一种基于横向水力扰动的生态湿地及净水方法与流程

本发明涉及公共卫生与水环境污染防治技术领域，具体涉及一种基于横向水力扰动的生态湿地及净水方法。

背景技术：

生态湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。生态湿地的植物还能够为水体输送氧气，增加水体的活性。湿地植物在控制水质污染，降解有害物质上也起到了重要的作用。

生态湿地中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气等等。通过这一系列的作用，污水中的主要有机污染物都能得到降解同化，成为微生物细胞的一部分，其余的变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。

生态湿地还存在某些原生动物及后生动物，甚至一些湿地昆虫和鸟类也能参与吞食湿地系统中沉积的有机颗粒，然后进行同化作用，将有机颗粒作为营养物质吸收，从而在某种程度上去除污水中的颗粒物。

充分混合是生化反应的第一关，也是至关重要的一关。在这个过程中应使水解产物迅速地扩散到水中的每一个细部，使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚，这样才能得到好的反应效果。因为在混合过程中同时产生胶体颗粒脱稳与凝聚，可以把这个过程称为初级混凝过程。但这个过程的主要作用是混合，因此一般称为混合过程。使水中胶体颗粒同时脱稳产生凝聚，是取得好的絮凝效果的先决条件，但由于人们对于多相物系反应中亚微观传质以及湍流微结构在胶体颗粒初始凝聚时的作用认识不清，故也妨碍了混凝效果的进一步提高。

为此，我们提出了一种基于横向水力扰动的生态湿地及净水方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于横向水力扰动的生态湿地，用于生态湿地的长期、高效及稳定运行，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于横向水力扰动的生态湿地，包括池体，所述池体的底部外侧壁上设置有进水管，所述池体内设置有滤料层和植物，所述植物设置于滤料层上，所述池体通过水力扰动装置与出水管连接，所述出水管设置于池体的顶部外侧壁上；

所述水力扰动装置包括多根扰动管、潜水泵、电磁阀和电控装置，多根所述扰动管的底部均延伸至滤料层的内部，多根所述扰动管的顶部通过连接管道连接，所述电磁阀安装在连接管道上，所述电控装置与电磁阀和潜水泵电性连接，所述潜水泵位于滤料层的内部，其中一根所述扰动管的底部与潜水泵的输入端连接。

进一步地，所述池体的长宽高的比例为1:1:1~2:3:1。

进一步地，所述滤料层的材质为砾石、沸石、高炉钢渣或碎石中的其中一种或多种组合。

进一步地，所述植物为香蒲、菖蒲、水芹或茭草中的其中一种或多种组合。

进一步地，所述进水管的管径和出水管的管径范围均为300-600mm，且所述进水管的材质和出水管的材质为pe、pvc或upvc中的其中一种。

进一步地，所述扰动管的材质为pe、pvc或upvc中的其中一种。

进一步地，所述潜水泵的扬程为2~5m，流量为0.5~10/h。

进一步地，所述潜水泵安装在靠近出水管一侧的扰动管上。

进一步地，所述电磁阀位于连接管道位于出水管的一端外侧壁上，且所述电磁阀位于相邻两个扰动管之间。

一种基于横向水力扰动的生态湿地的净水方法，包括以下步骤：

s1、污水由池体底部的进水管流入生态湿地，依次流经滤料层和植物的根系，从而在滤料层和植物的根系截留、吸附、吸收及其表面附着微生物的转化作用下得以净化；

s2、污水在流动过程中受到水力扰动装置的横向水力扰动作用，得以在整体纵向流动的同时实现局部横向流动和水平对流，这增强了污水和滤料层以及植物的根系的充分接触，且提升了生态湿地内水体的扰动与复氧条件，从而增强了生态湿地的净化效能；

s3、当污水流至出水管的潜水泵时，部分污水在潜水泵的抽吸作用下返回至扰动管内，并通过扰动管回流至生态湿地的中部或前部，从而在改善生态湿地水体混合的同时实现横向水力扰动，多余的污水则通过出水管排出，完成净化过程；

s4、水力扰动装置的电控装置可根据滤料层的堵塞状况，调节潜水泵的流量和扰动管管路上不同电磁阀的启闭状态，从而有针对性地冲洗堵塞严重的滤料层，有效延长生态湿地的有效运行时间，并根据净化需要自由条件生态湿地的横向水力扰动方向和强度。

本发明相比同类技术的创新之处为：一种基于横向水力扰动的生态湿地，能提高湿地的净水效果，保证湿地的长期有效运行，充分混合是反应第一关，也是非常重要的一关。在这个过程中应使水解产物迅速地扩散到水中的每一个细部，使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚，这样才能得到好的反应效果。因为在混合过程中同时产生胶体颗粒脱稳与凝聚，可以把这个过程称为初级混凝过程。但这个过程的主要作用是混合，因此一般称为混合过程。使水中胶体颗粒同时脱稳产生凝聚，是取得好的絮凝效果的先决条件，但由于人们对于多相物系反应中亚微观传质以及湍流微结构在胶体颗粒初始凝聚时的作用认识不清，故也妨碍了混凝效果的进一步提高。本专利提出的横向水力扰动旨在提高水体交换效率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:

1、成本低，该技术主要采用常见的水生植物与设备，廉价易得；

2、无二次污染，植物可提升水体净化功能，可减少其植物腐败造成的水体二次污染；

3、具有一定景观效益，植物的搭配可提升景观价值；

4、具有一定的经济效益，所种植物收割后具有一定经济价值；

5、兼容性好，根据水体现场情况可灵活构建，并耦合其他水环境生态修复措施；

6、易于推广，该技术建造成本低，维护方便，有利于大量推广应用。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于横向水力扰动的生态湿地的结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于横向水力扰动的生态湿地的侧视结构示意图；

图3为本发明提出的一种基于横向水力扰动的生态湿地的俯视结构示意图。

图中：1、池体；2、进水管；3、出水管；4、水力扰动装置；41、扰动管；42、潜水泵；43、电磁阀；44、电控装置；5、滤料层；6、植物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图3，本发明还提出了一种基于横向水力扰动的生态湿地，包括池体1，池体1的底部外侧壁上设置有进水管2，池体1内设置有滤料层5和植物6，植物6设置于滤料层5上，池体1通过水力扰动装置4与出水管3连接，出水管3设置于池体1的顶部外侧壁上；

水力扰动装置4包括多根扰动管41、潜水泵42、电磁阀43和电控装置44，多根扰动管41的底部均延伸至滤料层5的内部，多根扰动管41的顶部通过连接管道连接，电磁阀43安装在连接管道上，电控装置44与电磁阀43和潜水泵42电性连接，潜水泵42位于滤料层5的内部，其中一根扰动管41的底部与潜水泵42的输入端连接。

其中，池体1用于提供承载空间。

其中，进水管2和出水管3用于实现往池体1内进水和将池体1内净化后的污水排出。

其中，滤料层5用于净化流经的污水。

其中，植物6种植于滤料层5顶部，用于净化流经的污水。

其中，池体1的材质为素砼或砖砌。

优选地，池体1的材质为素砼。

进一步地，池体1的长宽高的比例为1:1:1~2:3:1。

优选地，池体1的长宽高的比例为2:2:1。

其中，进水管2设置于池体1的底部外侧壁上，出水管3设置于池体1的顶部外侧壁上，从而避免生态湿地的短流或断流。

进一步地，滤料层5的材质为砾石、沸石、高炉钢渣或碎石中的其中一种或多种组合。

其中，滤料层5不仅具有吸附、过滤和沉淀等水处理功能，而且还可以为微生物生长提供载体。

进一步地，植物6为香蒲、菖蒲、水芹或茭草中的其中一种或多种组合。

进一步地，进水管2的管径和出水管3的管径范围均为300-600mm，且进水管2的材质和出水管3的材质为pe、pvc或upvc中的其中一种。

优选地，进水管2和出水管3的管径均为500mm。

优选地，进水管2的材质和出水管3的材质均为pe。

其中，扰动管41设置于池体1的侧部，用于将潜水泵42抽吸的水体横向喷射于池体1内，使污水在池体1内横向流动。

其中，潜水泵42靠近出水管3，用于将出水管3附近的水体抽吸到扰动管41内，从而强化池体1内的水力循环。

进一步地，扰动管41的材质为pe、pvc或upvc中的其中一种。

优选地，扰动管41的材质为pe。

进一步地，潜水泵42的扬程为2~5m，流量为0.5~10/h。

进一步地，潜水泵42安装在靠近出水管3一侧的扰动管41上。

其中，电磁阀43设置于连接管道上，用于切换和调控系统的水力扰动状态。

其中，电控装置44则用于控制潜水泵42和电磁阀43的运行状态，以实现生态湿地最佳的横向水力循环条件。

进一步地，电磁阀43位于连接管道位于出水管3的一端外侧壁上，且电磁阀43位于相邻两个扰动管41之间。

其中，水力扰动装置4的电控装置44可根据滤料层5的堵塞状况，调节潜水泵42的流量和连接管道上不同电磁阀43的启闭状态，从而有针对性地冲洗堵塞严重的滤料层5，有效延长生态湿地的有效运行时间，并根据净化需要自由条件生态湿地的横向水力扰动方向和强度。

一种基于横向水力扰动的生态湿地的净水方法，包括以下步骤：

s1、污水由池体1底部的进水管2流入生态湿地，依次流经滤料层5和植物6的根系，从而在滤料层5和植物6的根系截留、吸附、吸收及其表面附着微生物的转化作用下得以净化；

s2、污水在流动过程中受到水力扰动装置4的横向水力扰动作用，得以在整体纵向流动的同时实现局部横向流动和水平对流，这增强了污水和滤料层5以及植物6的根系的充分接触，且提升了生态湿地内水体的扰动与复氧条件，从而增强了生态湿地的净化效能；

s3、当污水流至出水管3的潜水泵42时，部分污水在潜水泵42的抽吸作用下返回至扰动管41内，并通过扰动管41回流至生态湿地的中部或前部，从而在改善生态湿地水体混合的同时实现横向水力扰动，多余的污水则通过出水管3排出，完成净化过程；

s4、水力扰动装置4的电控装置44可根据滤料层5的堵塞状况，调节潜水泵42的流量和扰动管41管路上不同电磁阀43的启闭状态，从而有针对性地冲洗堵塞严重的滤料层5，有效延长生态湿地的有效运行时间，并根据净化需要自由条件生态湿地的横向水力扰动方向和强度。

其中，污水在流动过程中受到水力扰动装置4的横向水力扰动作用，得以在池体1内纵向流动的同时实现局部横向流动和水平对流，这增强了污水与滤料层5和植物6的根系的充分接触，且提升了生态湿地内水体的扰动与复氧条件，从而增强了生态湿地的净化效能。

其中，当污水流至出水管3的潜水泵42时，部分污水在潜水泵42的抽吸作用下返回至扰动管41内，并通过扰动管41回流至池体1的中部或池体1内靠近进水管2的位置，从而在改善生态湿地水体混合的同时实现横向水力扰动，多余的污水则通过出水管3排出，完成净化过程。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。