CN109160614A - 一种新型潜流人工湿地 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型潜流人工湿地，包括池体、基质层以及进水管路、出水管路，所述基质层至下而上分别为基础层、发生层、阻隔层、生长层；其中粒径大小需满足基础层＞发生层＞阻隔层＞生长层，且基质层以发生层为主。设置不同高度进水横管，减小进水口堵塞的风险；蔽光层可有效避免阳光直射，减少吸收光照产生的热量，对微生物除氮性能影响小；固定架可保护池体，使池体更具牢固性；不同粒径的基质排列有利于微生物的生长与悬浮物的吸附沉淀；池体连通水位观察管，水位观察清晰，多个不同高度的水位调节阀门可灵活控制池体内水位高度；曝气管路为池体内部微生物作用提供充足的氧气，并且能有效减轻曝气使沉淀物重新悬浮的现象。

Description

一种新型潜流人工湿地

技术领域

本发明涉及人工湿地技术领域，更具体地说涉及一种新型潜流人工湿地。

背景技术

随着社会的发展和人民生活水平的提高，生活污水产生量日益增加，乱排现象严重，不仅浪费水资源，还造成环境污染。人工湿地作为一种新型的污水处理工艺，具有构造简单、易于维护、处理费用低、并且具有景观效果等优点，在污水处理以及生态环境保护方面发挥重要作用，具有良好的推广价值。

总结人工湿地应用类型，主要有单一型、复合型，其中复合型人工湿地类型主要有水平潜流配合上行垂直流、垂直流配合水平潜流两种，这两种方式在杂质去除方面具有良好效果，应用优点明显高于单一型人工湿地。

人工湿地主要由3个部分组成：基质、植物和微生物。基质在人工湿地中主要起着3个方面的作用：微生物生长的依附表面，水生植物生长的载体和营养来源，通过物理作用和化学作用(如吸附、过滤、离子交换等)净化污水。同时，基质粒径越小就越容易造成堵塞，人工湿地的堵塞问题直接影响其湿地的应用。基质堵塞是人工湿地长期稳定运行的关键问题，堵塞会导致湿地水力传导系数降低、处理效果下降、运行寿命缩短以及其他的一系列问题。

专利申请号为201720614335.1的专利公开了一种人工湿地，基质层由基层(300mm)、用于过滤污水的细砂层(150mm)、降解层(150mm)、沉淀层(150mm)和种植层(150mm)组成。这种人工湿地基质层数较多，而且降解层厚度不足，供微生物生存的空间不大，有待进一步改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型潜流人工湿地。本发明设置不同高度进水横管，使得进水混合均匀，减小进水口堵塞的风险；蔽光层可有效避免阳光直射，减少吸收光照产生的热量，对微生物除氮性能影响小；固定架可保护池体，使池体更具牢固性；不同粒径的基质排列有利于微生物的生长与悬浮物的吸附沉淀；池体内水位观察清晰，多个不同高度的水位调节阀门可灵活控制池体内水位高度；曝气管路为池体内部微生物作用提供充足的氧气，并且能有效减轻曝气使沉淀物重新悬浮的现象。

本发明的技术方案是，本发明第一方面提供一种新型潜流人工湿地，包括池体、位于池体内的基质层以及与池体连接的进水管路和出水管路，所述基质层至下而上分别为基础层、发生层、阻隔层、生长层；其中粒径大小需满足基础层＞发生层＞阻隔层＞生长层，且基质层以发生层为主。所述进水管路和出水管路上均设有阀门。

作为优选，所述基础层为砾石，粒径15-25mm，厚度80-130mm；所述发生层为陶粒，粒径8-15mm，厚度280-320mm；所述阻隔层为石英砂，粒径2-5mm，厚度60-80mm；所述生长层为农田土，厚度60-80mm。

作为优选，所述池体为由有机玻璃制成的顶部敞口的且外表面涂黑色涂料的立方体水槽；在所述池体外围四周覆盖有蔽光层，所述蔽光层为白色玻璃纤维网格布。用于避免吸收光照热量。

作为优选，在所述池体外围安装有固定架，所述固定架包括贴合池体顶部外周的顶部束缚板，分别安装在池体四棱角处且与顶部束缚板连接的护角架，在每两根护角架之间连接的稳固梁。有固定架用于保护池体。固定架为不锈钢板焊接而成，顶部束缚板为四块不锈钢板焊接而成。

作为优选，所述进水管路包括进水主管、与进水主管连接的多个置于基质层内且处于不同高度的进水横管，在所述进水横管上间隔设置多个透水小孔。进水管路和出水管路为材质为PVC管。

作为优选，所述池体还与位于出水管上方的水位观察管连接，所述水位观察管为内径R＝15mm-30mm的透明有机玻璃圆管。作为优选，所述水位观察管与多个处于不同高度的水位调控阀门连接。

作为优选，在所述池体内设置有曝气管路，所述曝气管路采用内径R＝20mm-30mm的PVC管。

作为优选，所述曝气管路包括导气管，与导气管竖直连接的主管，分别连接在主管两侧且成对称排布的多个支管，所述主管和支管处于同一平面且置于基础层上部，在所述主管和支管上间隔设置若干曝气孔。

本发明第二方面提供，

本发明的有益效果为：

本发明设置不同高度进水横管，使得进水混合均匀，减小进水口堵塞的风险；蔽光层可有效避免阳光直射，减少吸收光照产生的热量，对微生物除氮性能影响小；固定架可保护池体，使池体更具牢固性；不同粒径的基质排列有利于微生物的生长与悬浮物的吸附沉淀；池体内水位观察清晰，多个不同高度的水位调节阀门可灵活控制池体内水位高度；曝气管路为池体内部微生物作用提供充足的氧气，并且能有效减轻曝气使沉淀物重新悬浮的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的框架示意图；

图2为本发明固定架示意图；

图3为本发明剖面图；

图4为本发明曝气管路示意图；

图中，1、池体，2、进水管路，2-1、进水主管，2-2、第一进水横管，2-3、第二进水横管，3、出水管路，4、水位观察管，4-1、第一水位调控阀门，4-2、第二水位调控阀门，4-3、第三水位调控阀门，5、蔽光层，6、固定架，7、基础层，8、发生层，9、阻隔层，10、生长层，11、曝气管路，11-1、导气管，11-2、主管，11-3、支管，11-4、支管，11-5、曝气孔，11-6、支管，11-7、支管，12、植物。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有的人工湿地，基质层由基层(300mm)、用于过滤污水的细砂层(150mm)、降解层(150mm)、沉淀层(150mm)和种植层(150mm)组成。这种人工湿地基质层数较多，而且降解层厚度不足，供微生物生存的空间不大，有待进一步改进。

因此，本发明创造性的给出了一种实施方案，给出了一种新型潜流人工湿地，包括池体、位于池体内的基质层以及与池体连接的进水管路和出水管路，所述基质层至下而上分别为基础层、发生层、阻隔层、生长层；其中粒径大小需满足基础层＞发生层＞阻隔层＞生长层，且基质层以发生层为主。所述进水管路和出水管路上均设有阀门。

本实施例中，所述基础层为砾石，粒径15-25mm，厚度80-130mm；所述发生层为陶粒，粒径8-15mm，厚度280-320mm；所述阻隔层为石英砂，粒径2-5mm，厚度60-80mm；所述生长层为农田土，厚度60-80mm。

通过采用上述方案，基础层位于池体内部最下端，选用粒径较大的硬质材料砾石，空隙较大，对上层基质起承托作用，增强人工湿地整体的机械强度，提高结构的稳固性，同时水体中的悬浮颗粒可沉淀到最下层；发生层厚度较高，为主要的基质层，陶粒发达的比表面积可以为微生物生长提供更大的空间，可有效吸附降解水体中的污染物；阻隔层选用粒径较小、吸水性弱的石英砂，置于生长层下侧，有效防止生长层土壤随水流渗漏到下层造成堵塞的弊端，同时可过滤水中较大的颗粒物；生长层采用农田土，为植物生长提供良好的营养及空间条件。

本实施例中，所述池体为由有机玻璃制成的顶部敞口的且外表面涂黑色涂料的立方体水槽；在所述池体外围四周覆盖有蔽光层，所述蔽光层为白色玻璃纤维网格布。

池体为有机玻璃制成的顶部敞口的立方体，尺寸符合《人工湿地污水处理工程技术规范》(HJ 2005-2010)，潜流湿地长宽比控制在3：1以下；通过采用以上方案，有机玻璃机械强度较高，有一定的耐热耐寒性，耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成型。池体外围用黑色涂料涂黑并覆蔽光层，通过采用上述方案，黑色涂料可以有效阻隔阳光直射，避免光照对池体内部微生物作用产生负面影响，蔽光层可有效避免阳光直射，减少吸收光照产生的热量，对微生物除氮性能影响小；同时蔽光层选用白色玻璃纤维网格布，能够避免池体吸收光照热量使水温升高现象的发生，使温度对微生物作用的影响最小化。

本实施例中，在所述池体外围安装有固定架，所述固定架包括贴合池体顶部外周的顶部束缚板，分别安装在池体四棱角处且与顶部束缚板连接的护角架，在每两根护角架之间连接的稳固梁。固定架对池体具有保护作用，使池体更具稳固性，防止池体内部填充基质后的张力使池体涨裂。

正如背景技术所介绍的，基质堵塞是人工湿地长期稳定运行的关键问题，堵塞会导致湿地水力传导系数降低、处理效果下降、运行寿命缩短以及其他的一系列问题。

因此，本实施例中，所述进水管路包括进水主管、与进水主管连接的多个置于基质层内且处于不同高度的进水横管，在所述进水横管上间隔设置多个透水小孔。进水管路有多个不同高度的进水横管，通过采用上述方案，可实现不同高度同时进水，在进水水压作用下，靠近透水小孔部分区域水体水平流动，在重力的作用下，这一部分的水流又可以实现下行垂直流，随着进水的持续，池体底部水位升高，实现全面的上行垂直流，此混合式进水可充分将进水混合，同时不同高度透水小孔在水流冲击力作用下，防止单一进水管发生堵塞影响进水。

本实施例中，所述池体还与位于出水管上方的水位观察管连接，所述水位观察管为内径R＝15mm-30mm的透明有机玻璃圆管，所述水位观察管与多个处于不同高度的水位调控阀门连接。通过采用上述方案，水位观察管可清楚观察池体内水位变化，设置多个阀门，可调节池体内水位高度，同时阀门也可作为出水口，实现不同高度出水。

本实施例中，在所述池体内设置有曝气管路，所述曝气管路采用内径R＝20mm-30mm的PVC管。曝气管路为池体内部微生物作用提供充足的氧气，并且能有效减轻曝气使沉淀物重新悬浮的现象。

所述曝气管路包括导气管，与导气管竖直连接的主管，分别连接在主管两侧且成对称排布的多个支管，所述主管和支管处于同一平面且置于基础层上部，在所述主管和支管上间隔设置若干曝气孔。

主管与多个支管之间形成了多段位连接“工”字形曝气管路，此结构的曝气管路可有效避免池体曝气不均匀的弊端。曝气管置于基础层上部可防止曝气使沉淀的细小颗粒再悬浮现象的发生，曝气管路可根据湿地尺寸大小适当添加或较少若干段。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验管材，均可通过商业渠道购买得到。

实施例1，参照图3，一种新型潜流人工湿地，包括池体、位于池体内的基质层以及与池体连接的进水管路和出水管路，基质层至下而上为基础层7、发生层8、阻隔层9、生长层10，发生层8为主要基质层，植物植于生长层顶端。

本实施例中，基质填料按照基础层7、发生层8、阻隔层9、生长层10的顺序，至下而上分别为砾石(粒径15-25mm，厚度100mm)、陶粒(粒径8-15mm，厚度300mm)、石英砂(粒径2-5mm，厚度70mm)、农田土(厚度70mm)。植物12为弗洛里达美人蕉，种植于农田土上方。植物12分两排种植，每排3株，每池共6株。

参照图1，湿地池体1分别与进水管路2、出水管路3、水位观察管4相连，水位观察管4上自下至上依次设置第一水位调控阀门4-1、第二水位调控阀门4-2、第三水位调控阀门4-3，同时第一水位调控阀门4-1、第二水位调控阀门4-2、第三水位调控阀门4-3可作为出水口；蔽光层5覆与池体外围，而后安装固定架6。

本实施例中，湿地池体1有厚度为5mm的有机玻璃制成的尺寸长×宽×高＝500mm×400mm×550mm顶部开口的立方体，容积为110L；整个池体1外围用黑色墨汁涂黑并张贴蔽光层5，蔽光层5为厚度2mm的白色玻璃纤维网格布，而后安装固定架6。固定架6可对池体1内部填充基质后向外的张力起束缚作用，增强池体稳固性，防止池体1涨裂。

进水管路2为内径R＝20mm的PVC管，进水管路2包括进水主管2-1，与进水主管连接的置于基质层内且处于不同高度的第一进水横管2-2和第二进水横管2-3；第一进水横管2-2置于阻隔层内，第二进水横管2-3置于基础层内，两个进水横管均每隔50mm穿一直径R＝3mm的透水小孔。进水管路2的进水口设置于池体侧面距顶部200mm处；在进水管路2的对面且距底部20mm正中间处设有出水管路3；出水管路3为内径R＝40mm的PVC管，距其上方50mm处连有水位观察管4，水位观察管4由透明有机玻璃制成内径R＝20mm的圆管，可以观察湿地池体内的水位变化。自水位观察管4与池体1相连处起，每间隔100mm设置一个水位调控阀门，分别为第一水位调控阀门4-1、第二水位调控阀门4-2、第三水位调控阀门4-3，这些阀门也可作为出水口进行排水。

若进水模式选择序批式进水：进水时，打开进水管路2的阀门，同时关闭出水管路3的阀门、第一水位调控阀门4-1、第二水位调控阀门4-2、第三水位调控阀门4-3的阀门，通过水位观察管4观察池体内部的水位，若水位超过设计水位高度，此时关闭进水管路2的阀门，可选择打开出水管路3的阀门、第一水位调控阀门4-1、第二水位调控阀门4-2、第三水位调控阀门4-3中的任意一个或多个阀门，来调节池体1内的水位高度；排水时，打开出水管路3的阀门，排空池体1内的水。

若进水模式选择连续进水：打开进水管路2的阀门，同时关闭出水管路3的阀门、第一水位调控阀门4-1、第二水位调控阀门4-2、第三水位调控阀门4-3的阀门；当池体1内水位达到或超过设定水位高度时，打开第一水位调控阀门4-1、第二水位调控阀门4-2、第三水位调控阀门4-3中的任意一个或多个阀门，调节池体1内部的水位至设定高度；此时，可选择调节第一水位调控阀门4-1、第二水位调控阀门4-2、第三水位调控阀门4-3中的一个或多个阀门的排水量，以使湿地池体1内进水与出水维持稳定，保证池体1内水位保持在设定高度。

参照图2，固定架6为不锈钢板焊接而成，顶部束缚板6-1为四块不锈钢板焊接而成贴合池体大小的矩形，四角处分别连接适合池体高度的护角架6-2，每两根护角架之间连接稳固梁6-3。

本实施例中，固定架6所用的不锈钢板厚度为6mm，顶部束缚板6-1所形成的矩形长×宽＝515mm×415mm，束缚板6-1高度为50mm，护角架宽度＝30mm、高度＝50mm，稳固梁高度＝50mm的稳固梁。

参照图4，所述曝气管路包括导气管，与导气管竖直连接的主管，分别连接在主管两侧且成对称排布的多个支管，主管与多个支管之间形成了多段位连接“工”字形曝气管路，曝气管路11为内径R＝20mm的PVC管，由导气管11-1(图2)、主管11-2以及若干个支管(支管11-3、支管11-4、支管11-6、支管11-7……)组成，主管11-2与支管按水平方向放置在湿地池体1内，导气管11-1竖直连接于主管11-2。其中主管11-2、支管11-3、支管11-4、支管11-6、支管11-7……自端点开始，每隔一定距离穿一对上下对称的曝气孔11-5。支管数量可依据湿地长度合理添加。当曝气时，将曝气机连接导管深入导气管11-1内，用密封胶带将连接口密封，打开曝气机开关，调节曝气流量，即可进行曝气；若湿地不需要曝气处理，则在填充基质时不需要安装曝气管路。曝气管11置于基础层7上方。

本实施例中，主管11-2、支管11-3、支管11-4长度均为350mm，每隔50mm穿一对上下对称的内径R＝3mm的曝气孔11-5，导气管11-1长度为550mm。

以下表格为对该实施例进行污水处理检测得出的实验数据。

表1：本实施例中各污染物进水水质、出水水质及其去除效果

由上表可以发现：人工湿地出水水质非常稳定，TN去除率达到69.70％，对硝态氮与铵态氮的去除率均超过90％，对COD去除率达62.18％。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种新型潜流人工湿地，包括池体、位于池体内的基质层以及与池体连接的进水管路和出水管路，其特征在于：所述基质层至下而上分别为基础层、发生层、阻隔层、生长层；其中粒径大小需满足基础层＞发生层＞阻隔层＞生长层，且基质层以发生层为主。

2.根据权利要求1所述的潜流人工湿地，其特征在于：所述基础层为砾石，粒径15-25mm，厚度80-130mm；所述发生层为陶粒，粒径8-15mm，厚度280-320mm；所述阻隔层为石英砂，粒径2-5mm，厚度60-80mm；所述生长层为农田土，厚度60-80mm。

3.根据权利要求1所述的潜流人工湿地，其特征在于：所述池体为由有机玻璃制成的顶部敞口的且外表面涂黑色涂料的立方体水槽。

4.根据权利要求1或3所述的潜流人工湿地，其特征在于：在所述池体外围四周覆盖有蔽光层，所述蔽光层为白色玻璃纤维网格布。

5.根据权利要求1所述的潜流人工湿地，其特征在于：在所述池体外围安装有固定架，所述固定架包括贴合池体顶部外周的顶部束缚板，分别安装在池体四棱角处且与顶部束缚板连接的护角架，在每两根护角架之间连接的稳固梁。

6.根据权利要求1所述的潜流人工湿地，其特征在于：所述进水管路包括进水主管、与进水主管连接的多个置于基质层内且处于不同高度的进水横管，在所述进水横管上间隔设置多个透水小孔。

7.根据权利要求1所述的潜流人工湿地，其特征在于：所述池体还与位于出水管上方的水位观察管连接，所述水位观察管为内径R＝15mm-30mm的透明有机玻璃圆管。

8.根据权利要求7所述的潜流人工湿地，其特征在于：所述水位观察管与多个处于不同高度的水位调控阀门连接。

9.根据权利要求1所述的潜流人工湿地，其特征在于：在所述池体内设置有曝气管路；所述曝气管路采用内径R＝20mm-30mm的PVC管连接而成。

10.根据权利要求9所述的潜流人工湿地，其特征在于：所述曝气管路包括导气管，与导气管竖直连接的主管，分别连接在主管两侧且成对称排布的多个支管，所述主管和支管处于同一平面且置于基础层上部，在所述主管和支管上间隔设置若干曝气孔。