CN111153505A - 一种阶梯型人工湿地***及其水体净化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阶梯型人工湿地***及其水体净化的方法，包括第1级阶梯湿地单元、中间阶梯湿地单元、末端阶梯湿地单元，第1级阶梯湿地单元、中间阶梯湿地单元或末端阶梯湿地单元包括：下底板、侧底板、出流坝、填料、湿地植物。相邻的阶梯湿地单元的连接关系是：上一级阶梯湿地单元的下底板与下一级阶梯湿地单元的侧底板相连。本发明的阶梯型人工湿地***及其水体净化的方法可以有效利用坡地构建人工湿地，对COD、BOD、氨氮等污染物的处理率高，低能耗、易管理，并兼具生态功能和景观功能，本发明适用于有机污染水源水、景观环境用水、面源污染以及生活污水、农业废水等水的处理以及水体的水质保持，适用性广。
Description
技术领域
本发明属于资源与环境的技术领域，更具体涉及一种阶梯型人工湿地***及其水体净化的方法，适用于坡地的人工湿地构建，有机污染水源水、景观环境用水、面源污染以及生活污水、农业废水等水体的处理以及水体的水质保持。
背景技术
传统的人工湿地布设于平面或者缓坡，因其底坡一般不超过1％，当地形坡度较大时，土地就难以有效利用。因此，在地形坡度较大的情况下，一般只能做传统或生态护坡，基本不具备处理功能，并且植物类型有限、景观效果有限。
此外，传统的人工湿地对有机物和氨氮，特别是氨氮的处理去除率较低，除非是采用机械曝气或鼓风曝气的方式。而采用机械曝气或者鼓风曝气又会增加曝气设备、相应地会增加维护成本和电耗。
随着生态文明建设的需求，坡地作为过去的边角余料，也增加了处理功能，包括各类近水堤岸，迫切需要一种生态的、兼具处理效能和景观效果的方法和措施，能够承担水处理和水质保持功能。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供了一种阶梯型人工湿地***及其水体净化的方法，可以有效利用坡地，具有针对COD、BOD、氨氮等污染物的高处理效率，能够承担水处理和水质保持功能；同时兼具生态功能和美观功能。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
本发明的阶梯型人工湿地***，包括进水装置、阶梯湿地主体、出水装置；
阶梯湿地主体包括顺下坡方向依次布置的第1级阶梯湿地单元、中间阶梯湿地单元、末端阶梯湿地单元，所述第1级阶梯湿地单元、中间阶梯湿地单元和末端阶梯湿地单元的结构相同，均包括：下底板、侧底板、出流坝，在出流坝、侧底板和下底板之间设有填料，所述填料上种植有湿地植物；
相邻的阶梯湿地单元的连接关系为：上一级阶梯湿地单元的下底板与下一级阶梯湿地单元的侧底板相连；
所述进水装置平接或坡接所述阶梯湿地主体的第1级阶梯湿地单元的侧底板；
所述出水装置平接或坡接所述阶梯湿地主体的末端阶梯湿地单元的出流坝。
进一步的，所述出流坝上配置有侧向通水、通风的孔或缝。所述出流坝采用块石垒砌而成，或采用木排桩或竹排桩叠加而成。所述填料的上顶低于所述出流坝的坝顶。
优选的，每级阶梯湿地单元之间的落差不小于100mm。所述阶梯湿地主体的坡度为7°～42°。
本发明的阶梯型人工湿地***的水体净化的方法，其步骤是：
A、通过进水装置向阶梯湿地主体的第1级阶梯湿地单元进水，水在跌落过程以及在填料中下落的过程中进行充氧；
B、通过填料的潮湿表面生长的生物膜吸附水中的污染物质，并在生物膜表面好氧条件下，生物膜自外向内形成营养物质和溶解氧的降序梯度，营养物质和溶解氧向内扩散的过程中，经历好氧、缺氧、厌氧过程中，不同污染物质得到去除；
C、水通过阶梯湿地主体逐级跌落，在不同的阶梯湿地单元中重复以上过程，水得到逐步净化；
D、生物膜在反复的充氧、耗氧条件下运行，与湿地植物形成一个生态链，以及在流水的冲刷作用下，生物膜不断更新、维持活性；
E、随着湿地植物的生长，湿地植物的根须增加填料的比表面积和增强复氧能力。
本发明所采取的技术措施的关键技术方案是：
(1)人工湿地底板顺下坡方向布置成阶梯型；
(2)逐级设置出流坝，坝上配置适当的侧向通水、通风的孔、缝；
(3)在出流坝和底板之间填充填料、并种植湿地植物，填充填料的上顶低于出流坝坝顶；
(4)自阶梯型人工湿地顶部进水，水在跌落、扩散过程中充氧、净化，逐级重复以上过程直至出水。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
本发明的阶梯型人工湿地***及其水体净化的方法可以有效利用坡地构建人工湿地，对COD、BOD、氨氮等污染物的处理率高，低能耗、易管理，并兼具生态功能和景观功能，本发明适用于有机污染水源水、景观环境用水、面源污染以及生活污水、农业废水等水的处理以及水体的水质保持，适用性广。
附图说明
图1为本发明的阶梯型人工湿地***(单级阶梯)的示意图；
图2为本发明的阶梯型人工湿地***((2级阶梯)的示意图；
图3为本发明的阶梯型人工湿地***(3级阶梯及以上)的示意图；。
其中：1－进水装置、2－阶梯湿地主体、3－出水装置、4－下底板、5－侧底板、6－出流坝、7－填料、8－湿地植物、9－第1级阶梯湿地单元、10－中间阶梯湿地单元、99－末端阶梯湿地单元。
具体实施方式
实施例1：
根据图1、图2、图3所示，本发明采用一种阶梯型人工湿地技术，其技术方案如下：
(1)人工湿地底板顺下坡方向布置成阶梯型；
(2)逐级设置出流坝，坝上配置适当的侧向通水、通风的孔、缝；
(3)在出流坝和底板之间填充填料、并种植湿地植物，填充填料的上顶低于出流坝坝顶；
(4)自阶梯型人工湿地顶部进水，水在跌落、扩散过程中充氧、净化，逐级重复以上过程直至出水。
优选的，坡度为42°，特殊情况下不宜超过65°。
优选的，出流坝采用块石垒砌、木排桩或竹排桩等生态措施制作，开孔率不超过8％。
优选的，采用间歇进水方式，一个进水、停水的周期不小于10min。
优选的，每级阶梯湿地单元之间的落差不小于100mm。
本发明的阶梯型人工湿地***的水体净化的方法，其步骤在于：
①通过进水装置1向阶梯型人工湿地的第1级阶梯湿地单元9进水，水在跌落过程以及在填料7中下落的过程中充氧，最高可至饱和；
②湿地填料7的潮湿表面生长的生物膜，自外向内分别为胞外多糖多肽吸附层、好氧细菌层、兼氧细菌层、厌氧细菌层，生物膜吸附水中的污染物质，并在生物膜表面好氧条件下，生物膜自外向内形成营养物质和溶解氧的降序梯度，营养物质和溶解氧向内扩散的过程中，经历好氧、缺氧、厌氧过程中，不同营养物质(污染物质)得到去除；
③水通过阶梯湿地主体2逐级跌落，在不同的阶梯单元中重复以上过程，水得到逐步净化；
④生物膜在反复的充氧、耗氧条件下运行，生物种类多样化，与湿地植物8形成一个生态链，以及在流水的冲刷作用下，生物膜不断更新、维持活性；
⑤随着湿地植物8的生长，湿地植物8的根须既增加了填料的比表面积，也增强了复氧能力，因而阶梯型湿地的处理效果将逐步上升。
相应的，本发明的一种阶梯型人工湿地***，由进水装置、1级或多级阶梯单元人工湿地、出水装置3等组成。其包括：进水装置1、阶梯湿地主体2、出水装置3。
所述进水装置1平接或坡接阶梯湿地主体2的第1级阶梯湿地单元9的侧底板5。
所述阶梯湿地主体2，包括第1级阶梯湿地单元9、中间阶梯湿地单元10、末端阶梯湿地单元99。第1级阶梯湿地单元9、中间阶梯湿地单元10或末端阶梯湿地单元99，包括：下底板4、侧底板5、出流坝6、填料7、湿地植物8。相邻的阶梯湿地单元的连接关系是：上一级阶梯湿地单元的下底板4与下一级阶梯湿地单元的侧底板5相连。
所述出水装置3由末端阶梯湿地单元99的出流坝6平接或坡接。
采用本发明的阶梯型人工湿地，作为水体的水质保持的典型处理效果如下表所示：
| 项目 | COD<sub>Mn</sub> | 藻类* | 氨氮 | SS |
| 进水(mg/L) | 7.0 | 30 | 2.5 | 30 |
| 出水(mg/L) | 4.0 | 5 | 1.0 | 15 |
| 去除率 | 43％ | 83％ | 60％ | 50％ |
藻类*的单位为万个/L
实施例2：
本实施例的阶梯型人工湿地***的水体净化的方法，其步骤在于：
①通过进水装置1向阶梯型人工湿地的第1级阶梯湿地单元9进水，水在跌落过程以及在填料7中下落的过程中充氧，最高可至饱和；
②湿地填料7的潮湿表面生长的生物膜，吸附水中的污染物质，并在生物膜表面好氧条件下，生物膜自外向内形成营养物质和溶解氧的降序梯度，营养物质和溶解氧向内扩散的过程中，经历好氧、缺氧、厌氧过程中，不同营养物质(污染物质)得到去除；
③水通过阶梯湿地主体2逐级跌落，在不同的阶梯单元中重复以上过程，水得到逐步净化；
④生物膜在反复的充氧、耗氧条件下运行，生物种类多样化，与湿地植物8形成一个生态链，以及在流水的冲刷作用下，生物膜不断更新、维持活性；
⑤随着湿地植物8的生长，湿地植物8的根须既增加了填料的比表面积，也增强了复氧能力，因而阶梯型湿地的处理效果将逐步上升。
相应的，本发明的实施例2的一种阶梯型人工湿地***，由进水装置、1级或多级阶梯单元人工湿地、出水装置3等组成。其包括：进水装置1、阶梯湿地主体2、出水装置3。
所述进水装置1平接或坡接阶梯湿地主体2的第1级阶梯湿地单元9的侧底板5。
所述阶梯湿地主体2，包括第1级阶梯湿地单元9、中间阶梯湿地单元10、末端阶梯湿地单元99。第1级阶梯湿地单元9、中间阶梯湿地单元10或末端阶梯湿地单元99，包括：下底板4、侧底板5、出流坝6、填料7、湿地植物8。相邻的阶梯湿地单元的连接关系是：上一级阶梯湿地单元的下底板4与下一级阶梯湿地单元的侧底板5相连。
所述出水装置3由末端阶梯湿地单元99的出流坝6平接或坡接。
其中，出流坝6采用块石垒砌、木排桩或竹排桩等生态措施制作，开孔率不超过8％。优选的，采用间歇进水方式，一个进水、停水的周期不小于10min。阶梯湿地主体2的坡度为7°，每级阶梯湿地单元之间的落差不小于100mm。
采用实施例2的阶梯型人工湿地***，用于环湖、沿河等坡地的面源污染截留和处理措施，其典型处理效果如下表所示：
| 项目 | COD | TP | 氨氮 | SS |
| 进水(mg/L) | 100 | 4.0 | 15 | 150 |
| 出水(mg/L) | 40 | 1.0 | 2 | 30 |
| 去除率 | 60％ | 80％ | 87％ | 80％ |
。
Claims (7)
1.一种阶梯型人工湿地***，其特征在于：包括进水装置(1)、阶梯湿地主体(2)、出水装置(3)；
阶梯湿地主体(2)包括顺下坡方向依次布置的第1级阶梯湿地单元(9)、中间阶梯湿地单元(10)、末端阶梯湿地单元(99)，所述第1级阶梯湿地单元(9)、中间阶梯湿地单元(10)和末端阶梯湿地单元(99)的结构相同，均包括：下底板(4)、侧底板(5)、出流坝(6)，在出流坝(6)、侧底板(5)和下底板(4)之间设有填料(7)，所述填料(7)上种植有湿地植物(8)；
相邻的阶梯湿地单元的连接关系为：上一级阶梯湿地单元的下底板(4)与下一级阶梯湿地单元的侧底板(5)相连；
所述进水装置(1)平接或坡接所述阶梯湿地主体(2)的第1级阶梯湿地单元(9)的侧底板(5)；
所述出水装置(3)平接或坡接所述阶梯湿地主体(2)的末端阶梯湿地单元(99)的出流坝(6)。
2.根据权利要求1所述的一种阶梯型人工湿地***，其特征在于：所述出流坝(6)上配置有侧向通水、通风的孔或缝。
3.根据权利要求1所述的一种阶梯型人工湿地***，其特征在于：所述出流坝采用块石垒砌而成，或采用木排桩或竹排桩叠加而成。
4.根据权利要求1所述的一种阶梯型人工湿地***，其特征在于：所述填料(7)的上顶低于所述出流坝(6)的坝顶。
5.根据权利要求1所述的一种阶梯型人工湿地***，其特征在于：每级阶梯湿地单元之间的落差不小于100mm。
6.根据权利要求1所述的一种阶梯型人工湿地***，其特征在于：所述阶梯湿地主体(2)的坡度为7°～42°。
7.一种采用权利要求1至6任一项所述的阶梯型人工湿地***进行水体净化的方法，其特征在于：其步骤是：
A、通过进水装置(1)向阶梯湿地主体(2)的第1级阶梯湿地单元(9)进水，水在跌落过程以及在填料(7)中下落的过程中进行充氧；
B、通过填料(7)的潮湿表面生长的生物膜吸附水中的污染物质，并在生物膜表面好氧条件下，生物膜自外向内形成营养物质和溶解氧的降序梯度，营养物质和溶解氧向内扩散的过程中，经历好氧、缺氧、厌氧过程中，不同污染物质得到去除；
C、水通过阶梯湿地主体(2)逐级跌落，在不同的阶梯湿地单元中重复以上过程，水得到逐步净化；
D、生物膜在反复的充氧、耗氧条件下运行，与湿地植物(8)形成一个生态链，以及在流水的冲刷作用下，生物膜不断更新、维持活性；
E、随着湿地植物(8)的生长，湿地植物(8)的根须增加填料的比表面积和增强复氧能力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200515 |