本高新技术属于水处理技术领域，具体涉及一种垂直潜流人工湿地。
背景技术：
人工湿地作为一种生态型污水处理技术被应用于农村生活污水处理。其中南方地区人工湿地应用比北方地区应用更多，主要原因是环境温度对人工湿地影响较大，冰冻会造成人工湿地系统瘫痪，即使不冰冻在低温环境下常规人工湿地水处理效果会大大降低。常规人工湿地应用环境在5℃以上，这一限值条件限值了人工湿地这一运维维护简单、水质净化效果好、环境美观的水处理技术广泛推广应用。
技术实现要素：
本高新技术旨在克服现有技术的不足，提供一种垂直潜流人工湿地，主要通过湿地布水方式、湿地粒料材料配比创新和合理的建筑材料选择，实现湿地能适用于更低温度，拓宽了人工湿地的适用范围。
为了达到上述目的，本高新技术提供的技术方案为：
所述垂直潜流人工湿地包括垂直潜流人工湿地本体(2)；所述垂直潜流人工湿地本体(2)内部由下至上依次设有v级配粒料层(22)、iv级配粒料层(23)、iii级配粒料层(24)、ii级配粒料层(25)和i级配粒料层(26)；所述v级配粒料层(22)内设有集水器(27)；所述ii级配粒料层(25)中下部铺设b布水器(28)，所述i级配粒料层(26)表面铺设a布水器(29)；所述i级配粒料层(26)表面设置植物(210)；所述潜污泵(17)通过管道与a布水器(29)和b布水器(28)连通。
优选地，所述i级配粒料层(26)的粒料采用粒径为20-25mm的陶粒，导热系数为0.1w/m·k；所述ii级配粒料层(25)的粒料采用粒径为10-15mm的陶粒，导热系数为0.12w/m·k；所述iii级配粒料层(24)的粒料采用粒径为5-8mm的陶粒，导热系数为0.15w/m·k；所述iv级配粒料层(23)的粒料采用砂石和瓜子片；所述v级配粒料层(22)的粒料采用砂石和/或瓜子片。
更优选地，所述i级配粒料层(26)的厚度为150-200mm；所述ii级配粒料层(25)的厚度为200-350mm；所述iii级配粒料层(24)的厚度约200-250mm；所述iv级配粒料层(23)的厚度为200-250mm；所述v级配粒料层(22)的厚度为200-300mm；所述v级配粒料层(22)、iv级配粒料层(23)、iii级配粒料层(24)、ii级配粒料层(25)和i级配粒料层(26)的总厚度为1350-1450mm。
优选地，所述植物(210)为西伯利亚鸢尾和黄菖蒲。
优选地，所述a布水器(29)包括环设于垂直潜流人工湿地本体(2)内的a布水器主管(291)和若干排平行排布且与a布水器主管(291)连通的a穿孔管(292)；所述若干排a穿孔管(292)与水流进入垂直潜流人工湿地的方向平行；所述b布水器(28)包括环设于垂直潜流人工湿地本体(2)内的b布水器主管(281)、若干排平行排布且与b布水主管(281)连通的b穿孔管(282)、若干列平行排布且穿过b穿孔管(282)并同时与b穿孔管(282)和b布水主管(281)连通的c穿孔管(283)；所述若干排b穿孔管(281)与水流进入垂直潜流人工湿地的方向平行。
更优选地，所述相邻两根a穿孔管(291)间距为800-1200mm，a穿孔管(291)上每隔800-1200mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm；所述相邻两根b穿孔管(282)间距为400-600mm，b穿孔管(282)上每隔400-600mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm；所述相邻两根c穿孔管(283)间距为400-600mm，c穿孔管(283)上每隔400-600mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm。
优选地，所述垂直潜流人工湿地本体(2)还包括湿地挡墙(21)。
优选地，所述a布水器(29)和b布水器(28)与进水管道连通，所述进水管道上设有止回阀(30)和布水器球阀(31)。
下面对本高新技术作进一步说明：
本高新技术中所述垂直潜流人工湿地为防冻型垂直潜流湿地。主要由湿地挡墙、湿地植物、布水器、级配粒料、集水器等5部分组成。其中核心部分为布水器、级配粒料、集水器。湿地挡墙主要由加气轻质砌块砌筑而成，砌筑厚度500mm。湿地挡墙总高度1500mm，其中地下1400mm，地上100mm。湿地植物采用多年生西伯利亚鸢尾和黄菖蒲，种植密度约20株/m2,如考虑景观作用，在保证上述两种植物种植密度前提下，可做增加。选上述两种植物，有四个主要作用，一是为湿地内部提供氧气，二是吸收水中无机离子，三是为湿地内部微生物生长提供载体，四是起美化作用。
布水器采用2套，a布水器、b布水器，根据环境温度开启和闭合，以满足湿地运行要求。b布水器在a布水器正下方约500mm，a布水器安装在湿地级配粒料表面，b布水器安装在第二层级配粒料中下部，距级配粒料表面约500mm。前处理池输送污水至布水器时，通过两个布水器球阀，两套布水器各配置一个。
a布水器采用循环穿孔布水，a布水器主要由布水器主管、穿孔管及管件组成。布水主管为环形，穿孔管直管连接在布水器主管之间，穿孔管间距800-1200mm，单跟穿孔管上每隔800-1200mm开一组，一组孔包括左右两孔，单孔孔径2mm。单孔布水时水平喷射距约200-300mm。b布水器采用循环穿孔井子布水，b布水器主要由布水器主管、穿孔管及管件组成。布水主管为环形，穿孔管呈井字连接在布水器主管之间，穿孔管间距400-600mm，单跟穿孔管上每隔400-600mm开一组，一组孔包括左右两孔，单孔孔径2mm。单孔布水时水平喷射距约100-150mm。
本湿地级配粒料由五层组成，总厚度1400mm。i、ii、iii级配粒料层采用陶粒粒料，iv、v级配粒料层采用天然沙石。i级配粒料层采用粒径为20-25mm的陶粒，导热系数0.1w/m·k，厚度约150-200mm，该层主要起固定植物和过滤污水中悬浮物质。ii级配粒料层采用粒径为10-15mm的陶粒，导热系数0.12w/m·k，厚度约200-350mm之间，该层由于陶粒多孔，表面积大，由于i级配粒料层空隙大，且植物根系对该深度供氧组，该层氧气含量高，生长有大量生物膜，污水通过粒料时发生生物反应，能对污水中cod、氨氮进行高效去除。iii级配粒料层采用粒径为5-8mm的陶粒，导热系数0.15w/m·k，厚度约200-250mm之间，该层适合反硝化细菌生长，污水经过该层时能进行反硝化作用，能对污水中总氮进行高效去除。iv级配粒料层采用中砂与06瓜子片的混合层，厚度约200-250mm之间，该层起深度过滤作用和同iii级配粒料层一样的反硝化作用，该层空隙下能对污水进行深度过滤，过滤的残渣在厌氧条件下又被分解。v级配粒料层采用06瓜子片，厚度200-300mm，该层位于湿地最底层，集水系统安装在该层内，该层以承托作用为主，同时起防止上面粒料层堵塞集水层。
集水层采用管道开缝集水，集水管道采用dn100-dn150upvc管子，集水管上开缝，污水通过缝进入集水层汇集后排出湿地。
在工作状态下，生活污水通过收集管道输送到防冻型垂直潜流湿地系统，污水进入防冻型垂直潜流湿地前先经过一个止回阀，该止回阀采用活接由令，防止水体倒灌冲击提升泵，同时能便于管道检修。污水通过止回阀后进入布水器中，如果温度在0℃以上，开启布水器i的布水器球阀，关闭布水器ii的布水器球阀，污水进入布水器i中，通过布水器中穿孔管进行布水，污水想穿孔管两侧喷射布水；如果温度在0℃以下，开启布水器ii的布水球阀，关闭布水器i的布水器球阀，污水进入布水器ii中，通过布水器中穿孔管进行布水。布水器i布置在湿地表面，从穿孔管中出水喷射范围广；布水器ii布置在湿地表面以下，考虑水体喷射受阻，在布水器ii总增加穿孔管数量，以保证布水分散均匀。污水通过布水器后，被布置在湿地级配粒料上，让后受重力作用，向下渗透。第一层和第二层的级配粒料主要起保温作用、固定植物、过滤作用。第三层级配粒料主要为微生物生长提供载体，通过载体上的微生物对经过污水中污染物进行讲解去除，主要去除污水中cod、nh3-n。第四层级配粒料主要为兼氧除氮层，该层生长的生物膜，能去除水中细小ss和进行脱氮作用，因为该层空气中氧气难以进入及植物根系供氧已经稀薄，该层适合兼氧微生物生长，兼性微生物能对污水中硝态氮进行反硝化脱氮作用。第五层级配粒料主要以作为为承托排水层，汇集已处理污水。污水在湿地级配粒料中通过净化后汇集进入集水器，集水器收集这些污水后排出防冻型垂直潜流湿地。
如开启a布水器关闭b布水器，占地面积为湿地日处理规模4倍的防寒型型垂直潜流湿地，湿地运行净化污水，经处理进水水质为cod为250mg/l、氨氮为25mg/l、总氮为35mg/l的生活污水，cod、氨氮、总氮去除率分别可以达到90％、80％、60％。出水水质能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级a标准以上。如由于温度较低开启布水器ii关闭布水器i，占地面积为湿地日处理规模4倍的防寒型型垂直潜流湿地，湿地运行净化污水，经处理进水水质为cod为250mg/l、氨氮为25mg/l、总氮为35mg/l的生活污水，cod、氨氮、总氮去除率分别可以达到80％、70％、55％。湿地整体效果稳定，水处理效果较好。出水水质能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级b标准以上。
与现有技术相比，本高新技术的有益效果为：
(1)采用脉冲双布水层，避免冬季温度较低布水在湿地表面或管道内冻结，造成的湿地无法实用。脉冲布水能避免连续进水造成湿地表层长时间有水，在温度低是冻结。脉冲布水能避免湿地一直连续进水，脉冲布水将污水分为若干次打入到湿地中，这样湿地表层及浅层不会长时间有水。
(2)脉冲双布水层，能实现温度低时湿地表层以下40-70cm布水，既在大部分地区冻土层以下布水，避免了湿地内部集水造成的内部冻结。在温度不低时采用脉冲双布水层上层布水，充分利用湿地空间；在温度较低时采用脉冲双布水层下层布水，
(3)湿地级配粒料含净化和保温防冻的双重作用，合理组合既保证出水水质又能节省成本。上面3层粒料采用导热性差的陶粒，兼顾保温和水质净化，下面2层粒料以水质净化效果为主，采用净化效果更好、成本低的级配沙石。
(4)防冻型垂直潜流湿地采用加气轻质砌块砌筑，湿地挡墙、底部垫层都用加气轻质砌块，防冻型垂直潜流湿地采用全地埋式。
附图说明
图1为本高新技术结构示意图；
图2为本高新技术中a布水器结构示意图；
图3为本高新技术中b布水器结构示意图。
图中：2、垂直潜流人工湿地本体；21、湿地挡墙；22、v级配粒料层；23、iv级配粒料层；24、iii级配粒料层；25、ii级配粒料层；26、i级配粒料层；27、集水器；28、b布水器；281、b布水器主管；282、b穿孔管282；283、c穿孔管；29、a布水器；291、a布水器主管；292、a穿孔管；210、植物；30、止回阀；31、布水器球阀。
具体实施方式
参见图1至图3，所述垂直潜流人工湿地包括垂直潜流人工湿地本体2；所述垂直潜流人工湿地本体2内部由下至上依次设有v级配粒料层22、iv级配粒料层23、iii级配粒料层24、ii级配粒料层25和i级配粒料层26；所述v级配粒料层22内设有集水器27；所述ii级配粒料层25中下部铺设b布水器28，所述i级配粒料层26表面铺设a布水器29；所述i级配粒料层26表面设置植物210；所述潜污泵17通过管道与a布水器29和b布水器28连通。
其中，所述i级配粒料层26的粒料采用粒径为20-25mm的陶粒，导热系数为0.1w/m·k；所述ii级配粒料层25的粒料采用粒径为10-15mm的陶粒，导热系数为0.12w/m·k；所述iii级配粒料层24的粒料采用粒径为5-8mm的陶粒，导热系数为0.15w/m·k；所述iv级配粒料层23的粒料采用砂石和瓜子片；所述v级配粒料层22的粒料采用砂石和/或瓜子片。
所述i级配粒料层26的厚度为150-200mm；所述ii级配粒料层25的厚度为200-350mm；所述iii级配粒料层24的厚度约200-250mm；所述iv级配粒料层23的厚度为200-250mm；所述v级配粒料层22的厚度为200-300mm；所述v级配粒料层22、iv级配粒料层23、iii级配粒料层24、ii级配粒料层25和i级配粒料层26的总厚度为1350-1450mm。
所述植物210为西伯利亚鸢尾和黄菖蒲。
所述a布水器29包括环设于垂直潜流人工湿地本体2内的a布水器主管291和若干排平行排布且与a布水器主管291连通的a穿孔管292；所述若干排a穿孔管292与水流进入垂直潜流人工湿地的方向平行；所述b布水器28包括环设于垂直潜流人工湿地本体2内的b布水器主管281、若干排平行排布且与b布水主管281连通的b穿孔管282、若干列平行排布且穿过b穿孔管282并同时与b穿孔管282和b布水主管281连通的c穿孔管283；所述若干排b穿孔管281与水流进入垂直潜流人工湿地的方向平行。
所述相邻两根a穿孔管291间距为800-1200mm，a穿孔管291上每隔800-1200mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm；所述相邻两根b穿孔管282间距为400-600mm，b穿孔管282上每隔400-600mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm；所述相邻两根c穿孔管283间距为400-600mm，c穿孔管283上每隔400-600mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm。
所述垂直潜流人工湿地本体2还包括湿地挡墙21。
所述a布水器29和b布水器28与进水管道连通，所述进水管道上设有止回阀30和布水器球阀31。
技术特征：
1.一种垂直潜流人工湿地，其特征在于，所述垂直潜流人工湿地包括垂直潜流人工湿地本体(2)；所述垂直潜流人工湿地本体(2)内部由下至上依次设有v级配粒料层(22)、iv级配粒料层(23)、iii级配粒料层(24)、ii级配粒料层(25)和i级配粒料层(26)；所述v级配粒料层(22)内设有集水器(27)；所述ii级配粒料层(25)中下部铺设b布水器(28)，所述i级配粒料层(26)表面铺设a布水器(29)；所述i级配粒料层(26)表面设置植物(210)。
2.如权利要求1所述的垂直潜流人工湿地，其特征在于，所述i级配粒料层(26)的粒料采用粒径为20-25mm的陶粒，导热系数为0.1w/m·k；所述ii级配粒料层(25)的粒料采用粒径为10-15mm的陶粒，导热系数为0.12w/m·k；所述iii级配粒料层(24)的粒料采用粒径为5-8mm的陶粒，导热系数为0.15w/m·k；所述iv级配粒料层(23)的粒料采用砂石或瓜子片；所述v级配粒料层(22)的粒料采用砂石或瓜子片。
3.如权利要求2所述的垂直潜流人工湿地，其特征在于，所述i级配粒料层(26)的厚度为150-200mm；所述ii级配粒料层(25)的厚度为200-350mm；所述iii级配粒料层(24)的厚度约200-250mm；所述iv级配粒料层(23)的厚度为200-250mm；所述v级配粒料层(22)的厚度为200-300mm；所述v级配粒料层(22)、iv级配粒料层(23)、iii级配粒料层(24)、ii级配粒料层(25)和i级配粒料层(26)的总厚度为1350-1450mm。
4.如权利要求1所述的垂直潜流人工湿地，其特征在于，所述植物(210)为西伯利亚鸢尾和黄菖蒲。
5.如权利要求1所述的垂直潜流人工湿地，其特征在于，所述a布水器(29)包括环设于垂直潜流人工湿地本体(2)内的a布水器主管(291)和若干排平行排布且与a布水器主管(291)连通的a穿孔管(292)；所述若干排a穿孔管(292)与水流进入垂直潜流人工湿地的方向平行；所述b布水器(28)包括环设于垂直潜流人工湿地本体(2)内的b布水器主管(281)、若干排平行排布且与b布水器主管(281)连通的b穿孔管(282)、若干列平行排布且穿过b穿孔管(282)并同时与b穿孔管(282)和b布水器主管(281)连通的c穿孔管(283)；所述若干排b穿孔管(282)与水流进入垂直潜流人工湿地的方向平行。
6.如权利要求5所述的垂直潜流人工湿地，其特征在于，所述相邻两根a穿孔管(292)间距为800-1200mm，a穿孔管(292)上每隔800-1200mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm；所述相邻两根b穿孔管(282)间距为400-600mm，b穿孔管(282)上每隔400-600mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm；所述相邻两根c穿孔管(283)间距为400-600mm，c穿孔管(283)上每隔400-600mm设一组开孔，每组开孔包括左右两个孔，开孔径为2±0.05mm。
7.如权利要求1所述的垂直潜流人工湿地，其特征在于，所述垂直潜流人工湿地本体(2)还包括湿地挡墙(21)。
8.如权利要求1所述的垂直潜流人工湿地，其特征在于，所述a布水器(29)和b布水器(28)与进水管道连通，所述进水管道上设有止回阀(30)和布水器球阀(31)。
技术总结
本高新技术公开了一种垂直潜流人工湿地包括，它垂直潜流人工湿地本体；所述垂直潜流人工湿地本体内部由下至上依次设有V级配粒料层、IV级配粒料层、III级配粒料层、II级配粒料层和I级配粒料层；所述V级配粒料层内设有集水器；所述II级配粒料层中下部铺设B布水器，所述I级配粒料层表面铺设A布水器；所述I级配粒料层表面设置植物；所述潜污泵通过管道与A布水器和B布水器连通。
技术开发人、权利持有人：陈福军;陈福太;张月生;彭关中
