CN110156168A - 一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置。该装置包括进水配水区、水处理区、出水配水区和支撑柱。进水配水区由配水区内侧挡板、配水区横向挡板、配水区外侧挡板、进水配水区底板和进水配水区水位调节板围挡组成；水处理区由水处理区内侧挡板、水处理区外侧挡板、水位调节板和水处理区底板组成；水处理区为竖向螺旋结构；出水配水区与进水配水区结构和尺寸相同；支撑柱为横截面积为矩形的空心立柱，按照360°环形阵列平均布置4根。本发明提供了一种新的人工湿地结构形式，具有占地面积少、体现人工湿地的亲水性和生态景观功能、增加了人工湿地水流的沿程长度、提高了污染负荷和植物生物量、较好地实现了污水的源头治理和就近回用。

Description

一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置

技术领域

本发明属于人工湿地领域，尤其涉及一种用于居民集聚区生活污水深度处理，进行水质改善与水环境修复的立体垂直旋转潜流人工湿地装置。

背景技术

人工湿地生态处理系统利用了生态系统中物种共生、物质循环再生原理，坚持结构与功能协调原则，在促进污水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的再生潜力，在改善水环境质量同时，获得污水处理与资源化的最佳效益。人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。

人工湿地系统是目前水环境污染防止体系中重要的生态处理技术之一，但人工湿地具有污染负荷低、占地面积偏大、未充分体现其景观功能等缺点。由于人工湿地需要大片的闲置土地进行布置，因此不适于在人口稠密、用地紧张的城市中心区发展，而只能在具有大面积的城市周边的郊区选址，距离污水产生区较远，由此增加了污水的收集输送成本以及污水渗漏的水量和风险，同时处理后的水如果考虑回用，一般回用点位于城市人口集聚区较多，又进一步增加了回用管网的建设成本。传统人工湿地远离人口居住和活动的区域，使人工湿地的亲水属性和生态景观功能难以充分实现和发挥。如何从人工湿地结构设计出发，提高人工湿地污染负荷，进而提升人工湿地污染物净化效能，是推动人工湿地进一步规模化应用，拓展人工湿地作为重要水环境生态治理技术应用所面临的重要课题。

发明内容

本发明是针对现有人工湿地生态处理技术存在的上述问题，借鉴园林工艺中立体花墙的设计理念，提供一种由地面向空间发展，增加单位地面的污染负荷、植物生物量和去除负荷，体现生态景观功能人工湿地系统。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现。

一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置，包括上部前端的进水配水区、处于中部的水处理区、处于底部末端的出水配水区。进水配水区和出水配水区均为上敞口的长方体立体结构，水处理区为上方敞口的竖向螺旋结构，水处理区与进水配水区通过进水配水区的水位调节板连接，水处理区与出水配水区通过出水配水区的水位调节板连接，水处理区内设置有水处理区的水位调节板，进水配水区、水处理区和出水配水区的底部均由支撑柱上的角撑支撑。

上述进水配水区由进水配水区内侧挡板、进水配水区横向挡板、进水配水区外侧挡板、进水配水区底板和进水配水区水位调节板围挡组成。

上述进水配水区内侧挡板、进水配水区横向挡板、进水配水区外侧挡板和进水配水区底板均为矩形平面薄板。在进水配水区内侧挡板处设置进水管。

上述水处理区由水处理区内侧挡板、水处理区外侧挡板、水处理区水位调节板和水处理区底板组成，水处理区内侧挡板与水处理区外侧挡板分别为竖向垂直的螺旋形的空间曲面薄板，水处理区底板为水平放置的螺旋形空间曲面薄板。

上述螺旋结构的横截面为垂直放置的敞口矩形，螺旋的层数为3层，螺旋结构的层与层之间的高差与螺旋结构的横截面的高度相等，螺旋结构的底面直径和顶面直径相等，其直径是水处理区横截面宽度的3倍~5倍。

在上述水处理区的每层均匀设置4块水处理区水位调节板，总共数量为12块。

上述出水配水区与进水配水区结构和尺寸相同，亦为上敞口的长方体立体结构，由出水配水区外侧挡板、出水配水区横向挡板、出水配水区内侧挡板、出水配水区底板和出水配水区水位调节板围挡组成。

在上述出水配水区内侧挡板处设置出水管。

在上述出水配水区底板的底部设置放空管，放空管的位置位于底板的中心部位。

上述进水配水区水位调节板、各块水处理区水位调节板、出水配水区水位调节板均为矩形薄板，其尺寸和结构均相同，并且均设置有过水孔。

上述过水孔由三排圆形孔洞，最低一排孔洞位于水位调节板的五分之四高度处，过水孔的孔面积与各自的水位调节板占比约为1%~5%之间。

上述支撑柱为横截面积为矩形的空心立柱，支撑柱布置在靠近水处理区内侧挡板内侧，按照360°环形阵列平均布置4根，即支撑柱之间的夹角为90°，4根支撑柱的高度根据水处理区的螺旋结构的高度设置。

上述支撑柱通过角撑支撑水处理区底板，角撑的构件横截面呈槽型，构件连接后呈三角形，并与支撑柱紧密连接。角撑按照360°每层螺旋结构平均布置4根，总共数量为12根。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）一种新型的人工湿地结构。本发明与传统的水平潜流和垂直潜流人工湿地均不相同，而是取二者的优点，介于二者之间的一种流态，是一种新型的人工湿地结构。

（2）占地面积少。本发明借鉴旋转楼梯的设计理念，将人工湿地螺旋向上布置，较传统人工湿地减少占地面积。

（3）增加污染负荷和去除负荷。在占地面积减少的同时，同样进水条件和同样的去除效率前提下，增加了人工湿地单位地面面积的污染负荷和去除负荷。

（4）增加了植物生物量。人工湿地垂直螺旋设计，改变传统人工湿地水生植物单层种植的状态，水生植物在螺旋向上种植，实现植物生物量的多层积累，更有利于发挥植物对于人工湿地污染物去除效能的优势。

（5）增加了人工湿地沿程长度。人工湿地沿程长度的增加有利于提供水力停留时间，增加微生物的污泥龄，提高生物多样性，使人工湿地尾部处于微生物内源呼吸期，从而提高水质出水水质。

（6）充分呈现了生态景观功能。由于本发明占地面积较少，使其布置在居民集聚区成为可能，借鉴植物花墙设计，通过植物选育和配置，实现了人工湿地的生态景观功能，在增强净水效能的同时，直观体现了人工湿地对于环境的友好性。

（7）实现了污水的源头治理和就近回用。由于本作品具有占地面积较少的优点，能够进入人群聚居地进行布置，从而实现污水的源头处理，处理后的污水可就近排放和回用，节省了雨污收集和转输系统的建造成本，减轻了管网渗漏对于地表和地下水体的环境污染的威胁。

附图说明

图1为本发明一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置的俯视图。

图2为本发明一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置的正视图。

图3为本发明一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置的侧视图。

图4为图1的1-1剖视图。

图5为图1的2-2剖视图。

图6为图4的A点大样图。

图7为图4的B点大样图。

图8为图4的C点大样图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图1-8，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置，包括上部前端的进水配水区1、处于中部的水处理区2、处于底部末端的出水配水区3。进水配水区1和出水配水区3均为上敞口的长方体立体结构，水处理区2为上方敞口的竖向螺旋结构，水处理区2与进水配水区1通过进水配水区的水位调节板61连接，水处理区2与出水配水区3通过出水配水区水位调节板63连接，水处理区内设置有水处理区的水位调节板，进水配水区1、水处理区2和出水配水区3的底部均由支撑柱4上的角撑41支撑。

所述的进水配水区1为上方敞口的长方体立体结构，由进水配水区内侧挡板11、进水配水区横向挡板12、进水配水区外侧挡板13、进水配水区底板14和进水配水区水位调节板61围挡组成，各隔板之间密封连接。所述的进水配水区内侧挡板11、进水配水区横向挡板12和进水配水区外侧挡板13和进水配水区底板14均为矩形平面薄板，在进水配水区1的进水配水区内侧挡板11处设置进水管15。

所述的水处理区2由水处理区内侧挡板21、水处理区外侧挡板22、水处理区底板23和水处理区水位调节板62组成，上述的围护挡板相互之间均紧密连接。水处理区内侧挡板21与水处理区外侧挡板22分别为竖向垂直的螺旋形的空间曲面薄板，水处理区底板23为水平放置的螺旋形空间曲面薄板。水处理区2为竖向螺旋结构，螺旋结构的横截断面为垂直的敞口矩形，螺旋结构的层数为3层，螺旋结构层与层之间的高差与螺旋结构的横截面的高度相等，螺旋的底面直径和顶面直径相等，其直径是水处理区2横截面宽度的3倍~5倍。水处理区2与进水配水区1通过进水配水区水位调节板61连接。在水处理区2的每层设置了4块水处理区水位调节板62，总共数量为12块。

所述的出水配水区3与进水配水区1的结构和尺寸相同，亦为上方敞口的长方体立体结构，由出水配水区内侧挡板31、出水配水区横向挡板32、出水配水区外侧挡板33、出水配水区底板34和出水配水区水位调节板63围挡组成，各隔板之间密封连接。在出水配水区3的出水配水区内侧挡板31处设置出水管35，出水管35的位置位于内侧挡板31中心部位。在出水配水区3的底板34的底部设置放空管36，放空管36的位置位于底板的中心部位。

进水配水区水位调节板61、各块水处理区水位调节板62、出水配水区水位调节板63均为矩形薄板，其尺寸和结构均相同，并且均设置有过水孔621，过水孔621由三排圆形孔洞组成，最低一排孔洞位于进水配水区水位调节板61、各块水处理区水位调节板62、出水配水区水位调节板63的五分之四高度处。过水孔621的各排孔洞之间交错分布，位于进水配水区水位调节板61、各块水处理区水位调节板62、出水配水区水位调节板63上的过水孔621的孔面积与各自的进水配水区水位调节板61、水处理区水位调节板62和出水配水区水位调节板63的板面积之比约为1%~5%之间。

所述的支撑柱4为横截面积为矩形的空心立柱，支撑柱4布置在靠近水处理区内侧挡板21内侧，按照360°环形阵列平均布置4根，即支撑柱4之间的夹角为90°。4根支撑柱4的高度根据水处理区2的螺旋结构的高度设置。支撑柱4的底端伸出出水配水区底板34一定距离，以保证放空管36的安装空间。支撑柱4通过角撑41支撑水处理区底板23，角撑41的构件横截面呈槽型，构件连接后呈三角形，并与支撑柱4紧密连接。角撑41按照360°每层螺旋结构平均布置4根，总共数量为12根。

另外，本发明的主体（进水配水区1、水处理区2、出水配水区3）可由8~10mm厚的PE、PVC或PPP材料模压制成，也可由1mm~3mm厚的不锈钢板钣金焊接制成，以杜绝对于水质的污染。进水配水区/1、水处理区2、出水配水区3的横截面高度为500~700mmmm、宽度为400~500mm，进水配水区1和出水配水区3的长度为300~500mm。水处理区2的螺旋结构直径为2500~3000mm，高度为3500~3700mm。进水管15和出水管35的直径为100mm。进水配水区水位调节板61、水处理区水位调节板62和出水配水区水位调节板63的厚度可为5mm~10mm的PE、PVC或PPP板，或者为1mm的不锈钢板。过水孔621的直径为10mm。支撑柱4和角撑41为2mm厚的不锈钢制，其中，支撑柱4的横截面尺寸为150mm×150mm，高度按照水处理区各段高度的不同而不同，其范围在2200mm~3200mm之间。角撑41的宽度为100mm，长度为600mm，高度为400mm。

本发明的工作原理是：

（1）放置地点。本发明适用于对于生活污水的二级或深度处理，本发明可放置于街道、广场、河道边岸或居民小区内，处理水达到排放或者回用标准后，可就近排放或回用于冲厕、绿化、洗车或建筑用水等。

（2）填充基质。本发明组装完成后，在进水配水区1、水处理区2、出水配水区3分别填充不同材质和规格的基质或基质组合，例如可根据脱氮除磷、去除有机物、悬浮物等不同的处理目的填充的基质有砾石、卵石、沸石、火山岩、铁矿石，甚至固体碳源如植物落叶、农作物秸秆等。基质的填充高度以400~450mm为宜，即距进水配水区1、水处理区2或出水配水区3的上沿为50mm~100mm的距离。

（3）栽种水生植物。水生植物的选择应以本地植物为主，以增加植物的适应性，并应适当考虑生物量大的水生植物。所选水生植物的品种可为菖蒲、香蒲、车前草、芦苇、美人蕉等。将植物的根系泥土洗净后栽种在基质中，并马上向进水配水区1、水处理区2、出水配水区3灌水。待水生植物开始时期内，可间歇进水，并配置营养液，后期可逐渐增加进水频次，直至以所要处理的污水替换营养液，以达到对于植物和基质中的微生物进行驯化的目的。如污水不能提升至进水配水区1，需要配置进水提升泵以满足进水的水压要求。

（4）启动。在开始时期内，可间歇进水，待水生植物度过适应期后，可配制营养液，然后可逐渐增加进水频次。最后，以所要处理的污水替换营养液对系统进水，以达到对于植物和基质中的微生物进行驯化的目的，同时开始监测进出水水质。待出水水质稳定后，可认为本发明的启动阶段完成。如污水不能提升至进水配水区1，需要配置进水提升泵以满足进水的水压要求。

（5）运行。可以根据出水水质标准的不同，结合环境温度的变化，通过调整进水流量，改变水力停留时间，达到改变污染负荷的目的，从而使出水满足要求。对于进水水质中含碳量较低的污水，可以通过多点进水、增加液相或固相碳源等手段，满足脱氮的反硝化过程中对于碳源的需求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神实质作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种立体垂直旋转潜流人工湿地装置，包括上部前端的进水配水区、处于中部的水处理区、处于底部末端的出水配水区，其特征在于：进水配水区和出水配水区均为上方敞口的长方体立体结构，水处理区为上方敞口的竖向螺旋结构，水处理区与进水配水区通过进水配水区的水位调节板连接，水处理区与出水配水区通过出水配水区的水位调节板连接，水处理区内设置有水处理区的水位调节板，进水配水区、水处理区和出水配水区的底部均由支撑柱上的角撑支撑。

2.根据权利要求1所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：所述进水配水区由进水配水区外侧挡板、进水配水区横向挡板、进水配水区内侧挡板、进水配水区底板和进水配水区的水位调节板围挡组成。

3.根据权利要求2所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：所述进水配水区内侧挡板、进水配水区横向挡板、进水配水区外侧挡板和进水配水区底板均为矩形平面薄板。

4.根据权利要求2所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：在进水配水区内侧挡板处设置进水管。

5.根据权利要求1所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：水处理区由水处理区内侧挡板、水处理区外侧挡板、水处理区水位调节板和水处理区底板组成，水处理区内侧挡板与水处理区外侧挡板分别为竖向垂直的螺旋形的空间曲面薄板，水处理区底板为水平放置的螺旋形空间曲面薄板。

6.根据权利要求1所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：所述螺旋结构的横截面为垂直放置的敞口矩形，螺旋的层数为3层，螺旋结构的层与层之间的高差与螺旋结构的横截面的高度相等，螺旋结构的底面直径和顶面直径相等，其直径是水处理区横截面宽度的3倍~5倍。

7.根据权利要求6所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：所述水处理区的每层均匀设置4块水处理区的水位调节板。

8.根据权利要求1所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：所述出水配水区与进水配水区结构和尺寸相同，由出水配水区外侧挡板、出水配水区横向挡板、出水配水区内侧挡板、出水配水区底板和出水配水区的水位调节板围挡组成，在出水配水区内侧挡板处设置出水管，在所述出水配水区的底板的底部设置放空管，放空管的位置位于底板的中心部位。

9.根据权利要求1所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：所述进水配水区的水位调节板、水处理区的水位调节板、出水配水区的水位调节板均为矩形薄板，其尺寸和结构均相同，并且均设置有过水孔，所述过水孔由三排圆形孔洞，最低一排孔洞位于水位调节板的五分之四高度处，过水孔的孔面积与各自的水位调节板占比约为1%~5%之间。

10.根据权利要求1所述的立体垂直旋转潜流人工湿地装置，其特征在于：所述的支撑柱为横截面积为矩形的空心立柱，支撑柱布置在靠近水处理区内侧挡板内侧，按照360°环形阵列平均布置4根，即支撑柱之间的夹角为90°，4根支撑柱的高度根据水处理区的螺旋结构的高度设置，所述支撑柱通过角撑支撑水处理区底板，角撑的构件横截面呈槽型，构件连接后呈三角形，并与支撑柱紧密连接，角撑按照360°每层螺旋结构平均布置4根。