专利名称：基于生态基流调控的多级湿地净化系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多级湿地净化系统，特别是一种基于生态基流调控的多级湿地净化系统，主要适用于生态环境工程技术领域，可应用于河道污染水体的生态恢复工程。
背景技术：
河流污染是点源、面源的共同作用，由于河流处于自然环境之中，污染情况复杂，常见的一般为含氮、磷，有机物等多种复合型水体污染。同时，由于河流的流动性造成污染物分散，使得各污染物在河水中浓度偏低，且河流水量较大，因而较难选择常规的处理工艺。目前，一般的污水处理的物理、化学、生物法在应用于河水处理时存在处理量不足、成本高等问题；大规模对河流污染物进行治理的措施主要是底泥疏浚，引水冲污等物化方法，见效虽快但花费较大，而且对河道生态系统破坏严重。因此，开发经济有效的生态型处理技术是河流污染治理的关键。人工湿地是自20世纪70年代发展起来的一种污水生态处理技术，以基质、植物及微生物协同通过物理、化学和生物作用进行污水处理的人工生态系统。通过设计建造从而实现工程化和可控化，具有投资少、能耗低、管理方便，处理效果好等优点。人工湿地处理河道污染水体，其功能实质就是利用湿地独特的吸附、降解和排除的特性将水中污染物、悬浮物、营养物及潜在的污染物转化为资源，把流经湿地的河水中的悬浮物、营养物、有毒物固定和沉积在湿地生态系统中。这一过程主要包括复杂界面的滤过过程和生存于其间的多样性生物群落与其环境间的相互作用。人工湿地按水流方向可分为水平流和垂直流，按水流位置可分为表面流和潜流人工湿地，针对污染物特点以及地势，还可选择不同类型湿地进行组合使用以提高处理效率。经专利检索，国内外采用人工湿地原位处理河道污水的研究相对较少，且多局限于从河道引水后处理相对静止的水体。对于大多数天然河道而言，由于降水的时空分布不均，年内径流变化较大，亟需设计一种针对不同天然来水状况的湿地处理系统，以更好的满足河道污水处理需求。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是:针对上述存在的问题提供一种处理效率高、适用范围广的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，能够对不同工况下进入湿地的河道天然来水进行调控，同时防止大量泥沙进入多级湿地系统。本实用新型所采用的技术方案是:基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:它包括布置于河道内的分水建筑物，以及位于该分水建筑物下游、且并排布置的湿地综合净化区和湿地森林区；其中分水建筑物包括位于湿地综合净化区入口处的净化区分水闸、位于湿地森林区入口处的森林区冲砂闸，以及与净化区分水闸、森林区冲砂闸连成整体横亘于河道上的冲砂闸和溢流坝；所述湿地综合净化区的高程低于湿地森林区，且两者之间设置侧渗系统实现水体交换。[0007]所述湿地综合净化区包括沿水流方向依次布置的斜坡跌水区、消能沉淀塘、表流湿地、潜流湿地、强化净化池和浅滩，其中表流湿地和潜流湿地之间安装尼龙网。所述斜坡跌水区为沿水流方向逐渐降低的台阶状，并且各台阶上表面均为沿水流方向上倾的斜面，其倾斜坡度为5%。所述消能沉淀塘位于斜坡跌水区末端，且塘底与斜坡跌水区末端台阶底面的高程差为2-3m。所述表流湿地为若干基本单元依次连接形成、且沿水流方向逐渐降低的台阶状，相邻两基本单元之间的高程差为0.5m ;每个基本单元均由植被区和盖板区组合而成，且两者形成沿水流方向逐渐降低的台阶状，所述植被区和盖板区之间通过坡度为1:3的斜坡连接，且两者之间的高程差为0.2m;其中植被区种植有挺水植物，盖板区底部放置用于阻止植被生长的盖板。所述潜流湿地包括炉渣、砾石铺设形成的基底，以及铺设于该基底上方的土壤层，其中基底的入口与表流湿地的出水端相接，土壤层中种植有浮叶植物和挺水植物。所述强化净化池内水深为0.5-2.5m，水深从池边到中央逐渐增加，池内种植有挺水植物、浮叶植物和沉水植物。所述浅滩延伸至湿地森林区的末端，且其截面呈波浪形。所述溢流坝轴线与净化区分水闸轴线的夹角为30-45度。所述侧渗系统包括位于表流湿地和湿地森林区之间的粘土夯实层，以及铺设于该粘土夯实层上方的砾石层，所述粘土夯实层和砾石层均向湿地综合净化区一侧倾斜。本实用新型的有益效果是:1、在河道内布置由净化区分水闸、森林区冲砂闸、河道冲砂闸和溢流坝连接而成的分水建筑物，能够根据河道天然来水的情况，合理分配进入各区块的水量；同时可通过调节净化区分水闸和森林区冲砂闸底板的高程，限制泥沙进入湿地综合净化区，有效避免了泥沙堵塞湿地综合净化区的问题。2、湿地综合净化区包括沿水流方向依次布置的斜坡跌水区、消能沉淀塘、表流湿地、潜流湿地、强化净化池和浅滩，通过跌水曝气、消能沉淀、吸附、降解等过程可以最大限度的对污染水体进行净化，不仅能满足一般情况下对于河道污染水质的净化，而且在水流过流量较大时亦能发挥良好的净化效果；因此该实用新型可以为河道生态修复工程提供新的选择，推动多级湿地系统应用于污染水质净化技术的发展。3、本实用新型具有处理效率高、投资省、运行维持费用低、能耗低、适用范围广的优点，尤其当来水流量发生剧烈变化时，亦能较好地进行调节并完成净化。
图1是本实用新型的平面示意图。图2是本实用新型的立面示意图。图3是本实用新型中分水建筑物上游立面图。图4是本实用新型中溢流坝剖面图。图5是本实用新型中跌水区和沉淀塘的剖面图。图6是本实用新型中表流湿地剖面图。图7是本实用新型中潜流湿地剖面图。图8是本实用新型中强化净化池剖面图。[0025]图9是本实用新型中浅滩剖面示意图。图10是本实用新型中侧渗系统结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例包括布置于河道内的分水建筑物1，以及位于该分水建筑物下游、且并排布置的湿地综合净化区2和湿地森林区3 ;其中分水建筑物I起到水量分配与调节、限制泥沙进入湿地综合净化区2的作用，即达到主河道在枯水期、洪水期对湿地综合净化区2、湿地森林区3分水的目的；湿地综合净化区2用于实现污染水体的净化；湿地森林区3起到分流泥沙、净化水质的作用，其高程高于湿地综合净化区2的高程，并且在两者之间设置有侧渗系统实现水体交换。如图3、图4所示，所述分水建筑物包括位于湿地综合净化区2入口处的净化区分水闸1-1、位于湿地森林区3入口处的森林区冲砂闸1-2 (分为两孔)，以及与净化区分水闸1-1、森林区冲砂闸1-2连成整体横亘于河道上的冲砂闸1-3和溢流坝1-4。在枯水期，关闭冲砂闸1-3，并利用溢流坝1-4挡水，使水体通过净化区分水闸1-1和森林区冲砂闸1-2分别进入湿地综合净化区2和湿地森林区3 ;湿地综合净化区2和湿地森林区3水量的分配比例，可以通过闸门相应尺寸的设置及调节闸门的开启度实现；通过设置净化区分水闸
1-1底板高程高出森林区冲砂闸1-2底板高程I米，限制泥沙进入湿地综合净化区2，使枯水期泥沙进入湿地森林区3。在洪水期，开启冲砂闸1-3对河道中淤积的泥沙进行冲砂，并调节净化区分水闸1-1和森林区冲砂闸1-2的开启度，以限制多余洪水进入两个区域(湿地综合净化区和湿地森林区)，洪水主要通过河道中冲砂闸1-3及溢流坝1-4泄向下游河道。为了更好的排砂分流，采用净化区分水闸1-1侧向进水的布置型式，即溢流坝1-4轴线与净化区分水闸1-1轴线相交夹角控制在30° 45°。所述湿地综合净化区2包括沿水流方向依次布置的斜坡跌水区2-1、消能沉淀塘
2-2、表流湿地2-3、潜流湿地2-4、强化净化池2-5和浅滩2_6，其中表流湿地2_3和潜流湿地2-4之间安装尼龙网2-7，将两个区域隔离开。如图5所示，所述斜坡跌水区2-1为沿水流方向逐渐降低的台阶状，并且各台阶上表面均为沿水流方向上倾的斜面，其倾斜坡度为5% ;任一台阶的末端与下一级台阶的起始端位于同一竖直面上，形成坡度较大的斜坡跌水结构。水流经过斜坡跌水区2-1时由高处跌落低处，经过曝气，水和空气充分接触，一方面，气体从水中逸出，如去除水的臭味或二氧化碳和硫化氢等有害气体；另一方面，氧气溶入水中，以提高溶解氧浓度，达到除铁、除锰或促进需氧微生物降解有机物的目的，对污染水质进行初步净化。跌水的高度根据河道自然坡降比而定，其沿水流方向的长度为20m。所述消能沉淀塘2-2位于斜坡跌水区2-1末端，且塘底与斜坡跌水区2-1末端台阶底面的高程差为2-3m ;本例中，消能沉淀塘2-2沿水流方向的长度为5m。经过斜坡跌水区2-1的水流进入消能沉淀塘2-2，由于在沉淀塘里水流较缓，水体中的污染物自然沉降，起到消能的效果，之后流入表流湿地2-3。如图6所示，所述表流湿地2-3由五个基本单元依次连接而成，每个基本单元沿水流方向的长度均为IOm;各基本单元沿水流方向逐渐降低形成台阶状，且相邻两基本单元之间通过高程差为0.5m、坡度为1:3的斜坡连接。每个基本单元均由植被区2-3-1和盖板区2-3-2组合而成，且两者形成沿水流方向逐渐降低的台阶状，所述植被区2-3-1和盖板区2-3-2之间通过高程差为0.2m、坡度为1:3的斜坡连接；其中植被区2_3_1常水位为0.4m,并种植有挺水植物；盖板区2-3-2底部放置盖板，用于阻止植被生长，形成一定的开阔水面，同时与植被区2-3-1形成一定高程差，起到对水体再次进行曝气的作用。表流湿地2-3内可根据实际处理污水的组成与需要，选择不同的挺水植被组合，构建不同的组合单元。经消能沉淀塘2-2沉淀消能后的水体，进入表流湿地2-3，首先经过植被区2_3_1，利用挺水植物对水中的污染物进行拦截、过滤、沉降和降解，以净化水体中的COD与氨氮；随后进入盖板区2-3-2，利用植被区2-3-1和盖板区2-3-2的高程差，对水体再次进行曝气。如图7所示，所述潜流湿地2-4包括基底2-4-1，以及铺设于该基底上方的土壤层2-4-2，其中基底2-4-1采用炉渣、砾石铺设而成，其内埋设有与表流湿地2-3出水端连通的导流渠，土壤层2-4-2中主要种植降污能力强的浮叶植物，同时辅以挺水植物，以降低来水的总磷。表流湿地2-3出水通过导流渠进入潜流湿地2-4，水流在地表(土壤层)以下流动，充分利用植物根系的输氧作用，去除有机物和重金属等污染物，强化对污染物的吸附和降解，出水流入强化净化池2-5。本例中，所述潜流湿地2-4沿水流方向的长度为20m，深度为2m左右；由两部分连接形成沿水流方向逐渐降低的阶梯状，各部分均由基底2-4-1和土壤层2-4-2组成；其中第一部分与表流湿地2-3出水端相接，基底2-4-1厚1.5m, 土壤层2-4-2厚0.3m, 土壤层2-4-2以上的常水位为0.2m ;第二部分基底2-4-1厚1.2m，土壤层2-4-2厚0.3m，土壤层2-4-2以上的常水位为0.2m ;两部分之间设置挡水墙2_4_3，同时在该过水挡墙下方设置用于将两部分连通的导流管2-4-4。如图8所示，所述强化净化池2-5内水深为0.5-2.5m,水深从池边到中央逐渐增力口，强化净化池2-5具有完整的水生态系统，种植有大量挺水植物、浮叶植物以及沉水植物，进一步净化水质。本例中，强化净化池2-5沿水流方向的长度为20m，其中池底长度为6米，上下游两侧岸坡沿水流方向的长度均为7m，且岸坡的坡度为1:3。如图9所示，所述浅滩2-6沿水流方向的长度为50m，延伸至湿地森林区3的末端，且其截面呈波浪形。水体经过强化净化池2-5后，流入浅滩2-6，与流经湿地森林区3的水体汇合，经过消能，即完成了多级湿地系统对河道水质的净化，最终汇入河道。所述湿地森林区3显著降低了水流速度，使河水中悬浮的营养颗粒或胶体沉降到底泥中；湿地植被担当过滤器角色，吸收和过滤污水所载营养物质。湿地森林区3乔木以柳树、水杉、池杉、枫杨等耐水淹树种为主，配以不同生活型的水生植物，构建一个丰富的湿地生态环境，一方面提高生态系统的养分循环利用效率；另一方面营造了一定的景观效果。如图10所示，所述侧渗系统包括位于表流湿地2-3和湿地森林区3之间的粘土夯实层4，以及铺设于该粘土夯实层上方的砾石层5，所述粘土夯实层4和砾石层5均向湿地综合净化区2 —侧倾斜；其中粘土夯实层4用于防止水流下渗，砾石层5用于透水。河水经分流后，部分流入湿地森林区3的水，会随地表侧向径流流入湿地综合净化区2内的表流湿地2-3，再逐级进行净化，达到净化污染水质的最优效果。实际运用中，首先应根据基础资料，理清不同时期(多年平均、枯水期以及丰水期)河流的水文条件，包括流量、流速、水位、水深等，进行地勘测量，结合地形图资料，选择净化区分水闸1-1位置及溢流坝1-4位置与规模。
权利要求1.一种基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:它包括布置于河道内的分水建筑物(1)，以及位于该分水建筑物下游、且并排布置的湿地综合净化区(2)和湿地森林区(3);其中分水建筑物包括位于湿地综合净化区(2)入口处的净化区分水闸(1-1)、位于湿地森林区(3)入口处的森林区冲砂闸(1-2)，以及与净化区分水闸(1-1 )、森林区冲砂闸(1-2)连成整体横亘于河道上的冲砂闸(1-3)和溢流坝(1-4);所述湿地综合净化区(2)的高程低于湿地森林区(3)，且两者之间设置侧渗系统实现水体交换。
2.根据权利要求1所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述湿地综合净化区(2)包括沿水流方向依次布置的斜坡跌水区(2-1)、消能沉淀塘(2-2)、表流湿地(2-3 )、潜流湿地(2-4 )、强化净化池(2-5 )和浅滩(2-6 )，其中表流湿地(2_3 )和潜流湿地(2-4 )之间安装尼龙网(2-7 )。
3.根据权利要求2所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述斜坡跌水区(2-1)为沿水流方向逐渐降低的台阶状，并且各台阶上表面均为沿水流方向上倾的斜面，其倾斜坡度为5%。
4.根据权利要求2所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述消能沉淀塘(2-2)位于斜坡跌水区(2-1)末端，且塘底与斜坡跌水区(2-1)末端台阶底面的闻程差为2-3m。
5.根据权利要求2所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述表流湿地(2-3 )为若干基本单元依次连接形成、且沿水流方向逐渐降低的台阶状，相邻两基本单元之间的高程差为0.5m ;每个基本单元均由植被区(2-3-1)和盖板区(2-3-2)组合而成，且两者形成沿水流方向逐渐降低的台阶状，所述植被区(2-3-1)和盖板区(2-3-2)之间通过坡度为1:3的斜坡连接，且两者之间的高程差为0.2m ;其中植被区(2-3-1)种植有挺水植物，盖板区(2-3-2)底部放置用于阻止植被生长的盖板。
6.根据权利要求2所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述潜流湿地(2-4)包括炉渣、砾石铺设形成的基底(2-4-1)，以及铺设于该基底上方的土壤层(2-4-2 )，其中基底(2-4-1)的入口与表流湿地(2-3 )的出水端相接，土壤层(2-4-2 )中种植有浮叶植物和挺水植物。
7.根据权利要求2所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述强化净化池(2-5)内水深为0.5-2.5m，水深从池边到中央逐渐增加，池内种植有挺水植物、浮叶植物和沉水植物。
8.根据权利要求2所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述浅滩(2-6)延伸至湿地森林区(3)的末端，且其截面呈波浪形。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述溢流坝(1-4)轴线与净化区分水闸(1-1)轴线的夹角为30-45度。
10.根据权利要求2-8任意一项所述的基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于:所述侧渗系统包括位于表流湿地(2-3)和湿地森林区(3)之间的粘土夯实层(4)，以及铺设于该粘土夯实层上方的砾石层(5 )，所述粘土夯实层(4 )和砾石层(5 )均向湿地综合净化区(2)—侧倾斜。
专利摘要本实用新型涉及一种基于生态基流调控的多级湿地净化系统。本实用新型的目的提供一种基于生态基流调控的多级湿地净化系统，对不同工况下进入湿地的河道天然来水进行调控。本实用新型技术方案基于生态基流调控的多级湿地净化系统，其特征在于包括布置于河道内的分水建筑物，以及位于该分水建筑物下游、且并排布置的湿地综合净化区和湿地森林区；其中分水建筑物包括位于湿地综合净化区入口处的净化区分水闸、位于湿地森林区入口处的森林区冲砂闸，以及与净化区分水闸、森林区冲砂闸连成整体横亘于河道上的冲砂闸和溢流坝；所述湿地综合净化区的高程低于湿地森林区，且两者之间设置侧渗系统实现水体交换。本实用新型适用于生态环境工程技术领域。
文档编号C02F9/14GK202988922SQ20122068347
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者盛晟, 李军, 陈亮, 魏俊, 芮建良, 王银龙, 杜运领, 唐颖栋 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院