CN113754046B - 一种反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统,涉及人工湿地构建技术领域，该系统主要由进水渠、下行垂直潜流人工湿地、上行垂直潜流人工湿地、出水渠四个构筑物组成，通过在湿地系统上设置溢流池、表层布水管网、底层布水管网、溢流口等，能够解决目前垂直潜流人工湿地存在的堵塞严重及后期运维成本高等问题，本发明的人工湿地系统实际利用效率高，可以从时间、空间两个方面减缓湿地堵塞现象。

Description

一种反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统

技术领域

本发明涉及人工湿地构建技术领域，具体涉及一种反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统。

背景技术

基于垂直潜流人工湿地占地空间小、抗冲击负荷大、净化效果好等优点，在污水处理领域运用比较广泛，但目前传统垂直潜流人工湿地在实际运行过程中存在一系列问题，尤其是垂直潜流人工湿地存在堵塞严重及后期运维成本高等现象，传统垂直潜流人工湿地填料堵塞后，多以采用停止运行一段时间，使得生物膜自然脱落，或者对整个湿地填料进行更换解决堵塞问题，会很大程度影响人工湿地的实际利用效率，同时加大后期运维人力及物力的投入。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，具体的，该人工湿地系统主要采用下行垂直潜流人工湿地工艺+上行垂直潜流人工湿地的设计工艺。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，包括进水渠、下行垂直潜流人工湿地系统、上行垂直潜流人工湿地系统以及出水渠；下行垂直潜流人工湿地系统包括下行湿地池，下行湿地池由多个独立并联的第一构筑室构成；上行垂直潜流人工湿地系统包括上行湿地池，上行湿地池由多个独立并联的第二构筑室构成；在第一构筑室与第二构筑室中均设有多个模块化填料，多个模块化填料在对应的构筑室空间中规则排列，在模块化填料外部设有填料框，在填料框外部框体的底部及侧部设有第一透水土工布；填料框的框盖可打开，或与填料框框体可拆卸式连接，填料框框体的孔径大小小于模块化填料成分的最小粒径；在第一构筑室与第二构筑室最上层的模块化填料顶部均设有模块化种植框，模块化种植框内设有土壤，土壤上种植有挺水植物，在模块化种植框外部框体的底部及侧部设有第二透水土工布；在种植槽的土壤中竖直插设有至少一个的导流管，通过导流管导流作用使水体快速进入到下层的模块化填料中；在进水渠与下行湿地池之间设有第一溢流池，在出水渠与上行湿地池之间设有第二溢流池，进水渠与第一溢流池之间通过开设有的多个第一溢流口连通，第二构筑室与第二溢流池之间通过开设有的多个第二溢流口连通，第二溢流池与出水渠之间通过设有的多个第三溢流口连通；在下行湿地池上方设有多根并排布置的第一布水管，第一布水管上开设有多个第一布水孔，多根第一布水管构成下行垂直潜流人工湿地系统的表层布水管网，在第一溢流池与第一构筑室之间设有多个预留管道，第一布水管进水端与预留管道连接；在下行湿地池和上行湿地池底部共同设有多根并排布置的第二布水管，第二布水管上开设有多个第二布水孔，多根第二布水管构成湿地系统的底层布水管网。

进一步地，在进水渠底部设有曝气管，曝气管连接有曝气装置，在曝气管上设有多个曝气孔；更进一步地，多个曝气孔分两排开设在曝气管底部两侧，曝气孔的孔径为1.5mm，多个曝气孔沿45°斜向下交错排列。

进一步地，在进水渠与出水渠中均设置有生态浮床，生态浮床包括底部设有的纤维填料，纤维填料的设置可加大生物膜附着，强化水质净化能力。

进一步地，在第三溢流口处设有水体流量计，用于在线随时观察每个生态系统的出水流量情况。

进一步地，在第一布水管进水端处设有控制阀。

与现有技术相比，本发明的人工湿地系统至少包括了如下的有益效果：

本发明的人工湿地系统主要由进水渠、下行垂直潜流人工湿地、上行垂直潜流人工湿地、出水渠四个构筑物组成，通过在湿地系统上设置溢流池、表层布水管网、底层布水管网、溢流口等，能够解决目前垂直潜流人工湿地存在的堵塞严重及后期运维成本高等问题，本发明的人工湿地系统实际利用效率高，可以从时间、空间两个方面减缓湿地堵塞现象；设置的多个独立并联的构筑室，可以定期对其中部分腔室进行时间上的交错维护，可以保证整个湿地系统常年不间断运行，提高湿地的运用效率和污水处理效率；模块化填料框和种植框的设置能够实现上述目的，并且模块化框体结构便于搬运移动，组装拆卸，方便了后期对池体清洁维护。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明人工湿地系统主视状态下的截面示意图；

图2是本发明人工湿地系统俯视状态下的截面示意图；

图3是本发明人工湿地系统俯视状态下的表层结构示意图；

图4是本发明人工湿地系统俯视状态下的底层结构示意图；

图5是本发明中曝气管的截面结构示意图；

图6是本发明中曝气管的底部结构示意图；

图7是本发明中填料框的立体结构简图；

图8是本发明中模块化种植框内部的截面结构示意图；

图9是图3中A处的局部放大图；

图10是图3中B处的局部放大图。

图中标记为：

1、进水渠；2、下行湿地池；201、第一构筑室；3、上行湿地池；301、第二构筑室；4、出水渠；5、进水口；6、出水口；7、曝气管；701、曝气孔；8、模块化填料；9、填料框；901、卡扣；10、模块化种植框；11、挺水植物；12、第二透水土工布；13、导流管；14、第一溢流池；15、第二溢流池；16、第一溢流口；17、第二溢流口；18、第三溢流口；19、水体流量计；20、第一布水管；21、预留管道；22、控制阀；23、第二布水管；24、生态浮床；2401、纤维填料。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

结合图1-图4所示，依照水流方向，依次包括进水渠1、下行垂直潜流人工湿地系统、上行垂直潜流人工湿地系统以及出水渠4。

在进水渠1与出水渠4的一侧分别设有进水口5、出水口6，在进水渠1底部水平布置有曝气管7，曝气管7连接有曝气装置(未示出)。其中，在曝气管7上设有多个曝气孔701，进一步地，多个曝气孔701分两排开设在曝气管7底部两侧；曝气孔701的孔径优选为1.5mm，所述多个曝气孔701沿45°斜向下交错排列，如图4和图5所示。

下行垂直潜流人工湿地系统包括下行湿地池2，下行湿地池2由多个独立并联的第一构筑室201构成；上行垂直潜流人工湿地系统包括上行湿地池3，上行湿地池3由多个独立并联的第二构筑室301构成。通过以上设计可以定期按顺序对其中1-2或多个构筑室进行时间上的交错维护，进而可以保证整个湿地系统不间断运行，提高湿地的运用效率以及湿地系统运维的便捷性。

在上述各个第一构筑室201和第二构筑室301的中部均设有多个模块化填料8，多个模块化填料8在上述构筑室空间中呈三维矩阵式规则排列。进一步地，模块化填料8外部设有填料框9，即模块化填料8采用填料框9盛装，在填料框9外部框体的底部及侧部设有第一透水土工布。

如图7所示，上述填料框9可以采用不锈钢格栅、玻璃钢格栅、钢塑土工格栅等构建，填料框9的顶部框盖通过设置有卡扣901进行固定，以此达到对填料框9拆装的目的，方便后期对内部盛装的模块化填料8进行维护，优选地，模块化填料8长度以0.6～1.2m为宜，宽度、高度以0.3～0.6m为宜，模块化填料8的具体大小可根据实际处理水质、水量的情况进行调整。填料框9框体的孔径大小小于模块化填料8成分的最小粒径，以此防止模块化填料8移出至填料框9外，进一步地，模块化填料8的成分如下表1所示：

表1：模块化填料成分表

通过以上设计布局，可以较好地实现在单个并联湿地系统内，定期对其中一列或者多列模块化填料8进行时间交错更换，或者经过对其中填料表面生物膜进行简单清洗后，重新装置，可以实现湿地系统常年不发生严重堵塞现象及整个湿地系统常年不间断运行，大大提高污水处理效率。

在上述各个第一构筑室201和第二构筑室301最上层的模块化填料8顶部均设有模块化种植框10，结合图8所示，模块化种植框10包括其上设置有的种植槽，种植槽内填入有土壤，土壤表层种植有挺水植物11，在模块化种植框10外部框体的底部及侧部设有第二透水土工布12。同样地，模块化种植框10可以采用不锈钢格栅、玻璃钢格栅、钢塑土工格栅等构建，其规格可以与上述模块化填料8框相当，挺水植物11的根系在对应种植槽范围内的土壤中生长，以便后期模块化种植框10的挪动，进而进行模块化填料8更换或者清洗等运维操作，且还可以防止挪动造成挺水植物11因根系断裂而死亡。进一步地，在上述种植槽的土壤中竖直插设有至少一个的导流管13，导流管13增设的目的在于：当在雨季或因进水量波动较大时，可以在渗透的基础上，通过导流管13导流作用使水体快速进入到下层的模块化填料8中，进而防止或避免了水体漫出湿地系统。

基于上述可知，下行垂直潜流人工湿地系统、上行垂直潜流人工湿地主要是以模块化填料8以及模块化(挺水植物11)种植框组成，并采用反粒径设置，加大湿地系统水流方向前端孔隙度，可以从时间、空间两个方面减缓湿地堵塞现象。

结合图9和图10所示，在进水渠1与下行湿地池2之间设有第一溢流池14，在出水渠4与上行湿地池3之间设有第二溢流池15，进水渠1与第一溢流池14之间通过开设有的多个第一溢流口16连通，第二构筑室301与第二溢流池15之间通过开设有的多个第二溢流口17连通，第二溢流池15与出水渠4之间通过设有的多个第三溢流口18连通，且在所述各个第三溢流口18处设有水体流量计19，借助水流流量计可以在线随时观察每个生态系统的出水流量情况，当某一溢流口流量异常，工作人员就是针对此情况及时对该湿地系统进行检修。

承上述，在下行湿地池2上方设有多根横向水平并排布置的第一布水管20，第一布水管20上开设有多个第一布水孔，多根第一布水管20构成下行垂直潜流人工湿地系统的表层布水管网，在第一溢流池14与第一构筑室201之间设有多个预留管道21，第一布水管20进水端与预留管道21连接，以此实现第一布水管20与第一溢流池14的连通，另外，在第一布水管20进水端处设有控制阀22，第一布水管20的上述设置也便于了拆装。在下行湿地池2和上行湿地池3底部共同设有多根横向水平并排布置的第二布水管23，第二布水管23上开设有多个第二布水孔，多根第二布水管23构成湿地系统的底层布水管网。

另外，请再次参阅图1或图2所示，在进水渠1与出水渠4中均设置有生态浮床24，生态浮床24包括底部设有的纤维填料2401，纤维填料2401设置的目的在于加大生物膜附着，强化水质净化能力。

本发明的人工湿地系统工作原理如下：

污水经进水口5进入到进水渠1中，通过曝气处理增加污水的含氧量，且设有的生态浮床24也会对污水进行净化处理；进水渠1中污水不断增加直至经第一溢流口16进入到第一溢流池14中，随后第一溢流池14中的污水经表层布水管网进入到下行垂直潜流人工湿地系统中，污水垂直向下渗透直至进入到底层布水管网中，接着经管路输送至上行垂直潜流人工湿地系统中，随着上行湿地池3内污水量不断增加，污水经第二溢流口17进入到第二溢流池15中，再经第三溢流口18进入到出水渠4中，最后经出水口6排出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，包括进水渠、下行垂直潜流人工湿地系统、上行垂直潜流人工湿地系统以及出水渠；

所述下行垂直潜流人工湿地系统包括下行湿地池，下行湿地池由多个独立并联的第一构筑室构成；所述上行垂直潜流人工湿地系统包括上行湿地池，上行湿地池由多个独立并联的第二构筑室构成；

在所述第一构筑室与第二构筑室中均设有多个模块化填料，多个模块化填料在对应的构筑室空间中规则排列，在所述模块化填料外部设有填料框，在填料框外部框体的底部及侧部设有第一透水土工布；所述填料框的框盖可打开，或与填料框框体可拆卸式连接，填料框框体的孔径大小小于模块化填料成分的最小粒径；

在所述第一构筑室与第二构筑室最上层的模块化填料顶部均设有模块化种植框，模块化种植框内设有土壤，土壤上种植有挺水植物，在所述模块化种植框外部框体的底部及侧部设有第二透水土工布；在所述种植槽的土壤中竖直插设有至少一个的导流管，通过导流管导流作用使水体快速进入到下层的模块化填料中；

在所述进水渠与下行湿地池之间设有第一溢流池，在出水渠与上行湿地池之间设有第二溢流池，进水渠与第一溢流池之间通过开设有的多个第一溢流口连通，所述第二构筑室与第二溢流池之间通过开设有的多个第二溢流口连通，第二溢流池与出水渠之间通过设有的多个第三溢流口连通；

在所述下行湿地池上方设有多根并排布置的第一布水管，第一布水管上开设有多个第一布水孔，所述多根第一布水管构成下行垂直潜流人工湿地系统的表层布水管网，在第一溢流池与第一构筑室之间设有多个预留管道，第一布水管进水端与预留管道连接；在所述下行湿地池和上行湿地池底部共同设有多根并排布置的第二布水管，第二布水管上开设有多个第二布水孔，多根第二布水管构成湿地系统的底层布水管网；

所述模块化填料包括以下大、中、小三种粒径的成分：

大粒径：粒径大小为φ50～80mm，砾石或碎石；

中粒径：粒径大小为φ10～25mm，陶粒、火山岩、沸石、生物炭、石灰石中的一种或多种组合；

小粒径：粒径大小为φ1～5mm，砾石、陶粒、火山岩、沸石、生物炭、石灰石中的一种或多种组合；

在所述进水渠底部设有曝气管，曝气管连接有曝气装置，在曝气管上设有多个曝气孔；

在所述进水渠与出水渠中均设置有生态浮床，生态浮床包括底部设有的纤维填料，纤维填料的设置可加大生物膜附着，强化水质净化能力。

2.根据权利要求1所述的反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述填料框的框盖通过设置有的卡扣与填料框框体进行连接。

3.根据权利要求1所述的反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述多个曝气孔分两排开设在曝气管底部两侧，曝气孔的孔径为1.5mm，所述多个曝气孔沿45°斜向下交错排列。

4.根据权利要求1所述的反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述填料框或模块化种植框采用不锈钢格栅、玻璃钢格栅或钢塑土工格栅中的任一制成。

5.根据权利要求1所述的反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述模块化填料长度为0.6～1.2m，宽度、高度为0.3～0.6m。

6.根据权利要求1所述的反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，在所述第三溢流口处设有水体流量计。

7.根据权利要求1所述的反粒径模块化垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，在所述第一布水管进水端处设有控制阀。

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