CN214457469U - 一种轻质滤料升流式人工湿地 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻质滤料升流式人工湿地，包括人工湿地，人工湿地由多个单体池组成，每个单体池内填充有滤料层，单体池底部有进水管，进水管上有进水阀门；在单体池上装有可旋转清水管和初滤水排放管；单体池的底层铺设有防渗漏隔水层，在防渗漏隔水层上方留有集泥槽，集泥槽底部配置有吸泥管，集泥槽上方设有穿孔配水管，污水通过进水管进入单体池下部，经穿孔配水管均匀配水，水流向上经滤料层，在滤料层中微生物、滤料共同作用下，将污水中的污物降解吸附后，由可旋转清水管排出，脱落的生物膜由集泥槽收集，经由吸泥管排出。适用于地表径流净化，污水处理，自来水水源地预保护，以及后期农村分散小型污水处理的模块化应用等领域。

Description

一种轻质滤料升流式人工湿地

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域的污水处理装置，涉及人工湿地，特别涉及一种轻质滤料升流式人工湿地。

背景技术

近些年来，随着国家对生态污染的高度重视，不但提高了排放水标准还对其处理工艺也有一定要求，仅凭一般的传统活性污泥法工艺处理是远远不够的，被称为“城市之肺”的人工湿地具有恢复生态环境、改善水体质量、调节气候变化的作用，不但具有良好的景观绿化效果还能实现对污染物的高效去除，同时也防止了环境的再次污染。

一般城市污废水都是通过管网系统收集至污水厂集中处理，达标后再排放于自然水体中。此外，城市雨水收集处理系统并不完善，直接排放导致污染物被冲刷至自然水体，不但造成污染而且浪费了水资源。基于以上现状，在人口密集、土地紧张的城市中建设人工湿地更为经济。即，用人工筑成的水池，池面铺设防渗漏隔水层，填充一定深度的填料层，种植根系发达的水生植物，污水通过与布满生物膜的填料介质和溶解氧充足的植物根区接触而得到净化。人工湿地处理设施可因地制宜，利用水塘以及公园的景观池改造，投资少，维护方便还可满足绿化面积的要求。在降雨时，可将雨水直接就近收集于公园或水塘，水流中的固体颗粒直接被基质拦截、吸附。

一般污水厂在处理过程中，都会使用化学药剂，其过程中会产生大量富含有害化学成分的淤泥、废渣而影响环境，人工湿地应用生态系统中物种共生、物质循环的再生原理，结构与功能协调原则，不仅实现了污染物的有效去除，还实现了物质的良性循环，不会对环境造成二次污染。此外，人工湿地还拥有可持续的经济效益，可选种一些具备一定净化效果和经济价值的水生植物，在污水处理的同时产生经济效益。

潜流湿地往往运行过程中，污染物很容易造成填料堵塞，出现潜流变成表流，处理负荷降低、水力停留时间变长、易滋生蚊蝇等，故运行一段时间需要进行复杂的清通工作，以防止出现以上问题，目前潜流湿地滤料一般5到7年需要翻新将其直接换掉，耗费人力、物力，而且往往会破坏植物的生长、微生物的附着以及整体运行性能。

发明内容

针对上述现有技术存在的运行时易堵塞、不便清通、清通时易破坏湿地植物稳定性的问题，本实用新型的目的在于，提供一种轻质滤料升流式人工湿地。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种轻质滤料升流式人工湿地，包括人工湿地，其特征在于，所述人工湿地由多个单体池组成，每个单体池内填充有滤料层，单体池底部有进水管，进水管上有进水阀门；在单体池上装有可旋转清水管和初滤水排放管；单体池的底层铺设有防渗漏隔水层，在防渗漏隔水层上方留有集泥槽，集泥槽底部配置有吸泥管，集泥槽上方设有穿孔配水管，污水通过进水管进入单体池下部，经穿孔配水管均匀配水，水流向上经滤料层，在滤料层中微生物、滤料共同作用下，将污水中的污物降解吸附后，由可旋转清水管排出，脱落的生物膜由集泥槽收集，经由吸泥管排出。

本实用新型的其它特点是：

所述滤料层为0.7g/cm³轻质陶粒层，轻质陶粒为球形，其粒径d＝4mm。

所述滤料层上种植有黑麦草。

所述各单体池装有相应的流量监测设备。

所述吸泥管、可旋转清水管和初滤水排放管上均安装有阀门。

所述可旋转清水管在位于单体池的出水端口上安装有网罩。

所述网罩的网孔直径小于滤料层内陶粒的直径。

本实用新型的轻质滤料升流式人工湿地，带来的有益效果在于：

1、通过单体池运行数量代替繁琐的人力清通工作。当湿地滤料层被杂质堵塞时，关闭部分单体池的进水阀门，使剩余单体池的进水流量加大，水位上升，滤料层在水力冲击作用下发生一定程度的位移，整个滤料层上浮约20d＝8cm的距离，滤料层内的众多陶粒间发生相对位移，该过程持续一定时间所产生的摩擦力加上自身重力共同作用下使得夹杂在陶粒基质中的颗粒物质自由沉降，杂质颗粒物被冲落至集泥槽。可按照一定的清通周期解决整个系统的堵塞问题。

2、滤料层内使用球形轻质陶粒，其粒径d＝4mm，密度控制在0.4-0.8g/cm³范围内，当陶粒密度为0.7g/cm³时，可达到以下作用：其一，陶粒密度小于水且滤料层被污染物附着后，球形轻质陶粒仍然可以自由上浮；其二，陶粒滤料密度不是太小，便于后期清洗完陶粒后将滤料层压实，使滤料层恢复原状。

3、滤料层采用分层设计，保证了植物的稳定生长、生物膜不会随水力冲刷而飘出，并发挥滤层更高的截留作用，实现高效的处理效率。

4、单体池采用升流式进水方式，悬浮絮体在重力作用下向沉淀，并粘附于滤料层的陶粒颗粒表面，反向过滤中滤料层相当于整个单体池的厚度，整个滤料层都有很强的过滤效果。与下向流相比，升流式过滤的沉淀吸附作用效果更加显著，纳污量可达下向流滤池的500％。

5、结构简单、易于管理维护、运行费用极低。堵塞后水位控制操作省却繁琐的人力清通环节，同时稳定了植物、微生物的生长环境。可应用于地表径流净化，污水处理，污水厂尾水提升，雨水净化，人工湖等景观水的循环使用，自来水水源地预保护，以及后期模块化应用等领域。

附图说明

图1为本实用新型的轻质滤料升流式人工湿地平面示意图。

图2为图1的b-b断面示意图；

图3为图1的a-a断面示意图。

图中的标记分别表示：1、黑麦草，2、滤料层，3、进水阀门，4、污水进水管，5、集泥槽，6、第一阀门，7、吸泥管，8、防渗漏隔水层，9、穿孔配水管，10、第二阀门，11、可旋转清水管，12、网罩，13、单体池，14、初滤水排放管，15、第三阀门。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步地详细说明。

具体实施方式

参见图1至图3，本实施例给出一种轻质滤料升流式人工湿地，包括人工湿地，所述人工湿地由多个单体池13组成，每个单体池13内填充有滤料层2，单体池13底部有进水管4，进水管4上有进水阀门3；在单体池13上装有可旋转清水管11和初滤水排放管14；单体池13的底层铺设有防渗漏隔水层8，在防渗漏隔水层8上方留有集泥槽5，集泥槽5底部配置有吸泥管7，集泥槽5上方设有穿孔配水管9，污水通过进水管4进入单体池13下部，经穿孔配水管9均匀配水，水流向上经滤料层2，在滤料层2中微生物、滤料共同作用下，将污水中的污物降解吸附后，由可旋转清水管11排出，脱落的生物膜由集泥槽5收集，经由吸泥管7排出。

本实施例中，滤料层2内使用球形轻质陶粒，其粒径d＝4mm，密度控制在0.4-0.8g/cm³范围内。密度小于水且附着生物膜后，仍然可以自由上浮。填充球形轻质陶粒具有密度小、强度大、孔隙率大、比表面积大、化学稳定性好、附着物不易板结、不易变形等诸多传统填料不具备的优点。经申请人的试验表明，选取陶粒密度0.7g/cm³时，可达到以下作用：其一，陶粒密度小于水且滤料层2被污染物附着后，陶粒仍然可以自由上浮；其二，陶粒密度选择适中，便于后期清洗完球形轻质陶粒以后将滤料层2压实，使滤料层2恢复原状。

滤料层2的深度约1m滤料层2的上层不浸没部分高度为0.3m，下层浸没部分高度为0.7m，当单体池13正常工作时，陶粒上层不浸没部分与下层淹没部分之间达到平衡状态，使得不浸水陶粒实现压实下层陶粒的作用。

所述滤料层2上栽培有根系发达的黑麦草1，浸没层相当于一个完整的生物滤池反应器。黑麦草1其庞大的根系可以为微生物提供巨大的表面积、增加溶解氧浓度等间接促进了污染物的去除。另外，黑麦草1根系可以增强滤料的疏松度和水力传输作用，从而显著强化湿地系统处理性能。通过DO浓度的提升、碳源的增添，增强了根区微生物群落的丰度和代谢作用，从而提高了对污染物的降解速率，BOD去除率可达86％，COD去除率可达75％，NH₄ ⁺-N去除率70％，TP去除率70～80％。

所述各单体池13装有相应的流量监测设备，来平衡各单体池13之间的水力负荷。

所述吸泥管7、可旋转清水管11和初滤水排放管14上均安装有阀门，即图中的吸泥管7安装第一阀门6，可旋转清水管11安装第三阀门15，初滤水排放管14安装第二阀门10。

当然，在穿孔配水管9是同样安装有阀门(图2，注：在图3中，由于穿孔配水管9与进水管4、进水阀门3在相同的平面上，故图3未示出穿孔配水管9上的阀门及其标记)。

所述可旋转清水管11在位于单体池13的出水端口上安装有网罩12，网罩12的网孔直径小于滤料层2内球形轻质的直径。可以有效防止球形轻质流失。

本实施例给出的轻质滤料升流式人工湿地，其工作原理是：

正常运行时，污水由进水管4进入单体池13的底部由集泥槽5和穿孔配水管9空间构成的配水区，此时各单体池13间水力负荷相等，由穿孔配水管9均匀配水，污水自下而上经过滤料层2，污物经滤料层2截留、生物降解、植物吸收等作用后，最终流至可旋转清水管11排出。脱落的生物膜在重力作用下从滤层缝隙进入底部集泥槽5，后期经排泥管7排出。

池体堵塞时，根据实际出水情况，关闭m个(m＜n)单体池13的进水阀门3，将全部流量配送至n-m个单体池13使其水位升高一定幅度，引起单体池13内的滤料层2发生上下位移，使得悬浮球形轻质陶粒受到一定的水力冲击，错位移动，加大滤料层2厚度，球形轻质陶粒间相互摩擦，待一定时间后整个滤料层2所有球形轻质陶粒重新排列，使得处理负荷增加至原来的2倍多，滤料层2中截留的污物脱落自由沉降至集泥槽5，从而实现了n-m个单体池13的清通工作，单体池13清通后，污水通过所述初滤水排放管14排出。

本实施例中，滤料层2采用分层设计。保证了植物的稳定生长、生物膜不会随水力冲刷而飘出，并发挥滤料层2更高的截留作用，实现高效的处理效率。

在本实施例中，潜流湿地的单体池13设计为长：宽＝3：1，水力负荷0.5(m³/m².d)，水力停留时间20d，球形轻质陶粒孔隙率为70％，滤料层2的孔隙率控制在35％～40％，通过申请人的试验，取滤料层2的孔隙率为35％，稳定性计算如下：

设滤料层2的浸没层高为a，未浸没层高为b，湿地长3x，宽x，池底面积S＝3x²,球形轻质陶粒的密度ρ＝0.6～0.8g/cm³，试算中取ρ＝0.7g/cm³向上的浮力为：

F_浮-G_下＝G_上，代入数据得：

1×10³×10·a·S(1-35％)-7×10³×a·S(1-35％)＝b·S(1-35％)×700×10求得：a/b＝7/3，即滤料层2的球形轻质陶粒密度确定为ρ＝0.7g/cm³，未浸没层与浸没层上下高度之比为3:7，即上层不浸没部分高度为0.3m，下层浸没部分高度为0.7m，滤料层2整体处于平衡状态。

本实施例给出的轻质滤料升流式人工湿地，采用升流式进水方式，悬浮絮体在重力作用下向沉淀，并粘附于球形轻质陶粒表面，反向过滤中滤料层2相当于整个单体池13的厚度，整个滤料层2都有很强的过滤效果。与下向流相比，升流式过滤的沉淀吸附作用效果更加显著，纳污量可达下向流滤池的500％。

单池体13中还设有0.3m的保护高度，即滤料层2至单池体13顶部至少有0.3m的空间，其目的在于：当滤料层2堵塞时，为滤料层2中的球形轻质陶粒提供位移空间，同时使球形轻质陶粒有足够的膨胀上浮空间，为滤料层2中夹杂的污物提供脱落沉降的空间。

该轻质滤料升流式人工湿地，排泥时需使滤料层2上浮，故运行初期控制进水SS浓度，以保证滤料层2上浮之前植物牢固生长时间。污水通过下部进水管4经穿孔配水管9均匀布水，自下而上流经滤层2，在微生物降解、滤层吸附、植物吸收共同作用下，完成了对污水的净化，最后经可旋转清水管11排出。

在本实施例中，采用升流式进水，反向过滤中，滤料层2的吸附能力相当于整个单体池13的高度，整个滤料层2都有很强的过滤效果。与下向流相比，升流式过滤的沉淀吸附作用效果更加显著，纳污量可达下向流滤池的500％。

当需要过滤时，开启进水管阀门3，污水经进水管4进入配水区，然后流经滤层2进行过滤，刚开始过滤时开启阀门10通过初滤水排放管14将其排至前一构筑物。通过可旋转清水管11控制水位引起滤料层2慢慢上浮，于单池体13下部形成一定高度的空腔区，然后用抽泥泵连接第一阀门6，通过吸泥管7将沉降下来的污物从集泥槽5抽出。

Claims (8)

1.一种轻质滤料升流式人工湿地，包括人工湿地，其特征在于，所述人工湿地由多个单体池(13)组成，每个单体池(13)内填充有滤料层(2)，单体池(13)底部有进水管(4)，进水管(4)上有进水阀门(3)；在单体池(13)上装有可旋转清水管(11)和初滤水排放管(14)；单体池(13)的底层铺设有防渗漏隔水层(8)，在防渗漏隔水层(8)上方留有集泥槽(5)，集泥槽(5)底部配置有吸泥管(7)，集泥槽(5)上方设有穿孔配水管(9)，污水通过进水管(4)进入单体池(13)下部，经穿孔配水管(9)均匀配水，水流向上经滤料层(2)，在滤料层(2)中微生物、滤料共同作用下，将污水中的污物降解吸附后，由可旋转清水管(11)排出，脱落的生物膜由集泥槽(5)收集，经由吸泥管(7)排出。

2.如权利要求1所述的轻质滤料升流式人工湿地，其特征在于，所述滤料层(2)为0.7g/cm³轻质陶粒层。

3.如权利要求2所述的轻质滤料升流式人工湿地，其特征在于，所述轻质陶粒为球形，其粒径d＝4mm。

4.如权利要求1所述的轻质滤料升流式人工湿地，其特征在于，所述滤料层(2)上种植有黑麦草(1)。

5.如权利要求1所述的轻质滤料升流式人工湿地，其特征在于，所述各单体池(13)装有相应的流量监测设备。

6.如权利要求1所述的轻质滤料升流式人工湿地，其特征在于，所述吸泥管(7)、可旋转清水管(11)和初滤水排放管(14)上均安装有阀门。

7.如权利要求1所述的轻质滤料升流式人工湿地，其特征在于，所述可旋转清水管(11)在位于单体池(13)的出水端口上安装有网罩(12)。

8.如权利要求7所述的轻质滤料升流式人工湿地，其特征在于，所述网罩(12)的网孔直径小于滤料层(2)内陶粒的直径。

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