CN101492205A - 一种低阻力防堵塞垂直流湿地结构 - Google Patents

Abstract

一种低阻力防堵塞垂直流湿地结构。一个长方体承压水池(宽度20～30m，长度、深度不限)被两条分隔池埂划分成并列的布水沟、填料池和集水沟，填料池与集水沟之间的分隔池埂低于其它池埂300mm且顶部均匀布设“V”形堰口，布水沟和集水沟通过进水口和出水口与相邻工艺单元连通；在填料池底部300mm高度平面上间隔500mm平行铺设布水管，布水管进水端穿过分隔池埂暴露在布水沟内，布水管另一端穿过另一分隔池埂暴露在集水沟内且以螺口堵头封堵，布水管上密布出水孔并以干砌砖外套保护；在填料池内填充填料至“V”形堰口下100～150mm，注水并栽种植物后便可投入运行；水流由前一工艺单元经进水口进入布水沟，自布水沟直接进入每条布水管，克服布水管上出水孔的阻力进入填料层，在填料层均匀低速上升到达填料层上方的自由水层，再从“V”形堰口溢流跌入集水沟，经出水口进入下一工艺单元。本垂直流湿地结构能有效防止堵塞并可进行多种方式的原位自动清洗，只需要100mm水位差驱动，布水均匀，节能环保，土地利用率高(深度大)，可持久稳定运行，采用本发明建设的各类湿地工程已经正常运行2～7年。

Description

一种低阻力防堵塞垂直流湿地结构

所属技术领域：

环境工程技术。本发明涉及一种低阻力防堵塞垂直流湿地结构，适用于生活污水深度净化或轻度污染地表水的高标准净化，宜与其它水质净化技术组合使用。

背景技术：

垂直流湿地是一种常用的水质净化单元技术，主要利用其填充基质表面的沉淀、吸附、微生物和湿地植物及其根际微生物来实现水质净化。垂直流湿地的深度较大，因而空间利用率较高，在组合工艺中通常被安排在后段来实现深度澄清水质和厌氧净化(反硝化等)过程。传统垂直流湿地的布水、集水系统比较复杂，过水阻力较大，需要较高的驱动水位差，且容易被水中挟带的固体污染物及自身产生的生物膜脱落物堵塞，因而其应用受到严格限制。为满足轻度污染河水的高标准净化技术需求，我们在抚仙湖窑泥沟湿地、马料河湿地首次研发使用了浅型垂直流湿地，其独特的结构和水流方式只需要100mm的水位差便可驱动，且自2002年投入运行以来从未堵塞；在污水厂尾水深度净化湿地技术中，我们进一步完善了该垂直流湿地技术，在驱动水位差100mm的条件下将填料深度提高到2m以上，并且在云南大理洱源县城污水厂尾水深度净化湿地技术试验工程等得以成功应用。

发明内容：

本发明的目标在于：针对垂直流湿地过水阻力大、易于堵塞、难以清洗等技术问题，研发新的垂直流湿地结构，最大限度地降低布水、集水系统的运行阻力和驱动水位差，实现布水系统的自动清洗和填充基质的强制清洗，达到持久稳定运行之目的。

为达到以上研发目标，采取了以下技术方案。

(1)由布水沟、填料池和集水沟组成的硬质池体结构

嵌入地下的长方体硬质承压水池(1)，深度2m～3m(可以根据需要加深)，宽度20m～30m，长度不限，整体高程与相邻工艺单元匹配。沿长度方向在承压水池一侧砌筑布水沟分隔池埂(2)，形成宽度1m左右的布水沟(3)；在另一侧砌筑集水沟分隔池埂(4)，形成宽度1m左右的集水沟(5)；在两条分隔池埂之间形成填料池(6)。布水沟进水口(7)和集水沟出水口(8)与相邻工艺单元衔接。

(2)由布水沟和布水管组成的羽状布水系统

平行排布的布水管(9)以500mm左右的间隔安装在填料池底300mm高度的水平面上，两端穿过分隔池埂，暴露在集水沟一端的管口以螺口堵头(10)封堵。布水管材质为塑料多孔管，管径视长度和设计流量而定，一般采用DN100PVC管；开孔密度和孔径根据水力学计算确定，以消耗100mm水头达到设计流量且布水均匀为宜。水流从布水沟直接进入每一根布水管，只要布水沟有足够大的过水断面，基本保持水位一致，就可实现所有布水管以及整个填料池的均匀布水。

(3)由表面自由水层和分水溢流堰、集水沟组成的集水系统

集水沟分隔池埂顶部低于承压水池池埂300mm并均匀布设有“V”形堰口(11)，构成了控制填料池出水的分水溢流堰(12)；在填料层(13)之上有深度100～200mm的表面自由水层(14)，该水层向分水溢流堰自由流动，经由“V”形堰口跌落到集水沟，汇集后自出水口流出。

(4)在填料层形成的微流速均匀上升水流

由布水管均匀逸散出的水流在填料层匀速上升，其上升流速之缓慢使得填料层对上升水流的阻力可以忽略不计，因而在填料层形成近似均一的上升水流(15)。按照填料层孔隙率30％、水力负荷1000mm/d测算，填料层内的上升水流平均流速不到0.04mm/s。

(5)防堵塞及清洗技术

本垂直流湿地对进水水质的要求是SS＜20mg/L，并有比较完善的防堵塞及清洗技术，完全可以解决堵塞问题，保障持久稳定的运行。

◆与填料池等深的布水沟本身具有一定的沉淀功能，沟底低于布水管入口300mm，可以提供必要的沉积物缓存空间，防止布水沟底沉积物进入布水管，需要定期清理沟底沉积物。

◆为防止填料或生物膜脱落物堵塞布水管出水孔(16)，以干砌砖在布水管外砌筑保护套(17)，水流由砖缝隙逸出。

◆当布水管水流不畅时，可以逐个打开布水管暴露在集水沟里的螺口堵头，以短路水流冲洗布水管内腔。

◆可以对填料层进行气洗：逐个封堵布水管进水口，将50kPa的压缩空气接入布水管，就会在该布水管上方的填料层形成高速水-气流，将填料层内的蓄积物清洗出来。

◆可以对填料层进行大流量水洗：按照布水管排列分组清洗，预留一组布水管，封堵其余各组布水管的进水口，以低扬程大流量水泵将集水沟内的水抽入布水沟，形成尽可能大的水位差(布水沟最高水位)，以较大的水流强制通过预留的那组布水管及其上方的条料层，将填料层内的蓄积物清洗出来，在集水沟内沉淀并清除。

本发明主要有以下优点：

(1)布水均匀。由大断面的布水沟和并列的布水管构成羽状布水系统，在布水管上的出水孔处消耗水压实现均匀布水。

(2)低水位差驱动。只需要100mm水位差驱动，可以与相邻工艺单元自流匹配，节能环保。

(3)防堵塞可清洗结构，实现持久稳定运行。兼有沉淀功能的布水沟和布水管外的保护套可以有效防止布水管堵塞；布水管两端暴露在外，可以对每一根布水管及其上方的填料层进行水洗和气洗。

(4)池体深度不限，节约土地。在地质条件允许的前提下，本发明的垂直流湿地结构原则上不限制池体深度，可以经济合理作为确定池体适宜深度的主要指标，尤其适合作为污水厂尾水深度净化的核心工艺。

应用举例：

本发明2002年在抚仙湖窑泥沟湿地、马料河湿地(处理污染河水)首次应用，填料层厚度0.8m，已经正常运行7年；2004年在大理洱源污水厂尾水深度净化湿地工程应用，填料层厚度1.8m，已经正常运行5年；2006年在滇池福保高负荷构筑湿地应用，填料层厚度2m，并且配置了微量曝气系统，运行正常。在以上应用实例中，采用本发明的垂直流湿地作为一个工艺环节，在滤清水质、完成氧化-消化(附加人工曝气)和厌氧脱氮等方面均具有较高的效率。

附图说明：

图1——池体平面和横断面图

图2——由布水沟和布水管构成的羽状布水系统

图3——由表面自由水层和分水溢流堰、集水沟组成的集水系统

图4——在填料层形成的均匀上升水流

图5——布水管外的干砌砖保护套

图中：1.承压水池，2.布水沟分隔池埂，3.布水沟，4.集水沟分隔池埂，5.集水沟，6.填料池，7.进水口，8.出水口，9.布水管，10.螺口堵头，11.“V”形堰口，12.分水溢流堰，13.填料层，14.表面自由水层，15.上升水流，16.布水管出水孔，17.保护套。

具体实施方式：

本发明按照以下步骤进行工程性应用：

(1)按照流量要求和地质条件，设计并建造硬质池体，在集水沟分隔池埂顶部切割“V”形堰口。

(2)在填料池内填充砾石垫层，至安装布水管的高度。

(3)在分隔池埂上特定高度钻孔，安装布水管，并以干砌砖砌筑保护套。

(4)在填料池内填充砾石(或其它填料)，至低于“V”形堰口底100～150mm高度。

(5)向布水沟和集水沟同时注水至“V”形堰口底高度。

(6)在填料池内栽种湿生植物，维持水位并养护管理至成活。

(7)与相邻工艺单元串联运行。

Claims (6)

1.在同一长方体承压水池内由两条分隔池埂划分的布水沟、填料池、集水沟并列池体结构。

2.由大断面布水沟和一组平行排列的布水管组成的羽状布水系统。

3.布水沟底低于布水管口、布水管外有护套的防堵塞结构。

4.布水管两端外露，可以对布水管及其上方的填料层进行水洗、气洗的技术思路。

5.由顶部自由水层、分水溢流堰、集水沟组成的集水系统。

6.综合以上各点形成的低阻力防堵塞垂直流湿地整体结构。

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