CN114057298A

CN114057298A - 一种简易人工湿地系统及其构建方法

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Publication number: CN114057298A
Application number: CN202110993999.4A
Authority: CN
Inventors: 吴一凡; 夏霆; 孟璇; 王诗绮; 张旭; 毕继良; 邱尧; 高在壮; 袁芳; 夏舒昊
Original assignee: Nanjing Huishi Environmental Technology Co ltd; Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Huishi Environmental Technology Co ltd; Nanjing Tech University
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2022-02-18

Abstract

本发明公开了一种简易人工湿地系统及其构建方法，包括预处理池及人工湿地池的组合，预处理池填料由废弃尼龙网或渔网组成，通过布水管与人工湿地池相连，预处理池可减缓湿地堵塞，增强湿地处理池的处理效果；人工湿地池包括种植层、填料层及承托层；种植层包括：火粪土，陶砂，粉煤灰，中砂；填料层包括：碎砖，碎混凝土块或碎加气混凝土块。本发明的人工湿地填料系统多基于常见废弃物为主要材料制备，具有易获取、成本低、结构简单、易制作以及废物利用的优点；此外湿地处理池填料层内还穿设有复合功能管，可据此实现对湿地内部填料的曝气和反冲洗功能，并结合湿地间歇运行方式可起到自然富氧的作用。

Description

一种简易人工湿地系统及其构建方法

技术领域

本发明涉及环境保护和水处理领域，具体涉及一种简易人工湿地系统及其构建方法。

背景技术

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、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、污泥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。

人工湿地系统作为一种有效的污水生态处理方式，运维成本低，已广泛用于城乡污水处理领域中。目前用于市政污水处理的人工湿地系统结构及组成相对复杂，填料成本高。近年来随着环境治理的深入开展，人工湿地已大规模在农村地区用于污水处理，但农村地区污水多分散排放与处理，污水进水浓度差异较大，湿地规模小，同时污水处理资金不足，很多地区偏远、交通不便，运维管理技术和经验也欠缺，如何构建简便运行、高效的处理方式是近年来农村地区人工湿地建设非常关注的问题。此外在农村等地区，生活垃圾以及建筑废弃物丢弃等问题也较为严重，如何就地取材，将这些废弃物好好利用，用其构建简易、高效的人工湿地系统，是本发明研究的课题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种简易人工湿地系统构建方法。

为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：一种简易人工湿地系统，包括预处理池及人工湿地池的组合，预处理池填料由废弃尼龙网或渔网组成，其出水端与人工湿地池的布水管相连；所述人工湿地池包括由上至下依次设置的种植层、填料层及承托层；

所述种植层包括如下重量份的组分：

火粪土10-12份；陶砂3-4份；粉煤灰2-3份；中砂3-4份；

所述填料层包括如下重量份的组分：

碎砖，1-2份；碎混凝土块或加气混凝土块，4-6份；

所述承托层包括碎石、碎砖及碎加气混凝土块；

所述预处理池用于处理污水，其具有一出水端，该出水端与一设置在人工湿地池上方的布水管相连通，通过所述布水管向人工湿地池的种植层布水。

上述方案中，所述火粪土由污泥、淤泥、耕地土的一种或多种，与餐厨垃圾、枯叶枝、杂草、废弃秸秆中的一种或多种混拌后经不完全燃烧制成；所述餐厨垃圾包括菜帮菜叶、瓜果皮核、蛋壳、动物骨骼、茶叶渣中的一种或多种。

上述方案中，所述预处理池内设置有柔性填料、承托板和提升泵，所述柔性填料包括废弃尼龙网或渔网；所述承托板为多孔混凝土板，其水平设置在预处理池内，所述柔性填料放置在承托板的顶部，所述提升泵设置于承托板的下方并位于预处理池底部，提升泵的出水端与所述布水管相连通。

上述方案中，所述承托层内插入有一承托板，该承托板倾斜设置，所述承托板上均匀成型有多个平行排列的弧形凹槽，所述承托板的侧边沿其长度方向成型有集水管，各所述弧形凹槽均与所述集水管相连通，所述承托板由上至下倾斜插入在承托层内，且集水管朝下设置。

上述方案中，所述填料层内还穿设有复合功能管，该复合功能管包括外部主管、内部主管和支管，所述外部主管与内部主管相连通，支管设置有多个且分别均匀布置在内部主管的两侧，并与内部主管相连通，所述内部主管和多个支管均穿设在填料层中，所述支管上开设有通孔，所述外部主管从人工湿地池的两侧伸出与大气相通，所述外部主管上安装控制阀门。

上述方案中，所述填料层内沿竖直方向设置有多个导流板，相邻两所述导流板在填料层内错位布置。

上述方案中，所述种植层与填料层、填料层与承托层之间均设置有一层土工布；所述承托层的底部敷设有一层HDPE防渗膜。

上述方案中，所述布水管设置有多个，多个所述布水管间隔安装在种植层的上方。

一种简易人工湿地系统的构建方法，包括如下步骤：

步骤一：构建承托层：将碎石、碎砖、碎加气混凝土块混合后进行破碎处理，控制其粒径在30-50mm，铺设在人工湿地池内，层厚控制在100-300mm；

步骤二：构建填料层：将碎砖、碎混凝土块或加气混凝土块混合后进行破碎处理，之后先用盐酸浸泡，再用亲水剂浸泡，控制其整体的pH值在6.5-7.5；最后将其置入人工湿地池内，铺设在承托层的上方，其中，填料层的粒径控制在10-20mm，层厚控制在500-700mm；

步骤三：构建种植层：将污泥、淤泥、耕地土的一种或多种，与餐厨垃圾、枯叶枝、杂草、废弃秸秆中一种或多种混拌后经不完全燃烧制成火粪土；之后将制备得到的火粪土与陶砂、粉煤灰、中砂混合后铺设在填料层的上方，层厚控制在200-300mm；

步骤四：在种植层的上方安装布水管，得到所述简易人工湿地系统。

上述方案中，所述亲水剂为油酸甘油酯、脂肪酸钠、油酸三乙醇胺按照质量比1:2:1比例配置后用水稀释200-300倍制得。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明的人工湿地系统填料基于生活垃圾、建筑废弃物作为主要成分，具有易获取、成本低、结构简单易制作的优点，适合于在农村地区推广使用；

2、种植层由陶砂、粉煤灰、中砂及火粪土按一定比例混合，火粪土由污泥、淤泥、耕地土的一种或多种，与餐厨垃圾(菜帮菜叶、瓜果皮核、蛋壳、动物骨骼、茶叶渣等)、枯枝叶等可燃废弃物的一种或多种经不完全燃烧制成，通过该方法烧制的种植层易形成土壤团聚体；该土壤团聚体是土壤结构的基本单位，由土壤有机无机物质胶结成粒状或小团块状，大体呈球形，具有良好的水稳性、力稳性和多孔性，有利于湿地植物生长和污水下渗，并能为人工湿地处理过程补充碳源。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的布水管示意图；

图3为通气管的平面示意图；

图4为排水组件的立体图；

图5为不安装导流板的湿地结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例：参见图1-5，一种简易人工湿地系统，包括预处理池及人工湿地池，人工湿地池包括由上至下依次设置的种植层1、填料层2及承托层3；

种植层1包括如下重量份的组分：

火粪土10-12份；陶砂3-4份；粉煤灰2-3份；中砂3-4份；

其中火粪土由污泥、淤泥、耕地土的一种或多种，与餐厨垃圾、枯叶枝、杂草、废弃秸秆中的一种或多种构成；餐厨垃圾包括菜帮菜叶、瓜果皮核、蛋壳、动物骨骼、茶叶渣中的一种或多种；

填料层2包括如下重量份的组分：

碎砖，1-2份；碎混凝土块或加气混凝土块，4-6份；

承托层3包括碎石、碎砖及碎加气混凝土块；

预处理池用于处理污水，其具有一出水端，该出水端与一设置在人工湿地池上方的布水管6相连通，通过布水管6向人工湿地池的种植层1布水；通过将布水管6与人工湿地池相连，预处理池可减缓湿地堵塞，增强湿地处理池的处理效果；

布水管6设置有多个，多个布水管6间隔安装在种植层1的上方，并在距种植层1表面的10-15cm高处，且每根布水管6上均安装有阀门，布水管6两侧与水平方向向下呈45°位置处开设穿孔，穿孔直径为0.5-1cm，相邻两穿孔的中心间距为10cm；相邻两个布水管6的中心间距控制在1.5-2m；以达到在种植层1上均匀布水的目的。

填料层2内沿竖直方向设置有多个导流板5，相邻两导流板5在填料层2内错位布置；

上述设置使得布水管6距离种植层1有一定高度，污水落下时与空气接触，能够增加含氧量；填料层2中的导流板5起到减少“短流”、增加水力停留时间的作用，使得污水能够与填料充分接触，湿地的净化效果得到提升。

预处理池内设置有柔性填料8、承托板9和提升泵10，柔性填料8包括多层废弃尼龙网或渔网；承托板9为多孔混凝土板，其水平设置在预处理池内，柔性填料8放置在承托板9的顶部，提升泵10设置于承托板9的下方并位于预处理池底部，提升泵10的出水端与布水管6相连通；由提升泵10将预处理池中的水抽出泵送至布水管6内；

使用时，在预处理池中进行蓄水，预处理池中的柔性填料可以拦截污水中部分不溶杂质，并且微生物可以附着在柔性填料上，对污水起到净化作用；柔性填料便于取出，当柔性填料堵塞时，可进行人工清洗；

承托层3内插入有一承托板4，该承托板4倾斜设置，承托板4上均匀成型有多个平行排列的弧形凹槽41，承托板4的侧边沿其长度方向成型有集水管42，各弧形凹槽41均与集水管42相连通，承托板4由上至下倾斜插入在承托层3内，且集水管42朝下设置；

承托板4插入在整个承托层3中，其上均布的弧形凹槽41可将承托层3内的水集中在一起汇聚至集水管42中集中排出，减少外渗。

填料层2内还穿设有复合功能管7，该复合功能管7包括外部主管、内部主管和支管，外部主管与内部主管相连通，支管设置有多个且分别均匀布置在内部主管的两侧，并与内部主管相连通，内部主管和多个支管均穿设在填料层中，支管上开设有通孔，外部主管从人工湿地池的两侧伸出与大气相通，外部主管上安装控制阀门；支管上下两侧穿孔，圆孔直径3-5mm，相邻两孔中心间距10cm。

人工湿地系统可采取间歇运行方式，当停止进水时通过预处理池蓄水，填料层2中的复合功能管7将空气输送进填料层2内，增加人工湿地系统的含氧量，提高处理效率；当正常进水时，也可在复合功能管7的外部主管上外加气泵进行曝气；当复合功能管6或人工湿地系统发生堵塞时，还可接气泵或水泵进行反冲洗；

种植层1与填料层2、填料层2与承托层3之间均设置有一层土工布；承托层3的底部敷设有一层HDPE防渗膜；

湿地不同结构层间的土工布能够阻止上层小粒径的颗粒随污水进入下层，从而避免堵塞；承托层底部的HDPE防渗膜可以尽可能减少污水从湿地中渗出。

上述简易人工湿地系统的构建方法，包括如下步骤：

步骤一：构建承托层3：将碎石、碎砖、碎加气混凝土块混合后进行破碎处理，控制其粒径在30-50mm，铺设在人工湿地池内，层厚控制在100-300mm；

步骤二：构建填料层2：将碎砖、碎混凝土块或加气混凝土块混合后进行破碎处理，之后先用盐酸浸泡，再用亲水剂浸泡，控制其整体的pH值在6.5-7.5；最后将其置入人工湿地池内，铺设在承托层3的上方，其中，填料层2的粒径控制在10-20mm，层厚控制在500-700mm；

考虑到混凝土块的pH值偏高、孔的连通性较差，不利于微生物附着、生长，故需经过改性后再使用。改性方法为：在加气混凝土破碎后，先用盐酸浸泡，再用亲水剂浸泡。这样可以降低加气混凝土的pH值，增加其孔的连通性，并且由于在表面覆盖了亲水有机物，利于微生物的附着和生长。

步骤三：构建种植层1：将污泥、淤泥、耕地土的一种或多种，与餐厨垃圾、枯叶枝、杂草、废弃秸秆中一种或多种混拌后经不完全燃烧制成火粪土；之后将制备得到的火粪土与陶砂、粉煤灰、中砂混合后铺设在填料层2的上方，层厚控制在200-300mm；

步骤四：在种植层1的上方安装布水管6，得到简易人工湿地系统。

亲水剂为油酸甘油酯、脂肪酸钠、油酸三乙醇胺按照质量比1:2:1比例配置后用水稀释200-300倍制得；

通过该方法烧制的种植层易形成土壤团聚体；该土壤团聚体是土壤结构的基本单位，由土壤有机无机物质胶结成粒状或小团块状，大体呈球形，具有良好的水稳性、力稳性和多孔性，有利于湿地植物生长和污水下渗，并能为人工湿地处理过程补充碳源。

在一个优选实施例中，预处理池池体长2m、宽2m、高2.5m，主体埋于地下；柔性填料采用多层废弃渔网，厚0.8m；人工湿地池长10m，宽5m，高1.6m；布水管沿长度方向布置5根；种植层厚300mm，按重量份的组分为：火粪土12份，陶砂3份，粉煤灰3份，中砂4份；填料层厚650mm，粒径10-20mm，按重量份的组分为：碎砖2份，碎加气混凝土块5份；承托层厚250mm，粒径40-50mm，由碎石、碎混凝土块构成；填料层中沿竖直方向错位布置2块导流板，导流板下方分别设1根复合功能管,并且复合功能管外接气泵进行曝气；作为排水组件的承托板由上至下倾斜插入在承托层，坡度1％；该实施例处理污水量为40m³/d，人工湿地池采用间歇进水，进水时长6h，间隔时长2h。

以下表格为对该实施例的进出水检测得出的数据：

单位：mg/L

	TN	NH<sub>3</sub>-N	TP	CODcr	SS
						进水	25-30	17-24	3-5	230-310	200-220
出水	10-14	3.2-4.6	0.2-0.5	37-45	6-9

该实施例的出水水质稳定，达到《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A排放标准。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种简易人工湿地系统，其特征在于：包括预处理池及人工湿地池，所述人工湿地池包括由上至下依次设置的种植层（1）、填料层（2）及承托层（3）；

所述种植层（1）包括如下重量份的组分：

火粪土，10-12份；陶砂，3-4份；粉煤灰，2-3份；中砂，3-4份；

所述填料层（2）包括如下重量份的组分：

碎砖，1-2份；碎混凝土块或加气混凝土块，4-6份；

所述承托层（3）包括碎石、碎砖及碎加气混凝土块；

所述预处理池用于处理污水，其具有一出水端，该出水端与一设置在人工湿地池上方的布水管（6）相连通，通过所述布水管（6）向人工湿地池的种植层（1）布水。

2.根据权利要求1所述的一种简易人工湿地系统，其特征在于：所述火粪土由污泥、淤泥、耕地土的一种或多种，与餐厨垃圾、枯叶枝、杂草、废弃秸秆中的一种或多种混拌后经不完全燃烧制成；所述餐厨垃圾包括菜帮菜叶、瓜果皮核、蛋壳、动物骨骼、茶叶渣中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种简易人工湿地系统，其特征在于：所述预处理池内设置有柔性填料（8）、承托板（9）和提升泵（10），所述柔性填料（8）由废弃尼龙网或渔网填充组成；所述承托板（9）为多孔混凝土板，其水平设置在预处理池内，所述柔性填料（8）放置在承托板（9）的顶部，所述提升泵（10）设置于承托板（9）的下方并位于预处理池底部，提升泵（10）的出水端与所述布水管（6）相连通。

4.根据权利要求1所述的一种简易人工湿地系统，其特征在于：所述承托层（3）内插入有一承托板（4），该承托板（4）倾斜设置，所述承托板（4）上均匀成型有多个平行排列的弧形凹槽（41），所述承托板（4）的侧边沿其长度方向成型有集水管（42），各所述弧形凹槽（41）均与所述集水管（42）相连通，所述承托板（4）由上至下倾斜插入在承托层（3）内，且集水管（42）朝下设置。

5.根据权利要求1所述的一种简易人工湿地系统，其特征在于：所述填料层（2）内还穿设有复合功能管（7），该复合功能管（7）包括外部主管、内部主管和支管，所述外部主管与内部主管相连通，支管设置有多个且分别均匀布置在内部主管的两侧，并与内部主管相连通，所述内部主管和多个支管均穿设在填料层中，所述支管上开设有通孔，所述外部主管从人工湿地池的两侧伸出与大气相通，所述外部主管上安装控制阀门。

6.根据权利要求1或5所述的一种简易人工湿地系统，其特征在于：所述填料层（2）内沿竖直方向设置有多个导流板（5），相邻两所述导流板（5）在填料层（2）内错位布置。

7.根据权利要求1所述的一种简易人工湿地系统，其特征在于：所述种植层（1）与填料层（2）、填料层（2）与承托层（3）之间均设置有一层土工布；所述承托层（3）的底部敷设有一层HDPE防渗膜。

8.根据权利要求1所述的一种简易人工湿地系统，其特征在于：所述布水管（6）设置有多个，多个所述布水管（6）间隔安装在种植层（1）的上方。

9.一种简易人工湿地系统的构建方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：构建承托层（3）：将碎石、碎砖、碎加气混凝土块混合后进行破碎处理，控制其粒径在30-50 mm，铺设在人工湿地池内，层厚控制在100-300mm；

步骤二：构建填料层（2）：将碎砖、碎混凝土块或加气混凝土块混合后进行破碎处理，之后先用盐酸浸泡，再用亲水剂浸泡，控制其整体的pH值在6.5-7.5；最后将其置入人工湿地池内，铺设在承托层（3）的上方，其中，填料层（2）的粒径控制在10-20 mm，层厚控制在500-700 mm；

步骤三：构建种植层（1）：将污泥、淤泥、耕地土的一种或多种，与餐厨垃圾、枯叶枝、杂草、废弃秸秆中一种或多种混拌后经不完全燃烧制成火粪土；

之后将制备得到的火粪土与陶砂、粉煤灰、中砂混合后铺设在填料层（2）的上方，层厚控制在200-300 mm；

步骤四：在种植层（1）的上方安装布水管（6），得到所述简易人工湿地系统。

10.根据权利要求9所述的一种简易人工湿地系统的构建方法，其特征在于：所述亲水剂为油酸甘油酯、脂肪酸钠、油酸三乙醇胺按照质量比1:2:1比例配置后用水稀释200-300倍制得。