一種生物強化立體景觀人工溼地系統的製作方法

2023-05-18 07:46:11 1

一種生物強化立體景觀人工溼地系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種生物強化立體景觀人工溼地系統，為立體結構，包括溢流池、溢流堰、導流板、出水渠、水泵、輸水管、淨化層和格柵；淨化層包括人工溼地和生物球淨化區，淨化層的層數至少為一層；淨化層的一側設置有格柵；溢流池位於立體結構的頂端，水泵通過輸水管與溢流池連接；溢流池一側設置有溢流堰，溢流堰的外圍設置有導流板，導流板與下一層淨化層相連；最底層的淨化層與出水渠相連。本發明集人工溼地淨化、生物球強化處理、跌水曝氣、防滲功能、視覺美感於一體，可多個並聯或串聯運行，大幅度提高了人工溼地的處理效率，一定程度減少了人工溼地的佔地面積。本發明可廣泛應用於廣大農村地區生活汙水處理、汙水廠尾水深度處理等領域。
【專利說明】一種生物強化立體景觀人工溼地系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及人工溼地領域，具體是一種生物強化立體景觀人工溼地系統。

【背景技術】
[0002] 人工溼地系統水質淨化技術是20世紀70-80年代發展起來的一種新型的汙、廢水 處理工藝，定義為人工設計與建造的由飽和基質、挺水與沉水植被、動物和水體組成的複合 體。目前人工溼地分三種形式：表面流人工溼地（SFW)，潛流人工溼地（SFS)和垂直流人工 溼地（VCW)，其中潛流人工溼地是各國研究和應用最為廣泛的類型。
[0003] 人工溼地具有投資低、耗能少、緩衝容量大、工藝簡單等特點，在國內外已得到廣 泛的應用。由於植物吸附過程中根區吸收和微生物降解等生化過程都需要溶氧，而目前國 內外的人工溼地多採用平面型結構，汙水在溼地中停留時間長、水流較為平緩、植物根系和 填料長期浸泡在水中，導致人工溼地基質溶氧水平低，限制了溼地汙水處理的效果，增加了 人工溼地佔地面積。該缺點是限制其快速推廣應用的瓶頸問題之一。人工溼地處理效率低 是造成其佔地面積大的根本原因，如何提高人工溼地的處理效率是解決問題的關鍵。目前 提高人工溼地處理效率的方法主要是通過人工溼地中基質、水生植物、微生物的優化組合、 輔助生物強化處理、增加人工曝氣裝置等，雖然不同程度的提高了人工溼地的處理效率，但 是結果依然不如人意。例如CN102126794A公布的自由跌水充氧的人工溼地系統，由階梯狀 的多級人工溼地構成，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溼地的處理效率還有待提高。如何科學有效的提高人工溼地的處理效 率，從而解決人工溼地佔地面積大這一瓶頸問題，是人工溼地進一步發展亟待解決的問題。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的在於提供一種集人工溼地淨化、生物球強化處理、跌水曝氣、防滲功 能、視覺美感於一體的能夠有效去除汙水中有機物、氮、磷物質，顯著提高出水水質的生物 強化立體景觀人工溼地系統。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案： 一種生物強化立體景觀人工溼地系統，為立體結構，包括溢流池、溢流堰、導流板、出水 渠、水泵、輸水管、淨化層和格柵；所述淨化層包括人工溼地和生物球淨化區，所述淨化層的 層數至少為一層；所述淨化層的一側設置有格柵；所述溢流池位於立體結構的頂端，所述 水泵通過輸水管與溢流池連接；所述溢流池一側設置有溢流堰，所述溢流堰的外圍設置有 導流板，所述導流板與下一層淨化層相連；最底層的淨化層與出水渠相連。
[0006] 作為本發明進一步的方案：所述人工溼地包括水生植物和人工溼地基質，所述生 物球淨化區包括生物球。
[0007] 作為本發明進一步的方案：所述生物球淨化區位於人工溼地的外周。
[0008] 作為本發明進一步的方案：根據具體的進水水質及出水水質要求，設置不同層數 和不同尺寸的淨化層。
[0009] 作為本發明進一步的方案：根據景觀需要和地形條件，將整個系統設計為圓形、橢 圓形、矩形等形狀，優選為圓形。
[0010] 作為本發明進一步的方案：當整個系統為圓形時，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；所述淨化層的寬度為溢流池半徑的2-4倍；所述人工溼地與生物球淨化區的寬度比為 1-2。
[0011] 作為本發明進一步的方案：所述人工溼地的寬度大於1米，且為溢流池半徑的1-2 倍，所述人工溼地為潛流型人工溼地SFS，具體的基質和水生植物的選用，根據現行人工溼 地設計規範確定。
[0012] 作為本發明進一步的方案：所述生物球由聚烯烴塑料製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成，其比表面積範圍為2500-4000m 2/m3,密度為 3. 5_7kg/m3,直徑為 5cm。
[0013] 所述的生物強化立體景觀人工溼地系統的工作過程為：汙水經一定預處理之後， 由水泵提升，通過輸水管輸送至立體結構頂端的溢流池；汙水以跌水的方式由溢流堰進入 第一層淨化層中的人工溼地；經過該層人工溼地淨化之後，汙水進入同層的生物球淨化區 進行強化處理；之後汙水再以跌水的方式進入下一淨化層的人工溼地，以此往復，最終進入 出水渠。
[0014] 作為本發明進一步的方案：汙水的停留時間至少為30分鐘。
[0015] 與現有技術相比，本發明的有益效果是： (1)以立體結構為基礎，實現了生物強化處理和人工溼地的有效結合。本發明的淨化層 包括生物球淨化區、人工溼地兩個部分，生物球增加了整個系統的微生物的數量，提高了系 統去除有機物、氮、磷等物質的能力，保證了良好的出水水質。
[0016] (2)以立體結構為基礎，實現了跌水曝氣和人工溼地的有效結合。汙水在生物球淨 化區出水口的位置以跌水方式進入下一層，汙水在此過程中曝氣增氧，在下一淨化層的人 工溼地中形成好氧、缺氧、厭氧的區域，有利於氮的硝化與反硝化條件的形成，提高了氮的 去除能力，同時在好氧區域有利於有機物的去除。
[0017] (3)以立體結構為基礎，淨化層採用鋼筋混凝土為構造材料，以達到一定的強度要 求，增強了人工溼地防滲能力，減少了汙水對地下水的汙染，同時降低了人工溼地的防滲成 本。
[0018] (4)處理效果好。本人工溼地系統可多個並聯或串聯運行，有效去除有機物、氮、磷 等汙染物質，出水水質好，大幅度提高了人工溼地的處理效率，一定程度減少了人工溼地的 佔地面積。
[0019] (5)以立體結構為基礎，輔以人工溼地的水生植物，增強了本發明的視覺美感，提 高了區域景觀價值。
[0020] (6)對水質、水量變化適應性強。若進水水質汙染濃度較高或出水水質要求提高 時，可增加立體結構的級數，若汙水水量增加較多，可構建多個人工溼地系統以串聯或並聯 的形式來滿足水量要求。
[0021] (7)應用範圍廣。基於以上優點，該發明可廣泛應用於廣大農村地區生活汙水處 理、汙水廠尾水深度處理等領域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是一種生物強化立體景觀人工溼地系統的立體示意及水流方向圖； 圖2是一種生物強化立體景觀人工溼地系統的俯視示意及水流方向圖； 圖3是一種生物強化立體景觀人工溼地系統的正視示意圖； 圖4是一種生物強化立體景觀人工溼地系統的整體剖面結構示意圖； 圖5是一種生物強化立體景觀人工溼地系統的局部剖面結構示意圖； 圖中：1 -溢流池、2-溢流堰、3-導流板、4-人工溼地、5-生物球淨化區、6-出水渠、7-水 泵、8-輸水管、9-生物球、10-水生植物、11-人工溼地基質、12-淨化層、13-格柵。

【具體實施方式】
[0023] 下面將結合本發明實施例及附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本 發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實 施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0024] 請參閱圖1-5,本發明實施例中，一種生物強化立體景觀人工溼地系統，為立體結 構，包括溢流池1、溢流堰2、導流板3、出水渠6、水泵7、輸水管8、淨化層12和格柵13 ;淨 化層12的層數至少為一層，淨化層12包括人工溼地4和生物球淨化區5,其中生物球淨化 區5位於人工溼地4的外周；人工溼地4包括水生植物10和人工溼地基質11 ;生物球淨化 區5包括生物球9 ;淨化層12的一側設置有格柵13 ;溢流池1位於立體結構的頂端，水泵7 通過輸水管8與溢流池1連接；溢流池2 -側設置有溢流堰2,溢流堰2的外圍設置有導流 板3,導流板3與下一層淨化層12相連；最底層的淨化層12與出水渠6相連。
[0025] 本發明的工作過程為：汙水經一定預處理之後，由水泵7提升，通過輸水管8輸送 至立體結構頂端的溢流池1 ;汙水以跌水的方式由溢流池1進入第一層淨化層12中的人工 溼地4,跌水曝氣在下一淨化層12的人工溼地4中容易形成好氧、缺氧、厭氧的區域，有利 於氮的硝化與反硝化條件的形成，提高了氮的去除能力，同時在好氧區域有利於有機物的 去除；經過該層人工溼地4淨化之後，汙水進入同層的生物球淨化區5進行強化處理，生物 球9的強化處理功能進一步提高了水體淨化處理能力；之後汙水再以跌水的方式進入下一 淨化層12的人工溼地4,以此往復，最終進入出水渠6。汙水多次經過人工溼地4淨化、生 物球淨化區12強化處理，水體中汙染物得到有效去除，水質明顯提高。該立體結構使得人 工溼地具有較好的防滲能力，同時具有較強的視覺美感，提高了區域景觀價值。
[0026] 該人工溼地系統的水利停留時間（HRT)至少為30分鐘。可根據水量、進水水質和 出水水質要求，構建多個人工溼地系統以串聯或並聯的形式進行汙水處理。
[0027] 所述的立體結構，以鋼筋混凝土材料構成，根據具體的進水水質及出水水質要求 設置不同的層數和尺寸，同時還可以根據景觀需要和地形條件設計為圓形、橢圓形、矩形等 形狀，該處以圓形為例。
[0028] 所述的溢流池1，為滿足水量調節和出水量的要求，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] 所述的淨化層12,內側設置為人工溼地4,外側設置為生物球淨化區5,人工溼地4 與生物球淨化區5寬度比為1-2 ;淨化層12的寬度為溢流池1半徑的2-4倍。
[0030] 所述的人工溼地4,寬度一般大於1米，且為溢流池1半徑的1-2倍，人工溼地4的 類型為潛流型人工溼地（SFS)，具體的人工溼地基質11和水生植物10的選用，根據現有人 工溼地設計規範確定；為獲得更好的景觀效果，不同淨化層12可選用不同的水生植物10或 水生植物10組合。
[0031] 所述的生物球淨化區5中，生物球9由聚烯烴塑料製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成，其比表面積範圍為2500-4000m 2/m3,密度為 3. 5-7kg/m3,直徑為5cm。生物球淨化區5在填滿生物球9之後，在生物球9最上一層覆蓋 鐵絲網以固定生物球9。在生物球淨化區5出水處設置格柵13,防止生物球9進入下一淨 化層12。
[0032] 所述的水泵1、輸水管8,根據現行設計規範和設計手冊確定具體的型號、管徑和 管材等。 實施例
[0033] 在蘇南某農村汙水處理廠進行中試，日處理量為80噸，該人工溼地系統採用的 是三層圓形立體結構，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。淨化層12的寬度為2. 0m，深度為0· 5m (人工溼地4的深度為0· 8m，其中人工溼地 基質11的深度為〇. 5m)，人工溼地4和生物球淨化區5的寬度都為I. Om，這樣整個人工溼 地系統佔地150m2,按現行人工溼地處理能力估算，日處理80噸生活汙水的人工溼地所需土 地面積在400m 2左右，由此可見本發明顯著減少了人工溼地的佔地面積。本發明實施例的 人工溼地基質11採用土壤、灰渣和細沙，水生植物10選用鳳眼蓮、水蔥、千屈菜、菖蒲。
[0034] 在本實例條件下運行15天後，人工溼地系統達到穩定狀態，進出水主要汙染指 標濃度見下表1，由表中的數據可知，生活汙水中的〇? &的去除率可達到71. 5%，TP、TN、 NH3-N的去除率也可達到60%以上；出水水質達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》GB 189182002 -級排放標準。
[0035] 表1進出水水質對照表

【權利要求】
1. 一種生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，為立體結構，包括溢流池（1 )、 溢流堰（2)、導流板（3)、出水渠（6)、水泵（7)、輸水管（8)、淨化層（12)和格柵（13);所述淨 化層（12)包括人工溼地（4)和生物球淨化區（5)，所述淨化層（12)的層數至少為一層；所 述淨化層（12)的一側設置有格柵（13);所述溢流池（1)位於立體結構的頂端，所述水泵（7) 通過輸水管（8 )與溢流池（1)連接；所述溢流池（2 ) -側設置有溢流堰（2 )，所述溢流堰（2 ) 的外圍設置有導流板（3)，所述導流板（3)與下一層淨化層（12)相連；最底層的淨化層（12) 與出水渠（6)相連。
2. 根據權利要求1所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，所述人工溼 地（4)包括水生植物（10 )和人工溼地基質（11)，所述生物球淨化區（5 )包括生物球（9 )。
3. 根據權利要求1所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，所述生物球 淨化區（5)位於人工溼地（4)的外周。
4. 根據權利要求1所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，根據具體的 進水水質及出水水質要求，設置不同層數和不同尺寸的淨化層（12)。
5. 根據權利要求1-4任一所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，根據 景觀需要和地形條件，將整個系統設計為圓形、橢圓形、矩形等形狀，優選為圓形。
6. 根據權利要求5所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，當整個系統 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；所述淨化層（12)的寬度為 溢流池（1)半徑的2-4倍；所述人工溼地（4)與生物球淨化區（5)的寬度比為1-2。
7. 根據權利要求6所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，所述人工溼 地（4)的寬度大於1米，且為溢流池（1)半徑的1-2倍，所述人工溼地（4)為潛流型人工溼 地SFS，具體的基質和水生植物的選用，根據現行人工溼地設計規範確定。
8. 根據權利要求2所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，所述生物球 (9)由聚烯烴塑料製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成， 其比表面積範圍為2500-4000m2/m3,密度為3. 5-7kg/m3,直徑為5cm。
9. 根據權利要求1-8任一所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，工作 過程為：汙水經一定預處理之後，由水泵（7)提升，通過輸水管（8)輸送至立體結構頂端的 溢流池（1);汙水以跌水的方式由溢流堰（2)進入第一層淨化層（12)中的人工溼地（4);經 過該層人工溼地（4)淨化之後，汙水進入同層的生物球淨化區（5 )進行強化處理；之後汙水 再以跌水的方式進入下一淨化層（12)的人工溼地（4)，以此往復，最終進入出水渠（6)。
10. 根據權利要求9所述的生物強化立體景觀人工溼地系統，其特徵在於，汙水的停留 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 優先權日:2014年12月24日
【發明者】周凌 申請人:浙江省城鄉規劃設計研究院