一种立体垂直潜流人工湿地装置的制作方法

本发明属于属于环境科学、环境工程、给排水科学与工程领域，尤其涉及一种能够用于生活污水深度处理的立体垂直潜流人工湿地装置。

背景技术：

人工湿地是模拟天然湿地系统和功能而建造的、可控制运行的湿地系统，用于对受污染水体进行生物处理和生态修复的一种污水净化工艺，由围护结构、人工介质、水生植物、微生物、污水等部分构成。按照人工湿地内部运行水位的高低，人工湿地可分为表面流人工湿地和潜流人工湿地，由于潜流人工湿地具有良好的运行环境和污染物净化效能而得到了更为广泛的应用。潜流人工湿地按照内部的水流方向又分为水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地，相对水平潜流人工湿地而言，垂直潜流人工湿地具有占地面积小和复氧能力强的优点。

人工湿地污水处理系统能够对氮、磷、悬浮物（ss）、有机物（bod、cod）、重金属等各种污染物进行有效的降解和转化，往往作为污水处理厂尾水提高水质标准的后续深度处理措施。但传统人工湿地单位面积的净化负荷较低，想要把人工湿地作为污水处理厂提标改造工程的深化处理工艺，往往需要大面积的土地供应，因此人工湿地的推广和发展一直受到我国土地紧缺的现状困扰。人工湿地能够作为生态景观供人类休闲娱乐，发挥了其他传统污水处理工艺不能替代的生态景观功能。但又因其占地面积过大，通常被设置于远离人口居住和活动的区域，使人工湿地的亲水属性和生态景观功能难以充分实现和发挥。如何减少人工湿地的占地面积使其得到更好的推广和应用是目前面临的重要难题。

技术实现要素：

本发明是针对现有人工湿地生态处理技术存在的上述问题，提供一种能够增加人工湿地单位面积污染负荷与生物量，同时减少其占地面积，并使其得到进一步推广应用的立体垂直潜流人工湿地装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现。

一种立体垂直潜流人工湿地装置，包括位于上部中心部位的上层进水配水通道、位于上部左侧的上层人工湿地左单元、位于上部右侧的上层人工湿地右单元、位于上层进水配水通道正下方的上层过水通道、位于中部中心部位的中层进水配水通道、位于中部的中层人工湿地左单元、位于中部的中层人工湿地右单元、位于中层进水配水通道正下方的中层过水通道、位于下部中心部位的下层进水配水通道、位于下部的下层人工湿地左单元、位于下部的下层人工湿地右单元、位于下层进水配水通道正下方的总出水通道、位于总出水通道底部的出水管、位于前端的支柱、位于后端的支柱。所述的上层进水配水通道、上层过水通道、中层进水配水通道、中层过水通道、下层进水配水通道、总出水通道均为横截面尺寸相同、垂直中轴线重合的中空方管。上层进水配水通道、中层进水配水通道、下层进水配水通道的结构和尺寸均相同，上层过水通道与中层过水通道的结构和尺寸均相同。前端支柱、后端支柱均为与上层进水配水通道横截面尺寸相同的中空方管。上层人工湿地左单元、上层人工湿地右单元、中层人工湿地左单元、中层人工湿地右单元、下层人工湿地左单元、下层人工湿地右单元的结构和尺寸均相同，上层人工湿地左单元与上层人工湿地右单元、中层人工湿地左单元与中层人工湿地右单元、下层人工湿地左单元与下层人工湿地右单元分别通过上层进水配水通道的垂直中轴线左右镜像对称分布。

所述的上层进水配水通道为上端开口，下端密封的中空方管，其水平横截面的长度和宽度相等，垂直设置于上层人工湿地左单元与上层人工湿地右单元之间形成的夹缝的中间位置，左右侧壁分别利用上述人工湿地单元的右侧壁和左侧壁进行围挡。其前后端外壁上沿、底板分别与上层人工湿地左单元外壁上沿、底板等高。

所述上层进水配水通道的左侧壁（即上层人工湿地左单元的右侧壁）和右侧壁（即上层人工湿地右单元的左侧壁）分别设置有上单元左进水孔和上单元右进水孔。

所述的上单元左进水孔和上单元右进水孔均为圆形孔洞，其中心高度约为上层进水配水通道高度的四分之三，直径约为上层进水配水通道横截面宽度的85%~95%。

所述的上单元左进水孔和上单元右进水孔是分别连接上层进水配水通道与上层人工湿地左单元、上层人工湿地右单元的通道。

所述的上层人工湿地左单元为底部密封，上部敞口的中空长方体，四周外壁及底板均为矩形平面薄板。上层人工湿地左单元的左侧壁内侧垂直中心部位设置有上层左单元垂直出水管。

所述的上层左单元垂直出水管为上端开口的中空方管，其横截面长度和宽度分别为上层进水配水通道横截面长度和宽度的80%。上层左单元垂直出水管的左侧壁利用上层人工湿地左单元的左侧壁进行围挡，其四周外壁上沿均与上层人工湿地左单元的外壁上沿平齐，其底部由上层人工湿地左单元的底板密封。上层左单元垂直出水管的右侧外壁的底部开有矩形的上左过水孔洞，其尺寸与上层左单元垂直出水管的横截面尺寸相等。上层左单元垂直出水管的右侧外壁开有上左单元出水孔。

所述的上左单元出水孔为圆形孔洞，其直径、中心高度均与上单元左进水孔。

所述上层人工湿地左单元的底板上侧左右中心线部位设置有上层左单元水平出水管。上层左单元水平出水管为两端开口的中空方管，其横截面尺寸与上层左单元垂直出水管相同。上层左单元水平出水管的左端与上左过水孔洞密封连接。

所述上层过水通道为顶端密封、下端开口的中空方管，其顶盖利用上层进水配水通道的底板进行密封，下端与中层进水配水通道的上端密封连接，上层过水通道的左右外壁上端分别开有上层左过水孔洞和上层右过水孔洞。

所述的上层左过水孔洞和上层右过水孔洞均为矩形孔洞，其尺寸与上左过水孔洞的尺寸相同，其上沿与上层进水配水通道底板的下沿平齐。上层左过水孔洞与上层左单元水平出水管的右端密封连接。

所述总过水通道为顶端密封、下端开口的中空方管，其顶盖利用下层进水配水通道的底板进行密封。总过水通道的左右外壁上端分别开有左过水孔洞和右过水孔洞，所述的左过水孔洞和右过水孔洞均为矩形孔洞，其尺寸与上左过水孔洞的尺寸相同，其上沿与下层进水配水通道底板的下沿平齐。总过水通道的下端与连接短管密封连接。

所述的连接短管为上下端开口的中空异型短管，其上端为正四边形，其横截面形状与尺寸与总过水通道形同，其下端横截面为圆形，其圆形横截面的直径与上端正四边形横截面边长相等。连接短管的下端通过90°弯头与出水管的右端密封连接。

所述的出水管为两端开口的圆管，其直径与连接短管下端开口直径相同。上中下层人工湿地左单元、上中下的上层人工湿地右单元的底部均由装置前端的支柱和装置后端的支柱支撑。

所述前端支柱和后端支柱均为矩形的空心立柱，前端支柱和后端支柱的上端与上层人工湿地左单元上沿平齐，下端伸出下层人工湿地左单元的距离为下层人工湿地左单元高度的2倍。前端支柱和后端支柱分别通过三角支撑支撑各个人工湿地单元，每个人工湿地设置2个三角支撑，分别紧密连接前端支柱和后端支柱的侧壁，6个人工湿地共设置有12个三角支撑。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）污染负荷逐层减少。本装置下层来水为上层出水，污水经上层人工湿地单元处理后污染负荷逐层减少，形成多级人工湿地串联的功效，有利于提高出水水质。（2）占地面积少。本发明的装置为立体垂直结构，并且为多层串联，较传统的人工湿地系统，减少了占地面积，单位土地面积上的污染负荷和去除负荷有了很大提高。（3）植物生物量有所增加。人工湿地的垂直设计，改变了传统人工湿地水生植物单层种植的固有模式，实现了植物生物量的多层积累，有利于更好地发挥植物在人工湿地污染物去除中的生态优势。（4）复氧能力强。利用本发明的多层垂直结构，在水体垂向流动过程中，改变了水力条件，增加了大气与水体的接触，因而增强了系统的复氧能力。（5）充分呈现生态景观功能。利用本发明占地面积较少的优势，可将其布置在居民集聚区附近，使居民与植物的近距离接触成为可能，能够充分发挥人工湿地的生态景观功能。（6）减少管网建设成本，降低地下水污染风险。利用本发明占地面积较少的优势，可将本发明布置在污染源附近，不但减少了污水收集管网的长距离输送，同时也避免了回用管网的大规模铺设，降低了管道渗漏对于地下水的污染风险。

附图说明

图1为本发明一种立体垂直潜流人工湿地装置的俯视图。

图2为本发明一种立体垂直潜流人工湿地装置的正视图。

图3为本发明一种立体垂直潜流人工湿地装置的侧视图。

图4为图1的ⅰ-ⅰ剖面图。

图5为图1的ⅱ-ⅱ剖面图。

图6为图1的ⅲ-ⅲ剖视图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图1-6，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

一种立体垂直潜流人工湿地装置，包括位于上部中心部位的上层进水配水通道1、位于上部左侧的上层人工湿地左单元2、位于上部右侧的上层人工湿地右单元3、位于上层进水配水通道1正下方的上层过水通道4、位于中部中心部位的中层进水配水通道5、位于中部的中层人工湿地左单元6、位于中部的中层人工湿地右单元7、位于中层进水配水通道5正下方的中层过水通道8、位于下部中心部位的下层进水配水通道9、位于下部的下层人工湿地左单元10、位于下部的下层人工湿地右单元11、位于下层进水配水通道9正下方的总出水通道12、位于总出水通道12底部的出水管13、前端支柱14、后端支柱15。所述的上层进水配水通道1、上层过水通道4、中层进水配水通道5、中层过水通道8、下层进水配水通道9、总出水通道12的横截面尺寸均相同、垂直中轴线均重合的中空方管。上层进水配水通道1、中层进水配水通道5、下层进水配水通道9的结构和尺寸均相同，上层过水通道4与中层过水通道8的结构和尺寸均相同。支柱14、支柱15均为与上层进水配水通道1横截面尺寸相同的中空方管。上层人工湿地左单元2、上层人工湿地右单元3、中层人工湿地左单元6、中层人工湿地右单元7、下层人工湿地左单元10、下层人工湿地右单元11的结构和尺寸均相同，上层人工湿地左单元2与上层人工湿地右单元3、中层人工湿地左单元6与中层人工湿地右单元7、下层人工湿地左单元10与下层人工湿地右单元11分别通过上层进水配水通道1的垂直中轴线左右镜像对称布置。

所述的上层进水配水通道1为上端开口，下端密封的中空方管，其水平横截面的长度和宽度相等，垂直设置于上层人工湿地左单元2与上层人工湿地右单元3之间形成的夹缝的中间位置，左右侧壁分别利用上述人工湿地单元的右侧壁和左侧壁进行围挡。其前后端外壁上沿、底板分别与上层人工湿地左单元2外壁上沿、底板等高。在上层进水配水通道1的左侧壁（即上层人工湿地左单元2的右侧壁）和右侧壁（即上层人工湿地右单元3的左侧壁）分别设置有上单元左进水孔101和上单元右进水孔102，上单元左进水孔101和上单元右进水孔102均为圆形孔洞，其中心高度约为上层进水配水通道1高度的四分之三，直径约为上层进水配水通道1横截面宽度的85%~95%。上单元左进水孔101和上单元右进水孔102分别是连接上层进水配水通道1与上层人工湿地左单元2、上层进水配水通道1与上层人工湿地右单元3的通道。

所述的上层人工湿地左单元2为底部密封，上部敞口的中空长方体，四周外壁及底板均为矩形平面薄板。上层人工湿地左单元2的左侧壁内侧垂直中心部位设置有上层左单元垂直出水管21。

所述的上层左单元垂直出水管21为上端开口的中空方管，其横截面的长度和宽度与上层进水配水通道1横截面的长度和宽度相同。上层左单元垂直出水管21的左侧壁利用上层人工湿地左单元2的左侧壁进行围挡，其四周外壁上沿均与上层人工湿地左单元2的外壁上沿平齐，其底部由上层人工湿地左单元2的底板密封。上层左单元垂直出水管21的右侧外壁的底部开有矩形的上左过水孔洞211，其尺寸与上层左单元垂直出水管21的横截面尺寸相等。上层左单元垂直出水管21的右侧外壁上部开有上左单元出水孔22。所述上左单元出水孔22为圆形孔洞，其直径、中心高度均与上单元左进水孔101相同。

所述上层人工湿地左单元2的底板上侧左右中心线部位设置有上层左单元水平出水管23。所述的上层左单元水平出水管23为两端开口的中空方管，其横截面尺寸与上层左单元垂直出水管21相同。上层左单元水平出水管23的左端与上左过水孔洞211密封连接。

所述上层过水通道4为顶端密封、下端开口的中空方管，其顶盖利用上层进水配水通道1的底板进行密封，下端与中层进水配水通道7的上端密封连接，上层过水通道4的左右外壁上端紧邻顶盖处分别开有上层左过水孔洞41和上层右过水孔洞42。

所述的上层左过水孔洞41和上层右过水孔洞42均为矩形孔洞，其尺寸与上左过水孔洞211的尺寸相同，其上沿与上层进水配水通道1底板的下沿平齐。上层左过水孔洞41与上层左单元水平出水管23的右端密封连接。

所述总过水通道12为顶端密封、下端开口的中空方管，其顶盖利用下层进水配水通道9的底板进行密封。总过水通道12的左右外壁上端分别开有左过水孔洞121和右过水孔洞122，所述的左过水孔洞121和右过水孔洞122均为矩形孔洞，其尺寸与上左过水孔洞211的尺寸相同，其上沿与下层进水配水通道9底板的下沿平齐。总过水通道12的下端与连接短管123密封连接。

所述的连接短管123为上下端开口的中空异型短管，其上端为正四边形，其横截面形状与尺寸与总过水通道12相同，其下端横截面为圆形，其圆形横截面的直径与上端正四边形横截面边长相等。连接短管123的下端通过90°弯头与出水管13的右端密封连接。

所述的出水管13为两端开口的圆管，其直径与连接短管123下端开口直径相同。

所述上中下层人工湿地左单元、上中下的上层人工湿地右单元的底部均由装置前端的支柱14和装置后端的支柱15支撑。

所述的前端支柱14和后端支柱15均为正方形的空心立柱，前端支柱14和后端支柱15的上端与上层人工湿地左单元2上沿平齐，下端伸出下层人工湿地左单元10的距离为下层人工湿地左单元10高度的2倍，并分别与支撑板16连接。支撑板16为正方形薄板，其边长为前端支柱14边长的5倍。前端支柱14和后端支柱15分别通过三角支撑141支撑各个人工湿地单元，每个人工湿地设置2个三角支撑141，分别紧密连接前端支柱14和后端支柱15的侧壁，6个人工湿地共设置有12个三角支撑141。

另外，本发明的主体（上部中心部位的上层进水配水通道1、上部左侧的上层人工湿地左单元2、上部右侧的上层人工湿地右单元3、上层进水配水通道1正下方的上层过水通道4、中部中心部位的中层进水配水通道5、中部的中层人工湿地左单元6、中部的中层人工湿地右单元7、位于中层进水配水通道5正下方的中层过水通道8、下部中心部位的下层进水配水通道9、下部的下层人工湿地左单元10、下部的下层人工湿地右单元11、下层进水配水通道9正下方的总出水通道12、总出水通道12底部的出水管13。）可由8~10mm厚的pe、pvc或ppp材料模压制成，也可由1mm~3mm厚的不锈钢板钣金焊接制成，以杜绝对于水质的污染。

所述上层进水配水通道1和中层进水配水通道5之间的上层过水通道4、下层进水配水通道9正下方的总出水通道12、底部的出水管13、装置前端的支柱14、后端的支柱15的长度为300~500mm。上层进水配水通道1和中层进水配水通道5之间的上层过水通道4、中层进水配水通道5正下方的中层过水通道8、下层人工湿地单元下部的总出水通道12、位于底部的出水管13的直径均为120mm。

所述上部左边的上层人工湿地左单元2、上部左边的上层人工湿地右单元3、中部的中层人工湿地左单元6、中部的中层人工湿地右单元7、下部的下层人工湿地左单元10、下部的下层人工湿地右单元11的横截面高度为400~700mm、宽度为400~500mm。

所述上层左单元垂直出水管21、上层左单元水平出水管23的横截面长度和宽度分别为上层进水配水通道1横截面长度和宽度的80%。

所述的每层单元左进水孔11和每层单元右进水孔12的中心高度约为上层进水配水通道1高度的四分之三，直径约为上层进水配水通道1横截面宽度的85%~95%。

所述的三角支撑141为2mm厚的不锈钢制，三角支撑141的宽度为50mm，长度为300mm，高度为250mm。其中前端的支柱14和后端的支柱15的横截面尺寸为120mm×120mm，2根支撑柱的高度根据人工湿地单元的高度而设置，其范围在2200mm~3200mm之间。

本发明的工作原理是：

安置场所。本发明占地面积少，适用于对于人们日常生活污水的处理，本发明可放置于街道、居民小区、河道等场所的附近。污水经本发明处理达到排放或者回用水标准后，可以就近排放或回用于冲厕、浇洒道路、洗车或建筑用水等。

填充基质。本发明组装完成后，可在每层单元人工湿地内放置一定数量和尺寸的基质。例如，可根据脱氮除磷、去除有机物、悬浮物等不同的处理目的，填充水处理微电解铁碳球、页岩陶粒、卵石、沸石、聚氨酯生物、石墨等作为基质。基质的填充高度以400mm~450mm为宜；为了达到更好的处理效率可在不同高度选用不同粒径的基质。

栽种水生植物。水生植物的选择应以本地品种为主，并且应该选择生物量大的水生植物。植物的根系洗净后，栽种在水处理区的基质中，并马上向每层单元人工湿地内灌水。在植物种植初期，可间歇进水，待植物适应后，可连续进水。

启动。植物生长稳定后，向上层进水配水通道1内间歇注入待处理的污水，并逐渐增加进水频次至连续进水。同时，监测进出水的水的指标。待连续进水阶段出水水质稳定后，可认为本发明的启动阶段完成。

（5）运行。以装置的右半部分说明污水运行时的基本流程，装置的左半部分与此类似。污水经上部进水配水通道1进入上层人工湿地左单元2，经过植物、基质和微生物的共同作用后，部分污染物被去除。处理后的污水经上左单元出水孔22、上层左单元垂直出水管21和上层左单元水平出水管23进入上层过水通道4，并经中层进水配水通道5配水后进入中层人工湿地左单元6，经中层人工湿地左单元6处理后进入下层人工湿地左单元10，最后经总出水通道12，由出水管13出水。

根据出水水质标准的不同，结合环境温度的变化，通过调整进水流量，改变水力停留时间，达到改变污染负荷的目的，从而使出水的水质满足要求。对于进水水质中含碳量较低的污水，可以通过多点进水、增加液相或固相碳源等手段，满足水处理区里的一些生物化学反应过程中对于碳源的需求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神实质作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。