CN109292988A - 一种防堵塞排空构筑的潜流人工湿地及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
一种防堵塞排空构筑的潜流人工湿地及其运行方法，该潜流人工湿地，分为前后逐级设置的湿地池单元，每级湿地池单元都包括填料床、布水渠和集水渠，布水渠和集水渠之间为填料床，集水渠一侧设置有集水装置和排空装置；其排空运行方法是：当湿地正常运转时，关闭排空装置，开启集水装置，经过处理的废水进入集水渠，脱落的生物膜以及难溶解的无机物沉淀在在排空装置中；当需要排空时，关闭集水装置，打开排空装置，排空装置的集水坑中的污泥被压出，流入集水渠中排出。本发明能够方便快捷的排空潜流湿地运行产生的污泥，有效减少堵塞，不需要铺设污泥槽，施工方便，保障潜流湿地能够高效运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够有效防堵塞的潜流人工湿地及其其运行方法，属于潜流人工湿地领域。
背景技术
人工湿地作为一种污水深度处理模式，将基质—微生物—植物形成一个整体，采取物理、化学、生物多方面协同作用处理污水中的各种污染物。人工湿地能够将污水中的污染物进行分解转化，同时促进绿色植物的生长，实现污水的资源化和无害化。而在潜流人工湿地中，水在填料表面下渗流，水位较深，能够充分发挥植物根系、微生物生物膜和填料截留吸附的处理效果。另外，由于潜流湿地水流在地表以下流动，填料床中温度稳定、受气候影响小、卫生条件较好，不容易造成蚊蝇孽生现象。而人工湿地在工程应用方面也存在一些问题，其中潜流湿地的介质堵塞是目前工艺上主要解决的问题之一。
引起潜流湿地堵塞的原因有：填料床填料的空隙分布不均，随着湿地的运行，填料的细小颗粒会随着水流进入填料空隙内，并引起堵塞；进水中的SS过大，并在填料空隙中引起堵塞；污水中的有机污染物经过讲解会分解消失，而无机颗粒会停留在填料的孔隙中引起堵塞；植物的根系生长发育会占据一定的空间，引发堵塞；填料中微生物的生长产生生物膜以及代谢产物，与填料中的无机物形成污泥在空隙中不断沉积。
为了改善潜流湿地的堵塞情况，潜流湿地都会有相应的排泥工艺。中国专利文献CN 205973993U提到一种排空装置，由穿孔排空管、汇流管、排污管、第二截止阀及排空井构成。这种工艺能够收集湿地出水，定期将湿地中的沉积淤泥、沉渣和脱落的生物膜排出，有效防止堵塞。但是由于排空管铺设在填料床的底部，一旦排空管发生堵塞造成整个湿地的堵塞，维护工作工程量会大大增加，在实际生产应用中并没有明显的优势。中国专利文献CN107364972A提出一种人工湿地的排泥方法，是将填料床底部横断面设置成“w”型或“v”型排泥沟，以便于汇集污泥。这种方法省去了排空管道的铺设，但是对填料床底部的铺设工艺要求较高，需要人为将填料床底部铺设成“w”型或“v”型，增加了工程施工难度。
一种能够有效排空、防止堵塞，并且施工过程简单，工艺易于操作的潜流湿地排空装置成为目前人工湿地需要解决的关键问题。
发明内容
本发明针对现有潜流人工湿地防堵塞技术存在的不足，提供一种能够有效减少潜流湿地污泥堵塞，施工过程简单的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，同时提供该潜流人工湿地的防堵塞运行方法。
本发明的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，采用以下方案：
该潜流人工湿地，分为前后逐级设置的湿地池单元，每级湿地池单元都包括填料床、布水渠和集水渠，布水渠和集水渠之间为填料床，集水渠一侧设置有集水装置和排空装置。
所述前后两级湿地池单元的分界位置位于两级湿地池单元总长度的1/6-1/2位置处。
所述前后两级湿地池单元的分界处设置共用池壁，该池壁作为一级(前级)湿地池单元的集水渠以及二级(后级)湿地池单元的布水渠。
所述填料床中自下而上分别为夯实黏土、防渗膜和填料，所述填料分为集水填料、主体填料和布水填料，集水填料设置在集水渠一侧的集水区，布水填料设置在布水渠一侧的布水区，主体填料设置在集水填料和布水填料之间。所述填料的高度为0.9-1.2m。所述布水区填料和集水区填料均为粒径5-8cm的级配砾石，主体填料分为上层主体填料和下层主体填料，上层主体填料为粒径2-4cm的级配砾石，下层主体填料为粒径3-5cm的级配砾石。
所述一级(前级)湿地池单元的坡降大于二级(后级)湿地池单元的坡降。所述一级湿地池单元的坡降为0.8％-1％，二级湿地池单元的坡降为0.1％-0.6％。
所述集水装置，包括集水直管和集水横管，集水直管上设置有通气管，集水横管分布在集水直管上并伸入集水渠，集水横管上设置有集水阀。集水横管的分布距离为5-10m。
所述排空装置包括集水坑、排空管和排空阀，排空管连接在集水坑与集水渠之间，排空管上设置有排空阀。所述集水坑的分布距离为10-20m。所述集水坑的面积为2-3m2，深度为0.5-0.8m。集水坑可设计成向下的斗方形，方便汇集污泥。
上述潜流人工湿地的排空运行方法，如下所述：
当湿地正常运转时，关闭每级湿地池单元内排空装置的排空阀，开启集水装置，每级湿地池单元内经过处理的净水经过集水装置进入集水渠，填料床中微生物脱落的生物膜以及潜流湿地中难溶解的无机物沉淀在底部，随着坡降的方向渐渐沉积在排空装置的集水坑中。
当潜流湿地进行维护需要排空时，关闭潜流湿地池单元内集水装置的集水阀，填料床内的水位开始上升，使得填料床内与集水渠之间存在压力差，打开潜流湿地池单元内排空装置的排空阀，排空装置的集水坑中的污泥被压出，流入集水渠中排出，同时填料床中的污泥也沿着坡降方向进入集水坑，经集水坑排出。
上述排空过程可以满足潜流湿地防堵塞的要求，排空污泥时操作方便，无需对填料床进行深度清理。一级潜流湿地的排空周期可在9个月到15个月的时间，具体可视当地水文情况、湿地植物的生长情况、微生物的代谢情况进行调整。
本发明无需外部动力，能够有效收集污泥及更有效排出，保障潜流湿地能够高效运行的工艺；具有以下特点：
1.能够方便快捷的排空潜流湿地运行产生的污泥，有效减少堵塞；
2.潜流湿地的建设过程相对简单，不需要在填料床中铺设管道，只在集水区铺设集水横管、集水直管、排空管，以及集水坑便于收集污泥。
3.对填料床底部的铺设没有形状和特殊工艺的要求，不需要铺设污泥槽，施工方便，有利可行。
4.一级潜流湿地的集水渠在湿地正常运转的时候可作为集水渠收集一级潜流湿地的出水，并且可作为二级潜流湿地的布水渠；当需要排泥时，便可以作为一级潜流湿地的排空渠。一渠三用，方便易行。
附图说明
图1是本发明潜流人工湿地中一级湿地池单元的平面结构示意图。
图2是本发明潜流人工湿地中一级湿地池单元的A-A纵断面图。
图3是本发明潜流人工湿地中一级湿地池单元的B-B横断面图。
图4是本发明潜流人工湿地中排空装置的横断面图。
图5是本发明潜流人工湿地中排空装置的平面图。
图6是本发明潜流人工湿地中集水装置的横断面图。
图中所示：1.一级湿地池单元，2.布水渠，3.集水直管，4.集水横管，5.集水坑，6.排空管，7.一级集水渠，8.二级湿地池单元，9.集水渠，10.填料床，11.夯实黏土，12.防渗膜，13.下层主体填料，14.集水填料，15.上层主体填料，16.布水填料，17.排空阀，18.通气管，19.通气帽，20.集水阀。
具体实施方式
本发明针对潜流湿地的堵塞及排泥问题而设计，可对潜流湿地定期进行维护，延长潜流湿地的使用寿命。
本发明的潜流人工湿地包括前后逐级设置的湿地池单元，图1给出了一级(前级)湿地池单元1和二级(后级)湿地池单元8前后两级湿地单元，一级湿地池单元1和二级湿地池单元8的分界位置位于整个潜流人工湿地总长度1/6-1/2的位置处。两级湿地池单元的长宽比均为1:1-2:1。一级湿地池单元1的坡降为0.8％-1％，二级湿地池单元8的坡降为0.1％-0.6％。两级湿地池单元的分界处设置共用池壁。
一级湿地池单元1和二级湿地池单元8的结构是一致的，都包括布水渠、集水渠和填料床10，布水渠和集水渠之间为填料床10。一级湿地池单元1的前侧为布水渠2，后侧为一级集水渠7。两级湿地池单元的分界处的共用池壁作为一级湿地池单元1的一级集水渠7以及二级湿地池单元2的布水渠。所以二级潜流湿地池单元2前侧的二次布水渠就是一级集水渠7，后侧为二级集水渠9。两级湿地池单元内靠近布水渠的一侧为布水区，靠近集水渠的一侧为集水区。当需要对湿地池单元排泥时，该湿地池单元的集水区就作为排出污泥的排空渠使用。
如图2和图3所示，填料床10中自下而上铺设夯实黏土11、防渗膜12和填料。填料设置在填料床10的上层，分为集水填料14、主体填料和布水填料16。集水填料14设置在集水渠一侧的集水区。布水填料16设置在布水渠一侧的布水区。主体填料15设置在集水填料14和布水填料16之间，主体填料分为上层主体填料15和下层主体填料13。布水区填料16和集水区填料14均为粒径5-8cm的级配砾石，上层主体填料15为粒径2-4cm的级配砾石，下层主体填料13为粒径3-5cm的级配砾石。集水填料14、主体填料和布水填料16三种填料的高度均为0.9-1.2m，填料中种植湿地植物，如黄菖蒲、水芹、芦苇、水葱等。
一级湿地池单元1由于污水中污染物浓度较大，更容易发生堵塞，因此在一级湿地池单元1的靠近集水渠7的集水区设立集水装置和排空装置。
排空装置的结构如图1、图4和图5所示，包括集水坑5和排空管6，排空管6连接在集水坑5与集水渠7之间，排空管6上设置有排空阀17。各集水坑5沿集水渠分布设置，分布距离为10-20m。集水坑依靠沉降收集污泥，集水坑5的面积为2-3m2，深度为0.5-0.8m。集水坑5可设计成向下的斗方形，方便汇集污泥。
集水装置的结构如图1和图6所示，包括集水直管3和集水横管4。集水直管3上设置有竖直的伸出水面的通气管18，通气管12顶端设置通气帽19。集水横管4一端与集水直管3连接，一端伸入集水渠7，集水横管4上设置有集水阀20，集水横管4的分布距离为5-10m。
上述湿地的运行过程如下所述。
当湿地正常运转时，关闭每级湿地池单元内的排空阀17，开启集水横管4上的集水阀20，每级湿地池单元内经过处理的净水经过集水直管3和集水横管4进入一级集水渠7(也就是二级布水渠)，填料床10中微生物脱落的生物膜以及潜流湿地中难溶解的无机物沉淀在底部，随着坡降的方向渐渐沉积在集水坑5中。
当潜流湿地在冬天进行维护时，先对每级潜流湿地池单元内填料床中的水生植物进行收割，再对填料床中的污泥进行排空，具体是关闭潜流湿地池单元内集水横管4上的集水阀20后，填料床内的水位开始上升，使得填料床内与集水渠之间存在压力差。打开潜流湿地池单元1内排空管6上的排空阀17，集水坑5中的污泥被压出，由排空管6流入一级集水渠7中排出。填料床10中的污泥也沿着坡降方向进入集水坑5，经集水坑5排出。
以下给出具体实例。
根据该地工程经验、水质指标检测与潜流湿地的处理效果分析，将前后两级湿地池单元的分界线的位置设制于整个潜流湿地的前2/5处，即一级集水渠7的位置为整个潜流湿地的前2/5处。一级湿地池单元1的长宽比为1：1，长宽均为32m，坡降为0.8％。二级湿地池单元8的长宽比为3:2，长为48m，宽为32m，坡降为0.5％。
填料床10内铺设的夯实黏土11的厚度是30cm。填料床10内靠近布水渠4m的范围内为布水区，布水区填料16为粒径为5-8cm的级配砾石；填料床10内靠近集水渠2m的范围内为集水区，集水区内的集水区填料14与布水区填料16一样，也为粒径为5-8cm的级配砾石。上层主体填料层15厚度60cm，为粒径2-4cm的级配砾石；下层主体填料层15厚度20cm，为粒径3-5cm的级配砾石。填料床10内种植黄菖蒲、水芹、芦苇、水葱等湿地植物。
通过上述潜流人工湿地处理污水厂尾水。污水厂尾水可达到国家污水排放一级标准，pH在7.5-9.0之间，COD在60mg/L以内，氨氮在15mg/L以内，总磷在0.5mg/L以内。
Claims (10)
1.一种防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，分为前后逐级设置的湿地池单元，每级湿地池单元都包括填料床、布水渠和集水渠，布水渠和集水渠之间为填料床，集水渠一侧设置有集水装置和排空装置。
2.根据权利要求1所述的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，所述前后两级湿地池单元的分界位置位于两级湿地池单元总长度的1/6-1/2位置处。
3.根据权利要求1所述的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，所述前后两级湿地池单元的分界处设置共用池壁，该池壁作为一级湿地池单元的集水渠以及二级湿地池单元的布水渠。
4.根据权利要求1所述的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，所述填料床中自下而上分别为夯实黏土、防渗膜和填料，所述填料分为集水填料、主体填料和布水填料，集水填料设置在集水渠一侧的集水区，布水填料设置在布水渠一侧的布水区，主体填料设置在集水填料和布水填料之间。
5.根据权利要求4所述的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，所述布水区填料和集水区填料均为粒径5-8cm的级配砾石，主体填料分为上层主体填料和下层主体填料，上层主体填料为粒径2-4cm的级配砾石，下层主体填料为粒径3-5cm的级配砾石。
6.根据权利要求1所述的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，所述一级湿地池单元的坡降大于二级湿地池单元的坡降。
7.根据权利要求6所述的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，所述一级湿地池单元的坡降为0.8％-1％，二级湿地池单元的坡降为0.1％-0.6％。
8.根据权利要求1所述的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，所述集水装置，包括集水直管和集水横管，集水直管上设置有通气管，集水横管分布在集水直管上并伸入集水渠，集水横管上设置有集水阀。
9.根据权利要求1所述的防堵塞排空构筑的潜流人工湿地，其特征是，所述排空装置包括集水坑、排空管和排空阀，排空管连接在集水坑与集水渠之间，排空管上设置有排空阀。
10.一种权利要求1-9所述潜流人工湿地的排空运行方法，其特征是：
当湿地正常运转时，关闭每级湿地池单元内排空装置，开启集水装置，每级湿地池单元内经过处理的净水经过集水装置进入集水渠，填料床中微生物脱落的生物膜以及潜流湿地中难溶解的无机物沉淀在底部，随着坡降的方向渐渐沉积在排空装置的集水坑中。
当潜流湿地进行维护需要排空时，关闭潜流湿地池单元内集水装置，填料床内的水位开始上升，使得填料床内与集水渠之间存在压力差，打开潜流湿地池单元内排空装置，排空装置的集水坑中的污泥被压出，流入集水渠中排出，同时填料床中的污泥也沿着坡降方向进入集水坑，经集水坑排出。
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