CN105110479B - 一种可有效改善人工湿地填料堵塞的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可有效改善人工湿地填料堵塞的系统及其方法，包括依次连接的布水渠、潜流池和集水渠，布水渠底部设有排空阀门，所述布水渠和潜流池之间设有流通污水的溢流口，所述布水渠底部与潜流池底部之间设有冲洗主管，所述冲洗主管设有控制污水进入潜流池或布水渠内的冲洗阀门，所述冲洗主管设有位于潜流池内的冲洗支管；所述潜流池与集水渠之间设有集水主管，所述集水主管的一端设有位于潜流池内的集水支管，所述集水主管的另一端设有至少两个不同高度水位的出水阀门。其结构和操作简单，无能耗，便于维修，无需现有冲洗技术中的动力设备和控制系统，通过控制该系统中的进出水阀门的关闭，同时利用人工湿地的液位差，实现对填料的冲洗。

Description

一种可有效改善人工湿地填料堵塞的系统及其方法

技术领域

本发明涉及人工湿地污水处理技术，尤其涉及一种可有效改善人工湿地填料堵塞系统及其方法。

背景技术

人工湿地处理系统是对自然湿地的模拟，它是以污水处理为目标，经人工设计、建造的工程化的湿地系统。它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现污水的净化作用，使水质得到不同程度的改善，实现对废水的生态处理。

人工湿地作为一个完整的生态系统，它是由池体、填料、植物及微生物等构成。而填料又是整个系统中相当重要的组成分，它不仅为微生物的附着、植物的生长提供适宜的条件，而且自身还通过沉降络合、吸附和氧化还原等作用有效去除杂质。

人工湿地主要依靠填料上生长的微生物磨合植物根茎不断繁殖进行新陈代谢来处理污水，能有效地去除污水中的有机物、悬浮物、TN(总氮)、TP(总磷)、SS(颗粒悬浮物)、重金属、病原体等杂质质。但是随着时间的推移，部分营养物质会逐渐地积累,湿地中的微生物相应大量繁殖，所产生的代谢产物、腐烂的植物根系、以及污水中的一些悬浮物，会不断堵塞填料空隙。如果此时对湿地不进行及时维护，便很容易产生淤积、堵塞现象。当堵塞现象发生时，使得废水的有效停留时间减少，原来的流动路径短路,废水在湿地表面径流，水力传导性、湿地处理效果和运行寿命降低。

目前针对人工湿地填料堵塞的问题，学者们主要是改善填料的级配和采用动力反冲洗技术等方式。优化填料级配只能延缓填料的阻塞时间，而不能从根本上解决填料的阻塞问题。动力反冲洗技术采用了鼓风设备和泵等动力设备，并配备的了控制系统。其缺点在于耗能高、控制复杂、操作繁琐及经常需要维护等缺点。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺陷，提供一种可有效改善人工湿地填料堵塞的系统及其方法。

本发明采用以下技术方案：

一种可有效改善人工湿地填料堵塞的系统，包括依次连接的布水渠、装有填料层的潜流池和集水渠，布水渠底部设有排空阀门，所述布水渠和潜流池之间设有流通污水的溢流口，所述布水渠底部与潜流池底部之间设有冲洗主管，所述冲洗主管设有控制污水进入潜流池或布水渠内的冲洗阀门，所述冲洗主管还设有位于潜流池内的冲洗支管；所述潜流池与集水渠之间设有集水主管，所述集水主管的一端设有位于潜流池内的集水支管，所述集水主管的另一端设有至少两个不同高度水位的出水阀门。

其中，所述布水渠设有进水阀门，所述布水渠的上部和潜流池上部之间设有溢流口。

优选的，所述布水渠的底面沿布水渠宽度方向、与水平面呈一定角度，即布水渠的底面相对于水平面为一斜面，所述排空阀门设置在地势较低的一端。具有斜面的布水渠底部更加有利于将污水排空。

优选的，所述冲洗支管的管体设有孔结构。具体为：冲洗支管的下半个圆周设有左右交错的两排孔，两排开孔呈60°、90°或120°角。孔的形状为长方形或圆形，其中长方形孔的尺寸长50～100cm，宽0.3～1cm，相邻孔的间隔为10～30cm。圆形孔的尺寸直径为0.3～1.5cm，相邻孔间距为1～5cm。有益效果是：经过大量实验验证与分析，上述条件下的冲洗效果更好。

优选的，为使冲洗更加全面，布水渠宽度方向上设置多根冲洗主管，相邻冲洗主管间距4～6m。

优选的，冲洗阀门为水平向，可增大液位差更有利于冲洗，且易操作开关。

优选的，所述集水主管的另一端设有高、中、低水位出水阀门，高水位出水阀门连接的集水主管的管顶高程和填料层顶端相同，中水位出水阀门连接的集水主管的管道高程和填料层的中间相同，低水位出水阀门连接的集水主管的管道高程和填料层的底端相同。所述集水主管的另一端也可设有大于3个不同高度水位的出水阀门。

优选的，所述布水渠和集水渠均设有盖板，盖板为预制成品或者现浇盖板，厚度为10～15cm，使污水处理的过程呈现一个相对密闭的环境，防止污染环境。

利用所述系统的一种可有效改善人工湿地填料堵塞的方法，包括以下冲洗方法之一或者多种，包括如下方法：

(1)关闭布水渠排空阀门、冲洗阀门、低水位出水阀门，潜流池水位达到高水位出水阀门管道管底高程，打开低水位出水阀门，污水夹杂填料空隙间杂质流出，实现对填料的正冲洗；

(2)打开布水渠进水阀门，关闭布水渠排空阀门和冲洗阀门，待布水渠水满时，关闭中水位出水阀门和布水渠进水阀门，同时打开低水位出水阀门，潜流池水排空后，再打开布水渠进水阀门和冲洗阀门，实现对填料的正冲洗；

(3)潜流池进满污水后，关闭布水渠进水阀门、低水位出水阀门、低水位出水阀门、打开布水渠排空阀门，布水渠内水排空后，打开冲洗阀门，实现对填料的反冲洗。

进一步，为更好实现本发明所述可有效改善人工湿地填料堵塞的方法，提供一种系统，所述系统包括依次连接的布水渠、装有填料层的潜流池和集水渠，所述布水渠设有进水阀门，布水渠底部设有排空阀门；所述布水渠和潜流池之间设有流通污水的溢流口，所述布水渠底部与潜流池底部之间设有冲洗主管，所述冲洗主管设有控制污水进入潜流池或布水渠内的冲洗阀门，所述冲洗主管还设有位于潜流池内的冲洗支管；所述潜流池与集水渠之间设有集水主管，所述集水主管的一端设有位于潜流池内的集水支管，所述集水主管的另一端设有至少两个不同高度水位的出水阀门。

利用该系统的一种可有效改善人工湿地填料堵塞的方法，实现所述对填料正冲洗的方法具体为：

人工湿地正常运行时，污水进入布水渠，当水位达到溢流口位置时，由溢流口进入潜流池内，冲洗阀门受到布水渠中高水位污水的压力处于关闭状态；污水在潜流池内经过处理后，由集水支管汇入集水主管中，由高水位出水阀门流出，此时低水位出水阀门处于关闭状态。运行设定时间后，关闭高水位出水阀门，打开低水位出水阀门，由于存在液位压差，出水流速加快，水流产生的冲击力对填料空隙间的物质进行疏通，使污水流通通道更加顺畅。

利用所述系统的一种可有效改善人工湿地填料堵塞的方法，实现所述对填料正冲洗的方法具体为：

当污水由溢流口进入潜流池后，由于水流截面积突然变大，流速急剧减缓。水中的悬浮杂质在进水溢流口后端的填料区沉降速度加快，形成易堵区。运行设定时间后打开冲洗阀门和低水位出水阀门，关闭高水位出水阀门，对易堵塞区进行正冲洗，实现填料间流水通道的疏通，部分沉降物通过低水位出水阀门流入集水渠。

利用所述系统的一种可有效改善人工湿地填料堵塞的方法，实现所述对填料反冲洗的方法具体为：

污水由溢流口进入潜流池，关闭低出水阀门。污水水位达到高水位出水阀门连接的出水管管底高程时，关闭布水渠进水阀门，打开布水渠排空阀门，待布水渠排空后，打开冲洗阀门。污水由潜流池内反流到布水渠内，通过布水渠排空阀门流出，实现对填料的反冲洗。

本发明的有益效果是：

(1)相比于现有技术，本发明提供一种无动力可有效改善人工湿地填料堵塞系统，其结构和操作简单，无能耗，便于维修，无需鼓风设备、泵等动力设备和控制系统，通过控制该系统中的进出水阀门的开关状态，同时利用人工湿地的液位差，可以实现对填料进行正冲洗和/或反冲洗，最终实现填料的堵塞问题。

(2)本发明中的可有效改善人工湿地填料堵塞的方法，利用结构简单、无动力的人工湿地填料防堵塞系统，通过控制湿地内液位的高低和进出水阀门的开关状态来实现对填料空隙间的物质进行清洗，本发明的方法同现有的利用水气反冲洗技术相比较，不用复杂的控制系统，亦不需要动力设备，在操作上大大的简化，维护上更为方便。因此具有更强的实用性。

(3)本发明能够通过调节不同部位的阀门的开关状态，实现对填料空隙间的杂质不同方式的冲洗，主要包括两种正冲洗和一种反冲洗方法，采用任何一种冲洗方法，都能得到良好的冲洗效果。当多种冲洗方法结合使用，冲洗效果更好。尤其是当采用三种冲洗方式对填料进行清洗时，正冲洗和反冲洗的交替运行，比单向的冲洗效果更好，更彻底，可以有效地保证填料间空隙率，使水流流动更加顺畅，又确保了水力停留时间，使出水水质更加稳定。两种正冲洗方法，其一，污水由溢流口进入潜流池内，通过关闭低水位出水阀门的方式将潜流池水位抬高至高水位出水阀门的管底高程，然后打开低水位出水阀门，由高水位产生的压力增加污水在填料空隙间的流速度和冲击力，使吸附在填料间的杂质脱落。部分杂质会随水流由低水位出水阀门排出。其二，将冲洗阀门打开，布水渠排空阀门关闭，污水由冲洗阀门流入潜流池，由于受到布水渠内高水位的压力，水流产生较强的冲击力使易堵塞区的填料间的杂质脱落下来，部分杂质随水流由低水位出水阀门排出。

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图。

图2是本发明的平面结构示意图。

图3是本发明的冲洗支管开孔正视图(孔为长方形)。

图4是本发明的冲洗支管开孔正视图(孔为圆形)。

图5是本发明的冲洗支管剖视图。

图6是本发明的正冲洗方式流程图。

图7是本发明的另一种正冲洗方式流程图。

图8是是本发明的反冲洗方式流程图。

其中，1、墙体，2、布水渠，3、冲洗阀门，4、排空阀门，5、溢流口，6、湿地植物，7、盖板，8、集水渠，9、高水位出水阀门，10、中水位出水阀门，11、低水位出水阀门，12、集水主管，13、集水支管，14、出水填料区，15、易堵塞区，16、冲洗支管，17、冲洗主管，18、垫层，19、进水管，20、进水阀门，21、潜流池，22、长方形孔，23、圆形孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明中的前后端是指：附图从上至下为从前端至后端。

实施例1

如图1和2所示，一种可有效改善人工湿地填料堵塞的系统，包括依次连接的布水渠2、装有填料层的潜流池21和集水渠8。

布水渠2上部的墙体1上通过进水管19安装进水阀门20，进水阀门20安装位置为布水渠2的中间。布水渠2后端的底部设有排空阀门4，布水渠2的底面前后端具有一定的坡降，更加有利于将污水排空。为进一步防腐防水布水渠2设置在垫层18上。

布水渠2上部和潜流池21上部之间设有溢流口5，布水渠2中的污水通过溢流口5进入潜流池21内进行处理。布水渠2底部与潜流池21底部之间设有流通污水的冲洗主管17，所述冲洗主管17的一端设有控制污水进入潜流池21、且位于布水渠2内的冲洗阀门3，所述冲洗主管17的另一端设有位于潜流池21内的冲洗支管16，所述冲洗主管17和冲洗支管16的结构呈T字型。如图3和5所示，冲洗支管16的下半个圆周设有左右交错的两排孔，两排开孔呈60°角。孔的形状为长方形，其中长方形孔22的尺寸长50～100cm，宽0.3～1cm，相邻长方形孔22的间隔为10～30cm。过大量实验验证与分析，在上述孔结构条件下的冲洗效果更好。

潜流池21内靠近布水渠2的一端为污水杂质易堵塞区15，易堵塞区15的填料主要是火山岩和卵石；潜流池21内中间部分设有不同种类的多层填料，最上层填料表面上设有种植湿地植物6的种植土；潜流池21内前靠近集水渠8的一端为出水填料区14，出水填料区14的填料主要是卵石。

潜流池21与集水渠8之间设有集水主管12，所述集水主管12的一端设有位于潜流池21内的集水支管13，所述集水主管12的另一端设有高、中、低水位出水阀门。高水位出水阀门9连接的集水主管12的管顶高程和填料层顶端相同，中水位出水阀门10连接的集水主管12的管道高程和填料层的中间相同，低水位出水阀门11连接的集水主管12的管道高程和填料层的底端相同。通过设置不同高度的出水阀门，实现对填料的不同程度的冲洗。

当布水渠2较宽时，可在布水渠宽度方向上设置多根冲洗主管17，相邻两冲洗主管17间距4m。

另外，布水渠2和集水渠8均设有盖板7，盖板7为预制成品，厚度为12cm，使污水处理的过程呈现一个相对密闭的环境，防止污染环境。

实施例2

如图1和2所示，一种可有效改善人工湿地填料堵塞的系统，包括依次连接的布水渠2、装有填料层的潜流池21和集水渠8。

布水渠2上部的墙体1上通过布水渠进水管19安装进水阀门20，进水阀门20安装位置为布水渠2的中间。布水渠2后端的底部设有排空阀门4，布水渠2的底面前后端具有一定的坡降，更加有利于将污水排空。

为进一步防腐防水布水渠2设置在垫层18上。

布水渠2上部和潜流池21上部之间设有溢流口5，布水渠2中的污水通过溢流口5进入潜流池21内进行处理。布水渠2底部与潜流池21底部之间设有流通污水的冲洗主管17，所述冲洗主管17的一端设有控制污水进入潜流池21、且位于布水渠2内的冲洗阀门3，所述冲洗主管17的另一端设有位于潜流池21内的冲洗支管16，所述冲洗主管17和冲洗支管16的结构呈T字型。如图4所示，冲洗支管16的下半个圆周设有左右交错的两排孔，两排开孔呈90°角。孔的形状为圆形，其中圆形孔22的尺寸直径为0.3～1.5cm，相邻圆形孔23的间隔为1～5cm。过大量实验验证与分析，在上述圆形孔结构条件下的冲洗效果较好。

潜流池21内靠近布水渠2的一端为污水杂质易堵塞区15，易堵塞区15的填料主要是火山岩和卵石；潜流池21内中间部分设有不同种类的多层填料，最上层填料表面上设有种植湿地植物6的种植土；潜流池21内靠近集水渠8的一端为出水填料区14，出水填料区14的填料主要是卵石。

潜流池21与集水渠8之间设有集水主管12，所述集水主管12的一端设有位于潜流池21内的集水支管13，所述集水主管12的另一端设有高、中、低水位出水阀门。高水位出水阀门9连接的集水主管12的管顶高程和填料层顶端相同，中水位出水阀门10连接的集水主管12的管道高程和填料层的中间相同，低水位出水阀门11连接的集水主管12的管道高程和填料层的底端相同。通过设置不同高度的出水阀门，实现对填料的不同程度的冲洗。

当布水渠2较宽时，可在布水渠宽度方向上设置多根冲洗主管17，相邻冲洗主管17间距5m。

另外，布水渠2和集水渠8均设有盖板7，盖板7为现浇盖板，厚度为15cm，使污水处理的过程呈现一个相对密闭的环境，防止污染环境。

实施例3

如图1和2所示，一种可有效改善人工湿地填料堵塞的系统，包括依次连接的布水渠2、装有填料层的潜流池21和集水渠8。

布水渠2上部的墙体1上通过布水渠进水管19安装进水阀门20，进水阀门20安装位置为布水渠2的中间。布水渠2后端底部设有排空阀门4，布水渠2的底面前后端具有一定的坡降，更加有利于将污水排空。为进一步防腐防水布水渠2设置在垫层18上。

布水渠2上部和潜流池21上部之间设有溢流口5，布水渠2中的污水通过溢流口5进入潜流池21内进行处理。布水渠2底部与潜流池21底部之间设有流通污水的冲洗主管17，所述冲洗主管17的一端设有控制污水进入潜流池21、且位于布水渠2内的冲洗阀门3，所述冲洗主管17的另一端设有位于潜流池21内的冲洗支管16，所述冲洗主管17和冲洗支管16的结构呈T字型。如图3和5所示，冲洗支管16的下半个圆周设有左右交错的两排孔，两排开孔呈120°角。孔的形状为长方形，其中长方形孔22的尺寸长50～100cm，宽0.3～1cm，相邻长方形孔22的间隔为10～30cm。过大量实验验证与分析，在上述孔结构条件下的冲洗效果较好。

潜流池21内靠近布水渠2的一端为污水杂质易堵塞区15，易堵塞区15的填料主要是火山岩和卵石；潜流池21内中间部分设有不同种类的多层填料，最上层填料表面上设有种植湿地植物6的种植土；潜流池21内靠近集水渠8的一端为出水填料区14，出水填料区14的填料主要是卵石。

潜流池21与集水渠8之间设有集水主管12，所述集水主管12的一端设有位于潜流池21内的集水支管13，所述集水主管12的另一端设有高、中、低水位出水阀门。高水位出水阀门9连接的集水主管12的管顶高程和填料层顶端相同，中水位出水阀门10连接的集水主管12的管道高程和填料层的中间相同，低水位出水阀门11连接的集水主管12的管道高程和填料层的底端相同。通过设置不同高度的出水阀门，实现对填料的不同程度的冲洗。

当布水渠2较宽时，可在布水渠宽度方向上设置多根冲洗主管17，相邻冲洗主管17间距6m。

另外，布水渠2和集水渠8均设有盖板7，盖板7为预制成品，厚度为12cm，使污水处理的过程呈现一个相对密闭的环境，防止污染环境。

实施例4

如图6所示，利用实施例1的装置实现有效改善人工湿地填料堵塞的方法，湿地正常运行时，污水进入布水渠2内，当水位达到溢流口5的位置时，由溢流口5进入湿地潜流池21内。此时，冲洗阀门3受到布水渠2中高水位污水的压力处于关闭状态，污水在潜流池21内经过处理后，由集水支管13汇入集水主管12中，由高水位出水阀门9流出，此时，中、低出水阀门10、11处于关闭状态。运行一段时间后，关闭高水位出水阀门9，打开低水位出水阀门11。由于存在液位压差，出水流速加快，水流产生的冲击力可以对填料空隙间的物质进行疏通，使污水流通通道更加顺畅，实现对填料的正冲洗。

实施例5

如图7所示，利用实施例1的装置实现效改善人工湿地填料堵塞的方法，当污水由溢流口5进入潜流池后，由于水流截面积突然变大，流速急剧减缓。水中的悬浮杂质在进水溢流口5后端的填料区沉降速度加快，形成易堵区。运行一段时间后打开冲洗阀门3和低水位出水阀门11，关闭高水位出水阀门9，对易堵塞区进行正冲洗，实现填料间流水通道的疏通，部分沉降物通过低水位出水阀门11流入集水池8。

实施例6

如图8所示，利用实施例1的装置实现效改善人工湿地填料堵塞的方法，污水由溢流口5进入潜流池，关闭中、低出水阀门10、11。污水水位达到高水位出水阀门9连接的出水管管底高程时，关闭布水渠进水阀门20，打开布水渠排空阀门4，待布水渠排空后，打开冲洗阀门3。污水由潜流池内反流到布水渠内，通过布水渠排空阀门4流出，实现填料的反冲洗。

实施例7

为了有效改善人工湿地填料的堵塞，交替采用实施例4和实施例5的方法对填料进行正冲洗，使得冲洗效果更好。

实施例8

为了有效改善人工湿地填料的堵塞，交替采用实施例4对填料进行正冲洗和采用实施例6的方法对填料进行反冲洗，使得冲洗效果更好。

实施例9

为了有效改善人工湿地填料的堵塞，交替采用实施例5对填料进行正冲洗和采用实施例6的方法对填料进行反冲洗，使得冲洗效果更好。

实施例10

为了有效改善人工湿地填料的堵塞，交替采用实施例4和实施例5对填料进行正冲洗和采用实施例6的方法对填料进行反冲洗，使得冲洗效果更好。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种可有效改善人工湿地填料堵塞系统的运行方法，包括以下冲洗方法之一或者多种：

（1）关闭布水渠排空阀门、冲洗阀门、低水位出水阀门，潜流池水位达到高水位出水阀门管道管底高程，打开低水位出水阀门，污水夹杂填料空隙间杂质流出，实现对填料的正冲洗；

（2）打开布水渠进水阀门，关闭布水渠排空阀门和冲洗阀门，待布水渠水满时，关闭中水位出水阀门和布水渠进水阀门，同时打开低水位出水阀门，潜流池水排空后，再打开布水渠进水阀门和冲洗阀门，实现对填料的正冲洗；

（3）潜流池进满污水后，关闭布水渠进水阀门、低水位出水阀门，打开布水渠排空阀门，布水渠内水排空后，打开冲洗阀门，实现对填料的反冲洗；

所述的可有效改善人工湿地填料堵塞的系统包括依次连接的布水渠、装有填料层的潜流池和集水渠，所述布水渠底部设有排空阀门，所述布水渠和潜流池之间设有溢流口，所述布水渠的上部和潜流池上部之间设有流通污水的溢流口，所述布水渠底部与潜流池底部之间设有冲洗主管，所述冲洗主管设有控制污水进入潜流池或布水渠内的冲洗阀门，所述冲洗主管还设有位于潜流池内的冲洗支管；所述潜流池与集水渠之间设有集水主管，所述集水主管的一端设有位于潜流池内的集水支管，所述集水主管的另一端设有至少两个不同高度水位的出水阀门。

2.如权利要求1所述的可有效改善人工湿地填料堵塞系统的运行方法，其特征是：所述布水渠设有进水阀门。

3.如权利要求1或2所述的可有效改善人工湿地填料堵塞系统的运行方法，其特征是：所述布水渠的底面沿布水渠宽度方向、与水平面呈一定角度，所述排空阀门设置在地势较低的一端。

4.如权利要求1或2所述的可有效改善人工湿地填料堵塞系统的运行方法，其特征是：所述冲洗支管的管体设有孔结构。

5.如权利要求4所述的可有效改善人工湿地填料堵塞系统的运行方法，其特征是：所述冲洗支管的下半个圆周设有左右交错的两排孔，两排开孔呈60°、90°或120°角。

6.如权利要求5所述的可有效改善人工湿地填料堵塞系统的运行方法，其特征是：所述孔的形状为长方形或圆形，其中长方形孔的尺寸长50~100cm，宽0.3~1cm，相邻孔的间隔为10~30cm；圆形孔的尺寸直径为0.3~1.5cm，相邻孔间距为1~5cm。

7.如权利要求1或2所述的可有效改善人工湿地填料堵塞系统的运行方法，其特征是：所述布水渠和集水渠均设有盖板。