一种生物强化立体景观人工湿地系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物强化立体景观人工湿地系统，为立体结构，包括溢流池、溢流堰、导流板、出水渠、水泵、输水管、净化层和格栅；净化层包括人工湿地和生物球净化区，净化层的层数至少为一层；净化层的一侧设置有格栅；溢流池位于立体结构的顶端，水泵通过输水管与溢流池连接；溢流池一侧设置有溢流堰，溢流堰的外围设置有导流板，导流板与下一层净化层相连；最底层的净化层与出水渠相连。本发明集人工湿地净化、生物球强化处理、跌水曝气、防渗功能、视觉美感于一体，可多个并联或串联运行，大幅度提高了人工湿地的处理效率，一定程度减少了人工湿地的占地面积。本发明可广泛应用于广大农村地区生活污水处理、污水厂尾水深度处理等领域。
【专利说明】一种生物强化立体景观人工湿地系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及人工湿地领域，具体是一种生物强化立体景观人工湿地系统。
【背景技术】
[0002] 人工湿地系统水质净化技术是20世纪70-80年代发展起来的一种新型的污、废水 处理工艺，定义为人工设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合 体。目前人工湿地分三种形式：表面流人工湿地（SFW)，潜流人工湿地（SFS)和垂直流人工 湿地（VCW)，其中潜流人工湿地是各国研究和应用最为广泛的类型。
[0003] 人工湿地具有投资低、耗能少、缓冲容量大、工艺简单等特点，在国内外已得到广 泛的应用。由于植物吸附过程中根区吸收和微生物降解等生化过程都需要溶氧，而目前国 内外的人工湿地多采用平面型结构，污水在湿地中停留时间长、水流较为平缓、植物根系和 填料长期浸泡在水中，导致人工湿地基质溶氧水平低，限制了湿地污水处理的效果，增加了 人工湿地占地面积。该缺点是限制其快速推广应用的瓶颈问题之一。人工湿地处理效率低 是造成其占地面积大的根本原因，如何提高人工湿地的处理效率是解决问题的关键。目前 提高人工湿地处理效率的方法主要是通过人工湿地中基质、水生植物、微生物的优化组合、 辅助生物强化处理、增加人工曝气装置等，虽然不同程度的提高了人工湿地的处理效率，但 是结果依然不如人意。例如CN102126794A公布的自由跌水充氧的人工湿地系统，由阶梯状 的多级人工湿地构成，利用自由跌水曝气充氧，在一定程度上解决了曝气问题，但是对地形 要求较高且整个人工湿地的处理效率还有待提高。如何科学有效的提高人工湿地的处理效 率，从而解决人工湿地占地面积大这一瓶颈问题，是人工湿地进一步发展亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种集人工湿地净化、生物球强化处理、跌水曝气、防渗功 能、视觉美感于一体的能够有效去除污水中有机物、氮、磷物质，显著提高出水水质的生物 强化立体景观人工湿地系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种生物强化立体景观人工湿地系统，为立体结构，包括溢流池、溢流堰、导流板、出水 渠、水泵、输水管、净化层和格栅；所述净化层包括人工湿地和生物球净化区，所述净化层的 层数至少为一层；所述净化层的一侧设置有格栅；所述溢流池位于立体结构的顶端，所述 水泵通过输水管与溢流池连接；所述溢流池一侧设置有溢流堰，所述溢流堰的外围设置有 导流板，所述导流板与下一层净化层相连；最底层的净化层与出水渠相连。
[0006] 作为本发明进一步的方案：所述人工湿地包括水生植物和人工湿地基质，所述生 物球净化区包括生物球。
[0007] 作为本发明进一步的方案：所述生物球净化区位于人工湿地的外周。
[0008] 作为本发明进一步的方案：根据具体的进水水质及出水水质要求，设置不同层数 和不同尺寸的净化层。
[0009] 作为本发明进一步的方案：根据景观需要和地形条件，将整个系统设计为圆形、椭 圆形、矩形等形状，优选为圆形。
[0010] 作为本发明进一步的方案：当整个系统为圆形时，所述溢流池的半径和高度相等， 所述溢流堰的高度为溢流池高度的三分之一，所述溢流堰的长度为溢流池周长的四分之 一；所述净化层的宽度为溢流池半径的2-4倍；所述人工湿地与生物球净化区的宽度比为 1-2。
[0011] 作为本发明进一步的方案：所述人工湿地的宽度大于1米，且为溢流池半径的1-2 倍，所述人工湿地为潜流型人工湿地SFS，具体的基质和水生植物的选用，根据现行人工湿 地设计规范确定。
[0012] 作为本发明进一步的方案：所述生物球由聚烯烃塑料制成球形的聚烯烃塑料骨 架与以醛化纤纶为材料的软性纤维填料构成，其比表面积范围为2500-4000m 2/m3,密度为 3. 5_7kg/m3,直径为 5cm。
[0013] 所述的生物强化立体景观人工湿地系统的工作过程为：污水经一定预处理之后， 由水泵提升，通过输水管输送至立体结构顶端的溢流池；污水以跌水的方式由溢流堰进入 第一层净化层中的人工湿地；经过该层人工湿地净化之后，污水进入同层的生物球净化区 进行强化处理；之后污水再以跌水的方式进入下一净化层的人工湿地，以此往复，最终进入 出水渠。
[0014] 作为本发明进一步的方案：污水的停留时间至少为30分钟。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： (1)以立体结构为基础，实现了生物强化处理和人工湿地的有效结合。本发明的净化层 包括生物球净化区、人工湿地两个部分，生物球增加了整个系统的微生物的数量，提高了系 统去除有机物、氮、磷等物质的能力，保证了良好的出水水质。
[0016] (2)以立体结构为基础，实现了跌水曝气和人工湿地的有效结合。污水在生物球净 化区出水口的位置以跌水方式进入下一层，污水在此过程中曝气增氧，在下一净化层的人 工湿地中形成好氧、缺氧、厌氧的区域，有利于氮的硝化与反硝化条件的形成，提高了氮的 去除能力，同时在好氧区域有利于有机物的去除。
[0017] (3)以立体结构为基础，净化层采用钢筋混凝土为构造材料，以达到一定的强度要 求，增强了人工湿地防渗能力，减少了污水对地下水的污染，同时降低了人工湿地的防渗成 本。
[0018] (4)处理效果好。本人工湿地系统可多个并联或串联运行，有效去除有机物、氮、磷 等污染物质，出水水质好，大幅度提高了人工湿地的处理效率，一定程度减少了人工湿地的 占地面积。
[0019] (5)以立体结构为基础，辅以人工湿地的水生植物，增强了本发明的视觉美感，提 高了区域景观价值。
[0020] (6)对水质、水量变化适应性强。若进水水质污染浓度较高或出水水质要求提高 时，可增加立体结构的级数，若污水水量增加较多，可构建多个人工湿地系统以串联或并联 的形式来满足水量要求。
[0021] (7)应用范围广。基于以上优点，该发明可广泛应用于广大农村地区生活污水处 理、污水厂尾水深度处理等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是一种生物强化立体景观人工湿地系统的立体示意及水流方向图； 图2是一种生物强化立体景观人工湿地系统的俯视示意及水流方向图； 图3是一种生物强化立体景观人工湿地系统的正视示意图； 图4是一种生物强化立体景观人工湿地系统的整体剖面结构示意图； 图5是一种生物强化立体景观人工湿地系统的局部剖面结构示意图； 图中：1 -溢流池、2-溢流堰、3-导流板、4-人工湿地、5-生物球净化区、6-出水渠、7-水 泵、8-输水管、9-生物球、10-水生植物、11-人工湿地基质、12-净化层、13-格栅。
【具体实施方式】
[0023] 下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。
[0024] 请参阅图1-5,本发明实施例中，一种生物强化立体景观人工湿地系统，为立体结 构，包括溢流池1、溢流堰2、导流板3、出水渠6、水泵7、输水管8、净化层12和格栅13 ;净 化层12的层数至少为一层，净化层12包括人工湿地4和生物球净化区5,其中生物球净化 区5位于人工湿地4的外周；人工湿地4包括水生植物10和人工湿地基质11 ;生物球净化 区5包括生物球9 ;净化层12的一侧设置有格栅13 ;溢流池1位于立体结构的顶端，水泵7 通过输水管8与溢流池1连接；溢流池2 -侧设置有溢流堰2,溢流堰2的外围设置有导流 板3,导流板3与下一层净化层12相连；最底层的净化层12与出水渠6相连。
[0025] 本发明的工作过程为：污水经一定预处理之后，由水泵7提升，通过输水管8输送 至立体结构顶端的溢流池1 ;污水以跌水的方式由溢流池1进入第一层净化层12中的人工 湿地4,跌水曝气在下一净化层12的人工湿地4中容易形成好氧、缺氧、厌氧的区域，有利 于氮的硝化与反硝化条件的形成，提高了氮的去除能力，同时在好氧区域有利于有机物的 去除；经过该层人工湿地4净化之后，污水进入同层的生物球净化区5进行强化处理，生物 球9的强化处理功能进一步提高了水体净化处理能力；之后污水再以跌水的方式进入下一 净化层12的人工湿地4,以此往复，最终进入出水渠6。污水多次经过人工湿地4净化、生 物球净化区12强化处理，水体中污染物得到有效去除，水质明显提高。该立体结构使得人 工湿地具有较好的防渗能力，同时具有较强的视觉美感，提高了区域景观价值。
[0026] 该人工湿地系统的水利停留时间（HRT)至少为30分钟。可根据水量、进水水质和 出水水质要求，构建多个人工湿地系统以串联或并联的形式进行污水处理。
[0027] 所述的立体结构，以钢筋混凝土材料构成，根据具体的进水水质及出水水质要求 设置不同的层数和尺寸，同时还可以根据景观需要和地形条件设计为圆形、椭圆形、矩形等 形状，该处以圆形为例。
[0028] 所述的溢流池1，为满足水量调节和出水量的要求，及美观的需要，要求半径和高 度相等（R=H)，溢流池1中溢流堰2高度为溢流池1高度的三分之一，长度为溢流池1周长 的四分之一。
[0029] 所述的净化层12,内侧设置为人工湿地4,外侧设置为生物球净化区5,人工湿地4 与生物球净化区5宽度比为1-2 ;净化层12的宽度为溢流池1半径的2-4倍。
[0030] 所述的人工湿地4,宽度一般大于1米，且为溢流池1半径的1-2倍，人工湿地4的 类型为潜流型人工湿地（SFS)，具体的人工湿地基质11和水生植物10的选用，根据现有人 工湿地设计规范确定；为获得更好的景观效果，不同净化层12可选用不同的水生植物10或 水生植物10组合。
[0031] 所述的生物球净化区5中，生物球9由聚烯烃塑料制成球形的聚烯烃塑料骨架 与以醛化纤纶为材料的软性纤维填料构成，其比表面积范围为2500-4000m 2/m3,密度为 3. 5-7kg/m3,直径为5cm。生物球净化区5在填满生物球9之后，在生物球9最上一层覆盖 铁丝网以固定生物球9。在生物球净化区5出水处设置格栅13,防止生物球9进入下一净 化层12。
[0032] 所述的水泵1、输水管8,根据现行设计规范和设计手册确定具体的型号、管径和 管材等。 实施例
[0033] 在苏南某农村污水处理厂进行中试，日处理量为80吨，该人工湿地系统采用的 是三层圆形立体结构，具体尺寸如下：溢流池1高为0. 5m，半径为0. 5m，溢流堰2高度为 0· 35m。净化层12的宽度为2. 0m，深度为0· 5m (人工湿地4的深度为0· 8m，其中人工湿地 基质11的深度为〇. 5m)，人工湿地4和生物球净化区5的宽度都为I. Om，这样整个人工湿 地系统占地150m2,按现行人工湿地处理能力估算，日处理80吨生活污水的人工湿地所需土 地面积在400m 2左右，由此可见本发明显著减少了人工湿地的占地面积。本发明实施例的 人工湿地基质11采用土壤、灰渣和细沙，水生植物10选用凤眼莲、水葱、千屈菜、菖蒲。
[0034] 在本实例条件下运行15天后，人工湿地系统达到稳定状态，进出水主要污染指 标浓度见下表1，由表中的数据可知，生活污水中的〇? &的去除率可达到71. 5%，TP、TN、 NH3-N的去除率也可达到60%以上；出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 189182002 -级排放标准。
[0035] 表1进出水水质对照表
【权利要求】
1. 一种生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，为立体结构，包括溢流池（1 )、 溢流堰（2)、导流板（3)、出水渠（6)、水泵（7)、输水管（8)、净化层（12)和格栅（13);所述净 化层（12)包括人工湿地（4)和生物球净化区（5)，所述净化层（12)的层数至少为一层；所 述净化层（12)的一侧设置有格栅（13);所述溢流池（1)位于立体结构的顶端，所述水泵（7) 通过输水管（8 )与溢流池（1)连接；所述溢流池（2 ) -侧设置有溢流堰（2 )，所述溢流堰（2 ) 的外围设置有导流板（3)，所述导流板（3)与下一层净化层（12)相连；最底层的净化层（12) 与出水渠（6)相连。
2. 根据权利要求1所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，所述人工湿 地（4)包括水生植物（10 )和人工湿地基质（11)，所述生物球净化区（5 )包括生物球（9 )。
3. 根据权利要求1所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，所述生物球 净化区（5)位于人工湿地（4)的外周。
4. 根据权利要求1所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，根据具体的 进水水质及出水水质要求，设置不同层数和不同尺寸的净化层（12)。
5. 根据权利要求1-4任一所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，根据 景观需要和地形条件，将整个系统设计为圆形、椭圆形、矩形等形状，优选为圆形。
6. 根据权利要求5所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，当整个系统 为圆形时，所述溢流池（1)的半径和高度相等，所述溢流堰（2)的高度为溢流池（1)高度的 三分之一，所述溢流堰（2)的长度为溢流池（1)周长的四分之一；所述净化层（12)的宽度为 溢流池（1)半径的2-4倍；所述人工湿地（4)与生物球净化区（5)的宽度比为1-2。
7. 根据权利要求6所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，所述人工湿 地（4)的宽度大于1米，且为溢流池（1)半径的1-2倍，所述人工湿地（4)为潜流型人工湿 地SFS，具体的基质和水生植物的选用，根据现行人工湿地设计规范确定。
8. 根据权利要求2所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，所述生物球 (9)由聚烯烃塑料制成球形的聚烯烃塑料骨架与以醛化纤纶为材料的软性纤维填料构成， 其比表面积范围为2500-4000m2/m3,密度为3. 5-7kg/m3,直径为5cm。
9. 根据权利要求1-8任一所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，工作 过程为：污水经一定预处理之后，由水泵（7)提升，通过输水管（8)输送至立体结构顶端的 溢流池（1);污水以跌水的方式由溢流堰（2)进入第一层净化层（12)中的人工湿地（4);经 过该层人工湿地（4)净化之后，污水进入同层的生物球净化区（5 )进行强化处理；之后污水 再以跌水的方式进入下一净化层（12)的人工湿地（4)，以此往复，最终进入出水渠（6)。
10. 根据权利要求9所述的生物强化立体景观人工湿地系统，其特征在于，污水的停留 时间至少为30分钟。
【文档编号】C02F9/14GK104496125SQ201410814992
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】周凌 申请人:浙江省城乡规划设计研究院