一种人工湿地布水管清洗装置及方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种人工湿地布水管清洗装置，还涉及一种适用于人工湿地布水管清洗方法。适用于人工湿地布水管的清洗。


背景技术：

2.人工湿地堵塞一直是制约其运行效率的重要因素，目前有很多研究集中在对基质填料堵塞防预防方面，如采取微生物燃料电池、多种酶、细菌及表面活性剂、溶脱剂等生物方法，也有采用超声波、磁场、或者模块化处理等物理方法来防止基质堵塞，并取得不错效果，但对于人工湿地布水管引起的堵塞问题及布水管清洗研究较少，而在实际工程实践中，布水管的堵塞会对湿地正常运行造成不良影响，极大地影响到其运行效率。对管道清洗，有利用强氧化剂或水力冲洗去除管道内壁的生物膜，也有用类似于小型盾构机、管道机器人及刷子等清洁方法。但在人工湿地布水管中，采取强氧化剂会直接影响到湿地基质中微生物的正常生长，降低的湿地运行效率，对于大型人工湿而言，在布水主管较长，且布水支管较多的情况下，水力冲洗往往需要更高的水压，而布水管的材质及布水孔的存在，导致难以承受更高的水压，大面积使用成本较高；采用类似于小型盾构机方法对金属直管比较适用，并不适用于布水管弯曲较多且采用塑料材质的人工湿地，同样管道机器人也是较为适用直管，对管径较小的人工湿地布水管并不适用；刷子更加适用于长度较小的直管道。
3.人工湿地布水管堵塞一般以生物堵塞或淤泥沉淀为主，由于布水支管一般是采取垂直连接的方式固定在布水主管上，存在大量弯曲部分，布水主管与布水支管管径不一致，而且两者均存在一定的坡度，这导致在清洗过程中，尤其是在布水支管中，由于其管径小，水力冲刷作用若，导致淤泥等堵塞物更容易在重力的作用下沉淀在管道的末端。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种适用于人工湿地布水管清洗装置，还提供一种适用于人工湿地布水管清洗方法。本发明为低成本、易实施的管道清洗方法，通过球形清洁器，在人工湿地布水管堵塞处，合理利用布水主管的水流推力和坡度，在自身重力及水流推力的作用下向出水口方向移动，同时依靠与管壁内壁之间的摩擦力，将布水主管内部的生物膜及淤泥堵塞物推挤出管道外，而针对布水支管淤泥沉积物易沉淀在末端的特点，通过插入套管减小管径的方式，来增大水压和水流速度，提高对末端堵塞物的冲刷作用，借助弹簧的弹力，加大球形清洁器顶部对末端堵塞物剪切冲击破坏作用，且在球形清洁器内部设置多个空腔及表面柔性毛刷，可以在推拉过程中，将堵塞物带出导管外，降低堵塞物的沉积，二是通过时间计算、距离测量比对及外观观察来判断清洗效果及后续下一步的操作，装置制作简单，方法操作简单易行，为解决人工湿地布水管清洗问题，找到一条新方法。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种人工湿地布水管清洗装置，包括球形清洁器，球形清洁器包括圆环、刻度绳、
球形外壳、以及锥形顶角、十字型支撑，
7.球形外壳为中空且开设有第一穿孔和第二穿孔，锥形顶角设置在球形外壳中，锥形顶角为中空且锥底开口，锥形顶角的锥底穿过第一穿孔延伸至球形外壳外部，第二穿孔设置有环状金属网，锥形顶角的锥尖穿过环状金属网的中心环孔延伸至球形外壳外部，锥形顶角的侧壁设置的固定环和环状金属网上设置的固定环之间通过弹簧连接，球形外壳外壁设置有柔性毛刷，
8.刻度绳一端与圆环连接，另一端与锥形顶角的锥底开口设置的十字型支撑连接。
9.如上所述第一穿孔和第二穿孔的中心的连线经过球形外壳的球心，第二穿孔和环状金属网同圆心设置。
10.如上所述锥形顶角的侧壁周向设置有多个固定环，环状金属网上环形分布设置有多个固定环，锥形顶角的侧壁上设置的固定环与环状金属网上设置的固定环一一对应。
11.如上所述刻度绳每隔设定间距标记有刻度数值。
12.如上所述柔性毛刷长度范围为被清洗管道直径的1/10～1/3。
13.如上所述环状金属网的网眼大小为1mm2～10mm2。
14.一种人工湿地布水管清洗方法，利用上述一种人工湿地布水管清洗装置，包括以下步骤：
15.步骤1、进行布水主管的清洗，具体为：按锥形顶角的锥尖朝前的方向，将球形清洁器放入布水主管进水口内，并将圆环固定于布水主管进水口处，在布水主管出水口处接收球形清洁器，解开刻度绳与球形清洁器之间的连接；
16.步骤2、进行布水支管的清洗，依据设计施工图纸，计算出布水支管进水口与布水主管进水口的垂直距离，确定好套管的长度，套管一端设置有90度弯折的喇叭开口，喇叭开口的弯折处设置有过水孔，在布水主管进水口处水平插入套管，使套管的喇叭开口对着布水支管进口，放入球形清洁器，稍微用力拉动刻度绳使球形清洁器在水流作用下通过喇叭开口进入布水支管中，此后始终保持刻度绳处于拉直状态，当发现刻度绳数值不在发生增加时，将球形清洁器拉入套管中，并拔出套管；
17.如上所述布水主管的清洗完成标准为：
18.多次重复步骤1的布水主管的清洗操作后，球形清洁器运动时间保持不变，球形清洁器内部、锥形顶角内部、柔性毛刷无污垢，柔性毛刷无变形，且布水主管出水口无浑浊、脏污增加；
19.如上所述布水支管的清洗完成标准为：
20.多次重复步骤的布水支管的清洗操作后，刻度绳在布水支管中长度与施工图纸中布水支管长度之间的长度差异小于设定阈值，且套管内部、球形清洁器内部、锥形顶角内部、柔性毛刷无污垢，柔性毛刷无变形。
21.如上所述一种人工湿地布水管清洗方法，若发现多次重复步骤1的布水主管的清洗操作后，仍不符合布水主管的清洗完成标准，则增加布水主管进水口水压，加大柔性毛刷刷头的密度和刚度，继续重复上述步骤，至符合布水主管的清洗完成标准为止；
22.若重复多次步骤2的布水支管的清洗操作后，仍不符合布水支管的清洗完成标准，则增加套管进水口水压，加大间歇地拉动、松开刻度绳的频率，增加弹簧数量，继续重复上述步骤的布水支管的清洗操作，至符合布水支管的清洗完成标准为止。
23.本发明相对于现有技术，具有以下有益效果为：
24.本发明合理利用人工湿地的布水主管和布水支管的分布特点、管径差异及沉积物类型及分布规律，对布水主管和布水支管进行有针对性的清洗，可以有效提高清洗的效果，相比其他现有技术而言，操作简单、实施成本较低；相比采取强氧化剂而言，对湿地基质中微生物的影响小，对环境二次污染风险更小；相比单纯使用水力冲洗等方式，清洗效果好；相比使用采用类似于小型盾构机、管道机器人、刷子等方式，可以有效克服管道管径不一及弯曲带来的操作不便。根据布水主管和布水支管的管径差异、堵塞物类型不同及沉积规律，而采取不同的处理方式，目的是为了达到最佳清洗效果。通过布水主管的水流推力及进出水口之间的坡度差，使球形清洁器可以在自身重力及水流推力的作用下，借助摩擦力和推力，实现对主管道堵塞物的清洗；对布水支管，以套管的方式来改变清洁器运动方向和水流方向，克服管道弯曲部分所带来的影响；并通过缩小管径来增加水力冲刷压力，最终借助于弹簧弹力的改变，加大锥形顶角的锥尖对末端堵塞物剪切冲击破坏作用，降低堵塞物的密实度及整体性，提高水力冲刷效果，大大减少布水支管末端堵塞物的沉积；最终在球形清洁器内部有针对性地设置有大量空腔，可在清洗过程中，对淤泥及生物膜进行收集后，带出管道。
附图说明
25.图1为本发明的平面图；
26.图2为本发明布水主管清洗平面图；
27.图3为球形清洁器立面图；
28.图4为套管立面图；
29.附图中，各标号所代表的部件名称如下：
30.1、布水主管，2、球形清洁器，21、圆环，22、十字型支撑，23、刻度绳，24、柔性毛刷，25、球形外壳，26、锥形顶角，27、环状金属网，28、固定环，29、弹簧，3、套管，31、喇叭开口，32、过水孔，4、布水支管，51、生物膜，52、淤泥沉积物。
具体实施方式
31.为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实例对本发明作进一步的详细描述，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并非是对本发明的限制。
32.实施例1：
33.一种人工湿地布水管清洗装置，包括球形清洁器2，球形清洁器2包括圆环21、刻度绳23、球形外壳25、锥形顶角26、十字型支撑22、柔性毛刷24、环状金属网27、固定环28、和弹簧29，
34.球形外壳25为中空且开设有第一穿孔和第二穿孔，第一穿孔和第二穿孔的中心的连线经过球形外壳25的球心，锥形顶角26设置在球形外壳25中，锥形顶角26为中空且锥底开口，锥形顶角26的锥底穿过第一穿孔延伸至球形外壳25外部，第二穿孔设置有环状金属网27，第二穿孔和环状金属网27同圆心设置，锥形顶角26的锥尖穿过环状金属网27的中心环孔延伸至球形外壳25外部，锥形顶角26的侧壁周向设置有多个固定环28，环状金属网27上环形分布设置有多个固定环28，锥形顶角26的侧壁上的固定环28与环状金属网27上的固
定环28通过弹簧29连接，球形外壳25外壁设置有柔性毛刷24。
35.刻度绳23一端与圆环21连接，另一端与锥形顶角26的锥底开口设置的十字型支撑22连接。
36.柔性毛刷24垂直布置在球形外壳25的外壁上，柔性毛刷24与被清洗的管壁接触密实，这样可以加快被清洗管壁的生物膜51的脱落速度，其次在向外拉出球形清洁器2的过程中，缠绕在柔性毛刷24上的生物膜51也可以被顺利带出管道外，避免在管道内部沉积造成二次堵塞；柔性毛刷24的长度介于被清洗管道直径的1/10～1/3之间，合适的长度可以保证最佳清洗效果，二是可以通过改变毛刷长度适应不同管径大小。
37.弹簧29具备较好的弹性性能，使得球形外壳25和锥形顶角26构成一个弹性整体，如图2所示，当向左拉动刻度绳23时，刻度绳23拉动锥形顶角26向左运动，向右流动的水流给球形外壳25提供向右的水流推力，使得锥形顶角26相对球形外壳25向左运动，锥形顶角26的锥尖从环状金属网27向左缩回一段距离，当松开刻度绳23时，在弹簧29的回复力的作用下，弹簧29带动锥形顶角26相对于球形外壳25向右运动，锥形顶角26的锥尖从环状金属网27向右伸出一段距离，从而实现对管内阻塞物进行冲击刺破。
38.锥形顶角26与球形外壳25之间留有空腔，拖拉过程中可以让生物膜51及淤泥沉积物52留在空腔中。
39.锥形顶角26为中空，且锥底开口，是为了增大与水流接触面积，增加水力推力，而锥形顶角26的锥尖要略伸出于环状金属网27，是为了更好的破坏堵塞物，环状金属网27可以限制锥形顶角26的锥尖伸出第二穿孔的长度在合理范围之内，环状金属网27网眼大小在1mm2～10mm2，环状金属网27的设置可以在推进过程中尽量减小进入球形外壳25内的堵塞物的粒径。
40.如图4所示，套管3一端设置有90度弯折的喇叭开口31，喇叭开口31的弯折处设置有过水孔32，喇叭开口31的直径大于布水支管4和套管3直径，套管3和喇叭开口31整体可以放入到布水主管1中，使得这样处理是为了便于球形清洁器2进入布水支管4中。
41.刻度绳23连接在圆环21及十字型支撑22的中心，每隔一定间距标记有刻度数值。
42.柔性毛刷24长度介于被清洗管道直径的1/10～1/3之间。
43.实施例2：
44.一种人工湿地布水管清洗方法，利用实施例1所述一种人工湿地布水管清洗装置，包括以下步骤：
45.步骤1、进行布水主管1的清洗，具体为：按锥形顶角26的锥尖朝前的方向，将球形清洁器2放入布水主管1进水口内，并将圆环21固定布水主管1进水口处，在布水主管1出水口处接收球形清洁器2，解开刻度绳23与球形清洁器2之间的连接，即为完成一次对布水主管1清洗操作，可选择多次重复布水主管1的清洗；
46.在每次步骤1操作完成后，记录球形清洁器2在布水主管1中的运动时间，并对球形清洁器2表面、内部空腔处的污垢，及柔性毛刷24的磨损程度进行观察，观察布水主管1的出水口是否出现明显的浑浊、脏污增加现象，
47.布水主管1的清洗完成标准：
48.若发现多次重复步骤1的布水主管1的清洗操作后，球形清洁器2运动时间基本保持不变，球形清洁器2内部、锥形顶角26内部、柔性毛刷24无明显污垢，柔性毛刷24无明显变
形，且布水主管1出水口无明显的浑浊、脏污增加现象，即停止操作，视为完成对布水主管1清洗。
49.若发现多次重复步骤1的布水主管1的清洗操作后，仍然不符合布水主管1的清洗完成标准，可选择适当增加布水主管1进水口水压，加大柔性毛刷24刷头的密度和刚度，继续重复上述步骤1操作，至符合布水主管1的清洗完成标准为止；
50.步骤2、进行布水支管4的清洗，依据设计施工图纸，计算出布水支管4进水口与布水主管1进水口的垂直距离，确定好套管3的长度，在布水主管1进水口处水平插入套管3，使套管3的喇叭开口31对着布水支管4进口，放入球形清洁器2，稍微用力拉动刻度绳23使球形清洁器2在水流作用下通过喇叭开口31进入布水支管4中，此后始终保持刻度绳23处于拉直状态，当发现刻度绳23数值不在发生明显增加时，进一步的，用力稍稍向外提拉刻度绳23多次后，仍发现刻度绳23数值在水流作用下不发生明显变化，选择将球形清洁器2拉入套管3中，并拔出套管3，即视为完成一次对布水支管4的清洗操作，可选择多次重复上述布水支管4的清洗操作；
51.在每次布水支管4的清洗操作完成后，根据刻度绳23的数值、套管3长度，计算出刻度绳23在布水支管4中长度，比较刻度绳23在布水支管4中长度与施工图纸中布水支管4长度之间的长度差异，对套管3内部和球形清洁器2表面、内部空腔处的污垢，及柔性毛刷24的磨损程度进行观察；
52.布水支管4的清洗完成标准：
53.若发现多次重复步骤2的布水支管4的清洗操作后，刻度绳23在布水支管4中长度与施工图纸中布水支管4长度之间的长度差异小于设定阈值，且套管3内部、球形清洁器2内部、锥形顶角26内部、柔性毛刷24无明显污垢，柔性毛刷24无明显变形时，即停止操作，视为完成对布水支管4的清洗。
54.在多次重复步骤2的布水支管4的清洗操作过程中，若刻度绳23在布水支管4中长度与施工图纸中布水支管4长度之间的长度差异相差大于等于设定阈值，球形清洁器2的表面无明显污渍，但锥形顶角26内部空腔污渍较多时，选择在套管3的进水口采取持续加压操作，加压期间间歇地拉动、松开刻度绳23。
55.若重复多次步骤2的布水支管4的清洗操作后，仍不符合布水支管4的清洗完成标准，可选择适当增加套管3进水口水压，加大间歇地拉动、松开刻度绳23的频率，增加弹簧29数量，继续重复上述步骤2的布水支管4的清洗操作，至符合布水支管4的清洗完成标准为止。
56.上述步骤中，所述固定环28中间连有弹簧29，而拉动刻度绳23带动弹簧29，在水流的作用下，使球形清洁器2在布水主管1和布水支管4内部来回移动；一是这样可以加速管壁生物膜51的脱落，二是可以判断球形清洁器2在布水支管4中位置，简单判断清洗效果及后续操作步骤。
57.最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。