CN113636651A - 一种垂流壁挂式人工湿地装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水污染控制工程领域，提供一种用于生活污水深度处理的人工湿地装置，尤其涉及一种用于居民集聚区水质改善与水环境修复的立体垂流壁挂式人工湿地装置。本发明针对现有人工湿地生态处理技术存在的问题，借鉴园林工艺中立体花墙的设计思路，提供一种由地面向空间发展、增加单位面积土地的去除负荷、便于维修与更换、有利于水资源循环利用的人工湿地装置。本发明包括位于上部的配水槽，中部的竖板、卡槽、生态处理箱和挡风板，下部的集水槽，底部的水平底板。本发明增加了人工湿地单位面积土地的植物生物量、污染负荷和去除负荷，具有占地面积小、充分体现生态景观功能的优点，能够实现污水的源头治理和就近回用。

Description

一种垂流壁挂式人工湿地装置

技术领域

本发明属于水污染控制工程领域，提供一种用于生活污水深度处理的人工湿地装置，尤其涉及一种用于居民集聚区水质改善与水环境修复的立体垂流壁挂式人工湿地装置。

背景技术

在人工湿地污水处理系统具有建设和运行成本低、管理简便、出水水质较好的优点。人工湿地不但能够减少污染物排放，实现污水再利用，还具有景观功能，具有明显的社会和环境效益。人工湿地可分为表面流、水平潜流和垂直潜流等几种形式，其中垂直潜流人工湿地由于具有较强的输氧能力、较好的水力负荷且污染物的去除效果对环境的依存度较低等优点而备受关注。

垂直潜流人工湿地系统具有良好的去污能力和较高的耐冲击负荷能力，并且对N、P具有良好的去除效果。垂直潜流人工湿地技术适用于市政污水处理、饮用水源和景观水体保护，处理后的水可直接回用或排入饮用水源、景观水体、水库或河流中，为水体提供清洁的水源。

但是，目前的人工湿地普遍存在以下缺点。

（1）体量大，占地广，投资高。人工湿地的水力停留时间较长，一般属于大型环境工程项目，占地面积大、基建周期长、投资额度高，给人工湿地的运用与推广带来了一定的局限性。

（2）功能单一。目前多数人工湿地过于强化水质净化功能，而对于景观美学、游憩、科普教育等附加功能的关注度较低。如今我国大力提倡生态文明建设，因此打造观赏体验型人工湿地更有利于发挥人工湿地的生态环境功能与景观效益，实现其可持续利用，满足城市居民对生活环境的更高要求。

（3）输配水系统建设运维难度大。传统人工湿地由于其占地面积较大，往往布置在人烟稀少、空闲土地面积较大的地区，距离生活污水排放源较远，所以必须配套繁杂庞大的污水收集输配系统；处理达标后的出水如果试图回用，又需要经长距离的压力管道输送，导致传统人工湿地的配套建设成本和运维成本较高。

（4）植物生物总量较少。传统人工湿地的植物均为单层水平布置，生物量的扩增手段往往通过植物品种和种植密度来改善，手段有限，生物量增量不显著，而植物生物量与污水处理效率呈正相关，从而污水处理效率低。

发明内容

在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思路，提供一种由地面向空间发展、增加单位面积土地的去除负荷、便于维修与更换、有利于水资源循环利用、体现生态景观功能的人工湿地装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现。

一种垂流壁挂式人工湿地装置，包括位于上部的配水槽，中部的竖板、卡槽、生态处理箱和挡风板，下部的集水槽，底部的水平底板。所述的配水槽为上端敞口的中空半圆柱形结构；竖板为长方形薄板，其上边沿固定于配水槽正下方；卡槽由L型薄板组成，固定于竖板的前后表面上；生态处理箱为上端敞口的中空倒置四棱台结构，通过卡槽悬挂在竖板上；挡风板为长方形薄板，设置于各生态处理箱中间，并垂直于竖板和水平底板放置；集水槽为上端敞口的中空半圆柱形结构；水平底板为长方形薄板，上表面的左右向中心线部位与竖板的下边沿相连接。卡槽、生态处理箱和挡风板以竖板为轴线前后对称分布。

配水槽包括半圆管、左壁板、右壁板、进水孔、进水管、配水孔。半圆管的前后向横截面为半圆形，其左右长度与竖板的左右长度相同；半圆管底部开有四组圆形配水孔，每一组的位置下方为一列生态处理箱；左壁板和右壁板均为半圆形薄板，与半圆管的半径相同，封堵在半圆管的左右两侧；进水孔为圆形孔，设置于右壁板中间；进水管的内径与进水孔的内径相同，并在右壁板外侧中间部位与其紧密连接。

竖板的左右长度与半圆管的左右长度相等，其上边沿与半圆管外壁的左右向中心线紧密连接。

卡槽包括一对左右对称的L型板和封堵板。L型板由两块长条型长方形薄板组成，二者沿长边垂直连接，其左右横截面呈“L”型，两块L型板呈竖向左右对称放置；封堵板为长方形薄板，横向水平封堵于每块L型板的下边沿。卡槽的前端边沿与竖板的外表面紧密连接。

生态处理箱包括左箱板、右箱板、前箱板、后箱板、箱底板、出水孔、出水管、T型架。左箱板、右箱板、前箱板、后箱板、箱底板共同围挡组成一个上端敞口的中空倒置四棱台，其中前箱板为向前倾斜放置，左箱板、右箱板、后箱板均为竖直放置，箱底板为水平放置。因此，前箱板和后箱板为长方形薄板，左箱板和右箱板为倒梯形薄板；箱底板左右向中心线上开有圆形出水孔；每个出水孔上均设置有竖直放置的圆形出水管，其内径与出水孔内径相同，其下边沿与箱底板紧密连接；T型架由两块高度相等的长条型长方形薄板组成，其中一条板的长边沿另一条板的垂向中心线垂直连接，其左右横截面呈“T”型，纵向薄板的前端边沿分别与左箱板和右箱板的后端边沿紧密连接，每个生态处理箱配两个T型架，T型架的高度与左箱板和右箱板的高度相同；每个T型架配有一个卡槽，卡槽的高度为T型架高度的四分之三~五分之四。生态处理箱左右两边T型架分别放到卡槽中，从而悬挂在竖板上。

挡风板与半圆管接触处为四分之一圆形缺口，缺口内径与半圆管的外径相同，缺口与半圆管紧密连接。挡风板垂直于竖板和水平底板设置，三者接触处相互紧密连接。每两列生态处理箱中间放置一块挡风板。

集水槽包括半圆管、左壁板、右壁板、出水孔、出水管。半圆管的前后向横截面为半圆形，其左右长度与竖板的左右长度相同；左壁板和右壁板均为半圆形薄板，与半圆管的半径相同，封堵在半圆管的左右两侧；出水孔为圆形孔，设置于右壁板中间；出水管的内径与出水孔的内径相同，并在右壁板外侧中间部位与其紧密连接。集水槽布置在最后一行生态处理箱的下侧。竖板垂直穿过半圆管的左右向中心线，并与其紧密连接。挡风板与集水槽接触部分设置为四分之一圆形缺口，缺口内径与半圆管外径相同，二者接触部分紧密连接。

水平底板的左右长度与竖板的左右长度相同，水平底板上表面的左右向中心线部位与竖板下边沿紧密连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点。

（1）占地面积少。本发明借鉴园林工艺中立体花墙的设计理念，将人工湿地向上布置，较传统人工湿地减少占地面积。

（2）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面积土地的污染负荷和去除负荷。

（3）增加了植物生物量。人工湿地多层多列设计，改变了传统人工湿地水生植物单层种植的状态，水生植物在向上种植，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。

（4）充分呈现了生态景观功能。本发明借鉴植物花墙设计，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。

（5）实现了污水的源头治理和就近回用。由于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，节省了污水收集和输配水系统的建造成本，减轻了管网渗漏对于地表和地下水体环境污染的威胁。

附图说明

图1为本发明一种垂流壁挂式人工湿地装置的正视图。

图2为本发明一种垂流壁挂式人工湿地装置的俯视图。

图3为本发明一种垂流壁挂式人工湿地装置的侧视图。

图4为图1的Ⅰ-Ⅰ剖视图。

图5为图1的Ⅱ-Ⅱ剖视图。

图6为图5的Ⅲ-Ⅲ剖视图。

图7为图6的Ⅳ-Ⅳ剖视图。

图8为本发明一种垂流壁挂式人工湿地装置的西南等轴测图。

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。

一种垂流壁挂式人工湿地装置，包括位于上部的配水槽1，中部的竖板2、卡槽3、生态处理箱4及挡风板5，下部的集水槽6，底部的水平底板7。所述的配水槽1为上端敞口的中空半圆柱形结构；竖板2为长方形薄板，其上边沿固定于配水槽1正下方；卡槽3由L型薄板组成，固定于竖板2的前后表面上；生态处理箱4为上端敞口的中空倒置四棱台结构，通过卡槽3悬挂在竖板2上；挡风板5为长方形薄板，设置于各生态处理箱4中间，并垂直于竖板2和水平底板7放置；集水槽6为上端敞口的中空半圆柱形结构；水平底板7为长方形薄板，上表面的左右向中心线部位与竖板2的下边沿相连接。卡槽3、生态处理箱4和挡风板5以竖板2为轴线前后对称分布。

配水槽1包括半圆管11、左壁板12、右壁板13、进水孔14、进水管15、配水孔16。其中，半圆管11的前后向横截面为半圆形，其左右长度与竖板2的左右长度相同；半圆管11底部开有四组圆形配水孔16，其半径为半圆管11半径的二十分之一，每一组的位置下方为一列生态处理箱4，每一组为四行四列，共十六个，均布在每一列生态处理箱4上敞口所对应的半圆管11部分；左壁板12和右壁板13均为半圆形薄板，与半圆管11的半径相同，封堵在半圆管11的左右两侧；进水孔14为圆形孔，设置于右壁板13中间，其直径为半圆管11半径的0.7~0.9倍；进水管15的内径与进水孔14的内径相同，并在右壁板13外侧中间部位与其紧密连接。

竖板2的左右长度与半圆管11的左右长度相等，其上边沿与半圆管11外壁的左右向中心线紧密连接。竖板2的上、下边沿与生态处理箱4的净距为生态处理箱4高度的0.8~1.2倍之间。竖板2的左、右边沿与生态处理箱4的净距为生态处理箱4宽度的三分之一~二分之一之间。

卡槽3包括一对左右对称的L型板31和封堵板32。L型板31由两块长条型长方形薄板组成，二者沿长边垂直连接，因此其左右横截面呈“L”型，两块L型板31呈竖向左右对称放置；封堵板32为长方形薄板，横向水平封堵于每块L型板31的下边沿。卡槽3的前端边沿与竖板2的外表面紧密连接。

生态处理箱4包括左箱板41、右箱板42、前箱板43、后箱板44、箱底板45、出水孔46、出水管47、T型架48。其中，左箱板41、右箱板42、前箱板43、后箱板44、箱底板45的厚度相同，共同围挡组成一个上端敞口的中空倒置四棱台，其中前箱板43为向前倾斜放置，其与水平线的夹角为为60°~80°，左箱板41、右箱板42、后箱板44均为竖直放置，箱底板45为水平放置。因此，前箱板43和后箱板44为长方形薄板，左箱板41和右箱板42为倒梯形薄板；箱底板45左右向中心线上开有圆形出水孔46，共有四个，出水孔46之间的净距为其直径的7~9倍；每个出水孔46上均设置有竖直放置的圆形出水管47，其内径与出水孔46内径相同，其下边沿与箱底板45紧密连接，其高度为生态处理箱4高度的三分之一~二分之一；T型架48由两块高度相等的长条型长方形薄板组成，其中一条板的长边沿另一条板的垂向中心线垂直连接，因此其左右横截面呈“T”型，左右横向薄板的厚度和宽度分别为卡槽3前后间隙和左右间隙的0.8~0.9倍，前后纵向薄板的厚度和宽度分别与左箱板41的厚度和左右横向薄板的宽度相同，纵向薄板的前端边沿分别与左箱板41和右箱板42的后端边沿紧密连接，即每个生态处理箱4配两个T型架48，同时T型架48的高度与左箱板41和右箱板42的高度相同；每个T型架48配有一个卡槽3，卡槽3的高度为T型架48高度的四分之三~五分之四。生态处理箱4左右两边T型架48分别放到卡槽3中，从而悬挂在竖板2上。生态处理箱4左右之间的净距为其左右宽度的三分之一~二分之一，其上下之间的净距为其上下宽度的0.8~1.2倍。生态处理箱4竖直方向可布置4~6行，水平方向可布置4列以上。

挡风板5与半圆管11接触处为四分之一圆形缺口，缺口内径与半圆管11的外径相同，缺口与半圆管11紧密连接，对其形成包裹支撑作用。挡风板5垂直于竖板2和水平底板7设置，三者接触处相互紧密连接。每两列生态处理箱中间放置一块挡风板5，其前后宽度为生态处理箱4前后宽度的0.8~1.2倍。

集水槽6包括半圆管61、左壁板62、右壁板63、出水孔64、出水管65。其中，半圆管61的前后向横截面为半圆形，半径与半圆管11的半径相同，其左右长度与竖板2的左右长度相同；左壁板62和右壁板63均为半圆形薄板，与半圆管61的半径相同，封堵在半圆管61的左右两侧；出水孔64为圆形孔，设置于右壁板63中间，其直径为半圆管61半径的0.7~0.9倍；出水管65的内径与出水孔64的内径相同，并在右壁板63外侧中间部位与其紧密连接。集水槽6布置在最后一行生态处理箱4下侧，与生态处理箱4的净距为生态处理箱4高度的二分之一。竖板2垂直穿过半圆管61的左右向中心线，并与其紧密连接。挡风板5与集水槽6接触部分设置为四分之一圆形缺口，缺口内径与半圆管61外径相同，二者接触部分紧密连接。

水平底板7的左右长度与竖板2的左右长度相同，水平底板7上表面的左右向中心线部位与竖板2下边沿紧密连接，其前后宽度为生态处理箱4前后宽度的2.0~2.5倍。

另外，本发明的各种板材可由5mm~10mm厚的PE、PVC或PPP材料模压或者焊接制成，也可由1mm~3mm厚的不锈钢板钣金或者焊接制成。配水槽半圆管11的半径为80mm~120mm；生态处理箱4的左右向长度为450mm~500mm，上边前后向长度为230mm~270mm，下边前后向长度为100mm~150mm，上下高度为280mm~320mm。其余各尺寸均可按照生态处理箱4的尺寸推算。

本发明的工作原理如下所述。

（1）安装与固定。首先将竖板2与水平底板7紧密连接，选定放置地点后将地面用混凝土硬化，将水平底板7水平置于硬化后的地面上，并用膨胀螺栓将水平底板7固定在地面上；然后将生态处理箱4通过T型架48悬挂在已经与竖板2表面紧密连接的卡槽3上；最后安装配水槽1、挡风板5和集水槽6。

（2）放置地点。本发明适用于生活污水的二级或深度处理，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、建筑用水等。

（3）生态体系构建。本发明组装就位后，首先在生态处理箱4中填充不同材质和规格的基质或基质组合，例如可根据去除的目标污染物不同（氮磷、有机物、悬浮物等），填充砾石、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。填充后基质的上边沿距生态处理箱4的上边沿为50mm~100mm。然后栽种水生植物，水生植物的选择应以本地植物品种为主，以便增加植物的适应性，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。

（4）启动。首先间歇进水，水质为含有一定含量和比例氮磷钾的植物生长营养液，待水生植物度过适应期后，逐渐增加进水频次。最后，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，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。

（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。

（6）维护。可在秋季挺水植物枯萎之前对植物进行收割，防止植物体内营养元素自根部下移至水体中产生二次污染。

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 (7)

1.一种垂流壁挂式人工湿地装置，包括位于上部的配水槽，中部的竖板、卡槽、生态处理箱和挡风板，下部的集水槽，底部的水平底板，其特征在于：所述的配水槽为上端敞口的中空半圆柱形结构；竖板为长方形薄板，其上边沿固定于配水槽正下方；卡槽由L型薄板组成，固定于竖板的前后表面上；生态处理箱为上端敞口的中空倒置四棱台结构，通过卡槽悬挂在竖板上；挡风板为长方形薄板，设置于各生态处理箱中间，并垂直于竖板和水平底板放置；集水槽为上端敞口的中空半圆柱形结构；水平底板为长方形薄板，上表面的左右向中心线部位与竖板的下边沿相连接，卡槽、生态处理箱和挡风板以竖板为轴线前后对称分布。

2.在根据权利要求1所述的一种垂流壁挂式人工湿地装置，其特征在于：所述的配水槽包括半圆管、左壁板、右壁板、进水孔、进水管、配水孔，半圆管的前后向横截面为半圆形，其左右长度与竖板的左右长度相同；半圆管底部开有四组圆形配水孔，每一组的位置下方为一列生态处理箱；左壁板和右壁板均为半圆形薄板，与半圆管的半径相同，封堵在半圆管的左右两侧；进水孔为圆形孔，设置于右壁板中间；进水管的内径与进水孔的内径相同，并在右壁板外侧中间部位与其紧密连接。

3.根据权利要求1所述的一种垂流壁挂式人工湿地装置，其特征在于：所述的竖板的左右长度与半圆管的左右长度相等，其上边沿与半圆管外壁的左右向中心线紧密连接。

4.根据权利要求1所述的一种垂流壁挂式人工湿地装置，其特征在于：所述的卡槽包括一对左右对称的L型板和封堵板，L型板由两块长条型长方形薄板组成，二者沿长边垂直连接，其左右横截面呈“L”型，两块L型板呈竖向左右对称放置；封堵板为长方形薄板，横向水平封堵于每块L型板的下边沿，卡槽的前端边沿与竖板的外表面紧密连接。

5.根据权利要求1所述的一种垂流壁挂式人工湿地装置，其特征在于：所述的生态处理箱包括左箱板、右箱板、前箱板、后箱板、箱底板、出水孔、出水管、T型架，左箱板、右箱板、前箱板、后箱板、箱底板共同围挡组成一个上端敞口的中空倒置四棱台，其中前箱板为向前倾斜放置，左箱板、右箱板、后箱板均为竖直放置，箱底板为水平放置，前箱板和后箱板为长方形薄板，左箱板和右箱板为倒梯形薄板；箱底板左右向中心线上开有圆形出水孔；每个出水孔上均设置有竖直放置的圆形出水管，其内径与出水孔内径相同，其下边沿与箱底板紧密连接；T型架由两块高度相等的长条型长方形薄板组成，其中一条板的长边沿另一条板的垂向中心线垂直连接，其左右横截面呈“T”型，纵向薄板的前端边沿分别与左箱板和右箱板的后端边沿紧密连接，每个生态处理箱配两个T型架，T型架的高度与左箱板和右箱板的高度相同；每个T型架配有一个卡槽，卡槽的高度为T型架高度的四分之三~五分之四，生态处理箱左右两边T型架分别放到卡槽中，从而悬挂在竖板上。

6.根据权利要求1所述的一种垂流壁挂式人工湿地装置，其特征在于：所述的挡风板与半圆管接触处为四分之一圆形缺口，缺口内径与半圆管的外径相同，缺口与半圆管紧密连接，挡风板垂直于竖板和水平底板设置，三者接触处相互紧密连接，每两列生态处理箱中间放置一块挡风板，其前后宽度为生态处理箱4前后宽度的0.8~1.2倍。

7.根据权利要求1所述的一种垂流壁挂式人工湿地装置，其特征在于：所述的集水槽包括半圆管、左壁板、右壁板、出水孔、出水管，半圆管的前后向横截面为半圆形，其左右长度与竖板的左右长度相同；左壁板和右壁板均为半圆形薄板，与半圆管的半径相同，封堵在半圆管的左右两侧；出水孔为圆形孔，设置于右壁板中间；出水管的内径与出水孔的内径相同，并在右壁板外侧中间部位与其紧密连接，集水槽布置在最后一行生态处理箱的下侧，竖板垂直穿过半圆管的左右向中心线，并与其紧密连接，挡风板与集水槽接触部分设置为四分之一圆形缺口，缺口内径与半圆管外径相同，二者接触部分紧密连接。

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