低温区域人工湿地系统的制作方法

本发明涉及人工湿地污水处理技术，特别是一种低温区域人工湿地系统。低温区域包括寒冷地区和严寒地区，寒冷地区主要特征为最冷月平均温度在0~-10℃之间；严寒地区主要特征为最冷月平均温度≤-10℃。

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，将受污染水体有控制的投配到经人工建造的湿地上，受污染水体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，对受污染水体进行处理的一种技术。

人工湿地通过模仿天然湿地构造，经过科学的设计、运行管理和维护，具有强大的水质净化效果。人工湿地对污水处理效果受湿地种类、污染负荷、气温变化、运行方式等因素影响。由于微生物在低温条件下，会进入代谢缓慢或休眠状态，影响人工湿地的正常运行，使污染物的去除率降低，气温变化对于湿地系统污水处理相关的影响至关重要，与一年中其他季节相比，低温区域冬季人工湿地效果相对较差是普遍现象，传统人工湿地存在着冬季运行效果差，低温区域越冬困难的问题，使其在低温区域难以推广应用。

为了强化人工湿地在冬季低温的处理效果，目前，主要通过植物保温隔离、冰雪覆盖组合保温隔离和地膜保温隔离等措施对湿地进行保温。但这些方式可靠性和保温效果较差，难以保障低温区域冬季湿地的正常运行。

所以，目前人工湿地更多运用在南方地区，在我国北方地区并没有得到广泛的推广和使用。北方冬季寒冷是人工湿地技术没有在我国北方得到普遍推广使用的主要原因。近几年水环境治理项目爆发式增长，给传统人工湿地技术改良带来机遇与挑战。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于污水处理的适合低温区域、冬季保温效果好、通过大气势能复氧的、运行成本低的低温区域人工湿地系统。为此，本发明采用以下技术方案：

低温区域人工湿地系统，其特征在于包括人工湿地滤床，其特征在于在滤床上部还设置湿地保温层，所述保温层包括种植土和处在底部的覆盖在人工湿地滤床上的土工布，所述人工湿地滤床被暗埋在所述湿地保温层之下；

所述滤床的底部设置砂保护层，在砂保护层上铺设滤床的防渗层，且防渗层一直延伸到保温层的种植土所处的高度；

所述系统还设置有通气系统，所述通气系统的通气管从人工湿地滤床的生物滤料层通达保温层上方的大气。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用：

所述种植土的厚度根据冻土深度进行调整。

在土工布之上还铺设隔热支撑板。

所述低温区域人工湿地系统设置有污水布水系统，所述污水布水系统的布水管设置在人工湿地滤床顶部，并在布水管路所在高度设置由滤料构成的均匀布水层，在均匀布水层下设置生物滤料层；通过plc控制的布水控制阀门控制布水管，通过plc控制进水时间、流量，以间歇性地向布水管的主管进水。

在生物滤料层之下设置集水层，所述的集水层中的滤料自上而下逐步粒径增大，并在集水层的下部设置集水管。

所述的砂保护层由细砂组成，其粒径为1mm~0.5mm。

所述的防渗层选用渗透系数小于10^-8m/s的防渗材料。

在种植土中种植的湿地植物。

所述的通气管为管壁间隔开孔的pvc-u管，通气管伸入生物滤料层底部，通气口伸出湿地保温层50~100mm，上装有开通气小孔的防污帽。

集水管隔着防渗层水平敷设于砂保护层上。

本发明优势如下:

1、本发明可以有效提高冬季湿地滤床的温度，为微生物提供适宜的环境，从而提高低温区域人工湿地冬季运行效果，解决了人工湿地在冬季低温区域运行难的技术问题，为人工湿地在低温地区的推广提供了有利条件。

2、湿地可通过调节布水控制阀门控制进水时间和频率，人工湿地可实现好氧和缺氧的转换，可实现微生物的同步硝化和反硝化；

3、上部覆盖的保温层能有效避免传统湿地蚊蝇滋生和污水臭味外溢的问题；

4、本发明湿地运行全由plc自动控制，管理操作简便。

5、可根据进水特点，生物滤料层可选择不同矿种（如含铁、铝等），实现湿地的除磷效果。

本发明通过改进传统人工湿地工艺，促进人工湿地技术进步与发展，本发明在我国低温区域的水环境治理项目具有较强的市场应用和推广前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：

参见图1，本实施例低温区域人工湿地系统包括人工湿地滤床，在滤床上部还设置湿地保温层，所述人工湿地滤床被暗埋在所述湿地保温层之下。

所述保温层包括种植土16-1和处在底部的覆盖在人工湿地滤床上的土工布16-3。种植土厚度可根据冻土深度进行调整，本发明以1m种植土厚度为例进行说明，其上可种植挺水植物，耐水生的小乔木和灌木的植物8。优选地，人工湿地保温层在土工布16-3之上垫有隔热支撑板16-2。所述隔热支撑板16-2可采用聚苯板等有一定强度又能隔热隔湿的板材，这样，既能和种植土16-1组合，使保温层具有更好的保温效果，在相同厚度的情况下具有更好的保温效果，同时，保温层对下方的人工湿地滤床的压力施加更均匀，有效保护人工湿地滤床。

人工湿地滤床自上而下依次包括均匀布水层15、生物滤料层14、集水排水层13。

所述的均匀布水层15由粒径15~25mm的砾石和/或碎石滤料组成，其厚度满足能够埋设布水管并使从布水管向外流出的水能均匀分布流入下方的生物滤料层14即可，本实施例中厚度采用200mm。

所述的布水管布置为一种污水处于层流状态下的布水装置，通过plc控制布水控制阀门2启闭实现污水间歇进入主管，污水在主管3和支管内为低速流动。该布水装置主管环状或“丰”字布置，支管为穿孔管形式，与主管连通，水平敷设在均匀布水层15中。附图标号1为进水控制井。

生物滤料层14为公知技术，比如：沸石、砾石、碎石、铁矿石、活性炭等以及各种不同填料的组合。本发明是火山岩滤料为例进行说明，主滤层选用粒径8~12mm的火山岩滤料，厚度500mm。

集水排水层13自上而下由粒径8-16mm砾石和/或碎石滤料厚度100mm和粒径16-32m砾石和/或碎石滤料组成，其厚度满足能够埋设集水管10，本实施例中厚度采用200mm。

集水管10呈网状分布，集水管侧向割缝，缝宽2mm，缝条长度200mm，间隔100mm，集水管10与清扫立管7连通，清扫立管7的上端伸出湿地保温层并加装可开启的清扫口6。同时，集水装置接有水位调节井9，可根据实际运行情况调节湿地运行水位。

所述人工湿地滤床的底部设置砂保护层12，在砂保护层12上铺设滤床的防渗层11，且防渗层11一直延伸到保温层的种植土16-1所处的高度。

人工湿地防渗层11可采用二布一膜、gcl膨润防水毯或采用钢筋混凝土等结构，本发明是以二布一膜为例，所述二布一膜为以塑料薄膜作为防渗基材，与无纺布复合而成的土工防渗材料。砂保护层12位于集水排水层13的下方，用于保护集水排水层13的集水管道，集水管10隔着防渗层水平敷设于砂保护层上。所述的砂保护层由细砂组成，其粒径为1mm~0.5mm。本实施例中厚度采用100mm。

所述低温区域人工湿地系统设有通气装置，通气装置由多根通气管5构成，所述的通气管5为管壁间隔开孔的pvc-u管，通气管5上端穿过保温层与大气连接，通气口伸出湿地保温层50~100mm，上装有开通气小孔的防污帽4，通气管5的下端伸入生物滤料层底部。布水装置通过plc控制进行布水控制阀门，实现污水间歇性的经过生物滤料层后，通过通气装置实现湿地的复氧。

低温区域人工湿地系统如下运行：污水通过重力或泵提升进入布水控制阀门2，进过均匀布水层后，污水自上而下经生物滤料层的微生物分解、同化和滤料吸附等作用，处理后的水通过集水排水层收集后流出。本发明在均匀布水层以上覆盖一层接近冻土深度的种植土作为湿地保温层，保温层下部和均匀布水层之间用聚苯板+土工布进行隔离，人工湿地设置通气装置，通气装置穿过保温层与大气连通；通过布水控制阀门，使湿地的生物滤料层在不同时间段形成液位差，由于生物滤料层内污水液位发生波动形成的负压，空气可通过通气装置扩散到人工湿地内部进行复氧。当生物滤料层水位上升时，污水通过与滤料附着的微生物进行同步硝化和反硝化，当生物滤料层水位下降时，生物滤料层内形成一定的负压，空气可通过通气装置进入滤料层复氧。同时湿地不仅仅局限于种植挺水植物，还包括耐水湿的小乔木和灌木。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。