人工湿地布水集水装置的制作方法

本实用新型属于污水处理技术领域，具体而言，本实用新型涉及人工湿地布水集水装置。

背景技术：

随着我国城镇化进程加快，农村经济飞速发展，居民生活质量显著提高，同时农村水污染问题也日益突出。人工湿地污水处理技术因其投资小、操作简单、运营费低、处理效果好等优势，近几年在南方得到广泛推广与应用。而北方冬季寒冷，人工湿地技术没有得到普遍推广使用。

人工湿地是通过模拟自然湿地的结构与功能，人为建造的用于污水处理的设施。通过基质、植物、微生物构成生态系统，依靠基质吸附过滤，植物吸收、固定、转化，微生物的分解、利用、代谢来去除污染物，使污水得到净化。其中微生物在污水净化过程中起到至关重要的作用。微生物的生长需要适宜的温度环境，在冬季低温条件下，微生物代谢减慢，生理活动受限，如硝化和反硝化细菌的生理活性和繁殖速度会受到低温条件很大的抑制作用。

人工湿地在北方农村冬季低温运行过程中，填料层冻结，布水管容易结冰、堵塞，排水不畅，造成湿地布水不均匀，进而影响到污水处理效果，影响到人工湿地在北方农村的推广与应用。针对人工湿地在北方农村冬季低温运行存在的问题，目前主要通过湿地保温措施来解决，多采用植物覆盖，薄膜覆盖，冰封法。三种办法在不同程度可以减少冬季低温对湿地的影响，然而也存在很多问题。

植物覆盖是将湿地周围植物就地收割覆盖到湿地表面，也可用干草或秸秆类植物覆盖。实施简便，具有较好的保温效果。但是大量干枯植物附着于湿地表面，容易腐烂产生大量的污染物，植物吸收固化的氮磷物质又被释放回湿地，给湿地带来二次污染。薄膜覆盖经常在农业中使用，人工湿地借鉴农业应用经验，冬季在湿地表面铺设薄膜，起到保温作用。薄膜多为不可降解塑料材质，容易形成白色污染，且铺设过程复杂，薄膜较薄，加大运维管理工作难度。冰封法为：在冬季温度较低时湿地内部水位上升，湿地表层形成一层冰盖，冰盖将上层空气和下层污水隔绝，起到保温作用。冰盖的形成受自然天气影响，无法人为直接控制冰盖的形成、厚度和密封性，需要定期检查冰盖的完整性和密封性，加大了运维管理工作难度。

因此，现有适用于北方低温条件下的人工湿地有待进一步改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种人工湿地布水集水装置，该装置操作简单，实施有效，不会造成二次污染，能够保证人工湿地在北方冬季低温环境下的稳定运行，并实现布水的通畅、均匀。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种人工湿地布水集水装置，根据本实用新型的实施例，该装置包括：

湿地单元，所述湿地单元具有：

防渗漏层，所述防渗漏层设在所述湿地单元的底部和侧壁；

填料层，所述填料层位于由所述防渗漏层形成的空间内；

湿地植物，所述湿地植物位于所述填料层上部；

布水单元，所述布水单元位于所述湿地单元第一端面外部，且与所述湿地单元相连；

集水单元，所述集水单元位于所述湿地单元第二端面外部，且与所述湿地单元相连，所述集水单元具有排水管，所述排水管的一端为带喇叭口的可伸缩短节，位于所述集水单元内部，所述排水管的另一端与所述可伸缩短节垂直相连，且延伸出所述集水单元；

布水管，所述布水管包括布水主管和在高度方向具有距离的至少两层布水支管，所述布水主管经所述布水单元延伸至所述填料层；所述至少两层的布水支管位于所述填料层内，且与所述布水主管相连，所述布水支管上设有布水孔；

集水管，所述集水管包括集水主管和集水支管，所述集水支管位于所述填料层底部，并位于所述布水支管下方，所述集水支管上设有集水孔；所述集水主管与所述集水支管相连，且延伸至所述集水单元；

通气管，所述通气管的一端与所述集水支管相连，另一端延伸出所述湿地单元，且所述另一端的端部设有通气帽。

根据本实用新型实施例的人工湿地布水集水装置，防渗漏层、填料层和湿地植物构成基本的湿地生态系统，其中，填料层吸附过滤，湿地植物起到吸收、固定、转化的作用，衍生的微生物利于分解、利用、代谢来去除污染物，使污水得到净化。原水经布水主管进入布水单元，再从布水支管上的布水孔抵达湿地单元，至少两层上下布置的布水支管有利于保证湿地单元内布水的均匀性和通畅性，且在北方农村冬季低温期时，通过开启最靠近湿地植物的一层布水支管，有利于在湿地单元表面形成冰盖，起到保温作用，保证湿地单元内部微生物生存所需的正常温度，形成冰盖后，湿地单元的运行可通过其他层布水支管维持。原水经湿地单元处理后，所得的尾水经填料层底部的集水支管上的集水孔收集，并经集水主管流至集水单元；集水单元中的排水管一端为带喇叭口的可伸缩短节，有利于调整湿地单元的水位高低；通气管的一端与集水支管相连，可避免集水支管产生负压，提高集水效率，延长集水支管的使用寿命，而通气帽可防止异物进入集水支管，避免集水支管堵塞。由此，该装置操作简单，实施有效，不会造成二次污染，能够保证人工湿地在北方冬季低温环境下的稳定运行，并实现布水的通畅、均匀。

另外，根据本实用新型上述实施例的人工湿地布水集水装置还可以具有如下附加的技术特征：

优选的，所述防渗漏层选自细沙-复合土工膜-细沙、细沙-塑料薄膜-细沙、混凝土、渗透系数<10^-8cm/s且厚度大于0.5m的土壤中的至少之一。

优选的，所述填料层中的填料选自石灰石、火山岩、沸石、页岩、陶粒、炉渣中的至少之一。

优选的，所述填料的粒径为8-25mm。

优选的，所述填料层的厚度为0.8-1.5m。

优选的，所述湿地植物选自择芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、再力花、水葱、水芹、灯心草、茭白、黑麦草中的至少之一。

优选的，每层所述布水支管包含多条所述布水支管。

优选的，在至少两层的所述布水支管中，至少一层所述布水支管位于所述湿地单元的冰冻线上方，至少一层所述布水支管位于所述湿地单元的所述冰冻线下方。

优选的，在高度方向上相邻的两层所述布水支管在水平方向间隔设置。

优选的，所述布水支管在水平方向间隔设置。

优选的，所述布水孔和所述集水孔均为椭圆形孔。

优选的，所述集水孔的面积不小于所述布水孔。

优选的，所述布水孔位于所述布水支管下部，所述集水孔位于所述集水支管下部。

优选的，每条所述布水支管下部沿着所述布水支管长度方向均匀设有所述布水孔，每条所述集水支管下部沿着所述集水支管长度方向均匀设有所述集水孔。

优选的，所述布水主管和所述布水支管的端部设有堵头。

优选的，每层所述布水支管与所述布水主管相连处设有第一电动阀门。

优选的，上述装置包括多条所述集水支管。

优选的，在高度方向上包括三层所述布水支管和一层所述集水支管，每层所述布水支管包括3-4根所述布水支管，每层所述集水支管包括4根所述集水支管。

优选的，每根所述集水支管和与所述每根集水支管在高度方向上相邻的每根所述布水支管在水平方向间隔设置。

优选的，每根所述集水支管与每根所述布水支管在水平方向上间隔设置。

优选的，所述通气管延伸出所述湿地单元10-50cm。

优选的，所述通气管与所述集水支管远离所述集水主管的一端垂直相连。

优选的，上述人工湿地布水集水装置进一步包括：排空单元，所述排空单元与所述集水单元相连，所述排空单元底部设有排空管，所述排空管的一端与所述集水单元相连，所述排空管的另一端延伸出所述排空单元。

优选的，所述排空管上设有第二电动阀门。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的人工湿地布水集水装置的俯视图；

图2是根据本实用新型一个实施例的人工湿地布水集水装置的前视图；

图3是根据本实用新型一个实施例的人工湿地布水集水装置的左视图；

图4是根据本实用新型再一个实施例的人工湿地布水集水装置的俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种人工湿地布水集水装置，根据本实用新型的实施例，参考图1-3，该装置包括：湿地单元2、布水单元1、集水单元3、布水管、集水管和通气管12。

根据本实用新型的一个实施例，湿地单元2具有防渗漏层13、填料层15和湿地植物16。需要说明的是，湿地单元的具体形状不受特别限制，如可以为符合规范要求的四方体形、圆柱、椭圆柱等形状。防渗漏层13设在湿地单元2的底部和侧壁，且适于防止原水渗漏，避免原水污染地下水和土壤。根据本实用新型的一个具体实施例，防渗漏层的具体类型并不受特别限制，如可以选自细沙-复合土工膜-细沙、细沙-塑料薄膜-细沙、混凝土、渗透系数<10^-8cm/s且厚度大于0.5m的土壤中的至少之一。上述防渗漏层满足规范要求。进一步的，填料层15位于由防渗漏层13形成的空间内。具体的，填料层中的填料可以选自石灰石、火山岩、沸石、页岩、陶粒、炉渣中的至少之一；进一步的，填料的粒径可以为8-25mm，发明人发现，若填料粒径过低，填料成本升高、孔隙率降低，导致填料容易堵塞，影响湿地处理能力；而若填料粒径过大，比表面积小，孔隙率过大，不利于填料内微生物的生长。进一步的，填料层的厚度可以为0.8-1.5m，发明人发现，若填料厚度过高，湿地建造成本明显升高，相同占地面积下，水力停留时间增加，厌氧现象明显，从而影响湿地处理效果；而若填料厚度过低，湿地单元可以利用的有效容积降低，相同占地面积下，湿地的处理效果明显下降。湿地植物16位于填料层15上部，即湿地植物种植于填料层上。具体的，湿地植物可以选自择芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、再力花、水葱、水芹、灯心草、茭白、黑麦草中的至少之一。

根据本实用新型的再一个实施例，布水单元1位于湿地单元2第一端面外部，且与湿地单元相连，且适于为湿地单元供给原水。

根据本实用新型的又一个实施例，集水单元3位于湿地单元2第二端面外部，且与湿地单元2相连，集水单元3具有排水管9，排水管9的一端为带喇叭口的可伸缩短节14，位于集水单元3内部，排水管9的另一端与可伸缩短节垂直相连，且延伸出集水单元3，且适于收集经湿地单元处理后的原水，即尾水，并将尾水排出人工湿地布水集水装置。带喇叭口的可伸缩短节有利于调节湿地单元内部的水位高低。

根据本实用新型的又一个实施例，布水管包括布水主管5和在高度方向具有距离的至少两层布水支管6，布水主管5经布水单元1延伸至填料层15；至少两层的布水支管6位于填料层15内，且与布水主管5相连，布水支管6上设有布水孔，且适于将原水布入湿地单元。根据本实用新型的一个具体实施例，每层布水支管6可以包含多条布水支管。进一步的，在至少两层的布水支管6中，至少一层布水支管6位于湿地单元的冰冻线上方，至少一层布水支管6位于湿地单元的冰冻线下方。由此，在北方农村冬季低温期时，通过往位于冰冻线上方的布水支管通入原水，有利于在湿地单元表面形成连续且均匀的冰盖，进而实现对湿地单元的保温作用，保证湿地单元内部微生物生存所需的正常温度；而通过位于冰冻线下方的布水支管将原水送入湿地单元，有利于维持湿地单元的正常运行。需要说明的是，此处所述的冰冻线是根据湿地单元所在具体位置的温度而定的。进一步的，在高度方向上相邻的两层布水支管6在水平方向间隔设置，如图3所示，从上到下，第三层布水支管的每根布水支管均位于第一层布水支管的每一条布水支管正下方，第二层布水支管的每条布水支管位于第一层布水支管的相连两条布水支管中间的正下方。由此，可保证湿地单元内布水无死角、无沟流，提高湿地单元的布水均匀性和通畅性。进一步的，布水支管6在水平方向间隔设置，即不同层的布水支管在水平方向上均具有距离。由此，可进一步提高湿地单元的布水均匀性。进一步的，布水支管上的布水孔的形状并不受特别限制，如可以为椭圆形。进一步的，布水孔可以位于布水支管的下部，由此，有利于提高布水支管的布水效率。进一步的，为了进一步提高湿地单元的布水均匀性，可以在每条布水支管下部沿着布水支管长度方向均匀设布水孔。进一步的，为了防止杂物进入布水管，可以在布水主管5和布水支管6的端部设堵头。进一步的，为了实现自动化控制，减少劳动力的投入，每层布水支管6与布水主管5相连处可以设第一电动阀门11，由此，可以通过控制第一电动阀门，实现对每层布水支管是否通入原水的控制，进而实现对湿地单元布水的控制。冬季农村污水量较少时，将第一电动阀门和排水管的可伸缩短节配合使用，可以有效降低湿地单元内污水水位，保证冰盖下污水的处理效果。

进一步的，湿地单元内部具体的布水支管层数和每层布水支管包含的布水支管根数可以根据湿地单元的具体大小以及布水支管的管径进行确定，如湿地单元2内部可以包含3层布水支管，每层布水支管可以包括3-4根布水支管，如从上到下的第一层和第三层包含4根布水支管，中间第二层包含3根布水支管。

根据本实用新型的又一个实施例，集水管包括集水主管8和集水支管7，集水支管7位于填料层15底部，并位于布水支管6下方，集水支管7上设有集水孔；集水主管8与集水支管7相连，且延伸至集水单元3，且适于将经湿地单元处理后得到的尾水排出湿地单元。需要说明的是，集水孔的具体位置并不受特别限制，如为了提高原水在湿地单元的处理时间，可以将集水孔设在集水支管的下部。进一步的，集水孔的形状也不受特别限制，如可以为椭圆形。进一步的，为了提高湿地单元的集水效率，单个集水孔的面积不小于布水孔。进一步的，为了提高湿地单元的集水效率，每条集水支管下部沿着集水支管长度方向可以均匀设置集水孔，也可以包括多条集水支管。为了平衡装置的安装便利性及集水效率，可以在湿地单元内设一层集水支管，进一步的，该层集水支管可以包括4根集水支管。进一步的，为了进一步提高原水在湿地单元内部的处理时间，可以将每根集水支管和与每根集水支管在高度方向上相邻的每根布水支管在水平方向间隔设置，更进一步的，可以每根集水支管与每根布水支管在水平方向上均呈间隔设置。

根据本实用新型的又一个实施例，通气管12的一端与集水支管7相连，另一端延伸出湿地单元2，且另一端的端部设有通气帽。发明人发现，通气管的一端与集水支管相连，可避免集水支管产生负压，提高集水效率，延长集水支管的使用寿命，而通气帽可防止异物进入集水支管，避免集水支管堵塞。进一步的，通气管延伸出湿地单元的距离并不受特别限制，如可以为10-50cm，优选20cm。进一步的，为了进一步强化通气管的上述作用，通气管12可以与集水支管7远离集水主管8的一端垂直相连。

根据本实用新型实施例的人工湿地布水集水装置，防渗漏层、填料层和湿地植物构成基本的湿地生态系统，其中，填料层吸附过滤，湿地植物起到吸收、固定、转化的作用，衍生的微生物利于分解、利用、代谢来去除污染物，使污水得到净化。原水经布水主管进入布水单元，再从布水支管上的布水孔抵达湿地单元，至少两层上下布置的布水支管有利于保证湿地单元内布水的均匀性和通畅性，且在北方农村冬季低温期时，通过开启最靠近湿地植物的一层布水支管，有利于在湿地单元表面形成冰盖，起到保温作用，保证湿地单元内部微生物生存所需的正常温度，形成冰盖后，湿地单元的运行可通过其他层布水支管维持。原水经湿地单元处理后，所得的尾水经填料层底部的集水支管上的集水孔收集，并经集水主管流至集水单元；集水单元中的排水管一端为带喇叭口的可伸缩短节，有利于调整湿地单元的水位；通气管的一端与集水支管相连，可避免集水支管产生负压，提高集水效率，延长集水支管的使用寿命，而通气帽可防止异物进入集水支管，避免集水支管堵塞。由此，该装置操作简单，实施有效，不会造成二次污染，能够保证人工湿地在北方冬季低温环境下的稳定运行，并实现布水的通畅、均匀。

进一步的，根据本实用新型的实施例，参考图4，为了在湿地单元轮休、维护停运时排空湿地单元内部的污水，上述人工湿地布水集水装置可以进一步包括：排空单元4。排空单元4与集水单元3相连，排空单元4底部设有排空管10，排空管10的一端与集水单元3相连，排空管10的另一端延伸出排空单元4。进一步的，为了进一步实现自动化控制，减少劳动力的投入，可以在排空管10上设第二电动阀门。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。