水平潜流人工湿地自动排除沉积物的装置及其人工湿地的制作方法

本发明属于水处理领域，尤其涉及一种水平潜流人工湿地自动排除沉积物的装置及其人工湿地。

背景技术：

水平潜流人工湿地是由池体、填料、植物和微生物组成，通过物理、化学和生物的协同作用使污水得到净化的水处理技术。与表面流人工湿地相比，潜流人工湿地的污水在湿地床的内部流动，具有负荷率高，占地面积小，处理效果可靠及耐冲击负荷等优点，因此在工程上得到了广泛的应用。

但是，随着水平潜流人工湿地应用规模的扩大，运行过程中也暴露出一些问题，其中最为突出的就是基质堵塞，即湿地床体基质有效孔隙率减小的过程。随着湿地床体堵塞过程的不断发展，湿地厌氧环境也会不断产生，进而继续加速人工湿地的堵塞，导致填料的渗透系数减小，污水的渗透速度减缓，容易引起水流不畅、填料表层严重积水、出水水质不达标、散发恶臭等一系列环境问题。

有以下几点造成堵塞的原因：①水平潜流人工湿地内部填料之间的孔隙相当于一个大型过滤器，运行时间过长必然会截留过多的悬浮物造成堵塞。winter等（2003）认为在湿地堵塞过程中，进水的cod和悬浮物特别是直径大于50μm的颗粒起着关键作用；②水平潜流人工湿地主要依靠微生物的分解代谢和植物的同化吸收处理污水，则必然产生一些代谢产物、腐烂的植物根系，容易造成湿地堵塞；③影响堵塞的化学机制也有很多，如基质中水相的有机物组成、ph、溶解氧、氧化还原电位以及固相的矿物成分、表面特性等。

据美国环保局对100多个运行中人工湿地的调查显示，有近一半的人工湿地系统在投入使用后的5年内出现了堵塞问题，导致其水力传导系数降低、除污效果变差、运行寿命缩短（朱洁和陈洪斌2009），进而严重影响了人工湿地的污水处理效率，甚至给人工湿地带来致命的打击。因此，寻求解决之法显得十分迫切。

目前，对于基质堵塞的防治措施日益丰富，但主要还是以预防为主、防治结合。污水预处理、更换湿地填料、间歇进水、停床整修、投加化学药剂等手段，虽然可以减缓湿地的堵塞，但在实际应用中存在耗能大、成本较高和操作复杂等缺点。因此，通过合理的结构设计和运行优化，实现沉积物的周期性自动排除、预防湿地堵塞的发生是非常必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水平潜流人工湿地自动排除沉积物的装置及其人工湿地，以弥补现有技术的不足。

为了达到上述目的，本发明自动排除沉积物的装置为：在水平潜流人工湿地底部铺设上表面两侧带有均匀小孔的大口径具孔横管，后接虹吸管，利用虹吸原理，将湿地内部的沉积物周期性自动排除。所述水平潜流人工湿地主体部分由上下两层组成，上层为复合土，种植有挺水植物；下层为填料层，填料层具有良好孔隙、水流易于通过、由填料介质组成。所述具孔横管的最左端是闭口的，管外径在20-50cm之间，其上表面两侧沿轴向开有两排小孔，小孔轴向与垂直方向形成的夹角范围在20-40°之间，单侧孔间距范围为10-30cm，小孔的直径范围是2-5cm。所述虹吸管右侧底部设有虹吸出水口，用于虹吸出水，出水口低于池体底部0.1-2m。

本发明自动排除沉积物的方法为：在水平潜流人工湿地运行过程中，当水位周期性达到虹吸管的倒u型部位高度时，立即发生虹吸现象，湿地内部脱落的生物膜、腐烂变碎的细小植物根系等沉积物迅速通过具孔横管上的小孔自动抽离出湿地。

相比于其他技术而言，本发明具有结构简单、易于操作、自动化程度高、节能等优点，可以轻松快速排除湿地内部堆积的沉积物，达到预防湿地堵塞的目的。因而可以广泛应用于水平潜流人工湿地的污水处理。

附图说明

图1本发明的水平潜流人工湿地结构示意图。

图2本发明的具孔横管结构示意图。

图3本发明的具孔横管截面示意图。

其中，1具孔横管，2小孔，3倒u形管，4出水管，5填料层，6复合土层，7挺水植物。

具体实施方式

如图1-3所示，一种水平潜流人工湿地自动排除沉积物的装置，其特征在于包括一端封闭的大口径具孔横管1，具孔横管1的敞开端与其上方倒u形管3的其中一个端口相连，倒u形管3的另一个端口与出水管4相连；所述具孔横管1上表面沿轴向开有两排小孔2。

所述具孔横管1外径在20-50cm之间；小孔2轴向与竖直方向所呈夹角范围在20-40°之间，每一排小孔2之间的孔间距范围为10-30cm，小孔2直径的范围是2-5cm。

如图1-3所示，一种利用上述装置构建的能自动排除沉积物的水平潜流人工湿地，包括池体，池体底部有填料层5，填料层5具有良好孔隙、水流易于通过、由填料介质组成；填料层5上方有复合土层6，复合土层6种植挺水植物7，其特征是将具孔横管1铺设在填料层中靠近池体底部的位置，具孔横管1的开口端穿出池体侧壁，并通过弯头与倒u形管3的一端相连，倒u形管3的另一端与出水管4相连；倒u形管3的高度范围是低于池体顶部、高于池体底部0.3-1.5m，所述出水管4的出水口低于湿地池体的底部0.1-2m。

在水平潜流人工湿地运行过程中，当水位周期性达到虹吸管的倒u型部位高度时，立即发生虹吸现象，湿地内部脱落的生物膜、腐烂变碎的细小植物根系等沉积物迅速通过具孔横管1上的小孔2自动抽离出湿地，起到预防基质堵塞的目的。

技术特征：

技术总结
水平潜流人工湿地自动排除沉积物的装置及其人工湿地，包括一端封闭的大口径具孔横管，其上表面两侧沿轴向开有两排小孔；具孔横管的敞开端与其上方倒U形管的其中一个端口相连，倒U形管的另一个端口与出水管相连。在水平潜流人工湿地的填料层底部铺设上述具孔横管，其开口端穿出池体侧壁，后通过弯管连接上述虹吸管。在水平潜流人工湿地运行过程中，一旦水位达到虹吸管的倒U型部位高度时，立即发生虹吸现象，湿地内部脱落的生物膜、腐烂变碎的细小植物根系等沉积物迅速通过具孔横管上的小孔抽离出湿地，达到预防人工湿地堵塞的目的。本发明具有结构简单、易于操作、自动化程度高、节能等优点，可广泛用于水平潜流人工湿地的污水处理。

技术研发人员：李锋民;郑宇;郭得松;储祺
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2019.07.03
技术公布日：2019.10.22