CN103214148A - 多级串联阶梯式自然型人工湿地及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明的多级串联阶梯式自然型人工湿地，包括N级湿地，相邻两湿地之间为深度沿水流方向依次增加的布水沟渠；每级湿地由上至下依次为水生植物、土壤层和基质层，基质层内沿水流方向布置人造多孔渗透管。湿地构建方法：a)挖掘湿地床体；b)做防渗处理；c)填充基质和渗透管；d)覆盖土壤层；e)营造沟渠；f)栽培水生植物；g）水体净化。湿地及其建造方法，实现了污水的自然流动，节约了能源；不同深度的布水沟渠和渗透管有利于好氧和厌氧微生物的生存，实现了污水的快速、高效净化。通过布设人造多孔渗透管，保证了水体的自由渗透，增加了接触表面积和净化能力，避免了基质层的堵塞和水体富营养化，延长了湿地使用寿命。

Description

多级串联阶梯式自然型人工湿地及构建方法

技术领域

本发明涉及一种多级串联阶梯式自然型人工湿地及构建方法，更具体的说，尤其涉及一种透水性能良好且水体可自然流动的多级串联阶梯式自然型人工湿地及构建方法。 

背景技术

人工湿地是一个综合的生态系统，通过利用系统中基质、植物和微生物三者的物理、化学和生物的协同作用实现对污染物的净化，主要用于城镇污水的深度净化处理。人工湿地技术是一种新型的污水处理技术，主要通过模拟自然湿地的净化原理，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工基质、植物、微生物的协同作用，实现对污水的净化处理。人工湿地的净化机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化等方面。 

由于人类对自然资源的过渡开采和利用，破坏了许多原有的湿地生态系统，使得自然界自身的净化和恢复能力减弱。同时，人们的日常生活和工业生产排出的污水不断增加，这些污水亟待净化和处理。随着我国污水排放标准和流域水环境质量标准的进一步加严提高，单纯依靠传统的污水处理工艺，已无法满足人们日益增长的对水环境质量的要求，亟需建立人工湿地进一步深度净化污水。 

我国已有大量的人工湿地建设并用于污水的深度净化处理，但在实际运行中，由于传统人工湿地填料主要是砾石、沙子等，容易造成空隙率低、充氧效果不好，长期运行易出现堵塞，处理效率低。专利号为CN201110114364.9、发明名称为一种人工湿地及其建造方法的专利文件，公开了一种垂直型人工湿地，其是由垂直边坡1、水生植物2、湿地池3、蚝壳4组成，待处理水体在净化的过程中，需要有专门的设备来给排水，耗能较高，而且蚝壳4也不容易获取，建造成本较高。专利号为CN201210320781.3、发明名称为逆流式垂直人工湿地系统，其主要由进水管1、配水区1、水生植物3、砾石4、沸石4、卵石7、钢渣8、灰岩9和出水管10组成，其需要泵体将水体排入到配水区中，待净化的水体在第一个人工湿地中由上至下流动，在第二个人工湿地中为右下至上流动，从而实现净化效果；这种形态的人工湿地，不仅造价高，而且能耗也高，不利于大面积推广。专利号为CN201010233038.5、发明名称为水力增氧人工湿地的专利文献，公开了一种主要由湿地植物1、填料2、支撑墙3、集配水干管4、进水箱、间歇进水控制装置6、增氧机7等组成的人工湿地，其在建立的过程中，需要营造支撑墙3、给排水装置以及增氧设备，也有建造成本高、运营耗能高的缺点。 

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种透水性能良好且水体可自然流动的多级串联阶梯式自然型人工湿地及构建方法。 

本发明的多级串联阶梯式自然型人工湿地，包括间隔设置、平行分布的N级湿地，相邻两湿地之间为布水沟渠；其特别之处在于：所述布水沟渠的深度沿水流方向依次增加，最后一级湿地的外侧为排水沟渠；每级湿地由上至下依次为水生植物、土壤层和基质层，所述基质层内沿水流方向布置有人造多孔渗透管，人造多孔渗透管的两端用土工布或多孔塞封堵；N≥3。 

建立数目为N的多级湿地，可对污水连续逐级净化处理，处理后的水质更易满足水环境质量标准要求。沿水流方向布水沟渠的深度依次增加，有利于实现待净化污水的自然流动，无需外力，有效地节约了能源；同时，对于较浅的布水沟渠来说，有利于好氧微生物的滋生繁殖；而对于较深的布水沟渠来说，不仅存在大量的好氧微生物，而且还更有利于厌氧微生物的生存，好氧、厌氧微生物共同作用，更有利于水体净化。在湿地的基质层中设置人造多孔渗透管，有利于实现水体在湿地中的自然渗透，提高了水体的流动性，同时为好氧和厌氧微生物提供了许多微生境，节约了成本，增加了水体净化效果。 

本发明的多级串联阶梯式自然型人工湿地，沿水流方向，各级湿地内的基质层内基质的颗粒粒径依次减小。较大颗粒的基质层，有利于对污水中较大颗粒的有机悬浮物质进行吸附，较小的基质层颗粒，有利于形成大面积的微生物膜，有利于提高污水的净化能力和速度。 

本发明的多级串联阶梯式自然型人工湿地，所述人造多孔渗透管上均匀开设有若干出水孔，人造多孔渗透管的外围设置有防堵塞的土工布。设置出水孔，实现了水体的自由渗透；设置土工布，避免了人造多孔渗透管的堵塞。 

本发明的多级串联阶梯式自然型人工湿地，所述人造多孔渗透管上设置有若干次级毛细管，次级毛细管实现人造多孔渗透管的空腔与外界的连通；人造多孔渗透管两端均设置有防堵塞的土工布或多孔塞。 

本发明的多级串联阶梯式自然型人工湿地的构建方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a). 挖掘湿地床体，按照人工湿地土壤层和基质层的设计厚度和布局，平行依次挖掘人工湿地床体；b).做防渗处理，在湿地床体地基上用黏土夯实，以避免污水渗入至地下；c).填充基质，在人工湿地床体上填充基质材料，在填充基质材料的过程中，将人造多孔渗透管沿水流方向混入基质中，形成基质层，以保证基质层具有良好的渗透性；d).覆盖土壤层，在基质层的上方覆盖一层20～40cm厚的土壤层，以种植和固定水生植物；e).营造沟渠，在人工湿地床体的两侧挖取沟渠，形成布水沟渠，并且保证沿水流方向，布水沟渠的深度逐渐增加；同时在布水沟渠的底层用黏土夯实防渗，并在上面填充10～20cm厚基质材料，以增强净化能力；f).栽培水生植物，在人工湿地土壤层上种植根系发达、生物量大、经济高效的本土水生植物，以利用水生植物的根系对水体进行净化；种植水生植物之后，就形成了第一级湿地、第二级湿地、…、第N级湿地，相邻两湿地之间形成了布水沟渠，最后一级湿地的外侧就形成了排水沟渠；g).水体净化，沿布水沟渠深度依次增加的方向注入待处理的污水，通过水生植物、基质层、微生物的共同作用来实现水体的净化。 

本发明的有益效果是：本发明的多级串联阶梯式自然型人工湿地及其建造方法，通过将布水沟渠营造为沿水流方向深度依次增加的形式，不仅实现了污水的自然流动，节约了能源，而且对于不同深度的布水沟渠来说更有利于好氧和厌氧微生物的生存，有利于实现污水的快速、高效净化。通过在湿地的基质层中沿水流方向布设人造多孔渗透管，保证了待净化水体在湿地中的自由渗透，避免了基质层的堵塞，延长了湿地的使用寿命。同时，还可令沿水流方向湿地中的基质颗粒大小逐渐减小，有利于对不同大小的有机污染物进行吸附和降解。水体在湿地和排水沟渠可实现全区域流动，无死水区域存在，避免了浮游藻类的存在和水体富营养化。 

附图说明

图1为本发明的人工湿地的俯视结构示意图； 

图2为本发明的人工湿地的剖面结构示意图；

图3为本发明中第一种人造多孔渗透管的结构示意图；

图4为本发明中第二种人造多孔渗透管的结构示意图。

图中：1第一级湿地，2第二级湿地，3第N级湿地，4布水沟渠，5排水沟渠，6基质层，7人造多孔渗透管，8土壤层，9水生植物，10地基；7-1出水孔，7-2土工布，7-3次级毛细管。 

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。 

如图1、图2所示，分别给出了本发明的人工湿地的俯视和剖面结构示意图，图1中采用了透视画法，因此能看到基质层6中的人造多孔渗透管7，其包括地基10、第一级湿地1、第二级湿地2、第N级湿地3、布水沟渠4、排水沟渠5、基质层6、人造多孔渗透管7、土壤层8以及水生植物9；所示的第一级湿地1、第二级湿地2、…、第N级湿地3间隔地平行地设置于地基10上，待净化的污水从左向右流动。相邻两湿地之间形成布水沟渠4，最后一级湿地的外侧为排水沟渠5。沿水流方向，布水沟渠4的深度逐渐增加，对于较浅的布水沟渠5来说，有利于好氧微生物的滋生繁殖，有利于对水体的净化；对于较深的布水沟渠5来说，不仅存在大量的好氧微生物，而且还更有利于厌氧微生物的生存，可使好氧、厌氧微生物共同净化水体。同时，布水沟渠4的深度不断增加，使得待净化的污水可自然流动，节约了能源。 

所示的每级湿地由上至下依次为水生植物9、土壤层8、基质层6，基质层6位于湿地的最底部，其可采用砾石、卵石或陶粒等。在基质层6中沿水流方向设置有人造多孔渗透管7，人造多孔渗透管7的两端用土工布或多孔塞封堵，在基质层6中设置了人造多孔渗透管7之后，保证了基质层具有良好的透水性。土壤层8设置在基质层6的上方，用于固定和培养水生植物9，水生植物9应采用根系较发达的植物，如芦苇。水生植物9的根系可深入至土壤层8和基质层6中，通过根系可有效地对水体进行净化。 

如图3所示，给出了第一种人造多孔渗透管的结构示意图，所示的人造多孔渗透管7为两端开口的管状，人造多孔渗透管7上开设有许多出水孔7-1，外围包裹有土工布7-2。人造多孔渗透管7两端的开口和其上的出水孔7-1，使其具有良好的透水性；外围的土工布7-2，避免了人造多孔渗透管7的堵塞。如图4所示，给出了第二种人造多孔渗透管的结构示意图，所示的人造多孔渗透管7为两端开口的管状，其上设置有许多次级毛细管7-3，次级毛细管7-3插接于人造多孔渗透管7的开孔上。次级毛细管7-3的末端设置有开口，实现人造多孔渗透管7内部空腔与外界的连通；人造多孔渗透管7两端开口的外围设置有土工布7-2或多孔塞，在保证透水性的同时，还避免人造多孔渗透管7的堵塞；这种结构形式的人造多孔渗透管7，不仅具有良好的透水性，而且不易堵塞。 

本发明的多级串联阶梯式自然型人工湿地的方法，包括以下步骤： 

a). 挖掘湿地床体，土地平整后，按照人工湿地土壤层8和基质层6的设计厚度和布局，平行依次挖掘人工湿地床体；

b).做防渗处理，在湿地床体地基10上用黏土夯实，以避免污水渗入至地下；

c).填充基质，在人工湿地床体上填充基质材料，在填充基质材料的过程中，将人造多孔渗透管7沿水流方向混入基质中，形成基质层6，以保证基质层具有良好的渗透性；

d).覆盖土壤层，在基质层6的上方覆盖一层20～40cm厚的土壤层8，以种植和固定水生植物9；

e).营造沟渠，在人工湿地床体的两侧挖取沟渠，形成布水沟渠4，并且保证沿水流方向，布水沟渠4的深度逐渐增加；同时在布水沟渠4的底层用黏土夯实防渗，并在上面填充10～20cm厚基质材料，以增强净化能力；

f).栽培水生植物，在人工湿地土壤层上种植根系发达、生物量大、经济高效的本土水生植物9，以利用水生植物9的根系对水体进行净化；种植水生植物9之后，就形成了第一级湿地1、第二级湿地2、…、第N级湿地3，相邻两湿地之间形成了布水沟渠4，最后一级湿地的外侧就形成了排水沟渠5；

g).水体净化，沿布水沟渠深4度依次增加的方向注入待处理的污水，通过水生植物9、基质层、微生物的共同作用来实现水体的净化。

Claims (5)

1.一种多级串联阶梯式自然型人工湿地，包括间隔设置、平行分布的N级湿地，相邻两湿地之间为布水沟渠（4）；其特征在于：所述布水沟渠的深度沿水流方向依次增加，最后一级湿地的外侧为排水沟渠（5）；每级湿地由上至下依次为水生植物（9）、土壤层（8）和基质层（6），所述基质层内沿水流方向布置有人造多孔渗透管（7），人造多孔渗透管的两端用土工布或多孔塞封堵；N≥3。

2.根据权利要求1所述的多级串联阶梯式自然型人工湿地，其特征在于：沿水流方向，各级湿地内的基质层内基质的颗粒粒径依次减小。

3.根据权利要求1或2所述的多级串联阶梯式自然型人工湿地，其特征在于：所述人造多孔渗透管（7）上均匀开设有若干出水孔（7-1），人造多孔渗透管的外围设置有防堵塞的土工布（7-2）。

4.根据权利要求1或2所述的多级串联阶梯式自然型人工湿地，其特征在于：所述人造多孔渗透管（7）上设置有若干次级毛细管（7-3），次级毛细管实现人造多孔渗透管的空腔与外界的连通；人造多孔渗透管两端均设置有防堵塞的土工布（7-2）或多孔塞。

5.一种建造权利要求1所述的多级串联阶梯式自然型人工湿地的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a). 挖掘湿地床体，土地平整后，按照人工湿地土壤层（8）和基质层（6）的设计厚度和布局，平行依次挖掘人工湿地床体；

b).做防渗处理，在湿地床体地基（10）上用黏土夯实，以避免污水渗入至地下；

c).填充基质，在人工湿地床体上填充基质材料，在填充基质材料的过程中，将人造多孔渗透管（7）沿水流方向混入基质中，形成基质层（6），以保证基质层具有良好的渗透性；

d).覆盖土壤层，在基质层的上方覆盖一层20～40cm厚的土壤层，以种植和固定水生植物（9）；

e).营造沟渠，在人工湿地床体的两侧挖取沟渠，形成布水沟渠（4），并且保证沿水流方向，布水沟渠的深度逐渐增加；同时在布水沟渠的底层用黏土夯实防渗，并在上面填充10～20cm厚基质材料，以增强净化能力；

f).栽培水生植物，在人工湿地土壤层上种植根系发达、生物量大、经济高效的本土水生植物，以利用水生植物的根系对水体进行净化；种植水生植物之后，就形成了第一级湿地（1）、第二级湿地（2）、…、第N级湿地（3），相邻两湿地之间形成了布水沟渠（4），最后一级湿地的外侧就形成了排水沟渠（5）；

g).水体净化，沿布水沟渠深度依次增加的方向注入待处理的污水，通过水生植物、基质层、微生物的共同作用来实现水体的净化。

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