CN218709646U - 一种潜流式生态湿地系统 - Google Patents

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张捷
朱强
王智勇
翁利丰
陆伟
严芳
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范举红
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Abstract

本实用新型公开了一种潜流式生态湿地系统，该系统包括：依次连通的进水区、生态净化区和出水区；生态净化区沿水流方向交替设置有沟渠和潜流式生态净化床，沟渠分为深沟渠和浅沟渠，深浅沟渠交替设置；潜流式生态净化床由上至下依次设有水生植物种植区、过水区和通气区；潜流式生态湿地系统从进水区至出水区由高到低呈现自然坡度，水流在水平方向上呈现平流、潜流交替流动；在与水流流向垂直的方向上，所述沟渠和潜流式生态净化床的两端均设有限制水流出入的堤坝。本实用新型利用“沟渠‑潜流式生态净化床”的组合形成深度潜流湿地，不仅具备藻类繁殖控制功能，防止藻类在湿地的过度繁殖，还能提高抗生素、卤代物等难降解微污染的截留去除效果。

Description

一种潜流式生态湿地系统
技术领域
本实用新型涉及河水处理技术领域，尤其涉及一种潜流式生态湿地系统。
背景技术
湿地生态系统属于水域生态系统；其生物群落由水生和陆生种类组成，物质循环、能量流动和物种迁移与演变活跃，具有较高的生态多样性、物种多样性和生物生产力。
防治水源污染是一项综合性系统工程。由于影响水源污染的因素甚多，形成水源污染的机理也十分复杂，只有流域系统性综合治理，从污染源治理、迁移途径修复、汇终端治理进行全过程系统控制，才能收到较好的防治效果。自然湿地是处于陆地与水体之间的过渡地带，流水经过湿地，营养成分被湿地植物吸收，或者积累在湿地泥层中，净化水质。鉴于湿地生态净化功能，通过植物优选，构建人工湿地用于净化微污染水源，被广泛应用于饮用水工程，诸如桐乡市30万吨/d规模的白荡漾水源湿地、海宁市30万吨/d规泰山港水源生态湿地、嘉兴市30万吨/d规模贯泾港水源生态湿地工程等。同时，高效和科研院所等均湿地净化机理开展了长期而深入的研究，为保障饮用水安全贡献技术力量。
目前，申请公布号为CN102234165A，名为“一种使用人工湿地净化污水的系统和净化自来水厂污染源水的系统方法”，该方法在自来水厂进水口之前构建规模性的生态型水质净化湿地系统，包括预处理区、水位提升和曝气充氧区、湿地根孔生态净化区、深度净化区、达标引水区等多个功能区，其中在所述湿地根孔生态净化区中通过人工构筑湿地根孔的方法构建人造根孔与自然根孔相结合的净化系统。该方法日处理自来水厂源水20～24万吨，实现了主要水质指标提高一个等级的效果和多个方面的生态服务功能。
虽然，上述系统在一定程度上改善了污染水源的水质，但是其处理方式仍然停留在传统湿地植物净化去除有机污染、氮、磷等污染物，无法解决湿地带来的藻类过度繁殖，从而导致的异味问题；与此同时，并未考虑湿地对抗生素、卤代物等新型污染的去除。
实用新型内容
本实用新型提供了一种潜流式生态湿地系统，该方法不仅能够抑制藻类在湿地的过度繁殖，而且显著提高抗生素、卤代物等新型污染的去除效果。
具体技术方案如下：
一种潜流式生态湿地系统，包括：依次连通的进水区、生态净化区和出水区；其中，生态净化区沿水流方向交替设置有沟渠和潜流式生态净化床，沟渠分为深沟渠和浅沟渠，深浅沟渠交替设置；潜流式生态净化床由上至下依次设有水生植物种植区、过水区和通气区；潜流式生态湿地系统从进水区至出水区由高到低呈现自然坡度，水流在水平方向上呈现平流、潜流交替流动，并从进水区直接穿过生态净化区流至出水区；在与水流流向垂直的方向上，所述沟渠和潜流式生态净化床的两端均设有限制水流出入的堤坝。
本实用新型在利用“沟渠-潜流式生态净化床”的组合形成深度潜流湿地，不仅能够抑制藻类在湿地的过度繁殖，而且显著提高抗生素、卤代物等新型污染的去除效果。
进一步地，所述进水区的上游为自然河、湖水源，自然河、湖水源通过水位提升泵将微污染水源泵入进水区内；所述水生植物种植区填有透水性的硬质颗粒栽培基质；过水区内填有供水流通过的大颗粒净化床载体，通气区内设有若干根用于曝气的通气管路。
通常在沟渠内会产生大量的水藻，进而影响水质；进一步地，所述沟渠的水面上悬浮有由若干根纵横交错的带孔小管所形成的管网；所述带孔小管的两端密封，管内填装有沉水植物种子和用于种子生长的基质。在管网内填装植物种子和基质可以有效遮盖整个沟渠，避免水藻过度泛滥。
为了进一步去除水藻，进一步地，所述进水区与第一深沟渠连通，在第一深沟渠内，所述管网的正下方设有超声波发生管，超声波发生管通过耐腐蚀绳索悬挂于管网下方。通过超声波振荡的方式，可以避免水藻的富集；并且搅动沟渠内的水流，促进水流在水平方向上呈现平流、潜流交替流动。
进一步地，以沟渠底部至湿地表面的距离作为沟渠高度，所述深沟渠与浅沟渠的高度比为2～10:1，宽度比1.5～5.0:1；所述生态净化区内设有护坡对高浅沟渠进行保护。
进一步地，浅沟渠水域面积占生态净化区面积的5％～25％，深沟渠水域面积占生态净化区面积的15％～40％，其余比例为潜流生态净化床所占面积。
进一步地，所述生态净化区的水深范围为0.2～3.5m；其中，潜流式生态净化床潜流式生态净化床的标高高于常水位范围为0～50cm，深沟渠的水深范围为1.5m～3.5m，浅沟渠的水深范围为0.3m～1.4m；潜流式生态净化床潜流式生态净化床内水生植物种植区设于表层下方0～50cm，过水区设于表层下方55～150cm，设于表层下方通气区155～200cm。
进一步地，所述过水区由下层碎石区和上层鹅卵石区组成；所述水生植物种植区内填有基质，基质上种植有根系发达的水生植物。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型利用“沟渠-潜流式生态净化床”的组合形成深度潜流湿地，不仅具备藻类繁殖控制功能，防止藻类在湿地的过度繁殖，还能提高抗生素、卤代物等难降解微污染的截留去除效果；处理后的出水，可作为城市供水常备水源或备用水源，DO值≥5.0mg/L，化学需氧量≤20mg/L，氨氮≤4.0mg/L，总磷≤0.2mg/L，藻类计数小于5000万个/升，并对抗生素、卤代物等污染有不同程度的去除效果，甚至在检出限以下。
附图说明
图1为潜流式生态湿地系统的结构示意图。
图2为潜流式生态湿地系统中进水区、生态净化区和出水区的主视结构示意图。
图3为潜流式生态湿地系统中进水区、生态净化区和出水区的俯视结构示意图。
图4为图2的A处放大图。
图中，1为自然河、湖水源，2为水位提升泵，3为进水区，4为生态净化区，5为出水区，41为沟渠，42为潜流式生态净化床，411为深沟渠，412为浅沟渠，413为带孔小管，414为管网，415为基质，超声波发生管416，421为水生植物种植区，421-1为基质，421-2为水生植物，422为过水区，422-1为下层碎石区，422-2为上层鹅卵石区，423为通气区，43为堤坝。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述，以下列举的仅是本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围不仅限于此。
下列应用例中涉及的各指标测定方法，如下：溶解氧含量(DO)采用便携式溶解氧仪、化学需氧量(CODCr)采用重铬酸钾法、高锰酸盐指数(CODMn)采用酸性发、氨氮(NH4+-N)采用钠氏试剂光度法、总磷(TP)采用钼酸铵分光光度法，藻类计数采用浮游生物定量方法。
实施例1
如图1～4所示，一种潜流式生态湿地系统，该系统包括依次连通的自然河、湖水源1、水位提升泵2、进水区3、生态净化区4和出水区5。
其中，水位提升泵2的进水端与自然河、湖水源1连通，出水端与进水区3连通。水位提升泵2可以将自然河、湖水源1的水位提升，进入至进水区3内，并控制SS≤10mg/L。进水区3、出水区5，水流保持平流状态，水流速度在10-20mm/s范围内，使水流处于平流状态下进入生态净化区。
生态净化区4，从进水端至出水端由高到低呈现自然坡度，水流在水平方向上呈现潜流式流动，并从进水区3直接穿过生态净化区4流至出水区5；生态净化区4沿水流方向交替设置有沟渠41和潜流式生态净化床42，沟渠41分为深沟渠411和浅沟渠412，深浅沟渠交替设置；潜流式生态净化床42由上至下依次设有水生植物种植区421、过水区422和通气区423；过水区422内填有供水流通过的大颗粒碎石、鹅卵石等净化床载体；通气区423内设有若干根用于曝气的通气管路；在与水流流向垂直的方向上，沟渠41和潜流式生态净化床42的两端均设有限制水流出入的堤坝43；出水区5开有与生态净化区4内水流末端的浅沟渠412连通的出水口，使生态净化区4内的水进入出水区5。过水区422由下层碎石区422-1和上层鹅卵石区422-2组成；所述水生植物种植区421内填有透水性的火山岩、瓜子片、陶粒等硬质颗粒构成的基质421-1，基质421-1上种植有根系发达的水生植物421-2。
沟渠41的水面上悬浮有由若干根纵横交错的带孔小管413所形成的管网414；所述带孔小管的两端密封，管内填装有沉水植物种子和用于种子生长的基质415。在生态净化区4的第一组深沟渠内，管网414的正下方设有一根超声波发生管416，超声波发生管416通过耐腐蚀绳索悬挂于管网414下方。以沟渠底部至湿地表面的距离作为沟渠高度，深沟渠与浅沟渠的深度比为2～10:1，宽度比1.5～5.0:1；生态净化区内设有护坡对深浅沟渠进行保护。
浅沟渠水域面积占生态净化区5％～25％，深沟渠水域面积占生态净化区15％～40％，其余为潜流式生态净化床面积占生态净化区的面积比例。生态净化区的水深范围为0.2～3.5m；其中，潜流式生态净化床的标高高于常水位0～50cm，深沟渠的水深范围为1.5m～3.5m，浅沟渠的水深范围为0.3m～1.4m；潜流式生态净化床内水生植物种植区设于表层下方0～50cm，过水区设于表层下方55～150cm，设于表层下方通气区155～200cm。
在采用潜流式生态湿地系统时，还需控制超声波的处理条件：超声波频率为10KHz～100KHz之间。
应用例1
以太湖流域地区的平原河网原水为研究对象，该地区水源的水质；DO为3.0～7.0mg/L，COD为10.0～25.0mg/L，氨氮为0.05～1.53mg/L，总磷为0.11～0.26mg/L；在该区域设置潜流式生态湿地系统，并采用下列方法处理微污染水源。
其中，水流依次经过曝气充氧区、水位提升泵、进水区、生态净化区、出水区。
具体方法为：
(1)通过提水闸站将微污染水源泵入所述潜流式生态湿地系统的进水区，控制SS≤10mg/L，使水流处于平流状态下进入生态净化区，流速在5～40mm/s范围内；
(2)控制过水区内通气管的曝气速率，向水中充氧，让河水沿生态净化区的多级沟渠和潜流式生态净化床平流、潜流交替流动，直至出水区，获得处理后的生态湿地出水。
结果：经过约3～5d时间的处理后，出水水质指标达到以《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)II类水质指标为主，并抑制了藻类的生长繁殖(见表1-1和表1-2)。
表1-1应用例1的进水水质
Figure BDA0003965759680000061
表1-2应用例1的出水水质
Figure BDA0003965759680000071

Claims (8)

1.一种潜流式生态湿地系统，其特征在于，包括：依次连通的进水区、生态净化区和出水区；其中，生态净化区沿水流方向交替设置有沟渠和潜流式生态净化床，沟渠分为深沟渠和浅沟渠，深浅沟渠交替设置；潜流式生态净化床由上至下依次设有水生植物种植区、过水区和通气区；潜流式生态湿地系统从进水区至出水区由高到低呈现自然坡度，水流在水平方向上呈现平流、潜流交替流动，并从进水区直接穿过生态净化区流至出水区；在与水流流向垂直的方向上，所述沟渠和潜流式生态净化床的两端均设有限制水流出入的堤坝。
2.如权利要求1所述的潜流式生态湿地系统，其特征在于，所述进水区的上游为自然河、湖水源，自然河、湖水源通过水位提升泵将微污染水源泵入进水区内；所述水生植物种植区填有透水性的硬质颗粒栽培基质；过水区内填有供水流通过的大颗粒净化床载体，通气区内设有若干根用于曝气的通气管路。
3.如权利要求1所述的潜流式生态湿地系统，其特征在于，所述沟渠的水面上悬浮有由若干根纵横交错的带孔小管所形成的管网；所述带孔小管的两端密封，管内填装有沉水植物种子和用于种子生长的基质。
4.如权利要求3所述的潜流式生态湿地系统，其特征在于，所述进水区与第一深沟渠连通，在第一深沟渠内，所述管网的正下方设有超声波发生管，超声波发生管通过耐腐蚀绳索悬挂于管网下方。
5.如权利要求1所述的潜流式生态湿地系统，其特征在于，以沟渠底部至湿地表面的距离作为沟渠高度，所述深沟渠与浅沟渠的高度比为2～10:1，宽度比1.5～5.0:1；所述生态净化区内设有护坡对深浅沟渠进行保护。
6.如权利要求5所述的潜流式生态湿地系统，其特征在于，浅沟渠水域面积占生态净化区面积的5％～25％，深沟渠水域面积占生态净化区面积的15％～40％，其余比例为潜流生态净化床所占面积。
7.如权利要求6所述的潜流式生态湿地系统，其特征在于，所述生态净化区的水深范围为0.2～3.5m；其中，潜流式生态净化床潜流式生态净化床的标高高于常水位范围为0～50cm，深沟渠的水深范围为1.5m～3.5m，浅沟渠的水深范围为0.3m～1.4m；潜流式生态净化床潜流式生态净化床内水生植物种植区设于表层下方0～50cm，过水区设于表层下方55～150cm，设于表层下方通气区155～200cm。
8.如权利要求1所述的潜流式生态湿地系统，其特征在于，所述过水区由下层碎石区和上层鹅卵石区组成；所述水生植物种植区内填有基质，基质上种植有根系发达的水生植物。
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