CN111636370A - 一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及人工湿地技术领域，公开了一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，包括填料层及水位调控机构，填料层包括由上至下依次铺布的覆盖层、填料层I、填料层II及填料层III，且填料层上种植水生植物，所述填料层I顶部设有湿地布水管，所述填料层III底部设有湿地收水管；所述水位调控机构包括第一水位调控池及第二水位调控池，所述第一水位调控池连接所述湿地布水管；所述第二水位调控池连接有湿地出水管，所述湿地出水管由所述填料层II顶部折至所述填料层III底部，并与湿地收水管连接；该人工湿地系统不需要动力源，能自然实现湿地上层的干湿交替运行，增强湿地内部的复氧能力，改善好氧微生物环境，强化人工湿地的去污能力，降低运行成本。

Description

一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统
技术领域
本发明涉及人工湿地技术领域，具体涉及一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，可用于河道、湖滨等护坡、护岸的快速生态构建，又可用于中、小型潜流人工湿地的快速组建。
背景技术
人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，人工湿地技术是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水有控制地投配到经人工建造的湿地上，污水在沿一定方向流动的过程中，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。
按照进出水布水的方式的不同，一般将人工湿地分为表面流人工湿地和潜流人工湿地，表面流人工湿地基本特征主要是污水在土的上层流动，水面与空气直接接触；部分物质被阻挡截留，大部分的有机物是由生物的生物膜降解去除。表面流人工湿地的设计简单，所需投资少，运行过程的成本低；但负荷低，去污能力也有限，受自然气候条件的影响大，占地面积大，污水直接暴露地表会产生臭味；而潜流人工湿地可以充分利用到植物根系以及富集在基质表面的生物膜，又根据水流向的不同，潜流人工湿地又能分为两种：水平潜流和垂直潜流。垂直潜流人工湿地系统的水在填料床间基本呈从上到下的垂直流动方式，水流流过填料后均匀分布在出水端底部，而后排被出系统；其对COD、TN的去除率比水平人工湿地要高，而且抗负荷冲击能力强。但垂直潜流人工湿地系统在高污染负荷运行条件下复氧能力不足，容易造成填料内部缺氧，好氧微生物活性降低，对氨氮及还原性污染的去除能力下降，需要配合其他动力系统进行增氧，长期运行成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，该人工湿地系统不需要动力源，能自然实现湿地上层的干湿交替运行，增强湿地内部的复氧能力，改善好氧微生物环境，强化人工湿地的去污能力，降低运行成本；可用于河道、湖滨等护坡、护岸的快速生态构建，又可用于中、小型潜流人工湿地的快速组建。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，包括填料层及水位调控机构，所述填料层包括由上至下依次铺布的覆盖层、填料层I、填料层II及填料层III，且所述填料层上种植水生植物，所述填料层I顶部设有湿地布水管，所述填料层III底部设有湿地收水管；所述水位调控机构包括第一水位调控池及第二水位调控池，所述第一水位调控池连接所述湿地布水管；所述第二水位调控池连接有湿地出水管，所述湿地出水管由所述填料层II顶部折至所述填料层III底部，并与湿地收水管连接。
在本发明中，优选的，所述第一水位调控池连接有水源进水管及溢流管，所述溢流管的高度高于湿地布水管，所述水源进水管具有一定的水头压力，且水头压力大于或等于所述溢流管的水头压力。
在本发明中，优选的，所述第二水位调控池内还设有U型连通管，所述U型连通管的顶部高度低于所述湿地布水管，但高于湿地出水管；所述U型连通管的底部高度低于湿地出水管，通过U型连通管的虹吸作用以实现第二水位调控池内的水位潮落变化，从而实现湿地内部填料层I的干湿交替变化。
污水流入填料层或者由第一水位调控池通过湿地布水管分布至填料层I；水流由填料层I进入到填料层II，再进入填料层III后，由底层收水管进入到第二水位调控池，在U型连通管的虹吸作用下实现水位调控，在本系统中不需要动力源，能自然实现水位涨落，从面实现填料层I的干湿交潜运行，增强湿地内部的复氧能力，强化湿地去污能力。
在本发明中，优选的，所述湿地布水管设有打眼口，便于水源分布至所述填料层I内；所述湿地收水管也设有打眼口，便于收集所述填料层III底部渗流出的水源。
在本发明中，优选的，所述覆盖层为碎石、粗砂、陶粒砂中的一种或多种混合，厚度15cm，粒径1-5mm，含灰率低于5％。
在本发明中，优选的，所述填料层I为钢渣颗粒、页岩、页岩陶粒的一种或多种混合，厚度50cm，粒径5-40mm，含灰率低于5％。
在本发明中，优选的，所述填料层II为沸石、火山岩矿砂、粉煤灰陶粒、粘士陶粒、玄武岩碎石中的一种或多种混合，厚度60cm，粒径10-30mm，含灰率低于5％。
在本发明中，优选的，所述填料层III为花岗岩碎石、鹅卵石的一种或两种混合，厚度25cm，粒径40-60mm，含灰率低于5％。
在本发明中，优选的，在制备所述填料层时，按填料层III、填料层II、填料层I、覆盖层顺序依次铺填，在完成每一层填料铺填时，必须对填料表层找平，不得有明显坑洼存在，高程误差不大于5cm。
在本发明中，优选的，其种植的植物为根系发达、耐污、水质净化能力强的多年生挺水植物或湿地植物，包括黄花鸢层、芦苇、香蒲、水葱、再力花、黑三棱、茭白、无性系灌木柳中一种或者多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的人工湿地系统通过设置的水位调控机构，实现运行过程几乎不需要额外的动力源，就能自然实现湿地上层的干湿交替运行，增强湿地内部的复氧能力，改善好氧微生物环境，强化人工湿地的去污能力，降低运行成本；可用于河道、湖滨等护坡、护岸的快速生态构建，又可用于中、小型潜流人工湿地的快速组建。
附图说明
图1为本实施方式中一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统的结构示意图。
附图中：1-覆盖层、2-填料层I、3-填料层II、4-填料层III、5-第一水位调控池、6-第二水位调控池、7-湿地布水管、8-湿地出水管、9-湿地收水管、10-溢流管、11-水源进水管、12-U型连通管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，可用于河道、湖滨等护坡、护岸的快速生态构建，又可用于中、小型潜流人工湿地的快速组建。
具体的，本人工湿地系统包括填料层及水位调控机构，所述填料层包括由上至下依次铺布的覆盖层1、填料层I2、填料层II3及填料层III4，且所述填料层上种植水生植物，填料层形成50-60公分的涨落区，且多层结构能够吸附、滞留、过滤、沉淀污水，实现对污水进行处理作用；其上种植的植物为根系发达、耐污、水质净化能力强的多年生挺水植物或湿生植物，包括黄花鸢层、芦苇、香蒲、水葱、再力花、黑三棱、茭白、无性系灌木柳中一种或者多种。这类植物能够吸收污水中氮磷等元素，填料层中形成微生物膜，也能分解污水中有机物。
所述填料层I2顶部设有湿地布水管7，所述填料层III4底部设有湿地收水管9；所述水位调控机构包括第一水位调控池5及第二水位调控池6，所述第一水位调控池5连接所述湿地布水管7；所述第二水位调控池6连接有湿地出水管8，所述湿地出水管8由所述填料层II3顶部折至所述填料层III4底部，并与湿地收水管9连接；
所述第一水位调控池5连接有水源进水管11及溢流管10，所述溢流管10的高度高于湿地布水管7，所述水源进水管11具有一定的水头压力，且水头压力大于或等于所述溢流管10的水头压力；实现在无动力源的情况下，水流由水源进水管11通过湿地布水管7流向填料层I2。
所述第二水位调控池6内还设有U型连通管12，U型连通管12内设有阀门，且所述U型连通管12的顶部高度低于所述湿地布水管7，低于湿地布水管5-10公分，但高于湿地出水管8，以控制第二水位调控池6内的水位；所述U型连通管12的底部高度高于所述湿地收水管9，但低于湿地出水管8，低于湿地出水管8-20公分，通过U型连通管12的虹吸作用以实现第二水位调控池内的水位潮落变化，从而实现湿地内部填料层I的干湿交替变化。
污水流入填料层或者由第一水位调控池5的水源进水管11通过湿地布水管7分布至填料层I2；当填料层内水位较高时，填料内部复氧能力较弱，水中溶解氧含量较低，好氧微生物受到抑制；因此，水流由填料层I2进入到填料层II3后，由中层分水管8进入到第二水位调控池6，在U型连通管12的虹吸作用下实现水位调控，在本系统中不需要动力源，能自然实现水位涨落，从面实现填料层I的干湿交潜运行，增强湿地内部的复氧能力，强化湿地去污能力。
进一步的，所述湿地布水管7设有打眼口，便于水源分布至所述填料层I2内；所述湿地收水管9也设有打眼口，便于收集所述填料层III4底部渗流出的水源。
其中，所述覆盖层1为碎石、粗砂、陶粒砂中的一种或多种混合，厚度15cm，粒径1-5mm，含灰率低于5％，其透水率较高，能够是水流快速透过。
所述填料层I2为钢渣颗粒、页岩、页岩陶粒的一种或多种混合，厚度50cm，粒径5-40mm，含灰率低于5％，其浸水后易发生软化和膨胀，变形模量较小，抗滑稳定性极差，夹层中有页岩时，对水工建筑物的稳定性影响很大。
所述填料层II3为沸石、火山岩矿砂、粉煤灰陶粒、粘士陶粒、玄武岩碎石中的一种或多种混合，厚度60cm，粒径10-30mm，含灰率低于5％；其空隙较多，吸附效果较好，能够吸附污水中大部分有机物，有利于微生物生存。
所述填料层III4为花岗岩碎石、鹅卵石的一种或两种混合，厚度25cm，粒径40-60mm，含灰率低于5％，其粒径最大，作为基层，稳定性好。
在制备所述填料层时，按填料层III4、填料层II3、填料层I2、覆盖层1顺序依次铺填，在完成每一层填料铺填时，必须对填料表层找平，不得有明显坑洼存在，高程误差不大于5cm；多层结构，吸附能力强，过滤效果好，可用于河道、湖滨等护坡、护岸的快速生态构建，又可用于中、小型潜流人工湿地的快速组建。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，包括填料层及水位调控机构，所述填料层包括由上至下依次铺布的覆盖层(1)、填料层I(2)、填料层II(3)及填料层III(4)，且所述填料层上种植水生植物，所述填料层I(2)顶部设有湿地布水管(7)，所述填料层III(4)底部设有湿地收水管(9)；所述水位调控机构包括第一水位调控池(5)及第二水位调控池(6)，所述第一水位调控池(5)连接所述湿地布水管(7)；所述第二水位调控池(6)连接有湿地出水管(8)，所述湿地出水管(8)由所述填料层II(3)顶部折至所述填料层III(4)底部，并与湿地收水管(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，所述第一水位调控池(5)连接有水源进水管(11)及溢流管(10)，所述溢流管(10)的高度高于湿地布水管(7)，所述水源进水管(11)具有一定的水头压力，且水头压力大于或等于所述溢流管(10)的水头压力。
3.根据权利要求2所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，所述第二水位调控池(6)内还设有U型连通管(12)，所述U型连通管(12)的顶部高度低于所述湿地布水管(7)，但高于湿地出水管(8)；所述U型连通管(12)的底部高度低于湿地出水管(8)。
4.根据权利要求3所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，所述湿地布水管(7)设有打眼口，便于水源分布至所述填料层I(2)内；所述湿地收水管(9)也设有打眼口，便于收集所述填料层III(4)底部渗流出的水源。
5.根据权利要求1所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，所述覆盖层(1)为碎石、粗砂、陶粒砂中的一种或多种混合，厚度15cm，粒径1-5mm，含灰率低于5％。
6.根据权利要求1所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，所述填料层I(2)为钢渣颗粒、页岩、页岩陶粒的一种或多种混合，厚度50cm，粒径5-40mm，含灰率低于5％。
7.根据权利要求1所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，所述填料层II(3)为沸石、火山岩矿砂、粉煤灰陶粒、粘士陶粒、玄武岩碎石中的一种或多种混合，厚度60cm，粒径10-30mm，含灰率低于5％。
8.根据权利要求1所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，所述填料层III(4)为花岗岩碎石、鹅卵石的一种或两种混合，厚度25cm，粒径40-60mm，含灰率低于5％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，在制备所述填料层时，按填料层III(4)、填料层II(3)、填料层I(2)、覆盖层(1)顺序依次铺填，在完成每一层填料铺填时，必须对填料表层找平，不得有明显坑洼存在，高程误差不大于5cm。
10.根据权利要求9所述的一种无动力源潮汐式水流人工湿地系统，其特征在于，其种植的植物为根系发达、耐污、水质净化能力强的多年生挺水植物或湿生植物，包括黄花鸢层、芦苇、香蒲、水葱、再力花、黑三棱、茭白、无性系灌木柳中一种或者多种。
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