申请日2010.10.24
公开(公告)日2011.05.11
IPC分类号C02F3/34; C02F3/32
摘要
本实用新型公开了一种垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，该系统包括池体、基质、湿地植物、下行流系统和上行流系统。基质分层铺置在池体内，湿地植物种植在基质上，下行流系统和上行流系统均设置在池体内。该系统的处理污水的方法是采用下行流和上行流两种工作方式以1～60天为一个时间间隔交替运行，在第一个月采用单下行流或上行流系统工作，在第二个月采用单上行流或下行流系统工作，如此每隔一个时间间隔交替运行两个系统。该污水处理系统通过交替改变基质内污水水流流向，可以有效预防和延缓人工湿地淤堵，在长期的运行过程中可维持较好的水力传导性能与稳定的COD去除率，污水处理效率稳定。
翻译权利要求书
1.一种垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，包括池体(10)、基质(1)和湿地植物(2);基质(1)分层铺置在池体(10)内，湿地植物(2)种植在基质(1)上;其特征在于：还包括设置在池体(10)内的下行流系统和上行流系统;
所述基质(1)包括从下到上依次分层分布的第一粗粒径基质层(1-1)、中粒径基质层(1-2)、细粒径基质层(1-3)和第二粗粒径基质层(1-4);
所述下行流系统包括下行流进水主干管路(31)、4至30根下行流布水支管(32)、4至30根下行流集水支管(33)、下行流出水主干管路(34)、下行流进水阀门(51)和下行流出水阀门(52);
所述下行流进水主干管路(31)分别与各根下行流布水支管(32)密闭固定连接;下行流进水主干管路(31)和所有的下行流布水支管(32)均布设在基质(1)的第二粗粒径基质层(1-4)的上表面;每根下行流布水支管(32)的管体上，每间隔50～150毫米设有一组开口朝下的出水孔(32-5);下行流进水阀门(51)密闭固定连接在下行流进水主干管路(31)的进水口处，且位于池体(10)的外部;
所述下行流出水主干管路(34)分别与各根下行流集水支管(33)密闭固定连接;下行流出水主干管路(34)和所有的下行流集水支管(33)均布设在池体(10)内的底部表面、且被掩埋在基质(1)的第一粗粒径基质层(1-1)的下部;每根下行流集水支管(33)的管体上，每间隔50～150毫米设有一组开口朝上的进水孔(33-4);下行流出水阀门(52)密闭固定连接在下行流出水主干管路(34)的出水口处，且位于池体(10)的外部;
所述上行流系统包括上行流进水主干管路(41)、4至30根上行流布水支管(42)、4至30根上行流集水支管(43)、上行流出水主干管路(44)、上行流进水阀门(53)和上行流出水阀门(54);
所述上行流进水主干管路(41)分别与各根上行流布水支管(42)密闭固定连接;上行流进水主干管路(41)和所有的上行流布水支管(42)均布设在池体(10)内的底部表面、被掩埋在基质(1)的第一粗粒径基质层(1-1)的底部，且上行流布水支管(42)与下行流集水支管(33)在前后方向上交错设置;每根上行流布水支管(42)的管体上，每间隔50～150毫米设有一组开口朝上的出水孔(42-5);上行流进水阀门(53)密闭固定连接在上行流进水主干管路(41)的进水口处，且位于池体(10)的外部;
所述上行流出水主干管路(44)分别与各根上行流集水支管(43)密闭固定连接;上行流出水主干管路(44)和所有的上行流集水支管(43)均布设在基质(1)的第二粗粒径基质层(1-4)内，且上行流集水支管(43)与下行流布水支管(32)在前后方向上交错设置;每根上行流集水支管(43)的管体上，每间隔50～150毫米设有一组开口朝下的进水孔(43-4);上行流出水阀门(54)密闭固定连接在上行流出水主干管路(44)的出水口处，且位于池体(10)的外部。
2.根据权利要求1所述的垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，其特征在于：基质(1)的第一粗粒径基质层(1-1)的深度为100～300毫米，主要由粒径为8至16毫米的砾石组成;中粒径基质层(1-2)的深度为400～600毫米，主要由粒径为2至8毫米的粗砂组成;细粒径基质层(1-3)即为土壤层，其深度为100～200毫米;第二粗粒径基质层(1-4)的深度为100～200毫米，主要由粒径为8至16毫米的砾石组成;第二粗粒径基质层(1-4)的上表面与池体(10)的池顶之间的距离为100～300毫米;池体(10)的材质为混凝土。
3.根据权利要求2所述的垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述湿地植物(2)为适用于潜流式湿地的水生或湿生植物，它们是香蒲、芦苇、菰、芦竹、水葱、纸莎草、藨草、菖蒲、海芋、灯心草、再力花和蜘蛛兰中的一种、二种、三种、四种或五种，湿地植物(2)由其根部种植在基质(1)的细粒径基质层(1-3)内，平均每平方米种植数量为4至8株。
4.根据权利要求1至3之一所述的垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，其特征在于：
下行流进水主干管路(31)包括进水管(31-1)，还包括将进水管(31-1)与各下行流布水支管(32)相连通的相应的三通接头和连接管，下行流进水主干管路(31)紧靠池体(10)的右侧墙体内壁，且进水管(31-1)穿过池体(10)的右侧墙体，下行流进水阀门(51)设置在进水管(31-1)的位于池体(10)外的右端口处;
每根下行流布水支管(32)的长度为2～20米，左端封口;所有下行流布水支管(32)均沿左右向平行设置，且相邻2根下行流布水支管(32)之间的距离为240～320毫米;
下行流出水主干管路(34)包括出水管(34-1)，还包括将出水管(34-1)与各下行流集水支管(33)相连通的相应的三通接头和连接管，下行流出水主干管路(34)紧靠池体(10)的左侧墙体内壁，且出水管(34-1)穿过池体(10)的左侧墙体，下行流出水阀门(52)设置在出水管(34-1)的位于池体(10)外的左端口处;
每根下行流集水支管(33)的长度与下行流布水支管(32)的长度相等，右端封口;所有下行流集水支管(33)均沿左右向平行设置，且相邻2根下行流集水支管(33)之间的距离为240～320毫米。
5.根据权利要求4所述的垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，其特征在于：下行流进水主干管路(31)的进水管(31-1)和各连接管均为PVC水管，它们的管体直径均为30～50毫米;下行流布水支管(32)是直径为20～40毫米的PVC水管，且下行流进水主干管路(31)的进水管(31-1)和各连接管的直径大于或等于下行流布水支管(32)的直径;下行流布水支管(32)的每组出水孔(32-5)的数量为3至5个，每个出水孔(32-5)的孔径为4至8毫米;
下行流出水主干管路(34)的出水管(34-1)和各连接管均为PVC水管，它们的管体直径均为50～90毫米;下行流集水支管(33)是直径为40～60毫米的PVC水管，且下行流出水主干管路(34)的出水管(34-1)和各连接管的直径大于或等于下行流集水支管(33)的直径;下行流集水支管(33)的每组进水孔(33-4)的数量为5至7个，每个进水孔(33-4)的孔径为6至12毫米。
6.根据权利要求4所述的垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，其特征在于：
上行流进水主干管路(41)包括进水管(41-1)，还包括将进水管(41-1)与各上行流布水支管(42)相连通的相应的三通接头和连接管，上行流进水主干管路(41)紧靠池体(10)的右侧墙体内壁，且进水管(41-1)穿过池体(10)的右侧墙体，上行流进水阀门(53)设置在进水管(41-1)的位于池体(10)外的右端口处;
每根上行流布水支管(42)的长度与下行流布水支管(32)的长度相等，左端封口;所有上行流布水支管(42)均沿左右向平行设置，且相邻2根上行流布水支管(42)之间的距离为240～320毫米;
上行流出水主干管路(44)包括出水管(44-1)，还包括将出水管(44-1)与各上行流集水支管(43)相连通的相应的三通接头和连接管，上行流出水主干管路(44)紧靠池体(10)的左侧墙体内壁，且出水管(44-1)穿过池体(10)的左侧墙体，上行流出水阀门(54)设置在出水管(44-1)的位于池体(10)外的左端口处;
每根上行流集水支管(43)的长度与下行流布水支管(32)的长度相等，右端封口; 所有上行流集水支管(43)均沿左右向平行设置，且相邻2根上行流集水支管(43)之间的距离均为240～320毫米。
7.根据权利要求6所述的垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，其特征在于：上行流进水主干管路(41)的进水管(41-1)和各连接管均为PVC水管，它们的管体直径均为30～50毫米;上行流布水支管(42)是直径为20～40毫米的PVC水管，且上行流进水主干管路(41)的进水管(41-1)和各连接管的直径大于或等于上行流布水支管(42)的直径;上行流布水支管(42)的每组出水孔(42-5)的数量为3至5个，每个出水孔(42-5)的孔径为4至8毫米;
上行流出水主干管路(44)的出水管(44-1)和各连接管均为PVC水管，它们的管体直径均为50～90毫米;上行流集水支管(43)是直径为40～60毫米的PVC水管，且上行流出水主干管路(44)的出水管(44-1)和各连接管的直径大于或等于上行流集水支管(43)的直径;上行流集水支管(43)的每组进水孔(43-4)的数量为5至7个，每个进水孔(43-4)的孔径为6至12毫米。
说明书
一种垂直流潜流式人工湿地污水处理系统
技术领域
本实用新型涉及一种垂直流潜流式人工湿地污水处理设施，属于环境工程污水处理技术领域。
背景技术
人工湿地污水处理技术由于其工艺简单、造价低廉的特点越来越广泛地应用于污水处理中。人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制地投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。但随着人工湿地的长期运行，含细粒径基质层的人工湿地会发生堵塞现象，从而导致湿地系统渗透系数明显减小，基质表面严重雍水，引发恶臭，恶化运行环境;雍水还阻隔氧气向基质层内扩散，进而降低污染物(有机物和氨氮等)的去除效果。
传统的垂直流潜流式人工湿地按照污水水流方向分为下行流和上行流，下行流即污水由上向下流动，上行流即污水由下向上流动，在一个处理池内单一的上行流或者下行流人工湿地运行一定时间后会因为无机质物质沉淀或湿地内微生物代谢生成的有机质沉积而使人工湿地水流通道不畅，湿地基质板结，发生淤堵现象。目前，对于已发生淤堵的人工湿地的处理方法一是采取停休，利用人工湿地自然恢复，第二种方法是直接更换人工湿地的基质。第一种方法虽然短期内有效果，但不能从根本上解决淤堵的问题，运行一段时间后仍会发生淤堵现象;第二种方法不但费时费力，且成本也较高。因此，预防或者延缓人工湿地在运行过程中淤堵的发生对推广人工湿地污水处理技术的应用极为重要。
中国专利文献CN101423297A公开了一种复合垂直流人工湿地增氧系统，它由空气压缩机、复合垂直流人工湿地、下行流池和上行流池组成，在底部连通的下行流池和上行流池组成复合垂直流人工湿地。该湿地系统的下行流池或上行流池仍然只是传统的垂直流潜流式人工湿地池，在单个的池子内布设单下行流或单上行流，该湿地系统运行一定时间后下行流池和上行流池同样会因为无机质物质沉淀或湿地内微生物代谢生成的有机质沉积而使人工湿地水流通道不畅，湿地基质板结，发生淤堵现象。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以有效预防、延缓人工湿地淤堵的双向垂直流潜流式人工湿地污水处理系统。
实现本实用新型目的的技术方案是提供一种垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，包括池体、基质和湿地植物。基质分层铺置在池体内，湿地植物种植在基质上。该系统还包括设置在池体内的下行流系统和上行流系统。
上述基质包括从下到上依次分层分布的第一粗粒径基质层、中粒径基质层、细粒径基质层和第二粗粒径基质层。
上述下行流系统包括下行流进水主干管路、4至30根下行流布水支管、4至30根下行流集水支管、下行流出水主干管路、下行流进水阀门和下行流出水阀门。
上述下行流进水主干管路分别与各根下行流布水支管密闭固定连接。下行流进水主干管路和所有的下行流布水支管均布设在基质的第二粗粒径基质层的上表面。每根下行流布水支管的管体上，每间隔50～150毫米设有一组开口朝下的出水孔。下行流进水阀门密闭固定连接在下行流进水主干管路的进水口处，且位于池体的外部。
上述下行流出水主干管路分别与各根下行流集水支管密闭固定连接。下行流出水主干管路和所有的下行流集水支管均布设在池体内的底部表面、且被掩埋在基质的第一粗粒径基质层的下部。每根下行流集水支管的管体上，每间隔50～150毫米设有一组开口朝上的进水孔。下行流出水阀门密闭固定连接在下行流出水主干管路的出水口处，且位于池体的外部。
上述上行流系统包括上行流进水主干管路、4至30根上行流布水支管、4至30根上行流集水支管、上行流出水主干管路、上行流进水阀门和上行流出水阀门。
上述上行流进水主干管路分别与各根上行流布水支管密闭固定连接。上行流进水主干管路和所有的上行流布水支管均布设在池体内的底部表面、被掩埋在基质的第一粗粒径基质层的底部，且上行流布水支管与下行流集水支管在前后方向上交错设置。每根上行流布水支管的管体上，每间隔50～150毫米设有一组开口朝上的出水孔。上行流进水阀门密闭固定连接在上行流进水主干管路的进水口处，且位于池体的外部。
上述上行流出水主干管路分别与各根上行流集水支管密闭固定连接。上行流出水主干管路和所有的上行流集水支管均布设在基质的第二粗粒径基质层内，且上行流集水支管与下行流布水支管在前后方向上交错设置。每根上行流集水支管的管体上，每间隔50～150毫米设有一组开口朝下的进水孔。上行流出水阀门密闭固定连接在上行流出水主干管路的出水口处，且位于池体的外部。
基质的第一粗粒径基质层的深度为100～300毫米，主要由粒径为8至16毫米的砾石组成。中粒径基质层的深度为400～600毫米，主要由粒径为2至8毫米的粗砂组成。细粒径基质层即为土壤层，其深度为100～200毫米。第二粗粒径基质层的深度为100～200毫米，主要由粒径为8至16毫米的砾石组成。第二粗粒径基质层的上表面与池体的池顶之间的距离为100～300毫米。池体的材质为混凝土。
上述湿地植物为适用于潜流式湿地的水生或湿生植物，它们是香蒲、芦苇、菰、芦竹、水葱、纸莎草、藨草、菖蒲、海芋、灯心草、再力花和蜘蛛兰中的一种、二种、三种、四种或五种，湿地植物由其根部种植在基质的细粒径基质层内，平均每平方米种植数量为4至8株。
下行流进水主干管路包括进水管，还包括将进水管与各下行流布水支管相连通的相应的三通接头和连接管，下行流进水主干管路紧靠池体的右侧墙体内壁，且进水管穿过池体的右侧墙体，下行流进水阀门设置在进水管的位于池体外的右端口处。
每根下行流布水支管的长度为2～20米，左端封口。所有下行流布水支管均沿左右向平行设置，且相邻2根下行流布水支管之间的距离为240～320毫米。
下行流出水主干管路包括出水管，还包括将出水管与各下行流集水支管相连通的相应的三通接头和连接管，下行流出水主干管路紧靠池体的左侧墙体内壁，且出水管穿过池体的左侧墙体，下行流出水阀门设置在出水管的位于池体外的左端口处。
每根下行流集水支管的长度与下行流布水支管的长度相等，右端封口。所有下行流集水支管均沿左右向平行设置，且相邻2根下行流集水支管之间的距离为240～320毫米。
下行流进水主干管路的进水管和各连接管均为PVC水管，它们的管体直径均为30～50毫米。下行流布水支管是直径为20～40毫米的PVC水管，且下行流进水主干管路的进水管和各连接管的直径大于或等于下行流布水支管的直径。下行流布水支管的每组出水孔的数量为3至5个，每个出水孔的孔径为4至8毫米。
下行流出水主干管路的出水管和各连接管均为PVC水管，它们的管体直径均为50～90毫米。下行流集水支管是直径为40～60毫米的PVC水管，且下行流出水主干管路的出水管和各连接管的直径大于或等于下行流集水支管的直径。下行流集水支管的每组进水孔的数量为5至7个，每个进水孔的孔径为6至12毫米。
上行流进水主干管路包括进水管，还包括将进水管与各上行流布水支管相连通的相应的三通接头和连接管，上行流进水主干管路紧靠池体的右侧墙体内壁，且进水管穿过池体的右侧墙体，上行流进水阀门设置在进水管的位于池体外的右端口处。
每根上行流布水支管的长度与下行流布水支管的长度相等，左端封口。所有上行流布水支管均沿左右向平行设置，且相邻2根上行流布水支管之间的距离为240～320毫米。
上行流出水主干管路包括出水管，还包括将出水管与各上行流集水支管相连通的相应的三通接头和连接管，上行流出水主干管路紧靠池体的左侧墙体内壁，且出水管穿过池体的左侧墙体，上行流出水阀门设置在出水管的位于池体外的左端口处。
每根上行流集水支管的长度与下行流布水支管的长度相等，右端封口。 所有上行流集水支管均沿左右向平行设置，且相邻2根上行流集水支管之间的距离均为240～320毫米。
上行流进水主干管路的进水管和各连接管均为PVC水管，它们的管体直径均为30～50毫米。上行流布水支管是直径为20～40毫米的PVC水管，且上行流进水主干管路的进水管和各连接管的直径大于或等于上行流布水支管的直径。上行流布水支管的每组出水孔的数量为3至5个，每个出水孔的孔径为4至8毫米。
上行流出水主干管路的出水管和各连接管均为PVC水管，它们的管体直径均为50～90毫米。上行流集水支管是直径为40～60毫米的PVC水管，且上行流出水主干管路的出水管和各连接管的直径大于或等于上行流集水支管的直径。上行流集水支管的每组进水孔的数量为5至7个，每个进水孔的孔径为6至12毫米。
本实用新型具有积极的效果：
(1)本实用新型的垂直流潜流式人工湿地污水处理系统是一种双向的垂直流潜流式人工湿地污水处理系统，在使用该系统在处理污水时，通过交替改变基质内污水水流流向，可以有效预防和延缓人工湿地淤堵，在长期的运行过程中可维持较好的水力传导性能与稳定的COD去除率，污水处理效率稳定。本实用新型在土壤层中栽培植物，植物吸收污水被过滤后留下的养分，不仅有利于恢复土壤的通透能力，有利于植物的生长，尤其是双向污水的交替流过，使得土壤内的养分长期保持在一个稳定的状态，对于植物的生长起到了很好的促进效果。
(2)本实用新型的双向垂直流潜流式人工湿地污水处理系统建造方便、成本低廉，且操作管理简单、运行稳定。
(3)本实用新型的双向垂直流潜流式人工湿地污水处理系统解决了传统垂直流人工湿地易于堵塞的难题，保证了人工湿地长期运行的稳定性与可靠性，可大范围地应用于我国乡镇农村水环境治理工程中，具有良好的市场应用前景。