一种复合人工湿地的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种针对雨水和微污染河水的复合人工湿地，所述复合人工湿地处理系统包括双通道进水单元、调蓄沉淀池单元、一个或多个垂直潜流湿地单元、一个或多个水平潜流湿地单元以及表面流湿地单元，在各个单元之间设置多个插板闸和配水渠，通过插板闸的开启和关闭来调整不同的运行模式，不同湿地单元采用不同的填料铺装。本实用新型的复合人工湿地以处理初期雨水和微污染河水为目的，初期雨水中悬浮物(SS)含量高，微污染河水中有机物含量低，易被去除。
【专利说明】
一种复合人工湿地
技术领域
[0001]本实用新型涉及污水处理领域，具体涉及一种用于处理雨水或污染河水的复合人工湿地。
【背景技术】
[0002]随着我国城市化水平的加快，城市透水路面面积比例越来越小，由地表径流产生的突发性的、冲击性强的初期雨水已成为受纳水体水环境污染的主要来源之一。城市初期雨水含有大量的污染物，污染负荷远高于城市生活污水，初期雨水引起的水环境污染已成为当前城市水环境综合治理中亟待解决的主要问题之一。同时，我国很多城市河湖由于氮磷的营养元素的排入，造成水体的富营养化，对整个景观造成了严重影响。因此，处理受污染水体，去除有机质、氮、磷等物质，净化水质恢复河湖水体功能要求，已成为迫切需求。
[0003]人工湿地是指通过模拟自然湿地的功能和特点，人为设计和建造的由基质、植物、微生物和水体组成的一种具有独特结构和强大功能的复合生态系统，通过基质过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解转化等过程来实现对污水的高效净化，它具有污水处理效果稳定可靠、处理过程能耗低、景观效应良好、运行管理简单、可持续的社会效益等优点。
[0004]人工湿地根据布水方式的不同和污水在湿地中的流动方式的不同，可以分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。各种类型人工湿地虽然各有优点，但也均存在一些不足，比如表面流人工湿地存在夏季易滋生蚊蝇，冬季易结冰，去污能力有限，硝化能力不高的缺点；水平潜流人工湿地存在易堵塞、脱氮除磷效果相对较差的缺点；垂直潜流人工湿地存在易堵塞、建设成本高和管理维护复杂的缺点。
[0005]以上人工湿地处理系统主要是单一处理初期雨水或微污染水体，而利用复合人工湿地组合工艺同时处理初期雨水和微污染河水的相关研究较少，本实用新型主要针对初期雨水污染物浓度高以及河水富营养化等问题，以去除初期雨水和微污染河水中的悬浮物、有机物、氮、磷等营养物质为目标，对人工湿地进行了全方面系统的研究。为了解决人工湿地易堵塞的问题、人工湿地单独处理初期雨水不能保证植物对水的需求、人工湿地对氮、磷等营养物质去除率不高等不足，以及如何提高人工湿地景观效果，尽量减少人工化的痕迹，与周边景观相协调等问题，对普通人工湿地进行了技术集成设计。工艺上考虑了防堵塞设计，并且把处理初期雨水和微污染河水相结合，同时综合考虑易于操作运行管理和景观要求，开发了一种初期雨水和微污染河水的复合人工湿地处理系统。
【实用新型内容】
[0006]针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种针对雨水和微污染河水的复合人工湿地，所述复合人工湿地包括双通道进水单元、调蓄沉淀池单元、一个或多个垂直潜流湿地单元、一个或多个水平潜流湿地单元以及表面流湿地单元，在各个单元之间设置多个插板闸和配水渠，通过插板闸的开启和关闭来调整不同的运行模式，不同湿地单元采用不同的填料铺装。
[0007]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，所述双通道进水单元包括雨水进水管和微污染河水进水管。
[0008]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，设置8个插板闸和5个配水渠。
[0009]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，所述调蓄沉淀池根据地形情况在其中设置竖向导流墙和U型导流墙，以控制水流方向。
[0010]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，所述垂直潜流湿地单元由四个处理单元组成，分别为垂直潜流湿地I区、II区、III区和IV区，四个处理单元中的填充填料分为底中表三层，垂直潜流湿地I和III的底层、中层和表层中的填料依次为砾石、钢渣和沙子，垂直潜流湿地II和IV的底层、中层和表层中的填料依次为砾石、沸石和沙子。
[0011]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，所述垂直潜流湿地1、I1、III和IV的填料中烁石粒径为30-60mm，沸石粒径为6-15_，钢渣粒径为5-10_;垂直潜流湿地1区中石乐石、钢渣和沙子的厚度分别为30-60cm、30cm和20cm，垂直潜流湿地11区中烁石、沸石和沙子的厚度分别为30-60cm、30cm和20 cm，垂直潜流湿地III区中砾石、钢渣和沙子的厚度分别为30-40cm、30cm和20cm，垂直潜流湿地IV区中砾石、沸石和沙子的厚度分别为30-40cm、30cm和20cm。
[0012]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，所述水平潜流湿地由两个处理单元组成，分别为水平潜流湿地I区和II区，所述水平潜流湿地I区和II区中的填充填料分为底表两层，水平潜流湿地I区和II区填料布设相同，底层依次为碎石、沸石、页岩和细沙，表层覆盖种植土。
[0013]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，所述水平潜流湿地I区和II区中的填充填料碎石、沸石、页岩和细沙的粒径分别为30-60111111、8-151]1111、5-101111]1和3-61]1111，不同填料层之间需要用透水无纺布隔开。
[0014]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，所述表面流人工湿地为普通表面流人工湿地，出水口设置溢流口。
[0015]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，通过不同的配水渠与插板闸、穿孔墙和布管方式等的设计，实现水流形态的控制，减少了处理系统的死角，提高了处理效率，管道穿越池壁处均需预埋防水套管，各人工湿地单元底部都做防渗。
[0016]优选地，根据本实用新型的所述复合人工湿地中，所有潜流湿地区域无明显蓄水，水涵养在底层、中层、表层的过滤层之中，因此不予栽植挺水植物、浮水植物和沉水植物，适合栽植抗性强的湿生植物。
[0017]本实用新型的复合人工湿地处理系统中，为保证景观效果良好，并兼顾具有高的耐盐性，可选择性地种植春夏季观赏芦苇、菖蒲、千屈菜，夏秋季观赏芦苇、盐角草、千屈菜、眼子菜等。春夏秋三季可观赏大米草，做到三季有景、季季有绿。人工湿地两侧可以种植观赏芦苇、菖蒲等较高的抗性极强的湿生植物，形成郁闭效果良好的湿地景观空间。其余区域可以辅以中低层抗性极强的湿生地被，如盐角草、千屈菜等，既不遮挡如叶脉一般的配水渠，同时又辅以植物打破单调的硬质水池边。通过插板闸的开启和关闭来调整不同的运行模式，雨水模式下采用串联方式运行，微污染河水模式下采用并联方式运行。
[0018]有益效果
[0019]以处理初期雨水和微污染河水为目的，初期雨水中悬浮物(SS)含量高，微污染河水中有机物含量低，易被去除。
[0020]根据本实用新型的复合人工湿地系统可建于城市河边，进水收集系统由两部分组成，用于处理初期雨水和微污染河水，交替处理两部分水，降雨时，该系统主要处理初期雨水，当没有降雨时，处理微污染河水，可以防止没有初期雨水导致的植物干枯，同时也降低养管费用。
[0021]调蓄沉淀池调节初期雨水进入人工湿地单元的流量，去除进水中的SS，降低水力负荷;垂直潜流人工湿地I和II单元同时具有对整个复合人工湿地预处理的作用，防止垂直潜流人工湿地III和IV单元以及水平潜流人工湿地填料堵塞，便于后期的管理维护;水平潜流人工湿地单元经过合理布管设计和填料选择，可以有效防止水平潜流湿地“短流”现象，有效防止了填料堵塞，提高了营养盐的去除。
[0022]观赏芦苇、菖蒲、千屈菜、大米草等湿生植物，不仅对SS、有机物、氮有很好的去除效果，同时通过合理的设计还有很高的景观效果。
【附图说明】
:
[0023]图1为根据本实用新型的复合人工湿地的平面布置图；
[0024]图2为根据本实用新型的复合人工湿地的雨水处理运行模式的示意图；
[0025]图3为根据本实用新型的复合人工湿地的微污染河水运行模式示意图；
[0026]图4为根据本实用新型的复合人工湿地的节点I和2的详图；
[0027]图5为根据本实用新型的复合人工湿地中沉淀调蓄池剖面图。
[0028]附图标记:
[0029]1:雨水栗站进水管
[0030]2:河水进水管
[0031]3:调蓄沉淀池
[0032]4:垂直潜流湿地I区域
[0033]5:垂直潜流湿地II区域
[0034]6:垂直潜流湿地III区域
[0035]7:垂直潜流湿地IV区域
[0036]8:水平潜流湿地I区域
[0037]9:水平潜流湿地II区域
[0038]10:表面流湿地
[0039]I，至8，:插板闸I，至8，
[0040]1〃至5〃:配水渠1〃至5〃
[0041]A:节点A
[0042]B:节点 B
[0043]C:溢流口。
【具体实施方式】
[0044]以下，参照附图详细地描述本实用新型。
[0045]图1为根据本实用新型的复合人工湿地的平面布置图。如图1所示，本实用新型的复合人工湿地系统包括双通道进水单元，雨水栗站进水管1、河水进水管2、调蓄沉淀池3、垂直潜流湿地I区域4、垂直潜流湿地II区域5、垂直潜流湿地III区域6、垂直潜流湿地IV区域
7、水平潜流湿地I区域8、水平潜流湿地II区域9和表面流湿地10组成，附属有插板闸I’至8’、配水渠1〃至5〃和排水溢流口C。
[0046]本实用新型双通道单元进水管包括雨水进水管和河水进水管，初期雨水采用时间和流量控制器共同控制进水，规定时间之前的初期雨水进入复合人工湿地系统，规定时间以后的雨水可以直接排入故道河。处理初期雨水过程中停止处理微污染河水，不下雨时再切换到处理微污染河水单元，微污染河水利用提升栗控制进水流量，可以防止没有初期雨水导致的植物干枯。两个进水通道当一个工作时另一个停止，并且通过不同插板闸的开启和关闭，调整不同的运行方式。
[0047]初期雨水或微污染河水通过双通道进水单元收集进入调蓄沉淀池单元，经过沉淀预处理之后进入人工湿地处理单元，初期雨水中悬浮物、有机物、氮、磷等污染物在此单元进一步去除，处理后的水经过溢流口排入河道。
[0048]垂直潜流湿地I区和II区内种植的耐盐抗性强的湿生植物(如芦苇和香蒲)起到一定拦截大的悬浮物的作用，垂直潜流人工湿地中上层小粒径的沙子有利于植物扎根和微生物生长，下层大粒径的砾石有利用底部过水，避免填料堵塞。
[0049]水平潜流人工湿地I和II中，经过合理的配水渠和布管方式设计，防止了水平潜流湿地中的水只在表面流动而造成填料不能发挥其本身的效果，水流只在表面流动不经过下部填料的方式叫做“短流”，根据本领域中常规的合理设计后可以防止水平潜流湿地“短流”，增加了水平潜流湿地单元的水力停留时间，从而有效的提高了氮磷的去除效果。
[0050]图2和图3为根据本实用新型的复合人工湿地的两种运行模式的示意图。如图2和图3所示，本实用新型的复合人工湿地同时具有净化处理雨水栗站排放的初期雨水和微污染河水的功能。针对这两个目的，该人工湿地的运行模式也分为两种:
[0051 ] (I)雨水处理运行模式
[0052]如图2所示，首先迅速排空沉淀池调蓄池里的水，开启插板闸I’、5’、6’，关闭插板闸2 ’、3 ’、4 ’、7 ’、8 ’，使垂直潜流人工湿地、水平潜流人工湿地和表面流人工湿地呈串联方式运行，水力停留时间设置为17h，主要去除初期雨水中的含氮物质、含磷物质、重金属等。
[0053](2)微污染河水运行模式
[0054]如图3所示，开启插板闸I’、3 ’、4 ’、5 ’、7 ’，关闭插板闸2 ’、6 ’、8 ’，使垂直潜流人工湿地、水平潜流人工湿地和表面流人工湿地呈并联方式运行，水力停留时间设置为24h，主要去除微污染河水中的B0D5、含氮物质、含磷物质、悬浮物等。
[0055]图4为根据本实用新型的复合人工湿地的节点A和B的详图；如图4所示，节点A中包含三个插板闸，分别为插板闸2’、3’和4’，节点B中包含两个插板闸，分别为插板闸7’和8’。启用雨水处理运行模式时，节点A中的插板闸2’、3’、4’和节点B中的插板闸7’、8’全部关闭，使人工湿地单元形成两套独立运行，分别为垂直潜流湿地1-垂直潜流湿地II1-水平潜流湿地V-表面流复合人工湿地系统和垂直潜流湿地I1-垂直潜流湿地IV-水平潜流湿地V1-表面流复合人工湿地系统。当启用水系旁路净化运行模式时，开启节点A插板闸3’和4’，关闭插板闸2’，同时开启节点B中的插板闸7’，关闭插板闸8’，使人工湿地单元形成一套串联的运行方式，为垂直潜流湿地I1-垂直潜流湿地IV-垂直潜流湿地1-垂直潜流湿地II 1-水平潜流湿地V-表面流复合人工湿地系统。
[0056]图5为根据本实用新型的复合人工湿地中沉淀调蓄池剖面图。如图5所示，所述调蓄沉淀池中间设置一个竖向导流墙和一个U型导流墙，以控制水流方向，使来水在调蓄沉淀池中有足够的停留时间，主要去除污水中的SS，可以去除少量的有机物、氮和磷。
[0057]以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种复合人工湿地，针对雨水和微污染河水的处理，其特征在于，所述复合人工湿地包括双通道进水单元、调蓄沉淀池单元、一个或多个垂直潜流湿地单元、一个或多个水平潜流湿地单元以及表面流湿地单元，在各个单元之间设置多个插板闸和配水渠，用于调整不同的运行模式，所述运行模式包括雨水模式和微污染河水模式；不同湿地单元采用不同的填料铺装。2.根据权利要求1所述的复合人工湿地，其特征在于，所述双通道进水单元包括雨水进水管和微污染河水进水管。3.根据权利要求1所述的复合人工湿地，其特征在于，所述复合人工湿地中设置8个插板闸和5个配水渠。4.根据权利要求1所述的复合人工湿地，其特征在于，所述调蓄沉淀池单元根据地形情况在其中设置竖向导流墙和U型导流墙，以控制水流方向。5.根据权利要求1所述的复合人工湿地，其特征在于，所述垂直潜流湿地单元由四个处理单元组成，分别为垂直潜流湿地I区、II区、III区和IV区，四个处理单元中的填充填料分为底中表三层，垂直潜流湿地I和III的底层、中层和表层中的填料依次为砾石、钢渣和沙子，垂直潜流湿地II和IV的底层、中层和表层中的填料依次为砾石、沸石和沙子。6.根据权利要求5所述的复合人工湿地，其特征在于，所述垂直潜流湿地1、I1、III和IV的填料中烁石粒径为30-60_，沸石粒径为6-15_，钢渣粒径为5-10_ ；垂直潜流湿地I区中石乐石、钢渣和沙子的厚度分别为30-60cm、30cm和20cm，垂直潜流湿地II区中烁石、沸石和沙子的厚度分别为30-60Cm、30Cm和20cm，垂直潜流湿地III区中砾石、钢渣和沙子的厚度分别为30-40cm、30cm和20cm，垂直潜流湿地1￥区中烁石、沸石和沙子的厚度分别为30_40(:111、30cm和20cm。7.根据权利要求1所述的复合人工湿地，其特征在于，所述水平潜流湿地单元由两个处理单元组成，分别为水平潜流湿地I区和II区，所述水平潜流湿地I区和II区中的填充填料分为底表两层，水平潜流湿地I区和II区填料布设相同，底层依次为碎石、沸石、页岩和细沙，表层覆盖种植土。8.根据权利要求7所述的复合人工湿地，其特征在于，所述水平潜流湿地I区和II区中的填充填料碎石、沸石、页岩和细沙的粒径分别为30-60111111、8-151]1111、5-101111]1和3-61]1111，不同填料层之间用透水无纺布隔开。9.根据权利要求1所述的复合人工湿地，其特征在于，所述表面流人工湿地单元的出水口设置溢流口。
【文档编号】C02F3/32GK205556241SQ201620262400
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】徐志强, 秦忠强, 杜浩为, 苏晓, 李忠峰, 张勇, 刘玮, 周国华
【申请人】天津生态城投资开发有限公司