CN107935185A - 一种用于改善水质的梯级人工湿地系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于改善水质的梯级人工湿地系统，以实现入河污水处理暨河水质量改善。系统沿河建造梯级人工湿地，从岸边至河道依次布置引水渠及各级人工湿地系统。通过墙式护岸及人工湿地的结合，实现河道整治与污水净化功能的统一。各级人工湿地布置于河岸上，每级人工湿地填料采用统一粒径，自上而下填料粒径逐渐减小。各级湿地皆应选用根系发达的植物进行种植，且高程越低，所种植物根系越细密。本发明可节约占地面积，缓解堵塞问题。系统运作过程为：由引水渠汇集入河污水及上游河道输送的河水，通过布水管与集水管流过人工湿地，经一系列物理生化反应后排回河道，实现入河污水处理暨河水质量改善。

Description

一种用于改善水质的梯级人工湿地系统

技术领域

本发明是涉及一种生态水利中的水质改善领域，具体地说是涉及一种用于改善水质的梯级人工湿地系统。

背景技术

随着工业的发展、水污染的加剧，淡水资源短缺与人民生活水平提高之间的矛盾日益加剧，水环境保护的任务也越来越艰巨。城市的发展，用水量的增加，大量的生活污水和工业污水未经处理被排入河中，导致城市河流水质恶化。同时，随着城市化进程，绿化面积大幅降低，使增加绿化的任务也迫在眉睫。同样，农村人口众多，居住分散，缺乏生活污水收集和处理设施，使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素。而且农村畜禽散养、农药使用也加剧了水体污染。

针对上述情况，目前采取的主要措施之一是建设人工湿地。传统的人工湿地具有投资省、能耗低、维护简便的优点，但同时又存在占地面积大，基质易被堵塞等问题。人工湿地的新应用方面，有学者提出利用多级人工湿地处理污水，但该方法仅是多次利用相同的湿地系统对污水进行重复净化，并未解决人工湿地堵塞问题。

此外，目前我国河道两岸多为墙式护岸，阻断水土之间交换通道、切断物质循环，阻碍河水的自净功能，水中的污染物不能得到处理。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种用于改善水质的梯级人工湿地系统，能够节约占地面积，缓解堵塞问题，同时达到了水质改善及环境美化的目的。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明将人工湿地系统布置于河岸上，借助河岸地势，处理入河污水，防治河水污染。其主体结构为沿河布置的人工湿地，在岸边自上而下依次为引水渠、梯级布置的人工湿地。

引水渠位于河岸两边，宽0.5m，深0.4m，其上盖有阑珊，以防止人或物坠入。引水渠用于收集入河污水及由上游河道输送的河水，同时实现污水中固体杂质的沉淀，防止人工湿地的堵塞。对于含砂或固体颗粒较多的污水，引水渠需配有相应的冲砂设备。

在引水渠与河道之间的岸坡上梯级布置垂直流人工湿地，每级高处深0.5米，低处深1m，以满足植物生长及污水处理的需要，其宽度根据岸坡坡度确定。梯级人工湿地的填料粒径自上而下逐级减小，每级人工湿地填料采用统一粒径，其孔隙比较均匀，基质不易堵塞。自上而下，各级人工湿地中植物根系逐渐细密，通过人工湿地中基质—植物—微生物共同作用：发达的植物根系及填料表面生长的生物膜的净化作用、填料床体的截留及植物对营养物质的吸收作用，实现了污水中污染物质和营养物质的吸收、转化和分解。人工湿地需要配套的管理方案并及时清理代谢的植物，以延长使用寿命。

第一级人工湿地毗邻引水渠，该级人工湿地靠近河岸一侧深0.5m，靠近河道一侧深1m。第一级人工湿地填料粒径为30mm，种植植物根系较稀疏，配合大粒径填料，可改善人工湿地的水力特性。第二级人工湿地毗邻第一级人工湿地，其高程低于上一级人工湿地0.5m。该级人工湿地靠近河岸一侧深0.5m，靠近河道一侧深1m。第二级人工湿地填料粒径为15mm，种植植物根系较上一级人工湿地更为细密。第三级人工湿地毗邻第二级人工湿地，其高程低于上一级人工湿地0.5m。该级人工湿地靠近河岸一侧深0.5m，靠近河道一侧深1m。第三级人工湿地填料粒径为5mm，种植植物属于挺水植物，在河流水位高时可淹没，适应水位变化，其根系较为细密。

引水渠与第一级人工湿地、各级人工湿地之间为混凝土墙，通过管道连接，上级人工湿地的集水管道衔接下级湿地的布水管道。集水管道在两级人工湿地间采用弯管过渡，以减少死水区，增加水力停留时间，提高砾石过滤效果。在湿地的出水口设置阀门，以控制出水量及污水在人工湿地中的停留时间。

布水管道沿河岸方向均匀埋置于各级湿地顶部，间距为1m，用于为各级人工湿地均匀配水，控制湿地中水流路径。布水管道水平布置，孔洞朝下，在孔洞处铺设防堵土工膜，防止基质进入集水管道造成堵塞。

集水管道沿河岸方向均匀埋置于各级湿地底部，间距为1m，用于收集本级人工湿地处理后的污水。集水管道顺岸坡布置，充分利用岸坡，增加水头利用率。集水管道的孔洞朝上，均匀布置，在孔洞处铺设防堵土工膜，防止基质进入集水管道造成堵塞。

将人工湿地与墙式护岸相结合，湿地中的植物可以起到美化岸堤作用，破除“两面光”河岸，形成风景点，同时节约用地，解决人工湿地占地面积大的问题。

本发明可广泛布置于城镇、乡村的河流两岸以及生产、生活污水排放口。通过变更相关植物及其布置方式，可以推广到湖泊、滨海及其他有护坡护岸的地方。考虑到所种植的植物带来的经济效益，可与造纸、养殖相结合，实现经济，生态，环保的共赢。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、人工湿地采用梯级垂直流布置，填料粒径逐级减小，植物经过优选，高程越低，选用根系越细密的植物，充分发挥基质—植物—微生物共同作用；集水管道在两级人工湿地间过采用弯管过渡，以减少死水区，增加水力停留时间，提高砾石过滤效果，实现高效净水；

2、污水中固体杂质在引水渠中得到沉淀，各级人工湿地中的填料粒径逐级减小，每级人工湿地中的填料粒径相同，可以有效防止人工湿地的堵塞；

3、将人工湿地系统布置于河岸上，与墙式护岸相结合，节约用地，解决人工湿地占地面积大的问题；

4、梯级人工湿地中的植物可以起到美化岸堤作用，破除“两面光”河岸，形成风景点，具有较高的人文价值。

附图说明

图1为梯级人工湿地系统平面布置图垂直水流方向。

图2为梯级人工湿地系统平面布置图顺水流方向。

图3为一种用于改善水质的梯级人工湿地系统运行流程图。

其中：1为引水渠；2为第一级人工湿地；3为第二级人工湿地；4为第三级人工湿地；(5、7、9)分别为各级人工湿地的布水管道；(6、8、10)分别为各级人工湿地的集水管道。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如附图1-3所示，在河岸两边毗邻岸坡处修建引水渠1，引水渠与上游河道相连，用于输运上游河水。将入河污水排放口设置于引水渠边，使入河污水直接进入引水渠。入河污水及上游输送而来的河水在引水渠中进行沉淀作用，排除了大部分固体杂质，对于含砂或固体颗粒较多的污水，引水渠需配有相应的冲砂设备。引水渠宽0.5m，深0.4m，其上盖有阑珊，以防止人或物坠入。

在引水渠与河道之间的岸坡坡度为1上梯级布置垂直流人工湿地。梯级人工系统分为3级，高程由高到低依次为第一级人工湿地、第二级人工湿地、第三级人工湿地。引水渠与第一级人工湿地、各级人工湿地之间为混凝土墙，通过管道连接，上级人工湿地的集水管道衔接下级湿地的布水管道。集水管道在两级人工湿地间采用弯管过渡，以减少死水区，增加水力停留时间，提高砾石过滤效果。在各级人工湿地底部进行衬砌，防止渗流对对岸坡稳定性造成影响。

第一级人工湿地2毗邻引水渠，该级人工湿地靠近河岸一侧深0.5m，靠近河道一侧深1m，根据岸坡坡度，其宽度为0.5m。第一级人工湿地填料粒径为30mm，种植植物为美人蕉。美人蕉根系较稀疏，配合大粒径填料，可改善人工湿地的水力特性。美人蕉花大色艳、色彩丰富，株形较好，具有较高的观赏价值。引水渠中的污水通过位于人工湿地顶部的布水管道5进入第一级人工湿地，经过垂直流净化作用，污水汇入该级人工湿地底部的集水管道6。

第二级人工湿地3毗邻第一级人工湿地，其高程低于上一级人工湿地0.5m。该级人工湿地靠近河岸一侧深0.5m，靠近河道一侧深1m，根据岸坡坡度，其宽度为0.5m。第二级人工湿地填料粒径为15mm，种植植物为菖蒲。菖蒲叶丛翠绿，端庄秀丽，具有香气，适宜水景岸边及水体绿化。该级人工湿地的布水管道与第一级人工湿地的集水管道相连，于是第一级人工湿地集水管道收集的污水通过该级人工湿地的布水管道7进入第二级人工湿地。经过垂直流净化作用，污水汇入该级人工湿地底部的集水管道8。

第三级人工湿地4毗邻第二级人工湿地，其高程低于上一级人工湿地0.5m。该级人工湿地靠近河岸一侧深0.5m，靠近河道一侧深1m，根据岸坡坡度，其宽度为0.5m。第三级人工湿地填料粒径为5mm，种植植物为芦苇。芦苇是湿地环境中生长的主要植物之一，芦苇的叶、叶鞘、茎、根状茎和不定根都具有通气组织，所以它在净化污水中起到重要的作用。芦苇深水耐寒、抗旱、抗高温、抗倒伏，笔直、株高、梗粗、叶壮，成活率高。芦苇属于挺水植物，在河流水位高时可淹没，适应水位变化。与第二级人工湿地类似，污水通过布水管道9进入该级人工湿地，经过垂直流净化作用，污水汇入该级人工湿地底部的集水管道10，最终净化后的污水排入河道之中。

一种用于改善水质的梯级人工湿地系统具体运行流程如下：

如附图3所示，上游河道中的的河水流入引水渠，入河污水也汇入岸边的引水渠。在引水渠中，污水进行沉淀作用，排除大部分固体杂质，防止人工湿地的堵塞。对于含砂或固体颗粒较多的污水，引水渠应配有相应的冲砂设备。

经过沉淀作用后的污水通过布水管道进入第一级人工湿地。第一级人工湿地填料粒径为30mm，种植植物为美人蕉。污水在第一级人工湿地得到初步净化。

净化后的污水汇入底部的集水管道，该集水管道与下一级人工湿地的布水管道采用弯管相连，以减少死水区，增加水力停留时间，提高砾石过滤效果。于是污水经集水管道、布水管道进入第二级人工湿地。第二级人工湿地填料粒径为15mm，种植植物为菖蒲。菖蒲根系更加细密，配合粒径为15mm的填料，使得污水得到进一步净化。

此后，污水同样经过本级人工湿地底部的集水管道、下一级人工湿地的布水管道进入第三级人工湿地。第三级人工湿地填料粒径为5mm，种植植物为芦苇。芦苇根系较为细密，配合小粒径填料，使得污水得到更深层次的净化。污水在第三级人工湿地中进行净化后汇入底部的集水管道，进而排入河道之中。在湿地的出水口设置阀门，以控制出水量及污水在人工湿地中的停留时间。

本发明借助河岸地势，沿河布置梯级人工湿地系统，利用引水渠与河道之间的水位差，使得污水在各级人工湿地中进行垂直流净化作用。人工湿地中基质—植物—微生物的共同作用，实现了污水中污染物质和营养物质的吸收、转化和分解。其净化机理十分复杂，综合了物理、化学和生物的三种作用：发达的植物根系及填料表面生长的生物膜的净化作用、填料床体的截留及植物对营养物质的吸收作用。

对于不同河流，通过变更各级人工湿地中填料和所种植物，可使污水处理效果得到提高，实现入河污水处理及河水净化的目的，同时有效的缓解人工湿地的堵塞问题，延长使用寿命。通过变更相关植物及其布置方式，本发明可以推广到湖泊、滨海及其他有护坡护岸的地方。

以上结合附图和具体实施例对本发明的实施方式做了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍在本发明的保护范围内。

本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种用于改善水质的梯级人工湿地系统，其特征在于：主体结构为沿河布置的梯级人工湿地，包括岸边自上而下依次为引水渠、梯级布置的人工湿地。

2.根据权利要求1所述的一种用于改善水质的梯级人工湿地系统，其特征在于：引水渠宽0.5m，深0.4m，用于收集入河污水及由上游河道输送的河水，引水渠可实现污水中固体杂质的沉淀，防止人工湿地的堵塞；引水渠位于河岸两边，其上盖有阑珊，以防止人或物坠入。

3.根据权利要求1所述的一种用于改善水质的梯级人工湿地系统，其特征在于：人工湿地采用梯级垂直流布置，每级高处深0.5米，低处深1m，以满足植物生长及污水处理的需要，其宽度根据岸坡坡度确定；梯级人工湿地的填料粒径自上而下逐级减小，每级人工湿地填料采用统一粒径，依次为30mm、15mm、5mm；植物分级种植，自上而下，各级人工湿地中植物根系逐渐细密，通过人工湿地中基质—植物—微生物共同作用：发达的植物根系及填料表面生长的生物膜的净化作用、填料床体的截留及植物对营养物质的吸收作用，实现了污水中污染物质和营养物质的吸收、转化和分解；梯级人工湿地需要配套的管理方案，及时清理代谢的植物，以延长使用寿命。

4.根据权利要求1所述的一种用于改善水质的梯级人工湿地系统，其特征在于：引水渠与第一级人工湿地、各级人工湿地之间为混凝土墙，通过管道连接，上级湿地的集水管道衔接下层湿地的布水管道；在湿地的出水口设置阀门，以控制出水量及污水在人工湿地中的停留时间。

5.根据权利要求4所述的一种用于改善水质的梯级人工湿地系统，其特征在于：布水管道沿河岸方向均匀埋置于各级湿地顶部，间距为1m，用于为各级人工湿地均匀配水，控制湿地中水流路径；布水管道水平布置，孔洞朝下，在孔洞处铺设防堵土工膜，防止基质进入集水管道造成堵塞。

6.根据权利要求4所述一种用于改善水质的梯级人工湿地系统，其特征在于：集水管道沿河岸方向均匀埋置于各级湿地底部，间距为1m，用于收集本级人工湿地处理后的污水；集水管道顺岸坡布置，充分利用岸坡，增加水头利用率；集水管道的孔洞朝上，均匀布置，在孔洞处铺设防堵土工膜，防止基质进入集水管道造成堵塞。