專利名稱：一種低阻力防堵塞垂直流濕地結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
環(huán)境工程技術(shù)。本發(fā)明涉及一種低阻力防堵塞垂直流濕地結(jié)構(gòu)，適用于生活污水深度凈 化或輕度污染地表水的高標準凈化，宜與其它水質(zhì)凈化技術(shù)組合使用。
背景技術(shù)：
垂直流濕地是一種常用的水質(zhì)凈化單元技術(shù)，主要利用其填充基質(zhì)表面的沉淀、吸附、 微生物和濕地植物及其根際微生物來實現(xiàn)水質(zhì)凈化。垂直流濕地的深度較大，因而空間利用 率較高，在組合工藝中通常被安排在后段來實現(xiàn)深度澄清水質(zhì)和厭氧凈化(反硝化等)過程。 傳統(tǒng)垂直流濕地的布水、集水系統(tǒng)比較復雜，過水阻力較大，需要較高的驅(qū)動水位差，且容 易被水中挾帶的固體污染物及自身產(chǎn)生的生物膜脫落物堵塞，因而其應(yīng)用受到嚴格限制。為 滿足輕度污染河水的高標準凈化技術(shù)需求，我們在撫仙湖窯泥溝濕地、馬料河濕地首次研發(fā) 使用了淺型垂直流濕地，其獨特的結(jié)構(gòu)和水流方式只需要100mm的水位差便可驅(qū)動，且自2002 年投入運行以來從未堵塞；在污水廠尾水深度凈化濕地技術(shù)中，我們進一步完善了該垂直流 濕地4支術(shù)，在驅(qū)動水位差100mm的條件下將填料深度提高到2m以上，并且在云南大理洱源縣 城污水廠尾水深度凈化濕地技術(shù)試驗工程等得以成功應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標在于針對垂直流濕地過水阻力大、易于堵塞、難以清洗等技術(shù)問題，研 發(fā)新的垂直流濕地結(jié)構(gòu)，最大限度地降低布水、集水系統(tǒng)的運行阻力和驅(qū)動水位差，實現(xiàn)布 水系統(tǒng)的自動清洗和填充基質(zhì)的強制清洗，達到持久穩(wěn)定運行之目的。
為達到以上研發(fā)目標，采取了以下技術(shù)方案。 (1)由布水溝、填料池和集水溝組成的硬質(zhì)池體結(jié)構(gòu)
嵌入地下的長方體硬質(zhì)承壓水池(l)，深度2m 3m (可以纟艮據(jù)需要加深)，寬度20m 30m, 長度不限，整體高程與相鄰工藝單元匹配。沿長度方向在承壓水池一側(cè)砌筑布水溝分隔池埂 (2)，形成寬度lm左右的布水溝(3);在另一側(cè)砌筑集水溝分隔池埂(4),形成寬度lm左右的集 水溝(5);在兩條分隔池埂之間形成填料池(6)。布水溝進水口(7)和集水溝出水口(8)與相鄰工 藝單元銜接。200910024894.7
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(2) 由布水溝和布水管組成的羽狀布水系統(tǒng)
平行排布的布水管(9)以500mm左右的間隔安裝在填料池底300mm高度的水平面上，兩端 穿過分隔池埂，暴露在集水溝一端的管口以螺口堵頭(10)封堵。布水管材質(zhì)為塑料多孔管， 管徑視長度和設(shè)計流量而定， 一般采用DN100PVC管；開孔密度和孔徑根據(jù)水力學計算確定, 以消耗100mm水頭達到設(shè)計流量且布水均勻為宜。水流從布水溝直接進入每一根布水管，只 要布水溝有足夠大的過水斷面，基本保持水位一致，就可實現(xiàn)所有布水管以及整個填料池的 均勻布水。
(3) 由表面自由水層和分水溢流堰、集水溝組成的集水系統(tǒng)
集水溝分隔池埂頂部低于承壓水池池埂300mm并均勻布設(shè)有"V"形堰口(ll)，構(gòu)成了控 制填料池出水的分水溢流堰(12);在填料層(13)之上有深度100 200mm的表面自由水層(14), 該水層向分水溢流堰自由流動，經(jīng)由"V"形堰口跌落到集水溝，匯集后自出水口流出。
(4) 在》^層形成的微流速均勻上升水流
由布水管均勻逸散出的水流在填料層勻速上升，其上升流速之緩慢使得填料層對上升水 流的阻力可以忽略不計，因而在填料層形成近似均一的上升水流(15)。按照填料層孔隙率 30%、水力負荷1000mm/d測算，填料層內(nèi)的上升水流平均流速不到0.04mm/s。
(5) 防堵塞及清洗技術(shù) 本垂直流濕地對進水水質(zhì)的要求是SS々Omg/L，并有比較完善的防堵塞及清洗技術(shù)，完
全可以解決堵塞問題，保障持久穩(wěn)定的運行。
與填料池等深的布水溝本身具有一定的沉淀功能，溝底低于布水管入口300mm,可 以提供必要的沉積物緩存空間，防止布水溝底沉積物進入布水管，需要定期清理溝 底沉積物。
為防止填料或生物膜脫落物堵塞布水管出水孔(16),以千砌磚在布水管外砌筑保護
套(l7),水流由磚縫隙逸出。
當布水管水流不暢時，可以逐個打開布水管暴露在集水溝里的螺口堵頭，以短路水
流沖洗布水管內(nèi)腔。
可以對填料層進行氣洗逐個封堵布水管進水口，將50kPa的壓縮空氣接入布水管， 就會在該布水管上方的填料層形成高速水-氣流，將填料層內(nèi)的蓄積物清洗出來。
可以對填料層進行大流量水洗按照布水管排列分組清洗，預(yù)留一組布水管，封堵 其余各組布水管的進水口，以低揚程大流量水泵將集水溝內(nèi)的水抽入布水溝，形成 盡可能大的水位差(布水溝最高水位)，以較大的水流強制通過預(yù)留的那紐布水管及其上方的條料層，將填料層內(nèi)的蓄積物清洗出來，在集水溝內(nèi)沉淀并清除。 本發(fā)明主要有以下優(yōu)點
(1) 布水均勻。由大斷面的布水溝和并列的布水管構(gòu)成羽狀布水系統(tǒng)，在布水管上的出水 孔處消耗水壓實現(xiàn)均勻布水。
(2) 低水位差驅(qū)動。只需要100mm水位差驅(qū)動，可以與相鄰工藝單元自流匹配，節(jié)能環(huán)保。
(3) 防堵塞可清洗結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)持久穩(wěn)定運行。兼有沉淀功能的布水溝和布水管外的保護套 可以有效防止布水管堵塞；布水管兩端暴露在外，可以對每一根布水管及其上方的填 料層進行水洗和氣洗。
(4) 池體深度不限，節(jié)約土地。在地質(zhì)條件允許的前提下，本發(fā)明的垂直流濕地結(jié)構(gòu)原則 上不限制池體深度，可以經(jīng)濟合理作為確定池體適宜深度的主要指標，尤其適合作為 污水廠尾水深度凈化的核心工藝。
應(yīng)用舉例
本發(fā)明2002年在撫仙湖窯泥溝濕地、馬料河濕地(處理污染河水)首次應(yīng)用，填料層厚 度0.8m,已經(jīng)正常運行7年；2004年在大理洱源污水廠尾水深度凈化濕地工程應(yīng)用，填料層厚 度1.8m，已經(jīng)正常運行5年；2006年在溪池福保高負荷構(gòu)筑濕地應(yīng)用，填料層厚度2m，并且 配置了微量曝氣系統(tǒng)，運行正常。在以上應(yīng)用實例中，采用本發(fā)明的垂直流濕地作為一個工 藝環(huán)節(jié)，在濾清水質(zhì)、完成氧化-消化(附加人工曝氣)和厭氧脫氮等方面均具有較高的效率。


圖1——池體平面和橫斷面圖
圖2——由布水溝和布水管構(gòu)成的羽狀布水系統(tǒng)
圖3——由表面自由水層和分水溢流堰、集水溝組成的集水系統(tǒng)
圖4——在填料層形成的均勻上升水流
困5——布水管外的干砌磚保護套
圖中l(wèi).承壓水池，2.布水溝分隔池埂，3.布水溝，4.集水溝分隔池埂，5.集水溝，6. 填料池，7.進水口， 8.出水口， 9.布水管，10.螺口堵頭，11. "V"形堰口， 12.分水溢流 堰，13.填料層，14.表面自由水層，15.上升水流，16.布水管出水孔，17.保護套。
具體實施例方式
本發(fā)明按照以下步驟進行工程性應(yīng)用
(1) 按照流量要求和地質(zhì)條件，設(shè)計并建造硬質(zhì)池體，在集水溝分隔池埂頂部切割"V" 形堰口 。
(2) 在填料池內(nèi)填充礫石墊層，至安裝布水管的高度。
(3) 在分隔池埂上特定高度鉆孔，安裝布水管，并以干砌磚砌筑保護套。
(4) 在填料池內(nèi)填充碌石(或其它填料)，至低于"V"形堰口底100 150mm高度。
(5) 向布水溝和集水溝同時注水至"V"形堰口底高度。
(6) 在填料池內(nèi)栽種濕生植物，維持水位并養(yǎng)護管理至成活。
(7) 與相鄰工藝單元串聯(lián)運行。
權(quán)利要求
1.在同一長方體承壓水池內(nèi)由兩條分隔池埂劃分的布水溝、填料池、集水溝并列池體結(jié)構(gòu)。
2. 由大斷面布水溝和一組平行排列的布水管組成的羽狀布水系統(tǒng)。
3. 布水溝底低于布水管口、布水管外有護套的防堵塞結(jié)構(gòu)。
4. 布水管兩端外露，可以對布水管及其上方的填料層進行水洗、氣洗的技術(shù)思路。
5. 由頂部自由水層、分水溢流堰、集水溝組成的集水系統(tǒng)。
6. 綜合以上各點形成的低阻力防堵塞垂直流濕地整體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種低阻力防堵塞垂直流濕地結(jié)構(gòu)。一個長方體承壓水池(寬度20～30m，長度、深度不限)被兩條分隔池埂劃分成并列的布水溝、填料池和集水溝，填料池與集水溝之間的分隔池埂低于其它池埂300mm且頂部均勻布設(shè)“V”形堰口，布水溝和集水溝通過進水口和出水口與相鄰工藝單元連通；在填料池底部300mm高度平面上間隔500mm平行鋪設(shè)布水管，布水管進水端穿過分隔池埂暴露在布水溝內(nèi)，布水管另一端穿過另一分隔池埂暴露在集水溝內(nèi)且以螺口堵頭封堵，布水管上密布出水孔并以干砌磚外套保護；在填料池內(nèi)填充填料至“V”形堰口下100～150mm，注水并栽種植物后便可投入運行；水流由前一工藝單元經(jīng)進水口進入布水溝，自布水溝直接進入每條布水管，克服布水管上出水孔的阻力進入填料層，在填料層均勻低速上升到達填料層上方的自由水層，再從“V”形堰口溢流跌入集水溝，經(jīng)出水口進入下一工藝單元。本垂直流濕地結(jié)構(gòu)能有效防止堵塞并可進行多種方式的原位自動清洗，只需要100mm水位差驅(qū)動，布水均勻，節(jié)能環(huán)保，土地利用率高(深度大)，可持久穩(wěn)定運行，采用本發(fā)明建設(shè)的各類濕地工程已經(jīng)正常運行2～7年。
文檔編號C02F3/32GK101492205SQ20091002489
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者馮慕華, 李文朝, 潘繼征 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所