用于优化人工湿地结构的实验系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于优化人工湿地结构的实验系统，属于环境保护工程技术领域。

背景技术：

据发明人了解，本单位某处试验基地建立时间较早，周边市政配套工程缺乏，基地内排水自成体系。该试验基地内雨水管网基本完善，但没有污水管网，基地内产生的生活污水经化粪池简单处理后直接排入基地雨水管网，基地中试验产生的少量废水也排入基地雨水管网。由于基地工作人员数量持续增加、科研活动日益频繁，导致污水排放量增加，试验基地内某湖和某河水质逐年恶化，呈现明显的水体富营养化。经环境监测中心监测，该湖泊、河流的水质主要为氮、磷及石油类超标，为Ⅴ类水。

目前，该试验基地后续将增加建设更多的试验场地，对试验用水的需求将大幅增加，现有从自来水管网获取的水源，其水压和水量将难以满足基地发展的需要。结合以上两方面现状，亟需既能净化湖泊河流，提高其水质，又能产出供试验用清水的技术手段。

经检索发现，申请号CN201210043692.9，申请公布号CN102583759A，名称《梯级复合流人工湿地系统及其污水生态净化方法》的中国发明专利申请，其中，梯级复合流人工湿地系统由梯级复合流人工湿地基本单元以单独或组合的形式组成；梯级复合流人工湿地基本单元为中轴对称，包括呈梯级状依次衔接的截流坝、一级湿地、二级湿地、过渡带湿地和自然湿地。

申请号CN201520677500.9，授权公告号CN205088002U，名称《跌水辐流式表流人工湿地》的中国实用新型专利，包括由环形隔墙构成且底部与进水管连通的进水区，自内向外依次间隔设置于进水区外侧、且由环形隔墙分隔呈年轮状分布的跌水单元，进水区、跌水单元的环形隔墙自内向外高度依次降低使湿地整体呈锥形；处于高位的进水区、跌水单元外侧的环形隔墙上开设有跌水孔通向与其相邻且处于低位的跌水单元，位于最外侧的跌水单元外侧间隔设有出水管；在进水区内设有固定化EM菌填料层。

然而，以上述专利为代表的现有技术中，并未考虑到如何对人工湿地结构进行优化，使之在针对不同水质的水体时，能采用恰当的结构使处理效果最优化。

技术实现要素：

本实用新型目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种用于优化人工湿地结构的实验系统，兼容多种类型的人工湿地，能进行人工湿地结构的优化研究。

为了达到以上目的，本实用新型的技术方案如下：

用于优化人工湿地结构的实验系统，包括提水泵，其特征是，还包括跌水台、布水池、一组人工湿地、清水集水槽以及清水池；所述提水泵的进水口与待处理水源连通、出水口位于跌水台的顶部；所述布水池敞口、且位于跌水台的底端；所述布水池经具有阀门的第一管道分别与人工湿地的进水口连通；所述人工湿地的出水口分别经具有阀门的第二管道与清水集水槽的进水口连通；所述清水集水槽的出水口与清水池连通；布水池所处高度>人工湿地所处高度> 清水集水槽所处高度>清水池所处高度；所述人工湿地的类型至少包括水耕植物型、水平潜流型、垂直流型之中的两种。

本实用新型还可以采用以下优选方案：

优选地，所述跌水台包括跌水池和多级连续的台阶；所述跌水池位于跌水台的顶部，所述提水泵的出水口位于跌水池内；位于跌水台顶端的台阶具有承接跌水池溢出水体的斜坡，所述斜坡的高端靠近跌水池、低端靠近下一级台阶；位于跌水台底端的台阶与布水池相连，且该台阶的阶面高于或平齐于布水池的敞口外边缘。

优选地，所述人工湿地的类型包括水耕植物型和水平潜流型，或者包括水耕植物型和垂直流型，或者包括水耕植物型、水平潜流型和垂直流型；其中，对于类型为水耕植物型的人工湿地，该人工湿地包括至少一个呈长方体且敞口的池体，所述池体由隔水的底部和四面隔水的侧壁围成；所述池体的具有进水口的一端为进水端、具有出水口的另一端为出水端；所述池体内设有与池内水流方向垂直的至少两道透水墙，其中，有一道透水墙靠近池体进水端、并与池体进水端之间形成进水分布区，还有一道透水墙靠近池体出水端、并与池体出水端之间形成出水分布区，这两道透水墙之间的池体区域为湿地处理区，所述湿地处理区内设有水耕植物；所述池体底部具有坡度，且进水端位于高端，出水端位于低端。

更优选地，所述透水墙由透水砖砌成，或者，所述透水墙为砖砌花墙；所述水耕植物包括空心菜、水芹菜、美人蕉。

优选地，所述人工湿地的类型包括水耕植物型和水平潜流型，或者包括水平潜流型和垂直流型，或者包括水耕植物型、水平潜流型和垂直流型；其中，对于类型为水平潜流型的人工湿地，该人工湿地包括至少一个呈长方体且敞口的池体，所述池体由隔水的底部和四面隔水的侧壁围成；所述池体的具有进水口的一端为进水端、具有出水口的另一端为出水端；所述池体内在靠近池体出水端处设有透水墙，所述透水墙与池体出水端之间形成出水分布区；所述池体内在靠近池体进水端处设有隔水墙，所述隔水墙与池体进水端之间形成进水分布区；所述进水分布区内充填有透水填料、并设有穿孔水管，所述穿孔水管位于透水填料的上方，所述穿孔水管与池体进水口连通；所述隔水墙底部设有过水孔；所述透水墙与隔水墙之间的池体区域为湿地处理区，所述湿地处理区内从下至上依次设有支撑层、基质层以及耕植土层，所述支撑层由透水填料构成，所述基质层的填料至少包括卵石、蛭石、钢渣、陶粒之一，所述耕植土层栽种有土耕植物；所述池体底部具有坡度，且进水端位于高端，出水端位于低端。

更优选地，所述透水墙由透水砖砌成，或者，所述透水墙为砖砌花墙；所述支撑层、基质层、耕植土层分别有至少一层，且基质层总厚度>支撑层总厚度> 耕植土层总厚度；所述湿地处理区内还设有一组纵向或横向布置的采样管，当采样管纵向布置时，所述采样管一端与池体底部相接、另一端露出耕植土层，当采样管横向布置时，所述采样管一端位于支撑层或基质层或耕植土层内、另一端穿过池体侧壁并露出；所述土耕植物包括芦苇、香蒲、美人蕉。

优选地，所述人工湿地的类型包括水耕植物型和垂直流型，或者包括水平潜流型和垂直流型，或者包括水耕植物型、水平潜流型和垂直流型；其中，对于类型为垂直流型的人工湿地，该人工湿地包括至少一个呈长方体且敞口的池体，所述池体由隔水的底部和四面隔水的侧壁围成；所述池体的具有进水口的一端为进水端、具有出水口的另一端为出水端；所述池体内在靠近池体出水端处设有第一隔水墙，所述第一隔水墙与池体出水端之间形成出水分布区；所述池体内在靠近池体进水端处设有第二隔水墙，所述第二隔水墙与池体进水端之间形成进水分布区；所述第一、第二隔水墙之间还设有第三隔水墙，所述第二、第三隔水墙之间的池体区域为湿地进水处理区，所述第一、第三隔水墙之间的池体区域为湿地出水处理区；所述湿地进水处理区、湿地出水处理区内从下至上分别依次设有支撑层、基质层以及耕植土层，所述支撑层由透水填料构成，所述基质层的填料至少包括卵石、蛭石、钢渣、陶粒之一，所述耕植土层栽种有土耕植物；所述进水分布区设有一端与池体进水口连通的第一穿孔水管，所述第一穿孔水管的另一端位于湿地进水处理区耕植土层的上方；所述第三隔水墙的下部或底部贯穿有第二穿孔水管，所述第二穿孔水管的一端位于湿地进水处理区内靠近第二隔水墙处、另一端位于湿地出水处理区内靠近第一隔水墙处；所述湿地出水处理区的基质层上部还设有第三穿孔水管，所述第三穿孔水管的一端靠近第三隔水墙、另一端穿过第一隔水墙并与出水分布区连通；所述池体底部具有坡度，且进水端位于高端，出水端位于低端。

优选地，所述人工湿地的类型包括水耕植物型和垂直流型，或者包括水平潜流型和垂直流型，或者包括水耕植物型、水平潜流型和垂直流型；其中，对于类型为垂直流型的人工湿地，该人工湿地包括至少一个呈长方体且敞口的池体，所述池体由隔水的底部和四面隔水的侧壁围成；所述池体的具有进水口的一端为进水端、具有出水口的另一端为出水端；所述池体内在靠近池体出水端处设有第一隔水墙，所述第一隔水墙与池体出水端之间形成出水分布区；所述池体内在靠近池体进水端处设有第二隔水墙，所述第二隔水墙与池体进水端之间形成进水分布区；所述第一、第二隔水墙之间的池体区域为湿地处理区，所述湿地处理区内从下至上分别依次设有支撑层、基质层以及耕植土层，所述支撑层由透水填料构成，所述基质层的填料至少包括卵石、蛭石、钢渣、陶粒之一，所述耕植土层栽种有土耕植物；所述进水分布区设有一端与池体进水口连通的第一穿孔水管，所述第一穿孔水管的另一端位于湿地处理区耕植土层的上方；所述湿地处理区的下部或底部设有第二穿孔水管，所述第二穿孔水管的一端靠近第二隔水墙、另一端穿过第一隔水墙并与出水分布区连通；所述池体底部具有坡度，且进水端位于高端，出水端位于低端。

更优选地，所述支撑层、基质层、耕植土层分别有至少一层，且基质层总厚度>支撑层总厚度>耕植土层总厚度；所述湿地处理区或湿地进水处理区或湿地出水处理区内还设有一组纵向或横向布置的采样管，当采样管纵向布置时，所述采样管一端与池体底部相接、另一端露出耕植土层，当采样管横向布置时，所述采样管一端位于支撑层或基质层或耕植土层内、另一端穿过池体侧壁并露出；所述土耕植物包括芦苇、香蒲、美人蕉。

优选地，所述人工湿地系统还包括事故水集水槽和事故水池；所述人工湿地的出水口分别经具有阀门的第二管道与事故水集水槽的进水口连通；所述事故水集水槽的出水口与事故水池连通；布水池所处高度>人工湿地所处高度>事故水集水槽所处高度>事故水池所处高度。

本实用新型兼容多种类型的人工湿地，能开展填料、植物、进水方式等组合的实验研究，从而实现对人工湿地结构的优化。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。

图2为图1实施例中提水泵的结构示意图。

图3为图1实施例中跌水台和布水池的侧视剖面结构示意图。

图4为图1实施例中水耕植物型人工湿地的结构示意图。

图5、图6为图4的A-A、B-B剖面示意图。

图7为图1实施例中水平潜流型人工湿地的结构示意图。

图8、图9为图7的A-A、B-B剖面示意图。

图10为图1实施例中垂直流型人工湿地的结构示意图。

图11至图13为图10的A-A、B-B、C-C剖面示意图。

图14为图1实施例中另一种水平潜流型人工湿地的结构示意图。

图15、图16为图14的A-A、B-B剖面示意图。

图17为图1实施例中另一种垂直流型人工湿地的结构示意图。

图18、图19为图17的A-A、B-B剖面示意图。

具体实施方式

实施例

如图1至图19所示，本实施例用于优化人工湿地结构的实验系统，包括提水泵01、跌水台02、布水池03、一组人工湿地04、清水集水槽05以及清水池 06；提水泵01的进水口07与待处理水源连通、出水口08位于跌水台02的顶部；布水池03敞口、且位于跌水台02的底端；布水池03经具有阀门的第一管道09分别与人工湿地04的进水口10连通；人工湿地04的出水口11分别经具有阀门的第二管道12与清水集水槽05的进水口连通；清水集水槽05的出水口与清水池06连通；布水池03所处高度>人工湿地04所处高度>清水集水槽05 所处高度>清水池06所处高度；人工湿地04的类型至少包括水耕植物型、水平潜流型、垂直流型之中的两种(本实施例为三种兼备)。

如图2、图3所示，跌水台02包括跌水池13和多级连续的台阶14；跌水池13位于跌水台02的顶部，提水泵01的出水口08位于跌水池13内；位于跌水台02顶端的台阶具有承接跌水池13溢出水体的斜坡15，斜坡15的高端靠近跌水池13、低端靠近下一级台阶；位于跌水台02底端的台阶141与布水池03 相连，且该台阶的阶面高于或平齐于布水池03的敞口外边缘(本实施例为平齐)。

本实施例中，人工湿地04分为五个区域，其中：

如图4至图6所示，第一区域15的类型为水耕植物型，该区域的人工湿地包括至少一个呈长方体且敞口的池体，池体由隔水的底部和四面隔水的侧壁围成；池体的具有进水口10的一端为进水端、具有出水口11的另一端为出水端；池体内设有与池内水流方向垂直的至少两道透水墙16、17(本实施例为两道)，其中，有一道透水墙16靠近池体进水端、并与池体进水端之间形成进水分布区 18，还有一道透水墙17靠近池体出水端、并与池体出水端之间形成出水分布区 19，这两道透水墙之间的池体区域为湿地处理区20，湿地处理区20内设有水耕植物21；池体底部具有坡度，且进水端位于高端，出水端位于低端。

具体而言，透水墙由透水砖砌成，或者，透水墙为砖砌花墙；水耕植物包括空心菜、水芹菜、美人蕉等。

如图7至图9所示，第二区域22的类型为水平潜流型，该区域人工湿地包括至少一个呈长方体且敞口的池体，池体由隔水的底部和四面隔水的侧壁围成；池体的具有进水口10的一端为进水端、具有出水口11的另一端为出水端；池体内在靠近池体出水端处设有透水墙23，透水墙23与池体出水端之间形成出水分布区24；池体内在靠近池体进水端处设有隔水墙25，隔水墙25与池体进水端之间形成进水分布区26；进水分布区26内充填有透水填料27、并设有穿孔水管28，穿孔水管28位于透水填料27的上方，穿孔水管28与池体进水口10 连通；隔水墙25底部设有过水孔29；透水墙23与隔水墙25之间的池体区域为湿地处理区30，湿地处理区30内从下至上依次设有支撑层31、基质层32以及耕植土层33，支撑层31由透水填料构成，基质层32的填料至少包括卵石、蛭石、钢渣、陶粒之一，耕植土层33栽种有土耕植物34；池体底部具有坡度，且进水端位于高端，出水端位于低端。

具体而言，透水墙23由透水砖砌成，或者，透水墙23为砖砌花墙；支撑层31、基质层32、耕植土层33分别有至少一层(本实施例中，基质层有三层，支撑层和耕植土层分别有一层)，且基质层32总厚度>支撑层31总厚度>耕植土层33总厚度；湿地处理区30内还设有一组纵向布置的采样管35，采样管35一端与池体底部相接、另一端露出耕植土层33；土耕植物34包括芦苇、香蒲、美人蕉。

如图14至图16所示，第三区域36的类型也为水平潜流型，与第二区域22 的不同之处为：(1)尺寸不同，第三区域36的人工湿地尺寸大于第二区域22 的人工湿地；(2)湿地处理区30内的采样管35为横向布置，采样管35一端位于支撑层31或基质层32或耕植土层33内、另一端穿过池体侧壁并露出。

如图10至图13所示，第四区域37的类型为垂直流型，该区域人工湿地包括至少一个呈长方体且敞口的池体，池体由隔水的底部和四面隔水的侧壁围成；池体的具有进水口10的一端为进水端、具有出水口11的另一端为出水端；池体内在靠近池体出水端处设有第一隔水墙38，第一隔水墙38与池体出水端之间形成出水分布区39；池体内在靠近池体进水端处设有第二隔水墙40，第二隔水墙40与池体进水端之间形成进水分布区41；第一、第二隔水墙38、40之间还设有第三隔水墙42，第二、第三隔水墙40、42之间的池体区域为湿地进水处理区43，第一、第三隔水墙38、42之间的池体区域为湿地出水处理区44；湿地进水处理区43、湿地出水处理区44内从下至上分别依次设有支撑层31、基质层32以及耕植土层33，支撑层31由透水填料构成，基质层32的填料至少包括卵石、蛭石、钢渣、陶粒之一，耕植土层33栽种有土耕植物(图中未示)；进水分布区41设有一端与池体进水口10连通的第一穿孔水管45，第一穿孔水管 45的另一端位于湿地进水处理区43耕植土层33的上方；第三隔水墙42的下部或底部贯穿有第二穿孔水管46，第二穿孔水管46的一端位于湿地进水处理区 43内靠近第二隔水墙40处、另一端位于湿地出水处理区44内靠近第一隔水墙 38处；湿地出水处理区44的基质层32上部还设有第三穿孔水管47，第三穿孔水管47的一端靠近第三隔水墙42、另一端穿过第一隔水墙38并与出水分布区 39连通；池体底部具有坡度，且进水端位于高端，出水端位于低端。

具体而言，支撑层31、基质层32、耕植土层33分别有至少一层(本实施例中，基质层有三层，支撑层和耕植土层分别有一层)，且基质层32总厚度>支撑层31总厚度>耕植土层33总厚度；土耕植物包括芦苇、香蒲、美人蕉。

如图17至图19所示，第五区域48的类型为垂直流型，该区域人工湿地包括至少一个呈长方体且敞口的池体，池体由隔水的底部和四面隔水的侧壁围成；池体的具有进水口10的一端为进水端、具有出水口11的另一端为出水端；池体内在靠近池体出水端处设有第一隔水墙38，第一隔水墙38与池体出水端之间形成出水分布区39；池体内在靠近池体进水端处设有第二隔水墙40，第二隔水墙40与池体进水端之间形成进水分布区41；第一、第二隔水墙38、40之间的池体区域为湿地处理区48，湿地处理区48内从下至上分别依次设有支撑层31、基质层32以及耕植土层33，支撑层31由透水填料构成，基质层32的填料至少包括卵石、蛭石、钢渣、陶粒之一，耕植土层33栽种有土耕植物34；进水分布区41设有一端与进水口连通的第一穿孔水管45，第一穿孔水管45的另一端位于湿地处理区48耕植土层33的上方；湿地处理区48的下部或底部设有第二穿孔水管46，第二穿孔水管46的一端靠近第二隔水墙40、另一端穿过第一隔水墙38并与出水分布区39连通；池体底部具有坡度，且进水端位于高端，出水端位于低端。

具体而言，支撑层31、基质层32、耕植土层33分别有至少一层(本实施例中，基质层有三层，支撑层和耕植土层分别有一层)，且基质层32总厚度>支撑层31总厚度>耕植土层33总厚度；湿地处理区48内还设有一组横向布置的采样管35，采样管35一端位于支撑层31或基质层32或耕植土层33内、另一端穿过池体侧壁并露出(也可根据实际情况纵向布置采样管35，采样管35一端与池体底部相接、另一端露出耕植土层33)；土耕植物34包括芦苇、香蒲、美人蕉。

如图1所示，人工湿地04系统还包括事故水集水槽49和事故水池50；人工湿地04的出水口11分别经具有阀门的第二管道12与事故水集水槽49的进水口连通；事故水集水槽49的出水口与事故水池50连通；布水池03所处高度> 人工湿地04所处高度>事故水集水槽49所处高度>事故水池50所处高度。

具体实施时，由提水泵将目标处理水源的水体抽至跌水台的跌水池内，水体从跌水池溢出经跌水台的多级台阶进入布水池，进而经第一管道进入各人工湿地(此时可通过开关各阀门来控制水体进入预定人工湿地)，水体经人工湿地处理后，若达标则依次经第二管道和清水集水槽进入清水池待用，若不达标则经第二管道和事故水集水槽进入事故水池等待进一步处理(进入清水池还是进入事故水池也通过开关各阀门来进行控制)。

在实践研究中，利用本实施例的实验系统，通过对填料种类、填料各层厚度、栽种植物种类、进水方式(如水平潜流、垂直流等)等参数的组合研究，可得出，针对不同水质的水体时应当采用的人工湿地结构，从而完成对人工湿地结构的优化。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。