CN104163550B - 叠水式阶梯人工湿地系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叠水式阶梯人工湿地系统，包括多个石砌河坝，所述石砌河坝从河水源头处由高向低排布形成阶梯状，所述石砌河坝的中心围成多个相互连接的澄清池，所述相邻澄清池之间由石砌河坝隔开，所述石砌河坝上设有供河水流过的齿状凹槽；所述澄清池的两侧设有坡面潜流人工湿地，所述坡面潜流人工湿地由带有齿状凹槽的石砌河坝隔成块状，所述坡面潜流人工湿地的底部设有排水管，所述排水管与澄清池相连接。本发明还公开了一种叠水式阶梯人工湿地系统的施工方法。本发明不易堵塞、稳定性强，提高了水质净化的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种叠水式阶梯人工湿地系统及其施工方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
人工湿地作为一种新型的污水处理技术，具有修复效果好、投资运行费用低、管理维护水平要求不高、能改善生态环境、取得净化污水、美化景观的综合效果、为野生动物提供栖息场所等诸多优点，因而逐步受到了人们的重视。
人工湿地是指用人工筑成水池或沟槽，地面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，在基质层上种植植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化。从实际的角度出发，按照系统布水方式的不同或水流方式的差异，人工湿地可分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。相比于水平潜流和垂直潜流人工湿地，表面流湿地虽有投资省、运行费用低、操作简便等优点，但也有负荷低、去污能力有限等缺点，且流人工湿地的运行受自然气候条件影响较大，夏季易滋生蚊蝇，产生臭味而影响湿地周围的。因此，在我国单一的表面流人工湿地实际工程应用较少，大多是与水平潜流或垂直潜流应用。
目前人工湿地修复技术发展成为进行湖泊水库等大型水体水质改善的一个有效方法，同时也已在许多工业废水和生活污水的深度处理中得到了较多的应用。但由于人们对人工湿地的研究时间较短，在实际应用过程中仍存在水中溶解氧较低、湿地易堵塞、形成死水区、稳定性较差等问题，因而水质净化的效果较差。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种叠水式阶梯人工湿地系统其施工方法，提高了水中的溶解氧，同时湿地系统不易堵塞、稳定性强，提高了水质净化的效果。
本发明的技术方案为：叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，包括多个石砌河坝，所述石砌河坝从河水源头处由高向低排布形成阶梯状，所述石砌河坝的中心围成多个相互连接的澄清池，所述相邻澄清池之间由石砌河坝隔开，所述石砌河坝上设有供河水流过的齿状凹槽；所述澄清池的两侧设有坡面潜流人工湿地，所述坡面潜流人工湿地由带有齿状凹槽的石砌河坝隔成块状，所述坡面潜流人工湿地的底部设有排水管，所述排水管与澄清池相连接。
前述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述澄清池内设有活性污泥和曝气装置。
前述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述活性污泥为好氧活性污泥，所述曝气装置为地埋式喷泉。
前述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述坡面潜流人工湿地包括床体，所述床体内设有碎石填料和挺水植物，所述挺水植物通过碎石填料固定在所述床体内。
前述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述床体内还设有多个导流墙，所述导流墙立在床体内的碎石填料间，所述导流墙与床体形成交错设置的上下过流通道。
前述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述碎石填料自下而上依次包括A型填料层、B型填料层、C型填料层、D型填料层，所述A型填料层为粒径15～30 mm的碎石填料层，所述B型填料层为粒径10～15 mm的碎石填料层，所述C型填料层为粒径5～10 mm的碎石填料层，所述D型填料层为粒径2～5 mm的碎石填料层，所述B型填料层和C型填料层之间设有石灰石层。
前述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述挺水植物选自芦苇、美人蕉、香蒲、花叶芦竹、风车草、香根草中的一种或多种。
前述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述河水源头处的石砌河坝齿状凹槽处设有滤网。
叠水式阶梯人工湿地系统的施工方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）基底处理：
1）开挖沟渠，沟渠中部平坦，两侧呈15°～30°坡度，去除浮土及垃圾、石块及有机质，选用 8t～12t 压路机碾压 3 遍，压路机无法展开的地方选用手扶振动夯碾压，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到 0.93～0.97，渗透系数≤0.0003，承载力≥130kN/m2；
2）回填第一层黏土基底，松填厚度 300 mm，人工或机械辅平，选用 8t～12t 压路机碾压 6 遍，其中静压 4 遍、振动碾压 2 遍，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到 0.93～0.97，渗透系数≤0.0001；
3）按照上述步骤2）中的施工方法回填第二层、第三层黏土，形成厚度 500mm～600mm 的黏土防渗基底；
（2）素土回填：在已完工并达到要求的黏土基底上均匀松填素土，松填素土厚度视水深而定，若水深小于1.5m，则回填厚度为150mm～200mm；若水深为1.5m～3m，则回填厚度为 200mm～300mm；当水深超过 3m 时，回填厚度达到 500mm；
（3）沟渠两侧铺设坡面潜流人工湿地：
1）碎石填料的铺设：在沟渠两侧的素土表面建造多个高度为150 mm～300 mm的下方导流墙，然后在素土表面均匀铺设粒径15～30 mm的A型碎石填料层，铺设完A型碎石填料层后，在相邻两个下方导流墙之间建造高度为150 mm～300 mm的上方导流墙，使上、下方导流墙与床体形成交错设置的上下过流通道；然后在A型碎石填料层上依次铺设粒径10mm～15mm的B型碎石填料层、粒径5mm～10mm的C型碎石填料层、粒径2mm～5mm的D型碎石填料层，每种碎石填料层的铺设厚度为50mm～100mm, 并在B型填料层和C型填料层之间铺设20mm的石灰石层；
2）排水管的铺设：在坡面的底部铺设排水管，所述排水管的水流入澄清池；
3）挺水植物的种植：在D型碎石填料层种植挺水植物，选自芦苇、美人蕉、香蒲、花叶芦竹、风车草、香根草中的一种或多种；
（4）石砌河坝的建造：
1）在沟渠中部素土表面铺设混凝土，铺设厚度为100mm～150mm；
2）在沟渠中部建造高于常水位30cm的石砌河坝，宽度为50cm，用石块砌筑，并用砂浆勾缝而成，在石砌河坝上留有供河水流过的低于常水位50cm的齿状凹槽；石砌河坝从河水源头处由高向低排布形成阶梯状，在石砌河坝的中心围砌成多个相互连接的澄清池，相邻澄清池之间由石砌河坝隔开；
3）将沟渠两侧的坡面潜流人工湿地用石砌河坝隔成块状，并在石砌河坝上留有防止洪水的齿状凹槽，所述齿状凹槽的深度为石砌河坝的1/2；
4）在河水源头处石砌河坝的齿状凹槽处设置可拆卸的滤网；
5）在澄清池底部设置喷泉曝气装置，并在澄清池内投放好氧活性污泥。
本发明所达到的有益效果：本发明的阶梯式石砌河坝使水流经过各级阶梯时将水中的污染物逐级沉淀，使水流澄清，同时水流由高处向低处流动时产生落差，增加了水中的溶解氧，并且澄清池中的曝气装置给活性污泥曝气，将水中的污染物分解；本发明还在石砌河坝的两侧设置了坡面潜流人工湿地，收集并净化地表雨水，通过底部铺设的排水管排入澄清池，随河水流入下游。本发明不易堵塞、稳定性强，提高了水质净化的效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明阶梯状石砌河坝的结构示意图；
图3是本发明坡面潜流人工湿地的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。本实施例以南方某城市的水体为处理对象，实施本发明。
如图1和图2所示，叠水式阶梯人工湿地系统，包括多个石砌河坝1，所述石砌河坝1从河水源头处由高向低排布形成阶梯状，所述石砌河坝1的中心围成多个相互连接的澄清池2，所述澄清池2内设有好氧活性污泥3和地埋式喷泉曝气装置4，所述相邻澄清池2之间由石砌河坝1隔开，所述石砌河坝1上设有供河水流过的齿状凹槽5，所述河水源头处的石砌河坝齿状凹槽处设有可拆卸的滤网6，将水中的树叶、生活垃圾等杂物初步过滤，并可以定期拆卸更换，防止堵塞。
所述澄清池2的两侧设有坡面潜流人工湿地，所述坡面潜流人工湿地由带有齿状凹槽的石砌河坝1隔成块状，所述坡面潜流人工湿地的底部设有排水管7，所述排水管7与澄清池2相连接。
如图3所示，所述坡面潜流人工湿地包括床体8，所述床体8内设有碎石填料和挺水植物9，所述挺水植物9通过碎石填料固定在所述床体8内。
所述床体8内还设有多个导流墙10，所述导流墙10立在床体8内的碎石填料间，所述导流墙10与床体8形成交错设置的上下过流通道，形成跌水曝气，为床体8内的微生物提供氧气，将水中的有机物降解。
所述碎石填料自下而上依次包括A型填料层11、B型填料层12、C型填料层13、D型填料层14，所述A型填料层11为粒径15～30 mm的碎石填料层，所述B型填料层12为粒径10～15 mm的碎石填料层，所述C型填料层13为粒径5～10 mm的碎石填料层，所述D型填料层14为粒径2～5 mm的碎石填料层，所述B型填料层12和C型填料层13之间设有石灰石层15，有效的去除水中的氮和磷。
所述挺水植物9选自芦苇、美人蕉、香蒲、花叶芦竹、风车草、香根草中的一种或多种，利用植物根部吸收微生物降解后的物质。
叠水式阶梯人工湿地系统的施工方法，包括以下步骤：
（1）基底处理：
1）开挖沟渠，沟渠中部平坦，两侧呈15°～30°坡度，去除浮土及垃圾、石块及有机质，选用 8t～12t 压路机碾压 3 遍，压路机无法展开的地方选用手扶振动夯碾压，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到 0.93～0.97，渗透系数≤0.0003，承载力≥130kN/m2；
2）回填第一层黏土基底，松填厚度 300 mm，人工或机械辅平，选用 8t～12t 压路机碾压 6 遍，其中静压 4 遍、振动碾压 2 遍，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到 0.93～0.97，渗透系数≤0.0001；
3）按照上述步骤2）中的施工方法回填第二层、第三层黏土，形成厚度 500mm～600mm 的黏土防渗基底；
（2）素土回填：在已完工并达到要求的黏土基底上均匀松填素土，松填素土厚度视水深而定，若水深小于1.5m，则回填厚度为150mm～200mm；若水深为1.5m～3m，则回填厚度为 200mm～300mm；当水深超过 3m 时，回填厚度达到 500mm；
（3）沟渠两侧铺设坡面潜流人工湿地：
1）碎石填料的铺设：在沟渠两侧的素土表面建造多个高度为150 mm～300 mm的下方导流墙，然后在素土表面均匀铺设粒径15～30 mm的A型碎石填料层11，铺设完A型碎石填料层11后，在相邻两个下方导流墙之间建造高度为150 mm～300 mm的上方导流墙，使上、下方导流墙与床体8形成交错设置的上下过流通道；然后在A型碎石填料层11上依次铺设粒径10mm～15mm的B型碎石填料层12、粒径5mm～10mm的C型碎石填料层13、粒径2mm～5mm的D型碎石填料层14，每种碎石填料层的铺设厚度为50mm～100mm, 并在B型填料层和C型填料层之间铺设20mm的石灰石层15；
2）排水管的铺设：在坡面的底部铺设排水管7，所述排水管7的水流入澄清池2；
3）挺水植物的种植：在D型碎石填料层种植挺水植物9，选自芦苇、美人蕉、香蒲、花叶芦竹、风车草、香根草中的一种或多种；
（4）石砌河坝的建造：
1）在沟渠中部素土表面铺设混凝土，铺设厚度为100mm～150mm；
2）在沟渠中部建造高于常水位30cm的石砌河坝1，宽度为50cm，用石块砌筑，并用砂浆勾缝而成，在石砌河坝1上留有供河水流过的低于常水位50cm的齿状凹槽5；石砌河坝1从河水源头处由高向低排布形成阶梯状，在石砌河坝1的中心围砌成多个相互连接的澄清池2，相邻澄清池2之间由石砌河坝1隔开；
3）将沟渠两侧的坡面潜流人工湿地用石砌河坝1隔成块状，并在石砌河坝1上留有防止洪水的齿状凹槽5，所述齿状凹槽5的深度为石砌河坝1的1/2；
4）在河水源头处石砌河坝1的齿状凹槽5处设置滤网6；
5）在澄清池2底部设置喷泉曝气装置4，并在澄清池内投放好氧活性污泥3。
本实施例的具体使用效果如下：
处理水量为500m3/d，在沟渠的进水口和出水口处分别多次取样，取平均值，水质情况详见表1。
通过实际运行，经系统处理后的水体中的BOD5、COD、TN、TP的去除率很高，同时在表观上无漂浮物、无令人不愉快的臭味，达到了《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类水质标准，说明利用该系统修复水体是可行的。
本发明的阶梯式石砌河坝使水流经过各级阶梯时将水中的污染物逐级沉淀，使水流澄清，同时水流由高处向低处流动时产生落差，增加了水中的溶解氧，并且澄清池中的曝气装置给活性污泥曝气，将水中的污染物分解；本发明还在石砌河坝的两侧设置了坡面潜流人工湿地，收集并净化地表雨水，通过底部铺设的排水管排入澄清池，随河水流入下游。本发明不易堵塞、稳定性强，提高了水质净化的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，包括多个石砌河坝，所述石砌河坝从河水源头处由高向低排布形成阶梯状，所述石砌河坝的中心围成多个相互连接的澄清池，所述相邻澄清池之间由石砌河坝隔开，所述石砌河坝上设有供河水流过的齿状凹槽；所述澄清池的两侧设有坡面潜流人工湿地，所述坡面潜流人工湿地由带有齿状凹槽的石砌河坝隔成块状，所述坡面潜流人工湿地的底部设有排水管，所述排水管与澄清池相连接，所述澄清池内设有活性污泥和曝气装置，所述活性污泥为好氧活性污泥，所述曝气装置为地埋式喷泉；所述坡面潜流人工湿地包括床体，所述床体内设有碎石填料和挺水植物，所述挺水植物通过碎石填料固定在所述床体内。
2.根据权利要求1所述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述床体内还设有多个导流墙，所述导流墙立在床体内的碎石填料间，所述导流墙与床体形成交错设置的上下过流通道。
3.根据权利要求1所述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述碎石填料自下而上依次包括A型填料层、B型填料层、C型填料层、D型填料层，所述A型填料层为粒径15～30 mm的碎石填料层，所述B型填料层为粒径10～15 mm的碎石填料层，所述C型填料层为粒径5～10 mm的碎石填料层，所述D型填料层为粒径2～5 mm的碎石填料层，所述B型填料层和C型填料层之间设有石灰石层。
4.根据权利要求1所述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述挺水植物选自芦苇、美人蕉、香蒲、花叶芦竹、风车草、香根草中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的叠水式阶梯人工湿地系统，其特征是，所述河水源头处的石砌河坝齿状凹槽处设有可拆卸的滤网。
6.根据权利要求1-5中任一所述的叠水式阶梯人工湿地系统的施工方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）基底处理：
1）开挖沟渠，沟渠中部平坦，两侧呈15°～30°坡度，去除浮土及垃圾、石块及有机质，选用 8t～12t 压路机碾压 3 遍，压路机无法展开的地方选用手扶振动夯碾压，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到 0.93～0.97，渗透系数≤0.0003，承载力≥130kN/m2；
2）回填第一层黏土基底，松填厚度 300 mm，人工或机械辅平，选用 8t～12t 压路机碾压 6 遍，其中静压 4 遍、振动碾压 2 遍，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到 0.93～0.97，渗透系数≤0.0001；
3）按照上述步骤2）中的施工方法回填第二层、第三层黏土，形成厚度 500mm～600mm 的黏土防渗基底；
（2）素土回填：在已完工并达到要求的黏土基底上均匀松填素土，松填素土厚度视水深而定，若水深小于1.5m，则回填厚度为150mm～200mm；若水深为1.5m～3m，则回填厚度为 200mm～300mm；当水深超过 3m 时，回填厚度达到 500mm；
（3）沟渠两侧铺设坡面潜流人工湿地：
1）碎石填料的铺设：在沟渠两侧的素土表面建造多个高度为150 mm～300 mm的下方导流墙，然后在素土表面均匀铺设粒径15～30 mm的A型碎石填料层，铺设完A型碎石填料层后，在相邻两个下方导流墙之间建造高度为150 mm～300 mm的上方导流墙，使上、下方导流墙与床体形成交错设置的上下过流通道；然后在A型碎石填料层上依次铺设粒径10mm～15mm的B型碎石填料层、粒径5mm～10mm的C型碎石填料层、粒径2mm～5mm的D型碎石填料层，每种碎石填料层的铺设厚度为50mm～100mm, 并在B型填料层和C型填料层之间铺设20mm的石灰石层；
2）排水管的铺设：在坡面的底部铺设排水管，所述排水管的水流入澄清池；
3）挺水植物的种植：在D型碎石填料层种植挺水植物，选自芦苇、美人蕉、香蒲、花叶芦竹、风车草、香根草中的一种或多种；
（4）石砌河坝的建造：
1）在沟渠中部素土表面铺设混凝土，铺设厚度为100mm～150mm；
2）在沟渠中部建造高于常水位30cm的石砌河坝，宽度为50cm,用石块砌筑，并用砂浆勾缝而成，在石砌河坝上留有供河水流过的低于常水位50cm的齿状凹槽；石砌河坝从河水源头处由高向低排布形成阶梯状，在石砌河坝的中心围砌成多个相互连接的澄清池，相邻澄清池之间由石砌河坝隔开；
3）将沟渠两侧的坡面潜流人工湿地用石砌河坝隔成块状，并在石砌河坝上留有防止洪水的齿状凹槽，所述齿状凹槽的深度为石砌河坝的1/2；
4）在河水源头处石砌河坝的齿状凹槽处设置滤网；
5）在澄清池底部设置喷泉曝气装置，并在澄清池内投放好氧活性污泥。
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