一种垂直流人工湿地多功能集配水系统的制作方法

本实用新型涉及人工湿地配水技术领域，具体涉及一种垂直流人工湿地多功能集配水系统。

背景技术：

随着工业化、城市化及农业现代化的飞速发展，工业废水、生活污水及农业尾水引发了一系列水环境污染问题。人工湿地凭借其仿自然、运行稳定、易于维护管理以及生态景观等优点，得到水处理领域的普遍推广应用，成为污水处理、生态修复及水资源保护的重要技术手段。

按照水体流动方式，人工湿地分为表面流、水平潜流和垂直潜流三种主要结构。其中垂直流人工湿地的水流自上而下沿垂直纵向通过基质层，完成对污水中各类污染物质的吸附去除功能。垂直流人工湿地内部的集配水系统过流特性、管道水流调控、开孔管尺寸、开孔总面积、集配水均匀程度等水力学特性将对整体过流能力及渗流流场分布起到关键作用。在实际运行过程中，常常由于配水不均匀、管道过流能力不足严重制约了处理能力，局部区段易出现短流、断流和空排现象。因此，对常规的集配水系统进行调整优化，增加多重功能不仅可以保证垂直流湿地正常运行，同时也能够满足后期维护的要求，大大提高了垂直流湿地整体长效处理能力。

为此，针对现有人工湿地所存在的弊端，设计一种人工湿地集配水系统，使其可保证水体均匀流态、缓解边缘化短流、局部滴漏和空排等问题，保持湿地长效运行，是目前技术人员的创新设计理念。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种垂直流人工湿地多功能集配水系统，其通过配水区和集水区对应的各支管进行湿地全方位覆盖，最大程度的发挥湿地各区块的处理效能；另增加了曝气增氧功能，促进好氧硝化作用，提高氨氮转化效率；增加反冲洗功能，可疏通填料之间空隙和过水通道，换气换水并重新激活填料的除磷吸附能力，有效缓解填料堵塞和过饱和引起的污染物二次释放等问题；其解决了现有人工湿地水体不均、运行时间短等上述所存在的弊端不足。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种垂直流人工湿地多功能集配水系统，包括湿地填料层，该系统还包括配水区、集水区和排水区，所述配水区水平设于湿地填料层上方，所述集水区水平设于湿地填料层下方，所述排水区竖直设于湿地填料层一端。

进一步的，所述配水区包括配水主管、若干分支主管和若干配水支管，所述分支主管间隔的设于配水主管两侧，所述配水支管间隔的设于分支主管两侧；其中，所述配水支管上间隔的设置若干通水孔，且所述通水孔均设于配水支管的水平中心面的上方。

进一步的，所述集水区包括集水主管和若干集水支管，所述集水支管间隔的设于集水主管两侧；其中，所述集水支管上间隔的设置若干集水孔，且所述集水孔均设于集水支管的水平中心面的上方。

进一步的，所述集水主管一端竖直设置反冲洗管，且所述反冲洗管顶端连接蠕动泵；所述集水主管另一端设有阀门，且所述集水主管另一端通过阀门与排水区相连。

进一步的，所述集水区还设有曝气管，所述曝气管包括曝气主管和若干曝气支管，所述曝气支管间隔的设于曝气主管两侧。

进一步的，所述曝气主管首端垂直设置通气管，且所述通气管顶端连接鼓风机；所述曝气支管上间隔的设置若干通气孔。

进一步的，所述曝气主管与集水主管相平行，且所述曝气支管和集水支管相互交叉间隔设置。

进一步的，所述排水区衔接湿地填料层的侧壁的上下方向设置若干一一对应的排水孔管和出水阀，所述排水孔管分别与各湿地填料层的中心线处于同一高度。

进一步的，所述排水区侧壁的低端设有放空阀，所述放空阀与集水主管处于同一水平位置，且所述阀门和放空阀设于排水区不同的侧壁上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型系统的配水区利用配水主管、若干分支主管和若干配水支管之间枝状延伸分布，通过配水主管将进水分流至分支主管，经分支主管流入各配水支管中，保证管口出水覆盖湿地表层全方位，最大程度发挥湿地各区块的处理效能。

2、本实用新型的系统于集水区设置曝气管，即当湿地水体中溶解氧浓度过低时，开启鼓风机，将空气注入管内，自下而上进行曝气充氧，增加氧气量，促进好氧硝化作用，提高氨氮转化效率。

3、利用本实用新型的系统，当湿地运行周期较长时，利用蠕动泵定期对反冲洗管内进行输水，反复冲洗湿地填料，开启集水管末端的阀门和排水区低端的放空阀，排空湿地床体内部存水，疏通填料之间空隙和过水通道，换气换水并重新激活填料的除磷吸附能力，有效缓解填料堵塞和过饱和引起的污染物二次释放问题。

4、本实用新型的系统利用排水区侧壁上下方向设置的不同高度排水孔管和出水阀，间歇性调节湿地运行水位，可确保植物和微生物优势生长，控制污水在湿地内部适宜的水力停留时间，确保湿地的高效处理能力。

本实用新型提供的一种垂直流人工湿地多功能集配水系统，其保证了水体均匀流态，缓解边缘化短流、局部滴漏和空排等问题，可最大程度的发挥湿地各区块的处理效能；提高氨氮转化效率；可重新激活填料的除磷吸附能力，有效缓解填料堵塞和过饱和引起的污染物二次释放等问题；保证湿地长效运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一种垂直流人工湿地多功能集配水系统的一较佳实施例的人工湿地剖面结构示意图；

图2为本实用新型一种垂直流人工湿地多功能集配水系统的一较佳实施例的配水管结构示意图；

图3为本实用新型一种垂直流人工湿地多功能集配水系统的一较佳实施例的集水管结构示意图；

图4为本实用新型一种垂直流人工湿地多功能集配水系统的一较佳实施例的通水孔/集水孔结构示意图。

图5为图4中a-a的剖面结构示意图。

图中：1-湿地填料层，2-配水区，21-配水主管，22-分支主管，23-配水支管，24-通水孔，3-集水区，31-集水主管，32-集水支管，33-集水孔，34-阀门，4-排水区，41-排水孔管,42-出水阀，43-放空阀，44-排水管，5-反冲洗管，6-曝气管，61-曝气主管，62-曝气支管，63-通气管，64-通气孔。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实物上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实物上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实物上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1所示，本实用新型的一种垂直流人工湿地多功能集配水系统，包括湿地填料层1，该系统还包括配水区2、集水区3和排水区4，所述配水区2水平设于湿地填料层1上方，所述集水区3水平设于湿地填料层1下方，所述排水区4竖直设于湿地填料层1一端。

其中，所述配水区高于表面填料层200-300mm；所述集水区高于湿地底部100-200mm。人工湿地的外侧进水管口处安装计量泵和进水阀，进入人工湿地的污水于表层配水区均匀散流，自上而下渗流至底部集水区，经统一收集后由底部进入排水区4。

具体的，如图2、图4和图5所示，所述配水区2包括配水主管21、若干分支主管22和若干配水支管23，所述分支主管22间隔的设于配水主管21两侧，所述配水支管23间隔的设于分支主管22两侧；其中，所述配水支管23上间隔的设置若干通水孔24，且所述通水孔24均设于配水支管23的水平中心面的上方。

其中，所述配水支管23上部的通水孔24，穿孔位置为配水支管23管道的上半部，穿孔角度沿管道垂直中心线左右对称偏移45°，相邻孔口切向间隔250mm，法向间隔200mm，孔口位置交错分布于水平中心线两侧；且所述配水支管23上通水孔24的孔径为5mm，各孔口边缘毛边磨平处理，确保出入孔口的水流平缓顺畅。

具体的，所述各配水主管21、若干分支主管22和若干配水支管23之间通过异径四通连接；所述各配水主管21、若干分支主管22和若干配水支管23交叉处安装控制阀；所述各配水分支主管22和配水支管23末端安装堵头。

其中，配水主管21的管径为100-120mm，所述配水分支主管22成对设置，且每对配水分支主管22于配水主管21上间隔500mm；配水分支主管22的管径为80-100mm，配水分支主管22交汇口处分别安装一组dn80-100mm球阀，用于调控区块配水。所述配水支管23成对设置，且每对配水支管23于配水分支主管22上间隔300mm；其中，配水支管23管径为20-50mm，且配水支管23末端安装对应管径的堵头。人工湿地进水，由配水主管21首先分流至各分支主管22，再经分支主管22二次分流至各配水支管23中，最终从配水支管23上部通水孔24流出。

具体的，如图3、图4和图5所示，所述集水区3包括集水主管31和若干集水支管32，所述集水支管32间隔的设于集水主管31两侧；其中，所述集水支管32上间隔的设置若干集水孔33，且所述集水孔33均设于集水支管32的水平中心面的上方。

其中，所述集水主管31设置两根，其中，集水主管31的管径为100-120mm，且两根集水主管31间距800-1000mm；所述集水支管32成对设置，其中，每对集水支管32于对应集水主管31上间隔400—500mm；所述集水支管32的管径为50-80mm，集水支管32的末端安装对应管径的堵头。从人工湿地配水区流出的水逐级渗透至底部，首先由各集水支管32上部的集水孔33收集，随后合流至集水主管31内，最终流入排水区4。

所述集水支管32上的集水孔33，穿孔位置为集水支管32管道上半部，穿孔角度沿管道垂直中心线左右对称偏移45°，相邻孔口切向间隔250mm，法向间隔200mm，孔口位置交错分布于水平中心线两侧；所述集水支管32上集水孔33的孔径为10mm，各孔口边缘毛边磨平处理，确保出入孔口的水流平缓顺畅。

具体的，所述各集水主管31和若干集水支管32之间通过异径四通连接；所述各集水主管31和若干集水支管32交叉处安装控制阀；所述各集水支管32末端安装堵头。

当湿地运行周期较长时，为了疏通填料之间空隙和过水通道，换气换水并重新激活填料的除磷吸附能力，有效缓解填料堵塞和过饱和引起的污染物二次释放问题；所述集水主管31一端竖直设置反冲洗管5，且所述反冲洗管5顶端连接蠕动泵；所述集水主管31另一端设有阀门34，且所述集水主管31另一端通过阀门34与排水区4相连。

其中，所述反冲洗管5通过90°直角弯头与集水主管31连接，且所述反冲洗管5口高于湿地填料层1300-400mm。

为增加人工湿地的氧气量，促进好氧硝化作用，提高氨氮转化效率；所述集水区还设有曝气管6，所述曝气管6包括曝气主管61和若干曝气支管62，所述曝气支管62间隔的设于曝气主管61两侧。

进一步的，所述曝气主管61首端垂直设置通气管63，且所述通气管63顶端连接鼓风机；所述曝气支管62上间隔的设置若干通气孔64。所述通气管63管口高于湿地填料层1300-400mm。

具体的，所述曝气主管61与集水主管31相平行，且所述曝气支管62和集水支管32相互交叉间隔设置。

所述集水区3和配水区2所用管道及曝气管6管道所用管材均为upvc材质，管阻力系数为0.009，输水能力高于普通pvc管材10-20％。

为确保植物和微生物优势生长，控制污水在湿地内部适宜的水力停留时间，确保湿地的高效处理能力；所述排水区4衔接湿地填料层1的侧壁的上下方向设置若干一一对应的排水孔管41和出水阀42，所述排水孔管41分别与各湿地填料层1的中心线处于同一高度。

具体的，所述排水区4侧壁上根据湿地填料层1数设置相应数量的排水孔，每个排水孔内埋设采用upvc材质的排水管，管口处安装出水阀，用于调控水位和流量。

具体的，所述排水区4侧壁的低端设有放空阀43，所述放空阀43与集水主管31处于同一水平位置，且所述阀门34和放空阀43设于排水区不同的侧壁上。

其中，排水区4侧壁的低端设有upvc材质、孔径为100-120mm的排水管44；所述排水管44外延出口处安装放空阀43。

本实用新型一种垂直流人工湿地多功能集配水系统的一较佳实施例，其运行操作工况具体如下：

工况1(对湿地进行正向冲洗)：湿地运行时，首先关闭排水区4侧壁上排水孔管41上的出水阀42，开启排水区4最低端的放空阀43和集水主管31末端上的阀门34；关闭反冲洗管5的进水阀和曝气管6的通气阀；其次开启进水口前端计量泵、进水阀，实时监控进水水量和湿地内部水位变化；开启配水分支主管22上的球阀，确保水流从进水口进入配水主管21后分流至各分支主管22和配水支管23中，经通水孔流至湿地表层，接着逐级渗透至底部，由各集水支管32上的集水孔33统一收集至集水支管32，再合流至集水主管31中，最终汇入排水区4；由于放空阀43已开启，经排水区4低端的排水管44流出，形成上进下出的水流疏通路线。

工况2(对湿地进行反向冲洗)：湿地反冲洗时，首先关闭排水区4侧壁上排水孔管41上的出水阀42，接着关闭进水阀、配水分支主管22的蝶阀、曝气管6的通气阀和集水主管31末端的阀门34；开启排水区4侧壁最低端的放空阀43和反冲洗管5上的出水阀；确保反冲洗用水由反冲洗管5进入集水主管31后分流至各集水支管32中，经集水孔33流至湿地底层，随着反冲洗管5注入的水量不断增加，水面逐渐抬升至表层，将各湿地填料层1空隙间淤积的杂质、碎石等固体悬浮颗粒物上浮至表层，最后由反冲洗出水管流入排水区4；由于放空阀43已开启，经排水区4低端的排水管44流出，形成下进上出再下出的水流疏通路线。

工况3(湿地曝气增氧)：湿地曝气增氧时，内部的平均溶解氧浓度低于1.0mg/l；首先保证该工况下湿地正常运行。开启进水阀、配水区各分支主管22的蝶阀和关闭排水区4侧壁上排水孔管41上的出水阀42，开启排水区4最低端的放空阀43和集水主管31末端的阀门34；开启鼓风机对通气管63进行充氧，冲入的氧气经曝气头注入湿地底部，有效增加湿地内部溶解氧浓度，提高好氧硝化反应的速率。

本实用新型提供的一种垂直流人工湿地多功能集配水系统，其保证了水体均匀流态，缓解边缘化短流、局部滴漏和空排等问题，可最大程度的发挥湿地各区块的处理效能；提高氨氮转化效率；可重新激活填料的除磷吸附能力，有效缓解填料堵塞和过饱和引起的污染物二次释放等问题；保证湿地长效运行；具有很好的推广运用价值。

以上所述仅为本实用新型的实施方式而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。