CN115432825B - 一种垂直潜流人工湿地结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直潜流人工湿地结构，包括湿地池、布水渠、阀门井、集水渠，所述湿地池内设置有生态填料层，还包括出水管和布水管，布水管上安装有水泵和控制水泵压力的控制阀，湿地池的上部开设有与集水渠相通的溢水孔；出水管沿其轴向开设有多个出水孔，出水管内滑动配合有内管，内管内开设有多个内孔，内管远离阀门井的一端与出水管之间连接有弹性件，内管的另一端与布水管之间连通有波纹管，出水管上沿其轴向开设有多个导向孔，导向孔的直径小于内孔的直径，调节控制阀而增大水泵出水压力能够使内管沿出水管轴向滑动，而使内孔与导向孔依次连通。本发明能够起到防止填料堵塞，从而使湿地系统能够进行正常且有效的处理污水。

Description

一种垂直潜流人工湿地结构

技术领域

本发明涉及人工湿地废水处理技术领域，具体涉及一种垂直潜流人工湿地结构。

背景技术

人工湿地水质净化技术是近些年来发展较快的一种污水生态处理技术，它能有效地处理多种多样的废水，如生活污水、工业废水等，且能高效地去除有机污染物，氮、磷等营养物，重金属，盐类和病原菌微生物等多种污染物。

除此之外，人工湿地具有出水水质好，氮、磷处理效率高，运行维护方便，投资及运行费用低等特点。根据水的流动状态，人工湿地系统分为表面流湿地系统和潜流湿地系统。与表面流湿地系统相比，潜流湿地系统具有污水处理负荷高、处理效果好、占地面积较小等特点，处理污染物浓度相对较高的水。

而潜流湿地的缺点是：湿地长时间运行过程中湿地中的填料易产生堵塞问题，造成湿地系统崩溃。

发明内容

本发明提供了一种垂直潜流人工湿地结构，目的在于能够起到防止填料堵塞，从而使湿地系统能够进行正常且有效的处理污水。

本发明通过下述技术方案实现：一种垂直潜流人工湿地结构，包括湿地池、布水渠、阀门井、集水渠，所述湿地池内设置有生态填料层，所述湿地池位于所述布水渠和集水渠之间，所述阀门井位于布水渠与湿地池之间，所述生态填料层的顶部设有水生植物层，所述生态填料层的底部从上至下依次设有防渗膜保护层、防渗层和基础夯实层，还包括出水管和布水管，所述布水管横穿于布水渠和阀门井，所述布水管上安装有水泵和控制水泵出水压力的控制阀，所述出水管的两端与湿地池侧壁连接，且所述出水管位于所述生态填料层的下部，所述湿地池的上部开设有与集水渠相通的溢水孔；

所述出水管沿其轴向开设有多个出水孔，所述出水管内轴向滑动配合有内管，所述内管内开设有多个内孔，多个内孔能够依次与多个出水孔重合，所述内管远离阀门井的一端与所述出水管之间连接有弹性件，所述内管的另一端与布水管之间连通有波纹管，所述出水管上沿其轴向开设有多个导向孔，所述导向孔的直径小于所述内孔的直径，调节所述控制阀而增大水泵出水压力能够使所述内管沿出水管轴向滑动，而使内孔与所述导向孔依次连通。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本方案中设置的出水管和内管组成双层管结构，通过布水管将布水渠内的水排到内管内，并从内管上的内孔经过出水管上的出水孔而进入到湿地池内，然后再从下至上漫过生态填料层，最后经过水生植物层并从溢水孔溢出而进入到集水渠内。

本方案中污水由下而上经过生态填料层，最后再从位于湿地池上部的溢水孔流出，这样能够延长污水流经湿地池的路径，从而使污水能够充分的在湿地池内进行处理，污水处理效果更好。

另外，本方案中在出水管内设置有可沿其轴向滑动的内管，这样通过调节控制阀而增大水泵的出水压力，从而通过出水压力而推动内管滑动，最终使得内管上的内孔与出水管上的导向孔重合，污水从导向孔被排出，而本方案中由于导向孔的直径较小，且小于内孔的直径，再加上水泵的出水压力增大，因此会使从导向孔出来的水具有冲力，从而能够对生态填料层起到冲刷的作用，这样能够一定程度上对填料起到抖动或填料之间产生摩擦的作用，从而将填料上的污物冲击后而产生松动而脱离填料，从而避免堵塞填料中的缝隙。

本方案可定期对生态填料层进行冲洗，当冲洗完成后，可调小水泵的出水压力，从而内管将在弹性件的作用下复位，内管上的内孔和出水管上的出水孔将进行正常的排水作用。本方案中内管与布水管之间通过波纹管连接，波纹管能够适应内管的滑动运动。

进一步，所述出水管上连接有多个垂直于出水管的支管，所述支管上沿其轴向开设有多个冲水孔，多个所述支管分别与多个导向孔连通。

有益效果：本方案中设置的支管能够延长对生态填料层的冲刷面积，对生态填料层的冲刷效果更佳，污物更不容易附着在填料上。

进一步，所述冲水孔均倾斜设置。

有益效果：如此设置，能够提高从冲水孔喷处的水的面积，从而提高对填料冲洗的效果。

进一步，所述支管内连接有挡柱，所述挡柱呈圆锥形。

有益效果：挡柱的设置限制了支管内部通道的宽度，这样从支管内喷出的水压更大，冲洗效果更好。

进一步，所述生态填料层的填料设有三层，三层填料的粒径从上至下依次增大。

有益效果：由于水由下而上漫过生态填料层，而位于上方的填料粒径小于下方的填料粒径，这样水向上漫过生态填料层的过程中能够逐渐增强对污水的过滤效果。

进一步，所述湿地池的上部固定连接有第一过滤板，所述水生植物层位于所述第一过滤板顶部，所述生态填料层位于所述第一过滤板的底部，所述第一过滤板与所述防渗膜保护层之间连接有支撑柱，所述支撑柱上竖直滑动配合有三个第二过滤板，所述第一过滤板上铰接有两个连接板，三个所述第二过滤板的两端分别与两个连接板铰接，三个所述第二过滤板均包括一个水平板和两个斜板，水平板的两端分别与两个斜板铰接，所述支撑柱上沿其竖向固定连接有三个支撑板，三个所述第二过滤板的水平板的底端均分别位于三个支撑板上，所述湿地池上设有拉动两个连接板摆动的驱动单元。

有益效果：本方案中设置的三个第二过滤板能够将生态填料层分为了三层，每一层第二过滤板上可以用于放置不同粒径大小的填料；另外，本方案合种第二过滤板中的两个连接板与水平板铰接，而连接板与第一过滤板铰接，这样通过驱动单元拉动两个连接板摆动的过程中将对三个第二过滤板起到拉动的作用，而使得水平板产生上下运动，而斜板产生摆动的效果，这样能够对每一层第二过滤板上的填料起到翻动以及使填料之间产生摩擦的作用，从而起到对填料上附着的污物以及填料之间缝隙内的污物起到摩擦而使污物脱离填料的作用，进而能够起到避免填料堵塞的目的。

本方案能够增强防止填料堵塞的效果，通过定期使驱动单元拉动两个连接板摆动即可定期使填料之间产生翻动和摩擦的效果，从而避免填料之间的缝隙堵塞而影响污水的流动以及影响对污水的正常处理，避免因微生物的大量繁殖而引起生物膜增厚而导致填料堵塞，从而使湿地系统能够实现自呼吸的作用。

进一步，所述驱动单元设有两个，两个驱动单元分别位于生态填料层的两侧，所述驱动单元包括支座、拉绳、卷绕柱和电机，所述卷绕柱与所述支座转动连接，所述电机驱动卷绕柱转动，所述拉绳卷绕在卷绕柱外侧，且所述拉绳的一端与卷绕柱连接，所述拉绳的另一端与所述连接板的下部连接。

有益效果：本方案中驱动单元采用电机带动卷绕柱正反转，而实现释放拉绳或收紧拉绳的目的，从而实现连接板的摆动效果，其驱动方式简单易操作。

进一步，所述出水管上连接有一个垂直于出水管的支管，所述支管上沿其轴向开设有多个冲水孔，所述支管依次穿过三个第二过滤板的水平板，且所述支管的底部与出水管上的其中一个所述导向孔连通。

有益效果：本方案中增加了支管，支管能够起到辅助冲洗填料的目的，能够进一步防止填料堵塞。

进一步，所述生态填料层的填料为沸石或陶粒或火山岩。

有益效果：如此设置填料的孔隙率高、适合微生物生长、对氮磷净化效果好。

进一步，所述集水渠的上部连接有过滤网。

有益效果：过滤网的设置能够随着水溢出的污物起到过滤的作用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种垂直潜流人工湿地结构实施例1的结构示意图；

图2为本发明一种垂直潜流人工湿地结构实施例1中内管、出水管和支管的纵截面剖视图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为本发明一种垂直潜流人工湿地结构实施例2中内管、出水管和支管的纵截面剖视图。

图5为图4中B处的局部放大图；

图6为一种垂直潜流人工湿地结构实施例3的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

基础夯实层1、防渗层2、防渗膜保护层3、布水管4、出水管40、内管401、内孔402、导向孔403、滑孔404、生态填料层5、水生植物层6、支管7、冲水孔701、挡柱702、出水孔8、布水渠9、阀门井10、集水渠11、溢水孔12、控制阀13、排水管14、过滤网15、第二过滤板16、支撑柱17、支撑板18、连接板19、湿地池20、支座21、拉绳22、连接块23、水泵24、波纹管25、第一过滤板26、限位块27。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例1提供了一种垂直潜流人工湿地结构，包括湿地池20、布水渠9、阀门井10、集水渠11，湿地池20内设置有生态填料层5，湿地池20位于布水渠9和集水渠11之间，阀门井10位于布水渠9与湿地池20之间。

生态填料层5的填料设有三层，三层填料的粒径从上至下依次增大，且生态填料层5的填料可针对性选择孔隙率高、适合微生物生长、对氮磷净化效果好的沸石或陶粒或火山岩。

生态填料层5的顶部设有水生植物层6，生态填料层5的底部从上至下依次设有防渗膜保护层3、防渗层2和基础夯实层1，防渗膜保护层3选用粗砂。

本实施例中的人工湿地结构还包括出水管40和布水管4，布水管4横穿于布水渠9和阀门井10，布水管4上安装有水泵24和控制水泵24出水压力的控制阀13，出水管40的两端与湿地池20侧壁连接，本实施例中出水管40的左端穿设在湿地池20的左侧壁，出水管40的右端与湿地池20的右侧壁固定，且出水管40的右端为封闭段。

且出水管40位于生态填料层5的下部，湿地池20的上部开设有与集水渠11相通的溢水孔12，集水渠11的上部连接有过滤网15，该过滤网15能够过滤掉湿地池20内的漂浮物，使水质更加干净，本实施例中在集水渠11的下部连通有排水管14，用于排出过滤后的水，且排水管14上安装有水阀。

出水管40沿其轴向依次开设有多个出水孔8，结合图2所示，出水管40内轴向滑动配合有内管401，内管401内开设有多个内孔402，本实施例中内孔402的直径与出水孔8的直径相等，且多个内孔402能够依次与多个出水孔8重合，内管401远离阀门井10的一端与出水管40之间连接有弹性件，该弹性件为弹簧。

内管401的左端与布水管4之间连通有波纹管25，出水管40上沿其轴向开设有多个导向孔403，本实施例中导向孔403设置三个，三个导向孔403分别与靠近其左侧的内孔402之间的距离均相等，出水管40右侧壁上安装有限位块27，弹簧自然状态下，限位块27与内管401之间的距离等于内孔402左侧与导向孔403左侧之间的距离，这样能够限制内孔402滑动的最大距离，避免内孔402滑动距离过大而导致导向孔403和内孔402错位而影响污水顺利的喷出。

本实施例中导向孔403的直径小于内孔402的直径，通过调节控制阀13而增大水泵24出水压力能够使内管401沿出水管40轴向而向右滑动，从而使内孔402与导向孔403依次连通，此时污水将从导向孔403喷出，由于导向孔403孔径较小，喷出的水具有一定的冲击力，能够对填料上的污物起到冲洗的作用。当控制阀13调节水泵24出水压力而使水泵24出水压力降低后，内管401在弹簧的作用下将复位，污水则从出水孔8流出。

如图2和图3所示，本实施例中出水管40上连接有三个垂直于出水管40的支管7，支管7内部中空，且支管7上沿其轴向开设有多个冲水孔701，多个冲水孔701沿支管7的轴向和周向均依次设置，且冲水孔701均倾斜向上设置，三个支管7分别与多个导向孔403连通，如图1所示，支管7的顶端穿至生态填料层5的上部。

具体实施过程如下：布水管4将布水渠9内的水排到内管401内，并从内管401上的内孔402经过出水管40上的出水孔8而进入到湿地池20内，然后再从下至上漫过生态填料层5，最后经过水生植物层6并从溢水孔12溢出而进入到集水渠11内。

本实施例中的污水由下而上经过生态填料层5，最后再从位于湿地池20上部的溢水孔12流出，这样能够延长污水流经湿地池20的路径，从而使污水能够充分的在湿地池20内进行处理，污水处理效果更好。

另外，本实施例中在出水管40内设置有可沿其轴向滑动的内管401，这样通过调节控制阀13而增大水泵24的出水压力，从而通过出水压力而推动内管401滑动，最终使得内管401上的内孔402与出水管40上的导向孔403重合，由于限位块27的设置，限位块27能够限制内管401滑动的最大距离，这样即便出水压力过大也不会让内管401滑动的距离过大而导致内孔402与导向孔403错开，进而避免造成污水不能顺利的从导向孔403排出。

污水从导向孔403被排出，由于导向孔403的直径较小，且小于内孔402的直径，再加上水泵24的出水压力增大，因此会使从导向孔403出来的水具有冲力，从导向孔403出来的水将从支管7上的冲水孔701喷出，从而能够对生态填料层5起到冲刷的作用，这样能够一定程度上对填料起到抖动或填料之间产生摩擦的作用，从而将填料上的污物冲击后而产生松动而脱离填料，从而避免堵塞填料中的缝隙。

本方案可定期对生态填料层5进行冲洗，当冲洗完成后，可调小水泵24的出水压力，从而内管401将在弹性件的作用下复位，内管401上的内孔402和出水管40上的出水孔8将进行正常的排水作用。本实施例中的内管401与布水管4之间通过波纹管25连接，波纹管25能够在内管401滑动的过程中产生伸缩运动从而适应内管401的滑动运动。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：支管7内连接有挡柱702，挡柱702呈圆锥形，挡柱702的顶端与支管7的顶端连接。本实施例中挡柱702的设置限制了支管7内部通道的宽度，污水进入内管401后能够大于挡住产生撞击而使从支管7内喷出的水压更大，喷洒范围更大，冲洗效果更好。

实施例3

如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于：湿地池20的上部固定连接有第一过滤板26，水生植物层6位于第一过滤板26顶部，生态填料层5位于第一过滤板26的底部。

第一过滤板26与防渗膜保护层3之间连接有支撑柱17，本实施例中支撑柱17设有两根，支撑柱17上竖直滑动配合有三个第二过滤板16，三个第二过滤板16能够将生态填料层5分为三层，每一层第二过滤板16上可以用于放置不同粒径大小的填料。

第一过滤板26上铰接有两个连接板19，三个第二过滤板16的两端分别与两个连接板19铰接，三个第二过滤板16均包括一个水平板和两个斜板，水平板的两端分别与两个斜板铰接，两个支撑柱17上沿其竖向均固定连接有三个支撑板18，三个第二过滤板16的水平板的底端均分别位于三个支撑板18上，且水平板的两端分别与两个支撑板18竖向滑动配合。

本实施例中湿地池20上设有拉动两个连接板19摆动的驱动单元，具体的：驱动单元设有两个，两个驱动单元分别位于生态填料层5的两侧，驱动单元包括支座21、拉绳22、卷绕柱和电机，支座21、电机和卷绕柱均位于湿地池20的顶端，且支座21和电机均与湿地池20的顶端通过螺栓固定连接，卷绕柱与支座21转动连接，电机驱动卷绕柱转动，拉绳22卷绕在卷绕柱外侧，且拉绳22的一端与卷绕柱连接，拉绳22的另一端与连接板19的下部连接，本实施例中在连接板19的下部固定连接有连接块23，连接块23上开设有通孔，拉绳22穿过连接块23上的通孔并与连接块23固定。

具体实施过程如下：通过电机带动卷绕柱正反转，实现释放拉绳22或收紧拉绳22的动作，从而拉动两个连接板19往复摆动，连接板19摆动的过程中将对三个第二过滤板16起到拉动的作用，而使得三个水平板产生上下运动的趋势，而斜板产生摆动的效果，这样能够对每一层的第二过滤板16上的填料起到翻动以及使填料之间产生摩擦的作用，从而起到对填料上附着的污物以及填料之间缝隙内的污物起到摩擦而使污物脱离填料的作用，进而能够起到避免填料堵塞的目的。

本方案能够增强防止填料堵塞的效果，通过定期使驱动单元拉动两个连接板19摆动即可定期使填料之间产生翻动和摩擦的效果，从而避免填料之间的缝隙堵塞而影响污水的流动以及影响对污水的正常处理，避免因微生物的大量繁殖而引起生物膜增厚而导致填料堵塞，从而使湿地系统能够实现自呼吸的作用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垂直潜流人工湿地结构，包括湿地池、布水渠、阀门井、集水渠，所述湿地池内设置有生态填料层，所述湿地池位于所述布水渠和集水渠之间，所述阀门井位于布水渠与湿地池之间，所述生态填料层的顶部设有水生植物层，所述生态填料层的底部从上至下依次设有防渗膜保护层、防渗层和基础夯实层，其特征在于，还包括出水管和布水管，所述布水管横穿于布水渠和阀门井，所述布水管上安装有水泵和控制水泵出水压力的控制阀，所述出水管的两端与湿地池侧壁连接，且所述出水管位于所述生态填料层的下部，所述湿地池的上部开设有与集水渠相通的溢水孔；

所述出水管沿其轴向开设有多个出水孔，所述出水管内轴向滑动配合有内管，所述内管内开设有多个内孔，多个内孔能够依次与多个出水孔重合，所述内管远离阀门井的一端与所述出水管之间连接有弹性件，所述内管的另一端与布水管之间连通有波纹管，所述出水管上沿其轴向开设有多个导向孔，所述导向孔的直径小于所述内孔的直径，调节所述控制阀而增大水泵出水压力能够使所述内管沿出水管轴向滑动，而使内孔与所述导向孔依次连通。

2.根据权利要求1所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述出水管上连接有多个垂直于出水管的支管，所述支管上沿其轴向开设有多个冲水孔，多个所述支管分别与多个导向孔连通。

3.根据权利要求2所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述冲水孔均倾斜设置。

4.根据权利要求2所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述支管内连接有挡柱，所述挡柱呈圆锥形。

5.根据权利要求1所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述生态填料层的填料设有三层，三层填料的粒径从上至下依次增大。

6.根据权利要求5所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述湿地池的上部固定连接有第一过滤板，所述水生植物层位于所述第一过滤板顶部，所述生态填料层位于所述第一过滤板的底部，所述第一过滤板与所述防渗膜保护层之间连接有支撑柱，所述支撑柱上竖直滑动配合有三个第二过滤板，所述第一过滤板上铰接有两个连接板，三个所述第二过滤板的两端分别与两个连接板铰接，三个所述第二过滤板均包括一个水平板和两个斜板，水平板的两端分别与两个斜板铰接，所述支撑柱上沿其竖向固定连接有三个支撑板，三个所述第二过滤板的水平板的底端均分别位于三个支撑板上，所述湿地池上设有拉动两个连接板摆动的驱动单元。

7.根据权利要求6所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述驱动单元设有两个，两个驱动单元分别位于生态填料层的两侧，所述驱动单元包括支座、拉绳、卷绕柱和电机，所述卷绕柱与所述支座转动连接，所述电机驱动卷绕柱转动，所述拉绳卷绕在卷绕柱外侧，且所述拉绳的一端与卷绕柱连接，所述拉绳的另一端与所述连接板的下部连接。

8.根据权利要求6所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述出水管上连接有一个垂直于出水管的支管，所述支管上沿其轴向开设有多个冲水孔，所述支管依次穿过三个第二过滤板的水平板，且所述支管的底部与出水管上的其中一个所述导向孔连通。

9.根据权利要求5所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述生态填料层的填料为沸石或陶粒或火山岩。

10.根据权利要求1所述的一种垂直潜流人工湿地结构，其特征在于，所述集水渠的上部连接有过滤网。

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