一种组合式人工湿地结构的制作方法
【专利摘要】一种组合式人工湿地结构，包括潜流式湿地和表面流湿地，在径流水流入口到过滤水流出口之间依次布设有所述潜流式湿地和表面流湿地，所述潜流式湿地和表面流湿地之间通过过水槽连接，本实用新型对潜流式湿地和表面流式湿地进行了组合设计，利用连通器原理，通过设置过水槽，解决了路面径流收集与处治中径流量的不确定性问题，过水槽的主要功能有缓存积水、跌水增氧和进水布水，不仅能适应径流量大的情况，同时在少雨季节时还能通过缓存一定量的雨水来保证潜流式湿地内的水位高度。
【专利说明】
一种组合式人工湿地结构
技术领域
[0001]本实用新型属于水体净化技术领域，涉及一种可收集并净化高速公路路面径流水体的人工湿地结构。
【背景技术】
[0002]高速公路经雨水冲刷产生的路面径流中携带有大量悬浮物以及一部分重金属、有机物和石油类污染物。此类水体若直接排放至附近池塘、农田将对鱼类和农作物产生危害，因此需对平时降雨产生的路面径流进行收集处理。
[0003]人工湿地是由人工建造和控制运行的一种类沼泽湿地结构，通过将污水污泥引入湿地中并利用土壤、人工介质、水生植物以及微生物的物理、化学、生物三重协同作用使其得到净化从而达到处治物的目的。其作用机理包括过滤、沉淀、吸附、植物吸收、离子交换和微生物分解等。
[0004]目前常见的人工湿地类型主要有表面流人工湿地和潜流式湿地。表面流湿地与地表漫流土地非常相似，水流在湿地表面呈推流式前进，在流动过程中，与土壤、植物及植物根部的生物膜接触，通过物理、化学以及生物反应，污水得到净化，并在终端流出。潜流式湿地按水体在基质中的移动方向又可分为水平潜流式和垂直潜流式。水平潜流式是指水体经基质从湿地一端流入并沿水平方向从另一端流出的湿地类型，污水由进水口一端沿水平方向流动的过程中依次通过砂石、介质、植物根系，流向出水口一端，以达到净化目的。垂直潜流式是指水体从表面沿垂直方向流至床底的湿地类型，污水由表面纵向流至床底，在纵向流的过程中污水依次经过不同的专利介质层，达到净化的目的。
[0005]在这几种人工湿地类型中，表面流人工湿地的优点是投资少、操作简单、运行费用低，缺点是占地大，水力负荷小，净化能力有限，夏季易孳生蚊虫等。水平潜流式湿地的优点是水力负荷较大，少有恶臭和蚊虫现象，缺点是控制相对复杂。垂直潜流式湿地的优点是占地面积较其他形式湿地小，处理效率高，缺点是控制复杂，落干或淹水时间较长。
[0006]如果能对各种人工湿地类型的优点加以利用，提出一种适用于处理高速公路路面径流的人工湿地结构，将对保护人类自然环境具有重要意义。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能适用于高速公路路面径流收集与处理的组合式人工湿地结构。
[0008]—种组合式人工湿地结构，包括潜流式湿地和表面流湿地，在径流水流入口到过滤水流出口之间依次布设有所述潜流式湿地和表面流湿地，所述潜流式湿地和表面流湿地之间通过过水槽连接。
[0009]所述过水槽的与潜流式湿地连接侧槽壁高于与表面流湿地连接侧槽壁，所述过水槽与潜流式湿地连接侧槽壁下部布设有用于将潜流式湿地内的水排入过水槽的多根过水管。
[0010]所述过水槽在与潜流式湿地连接侧的内槽壁从顶部向下每隔50cm设置一跌水层，相邻所述跌水层的伸出长度从上到下每级增加5cm。
[0011 ]所述过水槽底部铺设有块石层。
[0012]所述过水槽底部的过水管沿水流方向布设，相邻过水管间隔100cm。
[0013]所述潜流式湿地和表面流湿地内在与过水槽的槽壁连接侧均设有与潜流式湿地和表面流湿地的基质层厚度相同的卵石层。
[0014]所述潜流式湿地的边坡坡度为1:1，所述潜流式湿地床底沿水流动方向设置纵坡，所述潜流式湿地的纵坡坡度为I: 100，所述潜流式湿地的长宽比为1:1?6:1，所述表面流湿地边坡坡度为I: I，表面流湿地的床底沿水流动方向设置纵坡，所述表面流湿地的纵坡坡度为1:100，湿地的长宽比为1:1?3:1。
[0015]所述潜流式湿地的床体内从上至下依次设置有种植层、吸附层和透水层，所述表面流湿地的床体从上至下依次设置有种植层和透水层。
[0016]所述种植层材料为砂性土，所述吸附层为具有吸附性能的材料构成，所述透水层材料为粒径为8?16mm的碎烁石构成。
[0017]所述具有吸附性能的材料为活性炭或生物陶粒
[0018]因路面径流量与汇流面积、降雨量及降雨历时有关，当径流量过大时，可能会导致湿地中水位高于围堰高度而出现溢流，这时将影响水体的净化效果。本实用新型将人工湿地设计成潜流加表面流的组合式结构，结构由三部分组成，按水体流向依次为潜流式湿地、过水槽和表面流湿地。运行时，径流经边沟向潜流式湿地布水，水流从湿地表面过滤渗透至床底然后从底部横向移动至过水槽中，待水槽中水流逐渐溢满后再从槽顶漫流至表面流湿地中，最后经表面流湿地的进一步净化后从排水沟就近排出。
[0019]本实用新型对潜流式湿地和表面流式湿地进行了组合设计，利用连通器原理，通过设置过水槽，解决了路面径流收集与处治中径流量的不确定性问题，过水槽的主要功能有缓存积水、跌水增氧和进水布水，不仅能适应径流量大的情况，同时在少雨季节时还能通过缓存一定量的雨水来保证潜流式湿地内的水位高度。
[0020]综上所述，本实用新型是适用于高速公路路面径流收集与处治的一种较为合理有效的人工湿地结构。
【附图说明】
[0021 ]图1是本实用新型纵断面的结构示意图。
[0022]图2是本实用新型的平面结构示意图。
[0023]图3是过水槽的截面图。
[0024]附图中，1、过水管，2、跌水层，3、块石层，4、卵石层，5、潜流式湿地，6、表面流湿地，
7、排水沟。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图，详细说明组合人工湿地的【具体实施方式】。
[0026]潜流式湿地5的床底采用粘土夯实加防水土工布进行防渗处理，潜流式湿地内围堰高度较设计水位高2 O c m，其余侧面围堰高设计与潜流式湿地等高或高于出水处围堰10cm，其中设计水位根据满足水生植物生长的适宜水深确定，边坡坡度为1:1，床底沿水流动方向设置纵坡，坡度为1:100，湿地的长宽比控制在1:1?6:1之间，床体内填充基质按功能从上至下分别为40cm种植层、30cm吸附层和20cm透水层。其中种植层材料采用砂性土，吸附层选用如活性炭、生物陶粒等具有较好吸附性能的材料，透水层材料采用粒径为8?16mm的碎砾石。
[0027]表面流湿地6的床底采用粘土夯实加防水土工布进行防渗处理，边坡坡度为1:1，床底沿水流动方向设置纵坡，坡度为I: 100，出水处围堰高度较设计水位高20cm，其余侧面围堰高设计与潜流式湿地等高或高于出水处围堰10cm。湿地的长宽比控制在1:1?3:1之间，床体内填充基质按功能从上至下分别为40cm种植层和20cm透水层，各层基质材料与潜流式湿地相同。
[0028]过水槽为连接潜流式湿地和表面流湿地的过渡结构，采用水泥混凝土浇筑，厚度25cm，过水槽宽度I OOcm，过水槽内铺设30cm厚的巨石、块石层3用于防止水流冲刷。为防止结构倾覆，过水槽的底部分别向潜流式湿地床和表面流湿地两边延伸100cm。靠潜流式湿地一侧槽底每10cm布置一外径20cm的PVC材料的过水管I用于潜流池内的水排出，过水槽的槽面高度较围堰低20cm，另从顶部起每50cm高度设置一跌水层2，跌水层结构厚度10cm，第一级跌水层伸出长度10cm，往下每级增加5cm，当径流量过大雨水来不及从槽底过水管排出时，水流可从水槽顶部漫流至槽中而不至于从湿地向外溢出，同时设置跌水层可减缓水的流速并起到增加水中氧气含量的作用。过水槽靠表面流湿地一侧槽壁高度较出水处围堰高度低10cm，这样两槽壁将形成一高度差，从而使水流能顺利流入表面流湿地中。此外，过水槽两槽壁外侧还分别设有50cm宽，高度与所在湿地基质层厚度相同的卵石层4，卵石粒径60?80mm，该结构可起到增加透水性能，防止潜流式湿地中水流带走基质材料并堵塞过水管，同时防止表面流湿地基质材料被冲刷的作用。
[0029]在本实用新型中，径流水一般处治步骤如下:
[0030 ]步骤一、利用边沟向潜流式湿地布水；
[0031 ]步骤二、水体经一次净化后渗透至湿地床底，并沿床底纵坡流入过水槽中；
[0032]步骤三、当过水槽中积满水时，水流通过另一侧槽顶漫流至表面流湿地中；
[0033]步骤四、水流在表面流湿地中停留并得到二次净化，待水位高度高于出水侧围堰高度时，水流从该侧漫流至外侧排水沟7中就近排出。
[0034]当径流量过大时，步骤二中部分水流将从槽顶漫流至过水槽中，其余步骤与一般情况相同。
[0035]以上公开的仅为本实用新型的一个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此。
【主权项】
1.一种组合式人工湿地结构，包括潜流式湿地和表面流湿地，其特征在于，在径流水流入口到过滤水流出口之间依次布设有所述潜流式湿地和表面流湿地，所述潜流式湿地和表面流湿地之间通过过水槽连接，所述潜流式湿地的边坡坡度为I: I，所述潜流式湿地床底沿水流动方向设置纵坡，所述潜流式湿地的纵坡坡度为I: 100，所述潜流式湿地的长宽比为1:1?6:1，所述表面流湿地边坡坡度为1:1，表面流湿地的床底沿水流动方向设置纵坡，所述表面流湿地的纵坡坡度为I: 100，湿地的长宽比为1:1?3:1。2.根据权利要求1所述的组合式人工湿地结构，其特征在于，所述过水槽在与潜流式湿地连接侧的槽壁高于与表面流湿地连接侧的槽壁，所述过水槽与潜流式湿地连接侧的槽壁下部布设有用于将潜流式湿地内的水排入过水槽的多根过水管。3.根据权利要求2所述的组合式人工湿地结构，其特征在于，所述过水槽在与潜流式湿地连接侧的内槽壁从顶部向下每隔50cm设置一跌水层，相邻所述跌水层的伸出长度从上到下每级增加5cm。4.根据权利要求2所述的组合式人工湿地结构，其特征在于，所述过水槽底部铺设有块石层。5.根据权利要求2所述的组合式人工湿地结构，其特征在于，所述过水槽底部的过水管沿水流方向布设，相邻过水管间隔I OOcm。6.根据权利要求2所述的组合式人工湿地结构，其特征在于，所述潜流式湿地和表面流湿地内在与过水槽的槽壁连接侧均设有与潜流式湿地和表面流湿地的基质层厚度相同的卵石层。7.根据权利要求1所述的组合式人工湿地结构，其特征在于，所述潜流式湿地的床体内从上至下依次设置有种植层、吸附层和透水层，所述表面流湿地的床体从上至下依次设置有种植层和透水层。8.根据权利要求7所述的组合式人工湿地结构，其特征在于，所述种植层材料为砂性土，所述吸附层为活性炭或生物陶粒，所述透水层材料为粒径为8?16mm的碎烁石构成。
【文档编号】C02F3/32GK205616647SQ201620012533
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月7日
【发明人】钱国平, 秦志斌, 罗金标, 朱俊文, 郑辉, 严宗雪, 陈敬松, 吴绍明, 招国忠, 曾磊
【申请人】长沙理工大学