一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，為立體結(jié)構(gòu)，包括溢流池、溢流堰、導(dǎo)流板、出水渠、水泵、輸水管、凈化層和格柵；凈化層包括人工濕地和生物球凈化區(qū)，凈化層的層數(shù)至少為一層；凈化層的一側(cè)設(shè)置有格柵；溢流池位于立體結(jié)構(gòu)的頂端，水泵通過輸水管與溢流池連接；溢流池一側(cè)設(shè)置有溢流堰，溢流堰的外圍設(shè)置有導(dǎo)流板，導(dǎo)流板與下一層凈化層相連；最底層的凈化層與出水渠相連。本發(fā)明集人工濕地凈化、生物球強(qiáng)化處理、跌水曝氣、防滲功能、視覺美感于一體，可多個并聯(lián)或串聯(lián)運(yùn)行，大幅度提高了人工濕地的處理效率，一定程度減少了人工濕地的占地面積。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于廣大農(nóng)村地區(qū)生活污水處理、污水廠尾水深度處理等領(lǐng)域。
【專利說明】一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人工濕地領(lǐng)域，具體是一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)是20世紀(jì)70-80年代發(fā)展起來的一種新型的污、廢水 處理工藝，定義為人工設(shè)計(jì)與建造的由飽和基質(zhì)、挺水與沉水植被、動物和水體組成的復(fù)合 體。目前人工濕地分三種形式：表面流人工濕地（SFW)，潛流人工濕地（SFS)和垂直流人工 濕地（VCW)，其中潛流人工濕地是各國研究和應(yīng)用最為廣泛的類型。
[0003] 人工濕地具有投資低、耗能少、緩沖容量大、工藝簡單等特點(diǎn)，在國內(nèi)外已得到廣 泛的應(yīng)用。由于植物吸附過程中根區(qū)吸收和微生物降解等生化過程都需要溶氧，而目前國 內(nèi)外的人工濕地多采用平面型結(jié)構(gòu)，污水在濕地中停留時間長、水流較為平緩、植物根系和 填料長期浸泡在水中，導(dǎo)致人工濕地基質(zhì)溶氧水平低，限制了濕地污水處理的效果，增加了 人工濕地占地面積。該缺點(diǎn)是限制其快速推廣應(yīng)用的瓶頸問題之一。人工濕地處理效率低 是造成其占地面積大的根本原因，如何提高人工濕地的處理效率是解決問題的關(guān)鍵。目前 提高人工濕地處理效率的方法主要是通過人工濕地中基質(zhì)、水生植物、微生物的優(yōu)化組合、 輔助生物強(qiáng)化處理、增加人工曝氣裝置等，雖然不同程度的提高了人工濕地的處理效率，但 是結(jié)果依然不如人意。例如CN102126794A公布的自由跌水充氧的人工濕地系統(tǒng)，由階梯狀 的多級人工濕地構(gòu)成，利用自由跌水曝氣充氧，在一定程度上解決了曝氣問題，但是對地形 要求較高且整個人工濕地的處理效率還有待提高。如何科學(xué)有效的提高人工濕地的處理效 率，從而解決人工濕地占地面積大這一瓶頸問題，是人工濕地進(jìn)一步發(fā)展亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種集人工濕地凈化、生物球強(qiáng)化處理、跌水曝氣、防滲功 能、視覺美感于一體的能夠有效去除污水中有機(jī)物、氮、磷物質(zhì)，顯著提高出水水質(zhì)的生物 強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，為立體結(jié)構(gòu)，包括溢流池、溢流堰、導(dǎo)流板、出水 渠、水泵、輸水管、凈化層和格柵；所述凈化層包括人工濕地和生物球凈化區(qū)，所述凈化層的 層數(shù)至少為一層；所述凈化層的一側(cè)設(shè)置有格柵；所述溢流池位于立體結(jié)構(gòu)的頂端，所述 水泵通過輸水管與溢流池連接；所述溢流池一側(cè)設(shè)置有溢流堰，所述溢流堰的外圍設(shè)置有 導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板與下一層凈化層相連；最底層的凈化層與出水渠相連。
[0006] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述人工濕地包括水生植物和人工濕地基質(zhì)，所述生 物球凈化區(qū)包括生物球。
[0007] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述生物球凈化區(qū)位于人工濕地的外周。
[0008] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：根據(jù)具體的進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求，設(shè)置不同層數(shù) 和不同尺寸的凈化層。
[0009] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：根據(jù)景觀需要和地形條件，將整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)為圓形、橢 圓形、矩形等形狀，優(yōu)選為圓形。
[0010] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：當(dāng)整個系統(tǒng)為圓形時，所述溢流池的半徑和高度相等， 所述溢流堰的高度為溢流池高度的三分之一，所述溢流堰的長度為溢流池周長的四分之 一；所述凈化層的寬度為溢流池半徑的2-4倍；所述人工濕地與生物球凈化區(qū)的寬度比為 1-2。
[0011] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述人工濕地的寬度大于1米，且為溢流池半徑的1-2 倍，所述人工濕地為潛流型人工濕地SFS，具體的基質(zhì)和水生植物的選用，根據(jù)現(xiàn)行人工濕 地設(shè)計(jì)規(guī)范確定。
[0012] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述生物球由聚烯烴塑料制成球形的聚烯烴塑料骨 架與以醛化纖綸為材料的軟性纖維填料構(gòu)成，其比表面積范圍為2500-4000m 2/m3,密度為 3. 5_7kg/m3,直徑為 5cm。
[0013] 所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)的工作過程為：污水經(jīng)一定預(yù)處理之后， 由水泵提升，通過輸水管輸送至立體結(jié)構(gòu)頂端的溢流池；污水以跌水的方式由溢流堰進(jìn)入 第一層凈化層中的人工濕地；經(jīng)過該層人工濕地凈化之后，污水進(jìn)入同層的生物球凈化區(qū) 進(jìn)行強(qiáng)化處理；之后污水再以跌水的方式進(jìn)入下一凈化層的人工濕地，以此往復(fù)，最終進(jìn)入 出水渠。
[0014] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：污水的停留時間至少為30分鐘。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： (1)以立體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了生物強(qiáng)化處理和人工濕地的有效結(jié)合。本發(fā)明的凈化層 包括生物球凈化區(qū)、人工濕地兩個部分，生物球增加了整個系統(tǒng)的微生物的數(shù)量，提高了系 統(tǒng)去除有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)的能力，保證了良好的出水水質(zhì)。
[0016] (2)以立體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了跌水曝氣和人工濕地的有效結(jié)合。污水在生物球凈 化區(qū)出水口的位置以跌水方式進(jìn)入下一層，污水在此過程中曝氣增氧，在下一凈化層的人 工濕地中形成好氧、缺氧、厭氧的區(qū)域，有利于氮的硝化與反硝化條件的形成，提高了氮的 去除能力，同時在好氧區(qū)域有利于有機(jī)物的去除。
[0017] (3)以立體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，凈化層采用鋼筋混凝土為構(gòu)造材料，以達(dá)到一定的強(qiáng)度要 求，增強(qiáng)了人工濕地防滲能力，減少了污水對地下水的污染，同時降低了人工濕地的防滲成 本。
[0018] (4)處理效果好。本人工濕地系統(tǒng)可多個并聯(lián)或串聯(lián)運(yùn)行，有效去除有機(jī)物、氮、磷 等污染物質(zhì)，出水水質(zhì)好，大幅度提高了人工濕地的處理效率，一定程度減少了人工濕地的 占地面積。
[0019] (5)以立體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，輔以人工濕地的水生植物，增強(qiáng)了本發(fā)明的視覺美感，提 高了區(qū)域景觀價值。
[0020] (6)對水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性強(qiáng)。若進(jìn)水水質(zhì)污染濃度較高或出水水質(zhì)要求提高 時，可增加立體結(jié)構(gòu)的級數(shù)，若污水水量增加較多，可構(gòu)建多個人工濕地系統(tǒng)以串聯(lián)或并聯(lián) 的形式來滿足水量要求。
[0021] (7)應(yīng)用范圍廣?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，該發(fā)明可廣泛應(yīng)用于廣大農(nóng)村地區(qū)生活污水處 理、污水廠尾水深度處理等領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)的立體示意及水流方向圖； 圖2是一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)的俯視示意及水流方向圖； 圖3是一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)的正視示意圖； 圖4是一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)的整體剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)的局部剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中：1 -溢流池、2-溢流堰、3-導(dǎo)流板、4-人工濕地、5-生物球凈化區(qū)、6-出水渠、7-水 泵、8-輸水管、9-生物球、10-水生植物、11-人工濕地基質(zhì)、12-凈化層、13-格柵。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí) 施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024] 請參閱圖1-5,本發(fā)明實(shí)施例中，一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，為立體結(jié) 構(gòu)，包括溢流池1、溢流堰2、導(dǎo)流板3、出水渠6、水泵7、輸水管8、凈化層12和格柵13 ;凈 化層12的層數(shù)至少為一層，凈化層12包括人工濕地4和生物球凈化區(qū)5,其中生物球凈化 區(qū)5位于人工濕地4的外周；人工濕地4包括水生植物10和人工濕地基質(zhì)11 ;生物球凈化 區(qū)5包括生物球9 ;凈化層12的一側(cè)設(shè)置有格柵13 ;溢流池1位于立體結(jié)構(gòu)的頂端，水泵7 通過輸水管8與溢流池1連接；溢流池2 -側(cè)設(shè)置有溢流堰2,溢流堰2的外圍設(shè)置有導(dǎo)流 板3,導(dǎo)流板3與下一層凈化層12相連；最底層的凈化層12與出水渠6相連。
[0025] 本發(fā)明的工作過程為：污水經(jīng)一定預(yù)處理之后，由水泵7提升，通過輸水管8輸送 至立體結(jié)構(gòu)頂端的溢流池1 ;污水以跌水的方式由溢流池1進(jìn)入第一層凈化層12中的人工 濕地4,跌水曝氣在下一凈化層12的人工濕地4中容易形成好氧、缺氧、厭氧的區(qū)域，有利 于氮的硝化與反硝化條件的形成，提高了氮的去除能力，同時在好氧區(qū)域有利于有機(jī)物的 去除；經(jīng)過該層人工濕地4凈化之后，污水進(jìn)入同層的生物球凈化區(qū)5進(jìn)行強(qiáng)化處理，生物 球9的強(qiáng)化處理功能進(jìn)一步提高了水體凈化處理能力；之后污水再以跌水的方式進(jìn)入下一 凈化層12的人工濕地4,以此往復(fù)，最終進(jìn)入出水渠6。污水多次經(jīng)過人工濕地4凈化、生 物球凈化區(qū)12強(qiáng)化處理，水體中污染物得到有效去除，水質(zhì)明顯提高。該立體結(jié)構(gòu)使得人 工濕地具有較好的防滲能力，同時具有較強(qiáng)的視覺美感，提高了區(qū)域景觀價值。
[0026] 該人工濕地系統(tǒng)的水利停留時間（HRT)至少為30分鐘。可根據(jù)水量、進(jìn)水水質(zhì)和 出水水質(zhì)要求，構(gòu)建多個人工濕地系統(tǒng)以串聯(lián)或并聯(lián)的形式進(jìn)行污水處理。
[0027] 所述的立體結(jié)構(gòu)，以鋼筋混凝土材料構(gòu)成，根據(jù)具體的進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求 設(shè)置不同的層數(shù)和尺寸，同時還可以根據(jù)景觀需要和地形條件設(shè)計(jì)為圓形、橢圓形、矩形等 形狀，該處以圓形為例。
[0028] 所述的溢流池1，為滿足水量調(diào)節(jié)和出水量的要求，及美觀的需要，要求半徑和高 度相等（R=H)，溢流池1中溢流堰2高度為溢流池1高度的三分之一，長度為溢流池1周長 的四分之一。
[0029] 所述的凈化層12,內(nèi)側(cè)設(shè)置為人工濕地4,外側(cè)設(shè)置為生物球凈化區(qū)5,人工濕地4 與生物球凈化區(qū)5寬度比為1-2 ;凈化層12的寬度為溢流池1半徑的2-4倍。
[0030] 所述的人工濕地4,寬度一般大于1米，且為溢流池1半徑的1-2倍，人工濕地4的 類型為潛流型人工濕地（SFS)，具體的人工濕地基質(zhì)11和水生植物10的選用，根據(jù)現(xiàn)有人 工濕地設(shè)計(jì)規(guī)范確定；為獲得更好的景觀效果，不同凈化層12可選用不同的水生植物10或 水生植物10組合。
[0031] 所述的生物球凈化區(qū)5中，生物球9由聚烯烴塑料制成球形的聚烯烴塑料骨架 與以醛化纖綸為材料的軟性纖維填料構(gòu)成，其比表面積范圍為2500-4000m 2/m3,密度為 3. 5-7kg/m3,直徑為5cm。生物球凈化區(qū)5在填滿生物球9之后，在生物球9最上一層覆蓋 鐵絲網(wǎng)以固定生物球9。在生物球凈化區(qū)5出水處設(shè)置格柵13,防止生物球9進(jìn)入下一凈 化層12。
[0032] 所述的水泵1、輸水管8,根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊確定具體的型號、管徑和 管材等。 實(shí)施例
[0033] 在蘇南某農(nóng)村污水處理廠進(jìn)行中試，日處理量為80噸，該人工濕地系統(tǒng)采用的 是三層圓形立體結(jié)構(gòu)，具體尺寸如下：溢流池1高為0. 5m，半徑為0. 5m，溢流堰2高度為 0· 35m。凈化層12的寬度為2. 0m，深度為0· 5m (人工濕地4的深度為0· 8m，其中人工濕地 基質(zhì)11的深度為〇. 5m)，人工濕地4和生物球凈化區(qū)5的寬度都為I. Om，這樣整個人工濕 地系統(tǒng)占地150m2,按現(xiàn)行人工濕地處理能力估算，日處理80噸生活污水的人工濕地所需土 地面積在400m 2左右，由此可見本發(fā)明顯著減少了人工濕地的占地面積。本發(fā)明實(shí)施例的 人工濕地基質(zhì)11采用土壤、灰渣和細(xì)沙，水生植物10選用鳳眼蓮、水蔥、千屈菜、菖蒲。
[0034] 在本實(shí)例條件下運(yùn)行15天后，人工濕地系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)出水主要污染指 標(biāo)濃度見下表1，由表中的數(shù)據(jù)可知，生活污水中的〇? &的去除率可達(dá)到71. 5%，TP、TN、 NH3-N的去除率也可達(dá)到60%以上；出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 189182002 -級排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0035] 表1進(jìn)出水水質(zhì)對照表

【權(quán)利要求】
1. 一種生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，為立體結(jié)構(gòu)，包括溢流池（1 )、 溢流堰（2)、導(dǎo)流板（3)、出水渠（6)、水泵（7)、輸水管（8)、凈化層（12)和格柵（13);所述凈 化層（12)包括人工濕地（4)和生物球凈化區(qū)（5)，所述凈化層（12)的層數(shù)至少為一層；所 述凈化層（12)的一側(cè)設(shè)置有格柵（13);所述溢流池（1)位于立體結(jié)構(gòu)的頂端，所述水泵（7) 通過輸水管（8 )與溢流池（1)連接；所述溢流池（2 ) -側(cè)設(shè)置有溢流堰（2 )，所述溢流堰（2 ) 的外圍設(shè)置有導(dǎo)流板（3)，所述導(dǎo)流板（3)與下一層凈化層（12)相連；最底層的凈化層（12) 與出水渠（6)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述人工濕 地（4)包括水生植物（10 )和人工濕地基質(zhì)（11)，所述生物球凈化區(qū)（5 )包括生物球（9 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述生物球 凈化區(qū)（5)位于人工濕地（4)的外周。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)具體的 進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求，設(shè)置不同層數(shù)和不同尺寸的凈化層（12)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù) 景觀需要和地形條件，將整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)為圓形、橢圓形、矩形等形狀，優(yōu)選為圓形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)整個系統(tǒng) 為圓形時，所述溢流池（1)的半徑和高度相等，所述溢流堰（2)的高度為溢流池（1)高度的 三分之一，所述溢流堰（2)的長度為溢流池（1)周長的四分之一；所述凈化層（12)的寬度為 溢流池（1)半徑的2-4倍；所述人工濕地（4)與生物球凈化區(qū)（5)的寬度比為1-2。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述人工濕 地（4)的寬度大于1米，且為溢流池（1)半徑的1-2倍，所述人工濕地（4)為潛流型人工濕 地SFS，具體的基質(zhì)和水生植物的選用，根據(jù)現(xiàn)行人工濕地設(shè)計(jì)規(guī)范確定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述生物球 (9)由聚烯烴塑料制成球形的聚烯烴塑料骨架與以醛化纖綸為材料的軟性纖維填料構(gòu)成， 其比表面積范圍為2500-4000m2/m3,密度為3. 5-7kg/m3,直徑為5cm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，工作 過程為：污水經(jīng)一定預(yù)處理之后，由水泵（7)提升，通過輸水管（8)輸送至立體結(jié)構(gòu)頂端的 溢流池（1);污水以跌水的方式由溢流堰（2)進(jìn)入第一層凈化層（12)中的人工濕地（4);經(jīng) 過該層人工濕地（4)凈化之后，污水進(jìn)入同層的生物球凈化區(qū)（5 )進(jìn)行強(qiáng)化處理；之后污水 再以跌水的方式進(jìn)入下一凈化層（12)的人工濕地（4)，以此往復(fù)，最終進(jìn)入出水渠（6)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物強(qiáng)化立體景觀人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，污水的停留 時間至少為30分鐘。
【文檔編號】C02F9/14GK104496125SQ201410814992
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】周凌 申請人:浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院