箱、PCV排水管、放流阀、取样阀、水位调节软管组成，经由配水管进入的原水注入对应的试验格箱（格箱中填装填料、植物等以模拟人工湿地组成），格箱出水由PVC排水管排出，对应格箱排水管上设计取样管路并由取样阀控制，总体排水由放流阀控制，格箱总体液面由水位调节软管控制。填料填充取样柱为玻璃钢材质的圆柱体，上部开口，底部及柱壁打Φ5毫米小孔（均匀密集排布），取样柱在试验格填充填料前放入试验格内，与试验格填充相同条件的填料，当装置运行期间，若需要对试验格内填料分层取样，则可将取样柱抽出取样。

一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置改善效果

《一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地装置》的有益效果是，可以用于考察垂直潜流人工湿地的参数设计和处理效果，用于垂直潜流人工湿地的设计优化，可实现同一填料条件下某一参数的多水平模拟比较，以及相同参数条件下多种填料组成的模拟比较，亦可实现填料的分层取样。

1.一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地微型模拟测试装置，由配水装置、人工湿地四联微型模拟试验格和填料填充取样柱三大构件组成，其特征是：配水装置对人工湿地微型模拟试验格实施配水，可保证四个试验格箱的原水浓度一致，各配水管可调节不同的配水流量，人工湿地微型模拟试验格箱中填装填料、种植植物以模拟人工湿地组成，水位可调节，四格可分别取出水样，填料填充取样柱置于试验格中，每个试验格可以设置多个取样柱，可实现填料的分层取样。

2.根据权利要求1所述的一种均匀集布水和内部机理准确掌握的工湿地微型模拟测试装置，其特征是：配水装置中的原水由四根配水管进入对应的试验格箱，可以保证进入每个试验格箱的原水水质一致及按设计比例控制水量，每个配水管的竖直管上装有限流阀，可以分别调节配水流量，配水管末端横管的两端密封，底部一致均匀开孔径0.5毫米孔以保证布水的均匀性。

3.根据权利要求1所述的一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地微型模拟测试装置，其特征是：原水经配水管均匀布水后进入人工湿地四联微型模拟试验格，试验格箱中填装填料、种植植物以模拟人工湿地组成，每格试验格箱底部开口接PVC排水管，并由三通分为两路，一路接取样管路并由取样阀控制，可实现出水水样的采集，另一路连接至总排水管，总排水管接放流阀以控制放流，再接水位调节软管，通过软管的升降可以实现试验格箱水位的调节。

4.根据权利要求1所述的一种均匀集布水和内部机理准确掌握的人工湿地微型模拟测试装置，其特征是：填料填充取样柱为玻璃钢材质的圆柱体，上部开口，底部及柱壁打Φ5毫米均匀密集排布小孔，取样柱在试验格填充填料前放入试验格内，填充与试验格填充相同条件的填料类型及配比，当装置运行期间，若需对试验格内填料分层采样，则可通过取出取样柱来实现。

荣誉表彰

2014年11月6日，《一种低温连续运行的人工湿地污水处理装置》获得第十六届中国专利优秀奖。

一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置专利目的

《一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置》的目的是在于提供了一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法，在不影响湿地通气管与放空管原有的功能上，又利用它们作为补充碳源的输送管道，补充外碳源到湿地底部，为反硝化反应提供足够的电子供体，改善了湿地进行反硝化的环境，提高了脱氮效果。该方法简单易行，操作方便，能有效地提高了复合垂直流湿地的脱氮效率，且该方法可节省部分碳源投加管道，经济效益明显。

《一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置》的另一个目的是在于提供了一种补充复合垂直流人工湿地碳源方法的装置，结构简单，使用方便，该装置能够将外加碳源补充到湿地内部，为湿地底部反硝化反应提供足够的电子供体，改善了湿地进行反硝化的环境，提高了脱氮效果，优于在进水中补充碳源的装置。而且该装置利用了复合垂直流人工湿地已有的通气管与管壁开孔的放空管作为碳源输送管道，节省了大部分的装置费用。

一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置技术方案

一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法，其步骤是：

A、将复合垂直流人工湿地通气管与管壁开孔的放空管用三通连接，形成碳源输送管道，湿地内安装填料，种入植物，然后将连接软管的一端套在露出湿地填料表层的通气管上，另一端与计量泵的出水口相连。

B、将葡萄糖（或其它可溶于水的有机碳源：如淀粉、蔗糖、果糖、乙醇、甲醇、乙酸钠等）在溶解槽中用自来水完全溶解。

C、通过计量泵将A中的液态碳源泵入湿地表层的通气管中，液态碳源顺着通气管向下流入到与其底部相连的管壁开孔的放空管中，再通过管壁开孔的放空管管壁上的小孔流出，进入到湿地底部，为湿地底部反硝化反应提供足够的电子供体，改善了湿地进行反硝化的环境，显著性提高了湿地对低碳高氮废水的脱氮效果。

所述的湿地内安装填料为无烟煤、生物陶粒、沸石三种，下行流湿地中种植美人蕉，上行流池内种植菖蒲。

一种实现补充复合垂直流人工湿地碳源的方法的装置，它包括碳源溶解槽、计量泵、连接软管、复合垂直流人工湿地通气管、管壁开孔的放空管。各装置的功能与连接关系是：计量泵分别与碳源溶解槽、连接软管相连，复合垂直流人工湿地通气管分别与连接软管、管壁开孔的放空管相连，复合垂直流人工湿地通气管与湿地底部的管壁开孔的放空管用三通连接，管壁开孔的放空管位于湿地底层，管壁开孔的放空管管壁开孔孔径为5～7毫米，孔间距为150～200毫米。

A、碳源溶解槽：外加碳源一般是粉末状的固体，需要先进入碳源溶解槽进行溶解，《一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置》选用带搅拌机的快速溶解槽。

B、计量泵：对不同处理量和不同C/N的污水，投加到湿地中的碳源量都不一样，需要进行精确投加，因此《一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置》采用计量泵进行碳源调控。

C、连接软管：用于计量泵出水口与复合垂直流人工湿地通气管的连接，功能是作为外加碳源的输送管道。

D、复合垂直流人工湿地通气管：通气管是从湿地底部伸出到湿地表层上的立管，原有功能是将湿地内部微生物作用下产生的各种气体（N₂、CO₂、CH₄等）输出到大气中，并能够补充湿地氧气。在《一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置》中，将复合垂直流人工湿地通气管与湿地底部的管壁开孔的放空管用三通连接，形成一个系统，用作碳源的输送管道。

E、管壁开孔的放空管：管壁开孔的放空管位于湿地底层，原有功能是为了在湿地需要进入空床阶段或检修时，排干湿地内部的处理水。但在湿地正常运行阶段，放空管是闲置的，所以在《一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置》中，将湿地放空管充分利用起来，用来与通气管连接后输送外加碳源。放空管管壁开孔孔径为5～7毫米，孔间距为150～200毫米。

一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置改善效果

1、《一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置》提供的碳源补充方法直接利用复合垂直流人工湿地特有的通气管及与其相连的底部放空管作为碳源输送管道，节省了部分加药管道，节省了装置费用。

2、《一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置》采用投加碳源到湿地底部，以葡萄糖作为湿地外加碳源，C/N只需要4.3就可以大大提高湿地脱氮效果，低于在进水中投加需要的碳源，节省了碳源成本。在实施例中，进水硝态氮浓度均值为28.8毫克/升，COD_Cr均值为110毫克/升，水力负荷为0.85立方米/（平方米/天），水力停留时间为20小时，对照组与投加1.5克葡萄糖后的系统硝态氮出水浓度分别为12.38毫克/升、7.98毫克/升，硝态氮平均去除率分别为57.0％、72.3％。实验结果表明通过补充碳源到复合垂直流人工湿地底部，为反硝化反应提供足够的电子供体，改善了湿地进行反硝化的环境，湿地对低碳高氮废水的脱氮效果有显著性提高。进水中含有的COD_Cr加上投加的1.5克葡萄糖，实际碳氮比仅为4.3∶1，远低于在进水中投加碳源所完成反硝化所需的碳氮比（6∶1～7∶1）。因此该补充碳源方法的突出优点是显著性提高湿地脱氮效率，并节约外加碳源成本。