一種雙向布流的人工濕地及其處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙向布流的人工濕地及其處理方法，包括濕地處理區和布流控制區，所述濕地處理區內部鋪設有雙向布流管道，所述雙向布流管道包括上向流布流管道和下向流布流管道。本發明通過人工濕地布水系統的合理改進，在無外加動力的情況下,僅需要閥門調節,充分利用進水的重力和水壓，實現人工濕地的反沖洗；同時,人工濕地的布水結構更為合理，減少了水流死角，提高了人工濕地的利用效率，并且，污水在本發明的布水條件下，要經過表面流、潛流、垂直流等多種流態，經歷多個處理過程，有效地提高了系統的凈化能力和抗沖擊的能力，改善了出水水質。
【專利說明】
一種雙向布流的人工濕地及其處理方法
技術領域
[0001]
本發明屬于人工濕地技術領域，具體涉及一種雙向布流的人工濕地及其處理方法。
【背景技術】
[0002]人工濕地是我國處理污水的一種常用的設施，尤其在農村和一些不宜修建污水處理廠的地區，無動力的生活污水凈化池和人工濕地是這些地方污水處理的主要方法。人工濕地有地表流型人工濕地和潛流型人工濕地兩種類型，這兩種類型各有優缺點，主要根據水質處理要求和景觀需要選用適宜的種類。為了提高人工濕地的處理效率，改善人工濕地的使用狀況，我國在這方面作了不少研究，如中國專利“CN201510390125”公開了一種農村生活污水人工濕地系統及凈化方法。包括濕地床，采用紅磚和秸桿作為填充物裝填形成，由下向上，填充物的粒徑逐漸變小。用濕地床對生活污水進行凈化，在濕地床上方布放生活污水，在濕地床底部獲得凈化水。該發明的系統及方法可以對農村生活污水進行凈化，濕地基質采用農村的廢棄的秸桿和建筑垃圾，價格低廉，但是污水凈化效果好；又如中國專利“CN201510351633”公開了一種模塊化可拆卸式人工濕地，由一個以上模塊化基質組成，基質包括模塊框架和基質填料，基質填料包括灰巖和河砂，灰巖層上面鋪設有所述河砂層，填料填充在所述基質框架中，模塊框架的周邊和底部打孔。該發明將人工濕地系統基質設計成可裝卸模塊化結構，對人工濕地系統后期的維護和管理等提供便利。
[0003]然而，現有的生活污水凈化處理系統仍存在一些問題，在無動力的情況下，人工濕地運行長時間后容易堵塞，且清理濕地的堵塞較為麻煩，導致濕地運營后期處理污水處理效果變差，管理繁瑣。而且，濕地內水流流向過于單一，處理條件和過程不夠靈活，對于水質水量的突然變化的抗沖擊能力較差，限制了人工濕地的推廣應用。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術方法的不足，本發明的目的在于提出一種雙向布流的人工濕地及其處理方法，本發明通過人工濕地布水系統的合理改進，在無外加動力的情況下，僅需要閥門調節，充分利用進水的重力和水壓，及時實現人工濕地的反沖洗；同時，人工濕地的布水結構更為合理，減少了水流死角，提高了人工濕地的利用效率，并且污水在本發明的布水條件下，要經過表面流、潛流、垂直流等多種流態，經歷多個處理過程，有效地提高了系統的凈化能力和抗沖擊的能力，改善了出水水質。
[0005]為達到上述目的，本發明采用的技術方案是:一種雙向布流的人工濕地，包括濕地處理區和布流控制區，在濕地處理區內填充濕地基質并種植濕地植物，所述濕地處理區和布流控制區根據水流方向依次連接；
所述濕地處理區內部鋪設有雙向布流管道，所述雙向布流管道包括上向流布流管道和下向流布流管道；
所述上向流布流管道鋪設于濕地處理區的中部及下部，在平面上布滿整個濕地處理區；在所述上向流布流管道的進水端設置上向流控制閥門，在所述上向流布流管道上布設有布流盤;所述上向流布流管道的出水端連通布流控制區，并在所述上向流布流管道的出水端設置上向流管出水控制閥門；
所述下向流布流管道鋪設于濕地處理區的上部，在平面上均布在所述濕地處理區內部;在所述下向流布流管道上開設有布流孔，在所述下向流布流管道的進水端設置下向流進水控制閥門；
濕地處理區上部設置處理區出水管，并在處理區出水管上安裝處理區出水閥門，所述濕地處理區還設置有進水管，所述進水管并列連通所述上向流布流管道的進水端和下向流布流管道的進水端；
在布流控制區上部設置布流控制區出水管，且在布流控制區出水管上安裝控制區出水閥門。
[0006]進一步的是，所述人工濕地的面積為20-200m2，濕地水深應控制在l_2m，濕地體積總有效容積為20-400m3。主要適用于農村聯戶或者小型居民小區的生活污水處理。
[0007]進一步的是，所述濕地處理區和布流控制區的出水水位相同，布流控制區的容積不得超過濕地處理區容積的10%。
[0008]進一步的是，所述上向流布流管道分多層布設，層間距取500-800mm，平面上布滿整個處理區。
[0009]進一步的是，所述上向流布流管道的管徑不小于30mm，鋪設時設置1-3°水平向下的傾角。加強污水流動性能，且使污水不會發生倒流。
[0010]進一步的是，所述布流盤直徑D為50-150mm，布流盤間的間距不大于布流盤直徑的8倍。
[0011]進一步的是，所述布流盤上設置有均勻分布的小孔，所述小孔的孔徑為5-10mm。
[0012]進一步的是，所述下向流布流管道管徑不小于30mm，并設置直徑為5-20mm的布流孔，鋪設高度應在處理區的設計水深以下且在濕地基質之上。
[0013]進一步的是，所述濕地基質包括砂石、合成材料和土壤，采用粒徑在3-5cm的均質基質或選用粒徑在0.5-15cm的基質進行分層配置。
[0014]另一方面，本發明還提供了一種雙向布流的人工濕地的處理方法，所述處理方法包括步驟污水處理階段和反沖洗階段；
所述污水處理階段包括步驟:
(1.1)關閉控制區出水閥門、下向流進水控制閥門，打開上向流控制閥門和處理區出水閥門；
(1.2)污水由進水管進入上向流布流管道，并通過布流盤流出，這時進水流向會形成自下而上流的上向流，均勻的分布在人工濕地內；
(1.3)經過濕地基質和濕地植物凈化處理后，污水從處理區出水管流出；
所述反沖洗階段包括步驟:
(2.1)當人工濕地系統運行一段時間后，關閉上向流控制閥門和處理區出水閥門，打開控制區出水閥門和下向流進水控制閥門；
(2.2)污水由進水管進入下向流布流管道，并通過下向流布流管道上的布流孔流出，這時進水流向會形成自上而下流的下向流； (2.3)濕地中累積堵塞物在反向流的作用下被沖刷到布流盤上，堵塞物大量截流在布流盤上；
(2.4)在反向流沖擊作用下堵塞物通過上向流布流管道被運送到布流控制區，由布流控制區收集并排出；
(2.5)濕地處理區的堵塞物被去除后，濕地再次進入污水處理階段。
[0015]采用本技術方案的有益效果:
本發明中，布水系統采用了雙向流的構造，可充分利用生活污水的進水及時對濕地進行反沖洗，且在進行反沖洗時，各深度的布流裝置可有效地截流沖洗下來的雜質，沖洗效率高，減少了因人工濕地堵塞而影響處理效果的情況。
[0016]本發明中，充分利用了污水的重力和不同的流向進行反沖洗，整個沖洗過程不耗動力，反沖洗利用的進水在反沖洗過程中也能被濕地中的微生物和植物處理，降低了能耗，減少了沖洗時的二次污染。
[0017]本發明中，布流裝置廣泛地分布在人工濕地處理區，使人工濕地各部分的基質和植物都能充分與污水接觸，進行凈化，從而減少了系統的流動死角，提高了系統的容積利用率。
[0018]本發明中，污水在凈化過程中，有垂直流、水平流、表流、潛流等多種流態，接觸不同的基質、微生物、植物等，經歷的處理過程多樣化，能去除各種不同污染物，可有效地針對水質水量變化進行調整，處理方式靈活。
[0019]本發明中，管理和操作過程十分簡便，運行維護較為方便，推廣和應用的范圍大。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的一種雙向布流的人工濕地的剖面結構示意圖；
圖2為本發明的一種雙向布流的人工濕地的俯視圖；
圖3為本發明中布流盤的結構示意圖；
圖4為本發明中上向流的流向示意圖；
圖5為本發明中下向流的流向示意圖；
圖6為本發明中一種雙向布流的人工濕地的處理方法的流程圖圖；
圖7為本發明中污水處理階段的流程圖；
圖8為本發明中反沖洗階段的流程圖；
其中，I是進水管，2是下向流布流管道，3是上向流布流管道，4是上向流管出水控制閥I?，5是下向流進水控制閥丨I，6是上向流控制閥丨I，7是布流盤，8是布流孔，9是濕地基質，10是處理區出水管，11是處理區出水閥門，12是控制區出水閥門，13是布流控制區出水管，14是布流控制區，15是濕地處理區，16是濕地植物。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步闡述。
[0022 ] 如圖1和圖2所示，一種雙向布流的人工濕地，包括濕地處理區15和布流控制區14，在濕地處理區15內填裝濕地基質9并種植濕地植物16，所述濕地處理區15和布流控制區14根據水流方向依次連接；
所述濕地處理區15內部鋪設有雙向布流管道，所述雙向布流管道包括上向流布流管道3和下向流布流管道2;
所述上向流布流管道3鋪設于濕地處理區15的中部及下部，在平面上布滿整個濕地處理區15;在所述上向流布流管道3的進水端設置上向流控制閥門6，在所述上向流布流管道3的上布設有布流盤7;所述上向流布流管道3的出水端連通布流控制區14，并在所述上向流布流管道3的出水端設置上向流管出水控制閥門4;
所述下向流布流管道2鋪設于濕地處理區15的上部，在平面上均布在所述濕地處理區15內部，在所述下向流布流管道2上開設有布流孔8，在所述下向流布流管道2的進水端設置下向流進水控制閥門5;
濕地處理區15上部設置處理區出水管10，并在處理區出水管10上安裝處理區出水閥門11，所述濕地處理區15還設置有進水管1，所述進水管I并列連通所述上向流布流管道3的進水端和下向流布流管道2的進水端；
在布流控制區14上部設置布流控制區出水管13，且在布流控制區出水管13上安裝控制區出水閥門12。
[0023 ] 優選的是，所述人工濕地的面積為20-200m2，濕地水深應控制在I _2m，濕地體積總有效容積為20-400m3。主要適用于農村聯戶或者小型居民小區的生活污水處理。
[0024]所述濕地處理區15和布流控制區14的出水水位相同，布流控制區14的容積不得超過濕地處理區15容積的10%。
[0025]所述上向流布流管道3分多層布設，層間距取500-800mm，平面上布滿整個處理區。
[0026]所述上向流布流管道3的管徑不小于30mm，鋪設時設置1-3°水平向下的傾角。加強污水流動性能。
[0027]如圖3所示，所述布流盤7直徑D為50-150mm，布流盤7間的間距不大于布流盤7直徑的8倍。
[0028]所述布流盤7上設置有均勻分布的小孔，所述小孔的孔徑為5-10mm。
[0029]所述下向流布流管道2管徑不小于30mm，并設置直徑為5-20mm的布流孔8，鋪設高度應在處理區的設計水深以下且在濕地基質9之上。
[°03°]所述濕地基質9包括砂石、合成材料和土壤，采用粒徑在3-5cm的均質基質或選用粒徑在0.5-15cm的基質進行分層配置。
[0031]為配合本發明方法的實現，基于相同的發明構思，本發明還提供了一種雙向布流的人工濕地的處理方法，如圖6所示，所述處理方法包括步驟污水處理階段和反沖洗階段；如圖4和圖7所示，所述污水處理階段包括步驟:
(1.1)關閉控制區出水閥門12、下向流進水控制閥門5，打開上向流控制閥門6和處理區出水閥門11;
(1.2)污水由進水管I進入上向流布流管道3，并通過布流盤7流出，這時進水流向會形成自下而上流的上向流，均勻的分布在人工濕地內；
(1.3)經過濕地基質9和濕地植物16凈化處理后，污水從處理區出水管10流出；
如圖5和圖8所示，所述反沖洗階段包括步驟:
(2.1)當人工濕地系統運行一段時間后，關閉上向流控制閥門6和處理區出水閥門11，打開控制區出水閥門12和下向流進水控制閥門5;
(2.2 )污水由進水管I進入下向流布流管道2，并通過下向流布流管道2上的布流孔8流出，這時進水流向會形成自上而下流的下向流；
(2.3 )濕地中累積堵塞物在反向流的作用下被沖刷到布流盤7上，堵塞物大量截流在布流盤7上；
(2.4)在反向流沖擊作用下堵塞物通過上向流布流管道3被運送到布流控制區14，由布流控制區14收集并排出；
(2.5)濕地處理區15的堵塞物被去除后，濕地再次進入污水處理階段。
[0032]實施案例I中:
本發明的一種優化設計為，用于20-30戶的聯戶生活污水的處理，處理裝置容積為50m2，水深設為1.5m，總有效容積為75m3，其中布流控制區14容積設置為5m3，其余為濕地處理區15，兩個區上方分別設置處理區出水管1、處理區出水閥門11、控制區出水閥門12和布流控制區出水管13。
[0033]在濕地處理區15鋪設直徑為30mm的上向流布流管道3，在濕地的中部和下部各鋪設一層上向流布流管道3，層間距600mm，上向流布流管道3鋪設時取向下2°的傾角；上向流布流管道3上安裝直徑為60mm的布流盤7，布流盤7上鑿直徑為5mm的小孔，盤間距取360mm。
[0034]在濕地處理區15上部安裝下下向流布流管道2，管徑為30mm，管上鑿直徑為5mm的布流孔8。
[0035]濕地處理區15內設置粒徑為l-12cm的砂石(自下而上砂石粒徑逐漸減小)作為濕地基質9，并種植濕地植物16。
[0036]當人工濕地設定為上向流處理污水時，關閉控制區出水閥門12、下向流進水控制閥門5，打開上向流控制閥門6和處理區出水閥門11。污水進入人工濕地處理區15后，將會進入上向流布流管道3，通過布流盤7流出，均勻的分布在人工濕地內，人工濕地內的微生物、植物、基質等通過吸附、分解、過濾、吸收等過程，去除污水中的污染物，經過處理后，污水從處理區出水管10流出。
[0037]當人工濕地系統運行一段時間后，由于無機物的累積，容易形成堵塞，為預防該情況發生，在濕地上向流運轉10-15天后，關閉上向流控制閥門6和處理區出水閥門11，打開控制區出水閥門12和下向流進水控制閥門5，這時進水流向會形成自上而下流。濕地中累積的細小污染物會在反向流的作用下被沖刷到布流盤7上，布流盤7的面積較大且跟被沖刷的污染物距離較近，根據淺層理論，堵塞物會大量截流在布流盤7上，在反向流沖擊作用下通過上向流布流管道3的末端被運送到布流控制區14，通過反向流沖洗1-2天后，濕地處理區15的堵塞物基本被去除，然后打開和關閉相應閥門，使濕地再次進入污水處理階段。
[0038]本發明的通過管道和布流系統的合理布置，充分利用了原水的重力和水壓來實現，無額外能耗，操作管理方便，堵塞物去除效率高。
[0039]實施案例2中:
本實施案例基本結構與實施案例I相同，在優化參數設計上，本實施案例采用處理裝置容積為150m2，水深設為2m，總有效容積為300m3，布流控制區14容積設置為1m3，其余為濕地處理區15，兩個區上方分別設置處理區出水管1、處理區出水閥門11、控制區出水閥門12和布流控制區出水管13。
[0040]在濕地處理區15鋪設直徑為40mm的上向流布流管道3，上向流布流管道3在濕地的中部和下部各鋪設一層，層間距700mm，上向流布流管道3鋪設時取向下3°的傾角，并在上向流布流管道3上安裝直徑為10mm的布流盤7，布流盤7上鑿直徑為1mm的小孔，盤間距取600mmο
[0041 ] 在濕地處理區15上部安裝下向流布流管道2，管徑為40mm，管上鑿直徑為15mm的布流孔8。
[0042]濕地處理區15內設置粒徑為3-4cm的均質砂石作為濕地基質9，并種植濕地植物16。
[0043]本實施案例人工濕地可上向流和下向流交替使用，而不將下向流作為單純的反沖洗手段。人工濕地上向流處理污水時，關閉控制區出水閥門12、下向流進水控制閥門5，打開上向流控制閥門6和處理區出水閥門11。
[0044]污水進入人工濕地處理區15后，將會進入上向流布流管道3，通過布流盤7流出，均勻的分布在人工濕地內，經過處理后，污水從處理區出水管10流出。
[0045]當人工濕地系統運行一段時間后，關閉上向流控制閥門6和處理區出水閥門11，打開控制區出水閥門12和下向流進水控制閥門5，這時進水流向會形成自上而下流。形成垂直下向流人工濕地，這種人工濕地運行方式經過上、下向流反復交替，對濕地內污染物沖刷程度較徹底，不易形成堵塞物累積的情況，且污水在濕地中會進行垂直上/下向流，水平流，表面流，潛流等多種流動方式，與濕地中不同的微生物/植物/基質等進行吸附、分解、過濾、吸收等凈化過程，去除污水中的污染物，對各類污染物均有較好的去除和凈化效果。提高了系統的凈化能力和抗沖擊的能力，改善了出水水質。同樣的，當污水進水水質較好時，可適當減少污水的停留時間和處理過程，將各閥門均打開，使污水經過簡單的過濾處理后即可排放，增加了污水處理的量，降低了各部分污泥的累積。整個系統針對性強，調節方式靈活。
[0046]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本實發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，包括濕地處理區(15)和布流控制區(14)，在濕地處理區(15)內填充濕地基質(9)并種植濕地植物(16)，所述濕地處理區(15)和布流控制區(14)根據水流方向依次連接； 所述濕地處理區(I5)內部鋪設有雙向布流管道，所述雙向布流管道包括上向流布流管道(3)和下向流布流管道(2)； 所述上向流布流管道(3)鋪設于濕地處理區(15)的中部及下部，在所述上向流布流管道(3)的進水端設置上向流控制閥門(6)，在所述上向流布流管道(3)上布設有布流盤(7);所述上向流布流管道(3)的出水端連通布流控制區(14 )，并在所述上向流布流管道(3)的出水端設置上向流管出水控制閥門(4); 所述下向流布流管道(2)鋪設于濕地處理區(15)的上部，在所述下向流布流管道(2)上開設有布流孔(8)，在所述下向流布流管道(2)的進水端設置下向流進水控制閥門(5); 濕地處理區(15)上部設置處理區出水管(10)，并在處理區出水管(10)上安裝處理區出水閥門(11)，所述濕地處理區(15)還設置有進水管(I)，所述進水管(I)并列連通所述上向流布流管道(3)的進水端和下向流布流管道(2)的進水端； 在布流控制區(14)上部設置布流控制區出水管(13)，且在布流控制區出水管(I 3)上安裝控制區出水閥門(12)。2.根據權利要求1所述的一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，所述人工濕地的面積為20-200m2，濕地水深應控制在l-2m，濕地體積總有效容積為20-400m3。3.根據權利要求2所述的一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，所述濕地處理區(15)和布流控制區(14)的出水水位相同，布流控制區(14)的容積不得超過濕地處理區(15)容積的 10% 04.根據權利要求1所述的一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，所述上向流布流管道(3)分多層布設，層間距取500-800mm。5.根據權利要求4所述的一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，所述上向流布流管道(3)的管徑不小于30_，鋪設時設置1-3°水平向下的傾角。6.根據權利要求5所述的一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，所述布流盤(7)直徑D為50-150mm，布流盤(7)間的間距不大于布流盤(7)直徑的8倍。7.根據權利要求6所述的一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，所述布流盤(7)上設置有均勻分布的小孔，所述小孔的孔徑為5-10mm。8.根據權利要求1所述的一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，所述下向流布流管道(2)管徑不小于30mm，并設置直徑為5-20mm的布流孔(8)，鋪設高度應在處理區的設計水深以下且在濕地基質(9)之上。9.根據權利要求1所述的一種雙向布流的人工濕地，其特征在于，所述濕地基質(9)包括砂石、合成材料和土壤，采用粒徑在3-5cm的均質基質或選用粒徑在0.5-15cm的基質進行分層配置。10.—種雙向布流的人工濕地的處理方法，其特征在于，所述處理方法包括步驟污水處理階段和反沖洗階段； 所述污水處理階段包括步驟: (1.1)關閉控制區出水閥門(12)、下向流進水控制閥門(5)，打開上向流控制閥門(6)和處理區出水閥門(11); (1.2)污水由進水管(I)進入上向流布流管道(3)，并通過布流盤(7)流出，這時進水流向會形成自下而上流的上向流，均勻的分布在人工濕地內； (1.3)經過濕地基質(9)和濕地植物(16)凈化處理后，污水從處理區出水管(10)流出； 所述反沖洗階段包括步驟: (2.1)當人工濕地系統運行一段時間后，關閉上向流控制閥門(6)和處理區出水閥門(11)，打開控制區出水閥門(12)和下向流進水控制閥門(5); (2.2 )污水由進水管(I)進入下向流布流管道(2)，并通過下向流布流管道(2)上的布流孔(8)流出，這時進水流向會形成自上而下流的下向流； (2.3)濕地中累積堵塞物在反向流的作用下被沖刷到布流盤(7)上，堵塞物大量截流在布流盤(7)上； (2.4)在反向流沖擊作用下堵塞物通過上向流布流管道(3)被運送到布流控制區(I4)，由布流控制區(14)收集并排出； (2.5)濕地處理區(15)的堵塞物被去除后，濕地再次進入污水處理階段。
【文檔編號】C02F3/32GK105836891SQ201610258999
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】潘科, 賀莉, 陳子愛, 申祿坤, 施國中
【申請人】農業部沼氣科學研究所