專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低阻力防堵塞垂直流濕地結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
環(huán)境工程技術(shù)。本發(fā)明涉及一種低阻力防堵塞垂直流濕地結(jié)構(gòu)，適用于生活污水深度凈 化或輕度污染地表水的高標(biāo)準(zhǔn)凈化，宜與其它水質(zhì)凈化技術(shù)組合使用。
背景技術(shù)：
垂直流濕地是一種常用的水質(zhì)凈化單元技術(shù)，主要利用其填充基質(zhì)表面的沉淀、吸附、 微生物和濕地植物及其根際微生物來(lái)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化。垂直流濕地的深度較大，因而空間利用 率較高，在組合工藝中通常被安排在后段來(lái)實(shí)現(xiàn)深度澄清水質(zhì)和厭氧凈化(反硝化等)過(guò)程。 傳統(tǒng)垂直流濕地的布水、集水系統(tǒng)比較復(fù)雜，過(guò)水阻力較大，需要較高的驅(qū)動(dòng)水位差，且容 易被水中挾帶的固體污染物及自身產(chǎn)生的生物膜脫落物堵塞，因而其應(yīng)用受到嚴(yán)格限制。為 滿(mǎn)足輕度污染河水的高標(biāo)準(zhǔn)凈化技術(shù)需求，我們?cè)趽嵯珊G泥溝濕地、馬料河濕地首次研發(fā) 使用了淺型垂直流濕地，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和水流方式只需要100mm的水位差便可驅(qū)動(dòng)，且自2002 年投入運(yùn)行以來(lái)從未堵塞；在污水廠尾水深度凈化濕地技術(shù)中，我們進(jìn)一步完善了該垂直流 濕地4支術(shù)，在驅(qū)動(dòng)水位差100mm的條件下將填料深度提高到2m以上，并且在云南大理洱源縣 城污水廠尾水深度凈化濕地技術(shù)試驗(yàn)工程等得以成功應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于針對(duì)垂直流濕地過(guò)水阻力大、易于堵塞、難以清洗等技術(shù)問(wèn)題，研 發(fā)新的垂直流濕地結(jié)構(gòu)，最大限度地降低布水、集水系統(tǒng)的運(yùn)行阻力和驅(qū)動(dòng)水位差，實(shí)現(xiàn)布 水系統(tǒng)的自動(dòng)清洗和填充基質(zhì)的強(qiáng)制清洗，達(dá)到持久穩(wěn)定運(yùn)行之目的。
為達(dá)到以上研發(fā)目標(biāo)，采取了以下技術(shù)方案。 (1)由布水溝、填料池和集水溝組成的硬質(zhì)池體結(jié)構(gòu)
嵌入地下的長(zhǎng)方體硬質(zhì)承壓水池(l)，深度2m 3m (可以纟艮據(jù)需要加深)，寬度20m 30m, 長(zhǎng)度不限，整體高程與相鄰工藝單元匹配。沿長(zhǎng)度方向在承壓水池一側(cè)砌筑布水溝分隔池埂 (2)，形成寬度lm左右的布水溝(3);在另一側(cè)砌筑集水溝分隔池埂(4),形成寬度lm左右的集 水溝(5);在兩條分隔池埂之間形成填料池(6)。布水溝進(jìn)水口(7)和集水溝出水口(8)與相鄰工 藝單元銜接。200910024894.7
說(shuō)明書(shū)第2/4頁(yè)
(2) 由布水溝和布水管組成的羽狀布水系統(tǒng)
平行排布的布水管(9)以500mm左右的間隔安裝在填料池底300mm高度的水平面上，兩端 穿過(guò)分隔池埂，暴露在集水溝一端的管口以螺口堵頭(10)封堵。布水管材質(zhì)為塑料多孔管， 管徑視長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)流量而定， 一般采用DN100PVC管；開(kāi)孔密度和孔徑根據(jù)水力學(xué)計(jì)算確定, 以消耗100mm水頭達(dá)到設(shè)計(jì)流量且布水均勻?yàn)橐?。水流從布水溝直接進(jìn)入每一根布水管，只 要布水溝有足夠大的過(guò)水?dāng)嗝?，基本保持水位一致，就可?shí)現(xiàn)所有布水管以及整個(gè)填料池的 均勻布水。
(3) 由表面自由水層和分水溢流堰、集水溝組成的集水系統(tǒng)
集水溝分隔池埂頂部低于承壓水池池埂300mm并均勻布設(shè)有"V"形堰口(ll)，構(gòu)成了控 制填料池出水的分水溢流堰(12);在填料層(13)之上有深度100 200mm的表面自由水層(14), 該水層向分水溢流堰自由流動(dòng)，經(jīng)由"V"形堰口跌落到集水溝，匯集后自出水口流出。
(4) 在》^層形成的微流速均勻上升水流
由布水管均勻逸散出的水流在填料層勻速上升，其上升流速之緩慢使得填料層對(duì)上升水 流的阻力可以忽略不計(jì)，因而在填料層形成近似均一的上升水流(15)。按照填料層孔隙率 30%、水力負(fù)荷1000mm/d測(cè)算，填料層內(nèi)的上升水流平均流速不到0.04mm/s。
(5) 防堵塞及清洗技術(shù) 本垂直流濕地對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求是SS々Omg/L，并有比較完善的防堵塞及清洗技術(shù)，完
全可以解決堵塞問(wèn)題，保障持久穩(wěn)定的運(yùn)行。
與填料池等深的布水溝本身具有一定的沉淀功能，溝底低于布水管入口300mm,可 以提供必要的沉積物緩存空間，防止布水溝底沉積物進(jìn)入布水管，需要定期清理溝 底沉積物。
為防止填料或生物膜脫落物堵塞布水管出水孔(16),以千砌磚在布水管外砌筑保護(hù)
套(l7),水流由磚縫隙逸出。
當(dāng)布水管水流不暢時(shí)，可以逐個(gè)打開(kāi)布水管暴露在集水溝里的螺口堵頭，以短路水
流沖洗布水管內(nèi)腔。
可以對(duì)填料層進(jìn)行氣洗逐個(gè)封堵布水管進(jìn)水口，將50kPa的壓縮空氣接入布水管， 就會(huì)在該布水管上方的填料層形成高速水-氣流，將填料層內(nèi)的蓄積物清洗出來(lái)。
可以對(duì)填料層進(jìn)行大流量水洗按照布水管排列分組清洗，預(yù)留一組布水管，封堵 其余各組布水管的進(jìn)水口，以低揚(yáng)程大流量水泵將集水溝內(nèi)的水抽入布水溝，形成 盡可能大的水位差(布水溝最高水位)，以較大的水流強(qiáng)制通過(guò)預(yù)留的那紐布水管及其上方的條料層，將填料層內(nèi)的蓄積物清洗出來(lái)，在集水溝內(nèi)沉淀并清除。 本發(fā)明主要有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 布水均勻。由大斷面的布水溝和并列的布水管構(gòu)成羽狀布水系統(tǒng)，在布水管上的出水 孔處消耗水壓實(shí)現(xiàn)均勻布水。
(2) 低水位差驅(qū)動(dòng)。只需要100mm水位差驅(qū)動(dòng)，可以與相鄰工藝單元自流匹配，節(jié)能環(huán)保。
(3) 防堵塞可清洗結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)持久穩(wěn)定運(yùn)行。兼有沉淀功能的布水溝和布水管外的保護(hù)套 可以有效防止布水管堵塞；布水管兩端暴露在外，可以對(duì)每一根布水管及其上方的填 料層進(jìn)行水洗和氣洗。
(4) 池體深度不限，節(jié)約土地。在地質(zhì)條件允許的前提下，本發(fā)明的垂直流濕地結(jié)構(gòu)原則 上不限制池體深度，可以經(jīng)濟(jì)合理作為確定池體適宜深度的主要指標(biāo)，尤其適合作為 污水廠尾水深度凈化的核心工藝。
應(yīng)用舉例
本發(fā)明2002年在撫仙湖窯泥溝濕地、馬料河濕地(處理污染河水)首次應(yīng)用，填料層厚 度0.8m,已經(jīng)正常運(yùn)行7年；2004年在大理洱源污水廠尾水深度凈化濕地工程應(yīng)用，填料層厚 度1.8m，已經(jīng)正常運(yùn)行5年；2006年在溪池福保高負(fù)荷構(gòu)筑濕地應(yīng)用，填料層厚度2m，并且 配置了微量曝氣系統(tǒng)，運(yùn)行正常。在以上應(yīng)用實(shí)例中，采用本發(fā)明的垂直流濕地作為一個(gè)工 藝環(huán)節(jié)，在濾清水質(zhì)、完成氧化-消化(附加人工曝氣)和厭氧脫氮等方面均具有較高的效率。


圖1——池體平面和橫斷面圖
圖2——由布水溝和布水管構(gòu)成的羽狀布水系統(tǒng)
圖3——由表面自由水層和分水溢流堰、集水溝組成的集水系統(tǒng)
圖4——在填料層形成的均勻上升水流
困5——布水管外的干砌磚保護(hù)套
圖中l(wèi).承壓水池，2.布水溝分隔池埂，3.布水溝，4.集水溝分隔池埂，5.集水溝，6. 填料池，7.進(jìn)水口， 8.出水口， 9.布水管，10.螺口堵頭，11. "V"形堰口， 12.分水溢流 堰，13.填料層，14.表面自由水層，15.上升水流，16.布水管出水孔，17.保護(hù)套。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明按照以下步驟進(jìn)行工程性應(yīng)用
(1) 按照流量要求和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)并建造硬質(zhì)池體，在集水溝分隔池埂頂部切割"V" 形堰口 。
(2) 在填料池內(nèi)填充礫石墊層，至安裝布水管的高度。
(3) 在分隔池埂上特定高度鉆孔，安裝布水管，并以干砌磚砌筑保護(hù)套。
(4) 在填料池內(nèi)填充碌石(或其它填料)，至低于"V"形堰口底100 150mm高度。
(5) 向布水溝和集水溝同時(shí)注水至"V"形堰口底高度。
(6) 在填料池內(nèi)栽種濕生植物，維持水位并養(yǎng)護(hù)管理至成活。
(7) 與相鄰工藝單元串聯(lián)運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.在同一長(zhǎng)方體承壓水池內(nèi)由兩條分隔池埂劃分的布水溝、填料池、集水溝并列池體結(jié)構(gòu)。
2. 由大斷面布水溝和一組平行排列的布水管組成的羽狀布水系統(tǒng)。
3. 布水溝底低于布水管口、布水管外有護(hù)套的防堵塞結(jié)構(gòu)。
4. 布水管兩端外露，可以對(duì)布水管及其上方的填料層進(jìn)行水洗、氣洗的技術(shù)思路。
5. 由頂部自由水層、分水溢流堰、集水溝組成的集水系統(tǒng)。
6. 綜合以上各點(diǎn)形成的低阻力防堵塞垂直流濕地整體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種低阻力防堵塞垂直流濕地結(jié)構(gòu)。一個(gè)長(zhǎng)方體承壓水池(寬度20～30m，長(zhǎng)度、深度不限)被兩條分隔池埂劃分成并列的布水溝、填料池和集水溝，填料池與集水溝之間的分隔池埂低于其它池埂300mm且頂部均勻布設(shè)“V”形堰口，布水溝和集水溝通過(guò)進(jìn)水口和出水口與相鄰工藝單元連通；在填料池底部300mm高度平面上間隔500mm平行鋪設(shè)布水管，布水管進(jìn)水端穿過(guò)分隔池埂暴露在布水溝內(nèi)，布水管另一端穿過(guò)另一分隔池埂暴露在集水溝內(nèi)且以螺口堵頭封堵，布水管上密布出水孔并以干砌磚外套保護(hù)；在填料池內(nèi)填充填料至“V”形堰口下100～150mm，注水并栽種植物后便可投入運(yùn)行；水流由前一工藝單元經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入布水溝，自布水溝直接進(jìn)入每條布水管，克服布水管上出水孔的阻力進(jìn)入填料層，在填料層均勻低速上升到達(dá)填料層上方的自由水層，再?gòu)摹癡”形堰口溢流跌入集水溝，經(jīng)出水口進(jìn)入下一工藝單元。本垂直流濕地結(jié)構(gòu)能有效防止堵塞并可進(jìn)行多種方式的原位自動(dòng)清洗，只需要100mm水位差驅(qū)動(dòng)，布水均勻，節(jié)能環(huán)保，土地利用率高(深度大)，可持久穩(wěn)定運(yùn)行，采用本發(fā)明建設(shè)的各類(lèi)濕地工程已經(jīng)正常運(yùn)行2～7年。
文檔編號(hào)C02F3/32GK101492205SQ20091002489
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者馮慕華, 李文朝, 潘繼征 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所