一种低污染水深度处理人工湿地系统的结构及其施工方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种低污染水深度处理人工湿地系统的结构及其施工方法。

背景技术：

我国城市雨水丰富，每年经过污水处理厂处理的污水量大，无论雨水还是经过污水处理厂处理后的低污染水，与目前的地表三类水体要求都有一定差距，因此，这种低污染水直接排放到河流和湖泊中，都会造成水体的恶化。低污染水产生量大，采用工业处理成本高。人工湿地因具有建造成本低，处理效果好，运行维护方便等优点，受到广泛关注。人工湿地不仅实现污水的净化，同时获得景观效果和植物的生物量多重效果。特别对低污染水的处理，效果明显，成本低，应用推广价值较高。

但在实际运行过程中，也发现了以下不足：

1、填料简单，对氨氮及磷等有害物质去除率较低；

2、占地面积大，污水需在湿地中停留时间为3天以上；

3、主要靠植物根系吸收来处理污水，植物吸收饱和后，无法达到继续处理的效果；

4、在运行中经常会出现堵塞问题，严重制约其在污水处理领域的推广和应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低污染水深度处理人工湿地系统的结构及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种低污染水深度处理人工湿地系统的结构，包括依次连接的格栅池、水解酸化池和人工湿地池；

所述格栅池的内部设有格栅，所述格栅为两层，倾斜设置在格栅池内部，所述格栅池底部设有排泥斗，所述格栅池的池壁上设有用于排泥的排泥管路，所述排泥管路的一端设有吸泥口，另一端连接鼓风机，所述排泥管路沿着格栅池的池壁铺设；

所述水解酸化池通过第一传递通道与格栅池相连，所述水解酸化池的中部设有过滤层，所述的过滤层包括网格框体和设于网格框体内部的过滤海绵，所述网格框体安装在水解酸化池的池壁上，所述过滤海绵的总厚度为40-60cm，所述水解酸化池被过滤层分为上下两个部分，所述水解酸化池通过第二传递通道与人工湿地池相连，所述第一传递通道和第二传递通道均设有位于左侧上部的进水口和位于右侧下部的出水口；

所述人工湿地池设有入水区和出水区，采用隔板将入水区和出水区的过滤层和基质层分开，所述入水区的宽度为5.0-7.0m，所述出水区的宽度比入水区的宽度大1.0-2.0m，所述人工湿地池的底面和侧面均设置有防水层，来水通过入水口进入人工湿地池，首先经过过滤垫层，然后依次经过砂石层、生物陶粒渗滤层、活化沸石填料层和砾石层，最后通过净水层过滤后从出水口流出，所述过滤垫层和净水层之上为生长基质层，所述生长基质层之上种植有水生植物。

作为本发明的一种优选技术方案，所述过滤垫层和净水层材质均采用碎石，两者的厚度相同，厚度均为200-300mm；所述过滤垫层采用粒径5-20mm和2-50mm的碎石混合而成，混合比例为1:1.5-1:3.5；所述净水层采用粒径为10-20mm和20-60mm的碎石混合而成，混合比例为1:2.0-1:4.0。

作为本发明的一种优选技术方案，所述砾石层是由火山岩和砂砾石按照体积比1：(1-1.2)均匀混合而成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述生长基质层是由土壤和蛭石是按照体积比2:(1-1.2)均匀混合而成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水生植物为芦苇、麦冬草和/或灯芯草。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的入水口和出水口直径相同，均为100-200mm；入水口和出水口设置间距相同，均为10-15m；入水口和出水口前后对应设置，入水口轴心线高程高于出水口0.1-0.2m。

本发明还提供了一种低污染水深度处理人工湿地系统的施工方法，具体包括以下步骤：

(5)、区域划分：根据设计施工图，确定施工区域，将施工内容划分为格栅池构建、水解酸化池构建和人工湿地池构建；

(6)、格栅池构建：开挖土方，建立格栅池，设计格栅池水力停留时间为1-1.5h，在格栅池的内部设置格栅，格栅为两层，且倾斜设置在格栅池内部，在格栅池底部设置排泥斗，格栅池的池壁上设置用于排泥的排泥管路，排泥管路的一端设置吸泥口，另一端连接鼓风机；

(7)、水解酸化池构建：水解酸化池通过第一传递通道与格栅池相连，池底采用素土夯实，夯实系数>0.92，并在其上铺20-25cm厚的天然级配砂石，并加以夯实，池壁为砖混结构，在水解酸化池的中部设置过滤层，过滤层包括网格框体和设于网格框体内部的过滤海绵，网格框体安装在水解酸化池的池壁上，过滤海绵的总厚度为40-60cm，水解酸化池被过滤层分为上下两个部分，水解酸化池通过第二传递通道与人工湿地池相连，第一传递通道和第二传递通道均设置有位于左侧上部的进水口和位于右侧下部的出水口；

(8)、人工湿地池构建：

1)开挖渠体，渠体中部平坦，两侧呈90°坡度，去除浮土及垃圾、石块及有机质，选用8t-12t压路机碾压3遍，压路机无法展开的地方选用手扶振动夯碾压，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到0.93-0.97，渗透系数≤0.0003，承载力≥130kn/m²；

2)回填第一层黏土基底，松填厚度300mm，人工或机械辅平，选用8t-12t压路机碾压6遍，其中静压4遍、振动碾压2遍，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到0.93-0.97，渗透系数≤0.0001；

3)按照上述步骤2)中的施工方法回填第二层、第三层黏土，形成厚度500mm-600mm的黏土防渗基底；

4)素土回填：在已完工并达到要求的黏土基底上均匀松填素土，松填素土厚度视水深而定，若水深小于1.5m，则回填厚度为150mm-200mm；若水深为1.5m-3m，则回填厚度为200mm-300mm；当水深超过3m时，回填厚度达到500mm；

5)渠体铺设：渠体的底面和侧面上设置防水层，渠体设有入水区和出水区，入水区的宽度为5.0-7.0m，出水区的宽度比入水区的宽度大1.0-2.0m，入水区的一侧侧面上设置有与第二传递通道连通的入水口，出水区的一侧侧面上端设置有出水口，采用隔板将入水区和出水区的过滤层和基质层分开，来水通过入水口进入渠体，首先经过过滤垫层，然后依次经过砂石层、生物陶粒渗滤层、活化沸石填料层和砾石层，最后通过净水层过滤后从出水口流出，过滤垫层和净水层之上设置生长基质层，生长基质层之上种植有水生植物。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、本发明置有格栅池，首先污染水进入格栅池可以过滤掉大体积的污染物，双层格栅增加了过滤的效果，一些细沙和泥土会沉入排泥斗中，一段时间可以开启排泥设备将排泥斗中的泥沙抽出，这样就避免了一些较大杂质对人工湿地池造成堵塞；

2、设置有水解酸化池，可以将水体中的微小无机颗粒和有机物消除，在水解酸化池中设置了过滤海绵，特别适合兼性微生物或厌氧微生物附着生长，能够增强水解酸化有机物的能力；

3、人工湿地池由过滤垫层、砂石层、生物陶粒渗滤层、活化沸石填料层、砾石层、净水层和生长基质层组成，在水平以及垂直方向进行基质分层，经过设计的人工湿地池具有以下特点：

a、生物陶粒渗滤层，为高效挂膜轻质陶粒，在物理微观结构方面表现为表面粗糙多微孔，表观为近球形不规则颗粒，表面深褐色、可以有效地去除污水中的cod、氨氮、磷和浊度。

b、在土壤中掺入蛭石，提高了生长基质层的透气性和含水性，能够长时间稳定提供植物生长所需的水分和营养；同时也能够有效防止生长基质层的ph值骤变，起到很好的缓冲作用，减小水质冲击对人工湿地植物的影响；另外由于蛭石自身还含有k、mg、ca、fe等矿物质，能提高生长基质层供植物生长所需的矿物质的含量，为生长基质层的植物在生长初期提供充足矿物质，使植物幼苗能够稳定发育。

c、活化沸石填料层，沸石是一种天然、无害、无污染的环境友好型材料，具有较好的机械性能；沸石，主要含na和ca离子，其中cao能促进磷的沉淀去除，所以对于污水中磷的去除有很好的效果，同时沸石对于氮有非常好的吸附性能，可到达1.6mol·kg^-1。

d、砾石层由火山岩和砂砾石混合而成，由于加入了具有丰富的比表面积火山岩，使砾石层除了具备良好的吸附性能之外，还有利于微生物的固定与挂膜，有助于微生物在表面生长繁殖，可以间接提高污水中污染物的去除效率。

终上所述，本发明能够有效的提高人工湿地对污水的净化效果，减少占地面积，生长基质层可满足大部分水生植物根系生长，下层的过滤垫层、砂石层、生物陶粒渗滤层、活化沸石填料层、砾石层和净水层的选择，使其具备良好的强度和抗压性能，能够提供稳定的水力条件，该人工湿地系统用于污水处理ss去除率高于90％，codcr去除率高于70％，bod5去除率高于650％、tn去除率高于50％、tp去除率高于45％，对其它有害物质去除率可达65％以上，可实现污水的高效截污，可保障出水达到一级a标准，且维护方便，使用寿命长，可操作性强。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图。

图中：1、格栅池，11、格栅，12、排泥斗，13、排泥管路，14、吸泥口，2、水解酸化池，21、过滤层，3、人工湿地池，31、防水层，32、隔板，33、生长基质层，34、净水层，35、过滤垫层，36、砂石层，37、生物陶粒渗滤层，38、活化沸石填料层，39、砾石层，4、第一传递通道，5、第二传递通道，6、污水进水口，7、进水口，8、出水口，9、入水口，10、出水口。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种低污染水深度处理人工湿地系统的结构及其施工方法，包括依次连接的格栅池1、水解酸化池2和人工湿地池3；所述格栅池1的内部设有格栅11，所述格栅11为两层，倾斜设置在格栅池1内部，所述格栅池1底部设有排泥斗12，所述格栅池1的池壁上设有用于排泥的排泥管路13，所述排泥管路13的一端设有吸泥口14，另一端连接鼓风机，所述排泥管路13沿着格栅池1的池壁铺设；所述水解酸化池2通过第一传递通道4与格栅池1相连，所述水解酸化池2的中部设有过滤层21，所述的过滤层21包括网格框体和设于网格框体内部的过滤海绵，所述网格框体安装在水解酸化池2的池壁上，所述过滤海绵的总厚度为40-60cm，所述水解酸化池2被过滤层21分为上下两个部分，所述水解酸化池2通过第二传递通道5与人工湿地池3相连，所述第一传递通道4和第二传递通道5均设有位于左侧上部的进水口7和位于右侧下部的出水口8；所述人工湿地池3设有入水区和出水区，采用隔板32将入水区和出水区的过滤层和基质层分开，所述入水区的宽度为5.0-7.0m，所述出水区的宽度比入水区的宽度大1.0-2.0m，所述人工湿地池3的底面和侧面均设置有防水层31，来水通过入水口9进入人工湿地池3，首先经过过滤垫层35，然后依次经过砂石层36、生物陶粒渗滤层37、活化沸石填料层38和砾石层39，最后通过净水层34过滤后从出水口10流出，所述过滤垫层35和净水层34之上为生长基质层33，所述生长基质层33之上种植有水生植物。

在本实施例中，所述过滤垫层35和净水层34材质均采用碎石，两者的厚度相同，厚度均为200-300mm；所述过滤垫层35采用粒径5-20mm和2-50mm的碎石混合而成，混合比例为1:1.5-1:3.5；所述净水层34采用粒径为10-20mm和20-60mm的碎石混合而成，混合比例为1:2.0-1:4.0。

在本实施例中，所述砾石层39是由火山岩和砂砾石按照体积比1：(1-1.2)均匀混合而成。

在本实施例中，所述生长基质层33是由土壤和蛭石是按照体积比2:(1-1.2)均匀混合而成。

在本实施例中，所述水生植物为芦苇、麦冬草和/或灯芯草。

在本实施例中，所述的入水口9和出水口10直径相同，均为100-200mm；入水口9和出水口10设置间距相同，均为10-15m；入水口9和出水口10前后对应设置，入水口轴心线高程高于出水口0.1-0.2m。

本发明还提供了一种低污染水深度处理人工湿地系统的施工方法，具体包括以下步骤：

(1)、区域划分：根据设计施工图，确定施工区域，将施工内容划分为格栅池构建、水解酸化池构建和人工湿地池构建；

(2)、格栅池构建：开挖土方，建立格栅池，设计格栅池水力停留时间为1-1.5h，在格栅池的内部设置格栅，格栅为两层，且倾斜设置在格栅池内部，在格栅池底部设置排泥斗，格栅池的池壁上设置用于排泥的排泥管路，排泥管路的一端设置吸泥口，另一端连接鼓风机；

(3)、水解酸化池构建：水解酸化池通过第一传递通道与格栅池相连，池底采用素土夯实，夯实系数>0.92，并在其上铺20-25cm厚的天然级配砂石，并加以夯实，池壁为砖混结构，在水解酸化池的中部设置过滤层，过滤层包括网格框体和设于网格框体内部的过滤海绵，网格框体安装在水解酸化池的池壁上，过滤海绵的总厚度为40-60cm，水解酸化池被过滤层分为上下两个部分，水解酸化池通过第二传递通道与人工湿地池相连，第一传递通道和第二传递通道均设置有位于左侧上部的进水口和位于右侧下部的出水口；

(4)、人工湿地池构建：

1)开挖渠体，渠体中部平坦，两侧呈90°坡度，去除浮土及垃圾、石块及有机质，选用8t-12t压路机碾压3遍，压路机无法展开的地方选用手扶振动夯碾压，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到0.93-0.97，渗透系数≤0.0003，承载力≥130kn/m2；

2)回填第一层黏土基底，松填厚度300mm，人工或机械辅平，选用8t-12t压路机碾压6遍，其中静压4遍、振动碾压2遍，碾压完毕进行取样试验，压实系数达到0.93-0.97，渗透系数≤0.0001；

3)按照上述步骤2)中的施工方法回填第二层、第三层黏土，形成厚度500mm-600mm的黏土防渗基底；

4)素土回填：在已完工并达到要求的黏土基底上均匀松填素土，松填素土厚度视水深而定，若水深小于1.5m，则回填厚度为150mm-200mm；若水深为1.5m-3m，则回填厚度为200mm-300mm；当水深超过3m时，回填厚度达到500mm；

5)渠体铺设：渠体的底面和侧面上设置防水层，渠体设有入水区和出水区，入水区的宽度为5.0-7.0m，出水区的宽度比入水区的宽度大1.0-2.0m，入水区的一侧侧面上设置有与第二传递通道连通的入水口，出水区的一侧侧面上端设置有出水口，采用隔板将入水区和出水区的过滤层和基质层分开，来水通过入水口进入渠体，首先经过过滤垫层，然后依次经过砂石层、生物陶粒渗滤层、活化沸石填料层和砾石层，最后通过净水层过滤后从出水口流出，过滤垫层和净水层之上设置生长基质层，生长基质层之上种植有水生植物。

本发明的工作过程如下：

首先污染水通过污水进水口6进入格栅池1，经过格栅池1中格栅11的过滤去掉大体积的污染物，格栅池1中泥沙沉淀到排泥斗12中，排泥斗12会沉淀污泥，长时间使用后可以打开排泥设备，通过排泥管路13将排泥斗12的污泥吸出；然后格栅池1上部的水通过第一传递通道4流到水解酸化池2，水解酸化池2对水进行微小无机颗粒和有机物消除之后，通过第二传递通道5流到人工湿地池3中，人工湿地池3由过滤垫层35、砂石层36、生物陶粒渗滤层37、活化沸石填料层38、砾石层39、净水层34和生长基质层33组成，在水平以及垂直方向进行基质分层，来水通过入水口9进入人工湿地池3，首先经过过滤垫层35，然后依次经过砂石层36、生物陶粒渗滤层37、活化沸石填料层38和砾石层39，最后通过净水层34过滤后从出水口10流出，过滤垫层35和净水层34之上设置生长基质层33，生长基质层33之上种植有水生植物。

本发通过明置有格栅池，首先污染水进入格栅池可以过滤掉大体积的污染物，双层格栅增加了过滤的效果，一些细沙和泥土会沉入排泥斗中，一段时间可以开启排泥设备将排泥斗中的泥沙抽出，这样就避免了一些较大杂质对人工湿地池造成堵塞；设置有水解酸化池，可以将水体中的微小无机颗粒和有机物消除，在水解酸化池中设置了过滤海绵，特别适合兼性微生物或厌氧微生物附着生长，能够增强水解酸化有机物的能力；人工湿地池由过滤垫层、砂石层、生物陶粒渗滤层、活化沸石填料层、砾石层、净水层和生长基质层组成，在水平以及垂直方向进行基质分层，其中，生物陶粒渗滤层，为高效挂膜轻质陶粒，在物理微观结构方面表现为表面粗糙多微孔，表观为近球形不规则颗粒，表面深褐色、可以有效地去除污水中的cod、氨氮、磷和浊度；在土壤中掺入蛭石，提高了生长基质层的透气性和含水性，能够长时间稳定提供植物生长所需的水分和营养；同时也能够有效防止生长基质层的ph值骤变，起到很好的缓冲作用，减小水质冲击对人工湿地植物的影响；另外由于蛭石自身还含有k、mg、ca、fe等矿物质，能提高生长基质层供植物生长所需的矿物质的含量，为生长基质层的植物在生长初期提供充足矿物质，使植物幼苗能够稳定发育；活化沸石填料层中沸石是一种天然、无害、无污染的环境友好型材料，具有较好的机械性能；沸石，主要含na和ca离子，其中cao能促进磷的沉淀去除，所以对于污水中磷的去除有很好的效果，同时沸石对于氮有非常好的吸附性能，可到达1.6mol·kg-1；砾石层由火山岩和砂砾石混合而成，由于加入了具有丰富的比表面积火山岩，使砾石层除了具备良好的吸附性能之外，还有利于微生物的固定与挂膜，有助于微生物在表面生长繁殖，可以间接提高污水中污染物的去除效率。

终上所述，本发明能够有效的提高人工湿地对污水的净化效果，减少占地面积，生长基质层可满足大部分水生植物根系生长，下层的过滤垫层、砂石层、生物陶粒渗滤层、活化沸石填料层、砾石层和净水层的选择，使其具备良好的强度和抗压性能，能够提供稳定的水力条件，该人工湿地系统用于污水处理ss去除率高于90％，codcr去除率高于70％，bod5去除率高于650％、tn去除率高于50％、tp去除率高于45％，对其它有害物质去除率可达65％以上，可实现污水的高效截污，可保障出水达到一级a标准，且维护方便，使用寿命长，可操作性强。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。