一种利用疏导管防治堵塞的人工湿地系统的制作方法

本发明属于人工湿地污水处理技术领域，尤其涉及一种防堵塞的人工湿地系统，具体来说在人工湿地系统中第一次提出“疏导”的概念，所谓“疏导”简言之为疏通导气，通过放置堵塞疏导管，可排出湿地内部堵塞物并有通氧的作用，同时在湿地运行期间，监测湿地水质的理化性质。

背景技术：

人工湿地(constructedwetlands，cws)是上个世纪70年代兴起的一种污水处理工艺。该工艺通过模拟天然湿地的生态系统，利用湿地基质、植物、微生物三者的共同作用从而达到净化污水的目的。根据水流的形式可将人工湿地大致分为表面流人工湿地和潜流人工湿地，而潜流人工湿地又可分为水平潜流和垂直潜流人工湿地以及复合垂直流人工湿地。由于其投资低、工艺简单、运行费用少等优点而在国内外得到广泛应用。

然而大量的工程实践表明，随着人工湿地运行时间的增加，其内部会出现不同程度的堵塞。美国环境保护署于1999年出版了一份关于对上百所投入使用的人工湿地的调查报告，显示约有一半的湿地在运行5年内会出现各种各样的堵塞问题；国内也有很多关于人工湿地堵塞现象的报道，如我国最早的人工湿地污水处理系统——深圳白泥坑人工湿地就出现各种堵塞问题。中国专利文献cn207468300u公开了一种水平流人工湿地排泥及防堵塞的方法，即利用污水处理厂中v型沉淀池排泥原理，在湿地处理区设置v型集泥槽，集泥槽与排泥管相连，排泥管又通向排泥渠，最终堵塞物通过排泥渠进入污泥储存池。该专利中的方法没有考虑水流的水平作用力，在水流的作用下堵塞物不能顺利沉积到集泥槽中，这样湿地内部的堵塞物不能及时收集，湿地仍会发生堵塞。中国专利中国专利文献cn106430597a公开了一种防堵塞的人工湿地系统，包括冲洗系统和污染物收集系统，但全程需要外加动力排水泵，且只能清洗喷水口区域的过滤块，无法排出底部污泥，未能有效的解决湿地堵塞问题。本发明提供一种新的缓解人工湿地堵塞堵塞的方法，该方法能更经济有效的排除湿地内部的堵塞物。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供了一种防堵塞的潜流人工湿地系统，可以定期的排出湿地填料内部的污泥，增加湿地内部的溶解氧，缓解了人工湿地系统易堵塞的技术问题，延长了其使用寿命，降低了其运营成本。本系统操作简单，工程实用价值高，便于推广应用。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种防堵塞的人工湿地系统，包括进水管、布水区、湿地处理区、防渗层、集水区、出水管、排泥管、排泥渠、贮泥池、堵塞疏导管，其连接关系是：进水管与布水区相连，湿地处理区与布水区相连，出水管与集水区相连，排泥管分别与湿地处理区、排泥渠相连，在排泥管一端装有阀门，堵塞疏导管分别与湿地处理区、排泥渠相连，排泥渠与贮泥池相连，排泥管与堵塞疏导管相连，导水层分别与湿地处理区、防渗层相连，在湿地处理区表面种植水生植物；所述的布水区中填充基质为鹅卵石，粒径范围在30-50mm；而湿地处理区内填充的基质为粒径范围在4-8mm的的砾石。所述的湿地处理区从下往上依次是排泥渠、防渗层、导水层、湿地处理区(核心净化基质层)，所述的湿地处理区表面种植水生植物。作为本发明优选的技术方案，所述的湿地系统为水平潜流人工湿地，沿水流方向依次为布水区、湿地处理区、集水区。

利用上述防堵塞的人工湿地系统，一种缓解湿地堵塞的方法，其步骤是：

a、污水从进水管1进入布水区2，而后流进湿地处理区3，污水经过净化处理后进入集水区4，最后通过出水管5流出湿地系统；

b、湿地处理区3中排列若干根堵塞疏导管6，在湿地运行期间，基质间的堵塞物在水流的冲击作用下通过堵塞疏导管上部的孔洞11进入管中，利用自身重力流入排泥管7中；

c、排泥管7设置有一定的坡度，在每次进水前的休床阶段，通过开启阀门12，堵塞物顺着坡度流入排泥渠8，排泥渠设置一定的坡度，堵塞物可沿着排泥渠流进贮泥池。

利用堵塞疏导管，可以定期的排出湿地填料内部的污泥、增加湿地内部的溶解氧、延长其使用寿命、降低其运营成本。本系统操作简单，工程实用价值高，便于推广应用。

作为本发明优选的技术方案，布水区中填充基质为鹅卵石，粒径范围在30-50mm；而湿地处理区内填充的基质为粒径范围在4-8mm的砾石。

作为本发明优选的技术方案，排泥管靠近排泥渠的那一端设有控制阀门。

作为本发明优选的技术方案，两个所述湿地处理区单元可共用一个排泥渠，也可分开用两个排泥渠。

作为本发明优选的技术方案，所述湿地处理区从下往上依次是排泥渠、防渗层、导水层、核心净化基质层，所述核心净化基质层表面种植水生植物。

作为本发明优选的技术方案，防渗层以及导水层的建造都依据人工湿地设计规范来进行设计。

作为本发明优选的技术方案，湿地处理区中的堵塞疏导管和排泥管管径均为dn200～300mm。

作为本发明优选的技术方案，湿地处理区中的堵塞疏导管和排泥管可通过弯通和三通相连接。

作为本发明优选的技术方案，堵塞疏导管根据湿地填料高度设置一定高度的预留段，预留段与排泥管相接，其作用为储存堵塞物，而疏导管其余长度上均匀分布小孔，孔径略大于基质粒径且迎水面开的孔径比背水面开的孔径小并相互错开，使其具有二次布水的作用；此外，为防止被水流冲散的碎石进入管中，在其外部铺衬一层100目的尼龙纱网或者定制同种材质的管套。

作为本发明优选的技术方案，排泥管沿着与水流垂直的方向布置，坡度为2％～10％。

作为本发明优选的技术方案，排泥渠与水流方向平行，坡度设置为2％～10％。

作为本发明优选的技术方案，堵塞疏导管与排泥管的个数根据湿地的规模与处理量来定。

该发明首次引入“疏导”的概念，通过加入堵塞疏导管，构建了一种新型的防堵塞人工湿地系统。与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明对传统的人工湿地进行改造，增加了堵塞疏导管系统，该系统不仅具有二次布水的作用，还可以定期地排出湿地内部堵塞物，延长湿地使用寿命；

(2)湿地堵塞疏导管可作为湿地内部各种物理化学参数监测的首选点位，水质测试仪的探头可直接插入管中，从而对湿地内部的理化性质进行在线监测，以便于采取维护措施；

(3)堵塞疏导管在湿地落空时可起到通氧的作用，增加湿地底部溶解氧，有利于底层好氧微生物的生长，从而提高湿地cod去除效率。依照本发明的结构构建两个小试水平潜流人工湿地，在2019年5月10号到6月20号之间，通过将ysl水质在线仪的探头插入堵塞疏导管中来测定湿地底部的溶解氧，发现在运行期间湿地底部的溶解氧仅有0.16-0.20mg/l，处于严重缺氧状态，而湿地放空后，空气通过堵塞疏导管迅速进入湿地底部，使其溶解氧恢复到大气水平。如此一来有助于湿地内部硝化、反硝化反应的进行，在一定程度上提高湿地脱氮速率。

(4)本发明水平潜流人工湿地系统缓解堵塞的操作更简单，工程实用价值高，便于推广应用。

附图说明

图1为一种防堵塞的潜流人工湿地系统平面布置图；

图2为一种防堵塞的潜流人工湿地系统主视剖面图；

图3为一种防堵塞的潜流人工湿地系统左视剖面图；

图4为一种堵塞疏导管结构示意图；

图5为一种排泥管结构示意图；

图中：1-进水管，2-布水区，3-湿地处理区，4-集水区，5-出水管，6-堵塞疏导管，7-排泥管，8-排泥渠，9-贮泥池，10-湿地植物，11-孔洞，12-阀门，13-防渗层，14-导水层。

具体实施方式

实施例1：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

根据图1、图2、图3、图4可知，一种防堵塞的潜流人工湿地系统，该水平潜流人工湿地系统包括：进水管1、布水区2、湿地处理区3、防渗层13、集水区4、出水管5，其连接关系是：进水管1与布水区2相连，湿地处理区3与布水区2相连，出水管5与集水区4相连，排泥管7分别与湿地处理区3、排泥渠8相连，在排泥管7一端装有阀门12，堵塞疏导管6分别与湿地处理区3、排泥渠8相连，排泥渠8与贮泥池9相连，排泥管7与堵塞疏导管6相连，导水层14分别与湿地处理区3、防渗层13相连，在湿地处理区3表面种植水生植物10；所述布水区2中填充基质为鹅卵石，粒径范围在30或35或41或46或50mm；而湿地处理区内3填充的基质为粒径范围在4或6或8mm的的砾石。所述湿地处理区从下往上依次是排泥渠8、防渗层13、导水层14、湿地处理区3(核心净化基质层)，所述的湿地处理区3表面种植水生植物10。

湿地处理区3中污水从进水管1进入布水区2，而后流进湿地处理区3，污水经过净化处理后进入集水区4，最后通过出水管5流出湿地系统。参考图2为图1一个湿地单元在垂直水流方向上的剖面图，参考图3为图1一个湿地单元沿着水流方向上的剖面图，所述湿地处理区3中排列若干根堵塞疏导管6，具体个数以每平米4-8根为宜；在湿地运行期间，基质间的堵塞物在水流的冲击作用下通过堵塞疏导管6上部的孔洞11进入管中，并往下流入排泥管7中，排泥管7设置有一定的坡度，坡度范围为2％～10％；在每次进水前的休床阶段，通过开启阀门12，堵塞物顺着坡度流入排泥渠8，排泥渠坡度设置为2％～10％，堵塞物沿着排泥渠流进贮泥池9。

本发明水平推流人工湿地运行过程中，定期打开排泥渠8内排泥管阀门12，利用静水压力排出人工湿地处理区3内部污泥至排泥渠8，最后排入污泥存储池9中；污泥可做后续资源化利用。

参阅图1，在本实施例中，所述水平潜流人工湿地中疏导管6的具体个数以每平米4-8根为宜，但在实际应用中可根据处理规模和地形进行灵活设计，使其建造费用最少。

参阅图1和图2，防渗层13以及导水层14的建造都依据人工湿地设计规范来进行设计。

参考图4和图5，湿地处理区3中的堵塞疏导管6和排泥管7管径均为dn200～300mm。

参考图1和图2，湿地处理区3中的堵塞疏导管6和排泥管7可通过弯通和三通相连接。

作为本发明的一种实施方式，堵塞疏导管6根据湿地填料高度设置一定高度的预留段，预留段与排泥管7相接，其作用为储存堵塞物，而疏导管其余长度上均匀分布小孔，孔径略大于基质粒径且迎水面开的孔径比背水面开的孔径小并相互错开，使其具有二次布水的作用；此外，为防止被水流冲散的碎石进入管中，在其外部铺衬一层100目的尼龙纱网或者定制同种材质的管套。

作为本发明的一种实施方式，排泥管7沿着与水流垂直的方向布置，坡度为2％～10％。

作为本发明的一种实施方式，排泥渠8与水流方向平行，坡度设置为2％～10％。

通过上述具体技术措施，解决了以下技术问题和难点并达到了如下效果：

(1)在实际工程中，人工湿地运行一段时间后会出现不同程度的堵塞问题。该人工湿地系统不仅可以定期地排出湿地内部堵塞物，还兼具二次布水的作用，使布水更加均匀，从根源上缓解湿地堵塞问题，延长人工湿地的使用寿命；

(2)实际工程中的人工湿地面积大，湿地内部的一些物理化学参数不易监测。该湿地堵塞疏导管可作为湿地内部各种物理化学参数监测的首选点位，水质测试仪的探头可直接插入管中，从而对湿地内部的理化性质进行在线监测，以便及时采取维护措施；

(3)实际工程中的人工湿地底部缺氧严重。该堵塞疏导管在湿地落空时可起到通氧的作用，增加湿地底部溶解氧，有利于底层好氧微生物的生长，从而提高湿地cod去除效率；同时有助于硝化、反硝化反应的进行，在一定程度上提高湿地脱氮速率。

(4)本发明水平潜流人工湿地系统缓解堵塞的操作更简单，工程实用价值高，便于推广应用。