一种人工湿地堵塞冲洗装置及方法

技术领域

本发明属于人工湿地技术领域，具体涉及一种人工湿地堵塞冲洗装置及方法。

背景技术

人工湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统，是模拟自然湿地构建的人工生态系统。人工湿地主要由水体、基质、水生植物、好氧或厌氧微生物种群以及中低等动物五部分组成。其中，水生植物、微生物和基质是人工湿地最基本的构成要素，湿地的净化功能一般依靠系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来完成。人工湿地一般分为表面流式和潜流式人工湿地。与表面流式人工湿地相比，潜流式人工湿地的水力负荷和污染负荷较大，对COD、SS等污染指标去除效果较好，且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象。由于具有易于建立和管理、投资少、建设运营成本低、净化效果好、有利于生态恢复等优点，潜流式人工湿地技术自从被应用以来，受到国内外的普遍重视并成功应用于各类废水的处理。

但是，随着人工湿地不断应用，湿地堵塞问题逐渐浮出水面，随之影响了人工湿地的推广。堵塞后人工湿地填料的渗透性急剧下降，过水能力随之降低，从而导致净水效果、出水效果差而影响人工湿地的正常运行，现有技术通常采用对湿地材料进行更换的方式进行处理，或将填料挖出进行清理，工程量较大进而导致成本较高，且在进行施工时人工湿地需要停止运行，进而造成不便，因此需要一种解决上述问题的人工湿地堵塞冲洗装置。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种人工湿地堵塞冲洗装置及方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种人工湿地堵塞冲洗装置，包括安装架(1)、供水管单元(2)、回流管单元(3)、驱动单元(4)和净化泵送单元(5)；

所述回流管单元(3)吊装于所述安装架(1)的中心位置；所述供水管单元(2)的设置数量为多个，沿环形布置于所述回流管单元(3)的外周，所述供水管单元(2)围成的区域形成冲洗覆盖范围；

所述回流管单元(3)包括回流管(3-1)和螺旋泵杆(3-2)；所述螺旋泵杆(3-2)垂直设置，所述螺旋泵杆(3-2)的外面套设安装所述回流管(3-1)，所述回流管(3-1)在不同高度位置，包括间隔设置的宽流道阻水段(3-1-1)、吸水网段(3-1-2)和窄流道阻水段(3-1-3)；

每个所述供水管单元(2)包括供水管(2-1)、外套管(2-2)和喷水结构(2-3)；所述外套管(2-2)与所述安装架(1)固定，所述外套管(2-2)的内部安装所述供水管(2-1)，所述供水管(2-1)在与每段所述吸水网段(3-1-2)对应的高度位置，开设朝向所述吸水网段(3-1-2)的喷水结构(2-3)，用于朝向所述吸水网段(3-1-2)喷水；

所述驱动单元(4)，分别与所述螺旋泵杆(3-2)和各个所述供水管(2-1)连接，用于驱动所述螺旋泵杆(3-2)和所述供水管(2-1)旋转；

所述净化泵送单元(5)的进水端与所述回流管(3-1)的顶部回流口连通；所述净化泵送单元(5)的出水端，与各个所述供水管(2-1)的顶部进水口连通。

优选的，对于所述回流管(3-1)，吸水网段(3-1-2)的设置数量为两个，分别为上层吸水网段和下层吸水网段；

按从上向下的方向，分别为宽流道阻水段(3-1-1)、上层吸水网段、窄流道阻水段(3-1-3)和下层吸水网段。

优选的，所述宽流道阻水段(3-1-1)和所述吸水网段(3-1-2)的内径相同；

所述窄流道阻水段(3-1-3)的内径，小于所述宽流道阻水段(3-1-1)的内径，当所述螺旋泵杆(3-2)旋转时，所述窄流道阻水段(3-1-3)内产生吸水力，进而使水沿所述吸水网段(3-1-2)抽吸到所述回流管(3-1)的管内。

优选的，所述驱动单元(4)包括减速电机(4-1)、被动齿轮(4-2)和主动齿轮(4-3)；

所述减速电机(4-1)的输出端与所述螺旋泵杆(3-2)的顶端连接；所述螺旋泵杆(3-2)的外面套装所述主动齿轮(4-3)；每个所述供水管(2-1)的外面套装所述被动齿轮(4-2)；所述主动齿轮(4-3)和所述被动齿轮(4-2)啮合。

优选的，所述净化泵送单元(5)包括储水箱(5-1)、回水管(5-2)、泵水管(5-3)、滤网(5-4)和高压泵(5-5)；

所述储水箱(5-1)的中部安装所述滤网(5-4)；所述储水箱(5-1)的上部进水端通过所述回水管(5-2)，与所述回流管(3-1)的顶部回流口连通；所述储水箱(5-1)的底部出水端与所述高压泵(5-5)的进水端连通；所述高压泵(5-5)的出水端与所述泵水管(5-3)的进水端连通；所述泵水管(5-3)的各个出水端，分别与各个所述供水管(2-1)的顶部进水口连通。

优选的，所述供水管(2-1)的顶部固定安装有旋转接头(2-1-1)，所述旋转接头(2-1-1)与所述泵水管(5-3)的出水端密封转动连接。

优选的，所述喷水结构(2-3)包括：外扇形通道(2-3-1)、内流道(2-3-2)和喷水孔(2-3-3)；

所述供水管(2-1)在对应高度位置开设所述喷水孔(2-3-3)；所述外套管(2-2)在朝向所述吸水网段(3-1-2)的方向开设与所述供水管(2-1)的外壁连通的所述外扇形通道(2-3-1)，所述外扇形通道(2-3-1)与所述喷水孔(2-3-3)的开设高度相同；在所述外套管(2-2)的与所述外扇形通道(2-3-1)相对的另一侧内壁，设置所述内流道(2-3-2)；所述内流道(2-3-2)与所述外扇形通道(2-3-1)连通，所述内流道(2-3-2)与所述喷水孔(2-3-3)的开设高度相同。

优选的，所述外扇形通道(2-3-1)的圆心角小于180度；所述内流道(2-3-2)为开于所述外套管(2-2)内壁的槽状结构，其深度小于所述外套管(2-2)的壁厚。

本发明还提供一种所述的一种人工湿地堵塞冲洗装置的冲洗方法，包括以下步骤：

在需要处理的人工湿地中均匀选取多个点位，人工湿地堵塞冲洗装置的中心依次插入到每个点位对应的人工湿地内，进行人工湿地堵塞冲洗流程；从而完成对整个人工湿地的堵塞冲洗；

对于单个点位，人工湿地堵塞冲洗装置进行人工湿地堵塞冲洗流程包括以下步骤：

步骤1，将人工湿地堵塞冲洗装置的供水管单元(2)和回流管单元(3)插入到人工湿地内，使供水管单元(2)和回流管单元(3)的底部，靠近人工湿地的池底；

步骤2，启动驱动单元(4)和净化泵送单元(5)；

驱动单元(4)驱动位于中心的回流管单元(3)的螺旋泵杆(3-2)和位于外围的供水管单元(2)的供水管(2-1)同步转动；

净化泵送单元(5)的高压泵(5-5)工作，将储水箱(5-1)内经过滤网(5-4)过滤后的净水通过泵水管(5-3)输送给各个供水管(2-1)；

各个供水管(2-1)在转动过程中，间隙向回流管(3-1)方向喷水，由此实现对回流管(3-1)和供水管(2-1)之间湿地区域的冲洗作用；

对湿地区域冲洗后的污水沿回流管(3-1)和供水管(2-1)之间湿地区域下沉；又由于螺旋泵杆(3-2)转动以及窄流道阻水段(3-1-3)的作用，使回流管(3-1)内形成负压，进而将下沉的污水抽入到回流管(3-1)内，并沿着回流管(3-1)向上流动，最终通过回水管(5-2)流回到储水箱(5-1)内；经储水箱(5-1)的滤网(5-4)过滤净化后，重新向各个供水管(2-1)供水，由此实现水流持续利用，并持续向回流管(3-1)和供水管(2-1)之间湿地区域进行冲洗。

优选的，各个供水管(2-1)在转动过程中，间隙向回流管(3-1)方向喷水，由此实现对回流管(3-1)和供水管(2-1)之间湿地区域的冲洗作用，具体为：

供水管(2-1)持续进行360度范围的转动，在转动过程中，当其喷水孔(2-3-3)朝向外扇形通道(2-3-1)时，供水管(2-1)从喷水孔(2-3-3)向外喷水，并且，一方面，在外扇形通道(2-3-1)的限制作用下，喷水孔(2-3-3)喷水形成一个扇形区域；又由于外扇形通道(2-3-1)朝向吸水网段(3-1-2)，由此使喷水孔(2-3-3)喷出的水，既对回流管(3-1)和供水管(2-1)之间湿地区域进行冲洗，又由于水流直接喷向吸水网段(3-1-2)，防止吸水网段(3-1-2)堵塞；在转动过程中，当其喷水孔(2-3-3)朝向内流道(2-3-2)时，喷水孔(2-3-3)喷出的水经内流道(2-3-2)流向外扇形通道(2-3-1)，并最终向外流出，通过内流道(2-3-2)进行泄流，防止供水管(2-1)内压力过程并保证供水管(2-1)正常转动；

回流管(3-1)抽水方法具体为：

在回流管(3-1)内螺旋泵杆(3-2)转动作用下，外侧周转积水透过吸水网段(3-1-2)被吸入到回流管(3-1)内侧，再回流到储水箱(5-1)内。

本发明提供的一种人工湿地堵塞冲洗装置及方法具有以下优点：

(1)本装置通过其结构设计，实现了在不挖出填料的情况下对湿地填料进行清洗，且不需要停止湿地的运行，在一定程度上降低了成本。

(2)采用逐点位的湿地填料冲洗方式，在每个点位进行冲洗时，供水管仅朝向回水管方向喷水，并通过回水管将积水及时有效吸走，防止冲洗后污水向其他区域蔓延，此种方式，在水压一定的情况下，对冲洗范围进行限定，可保证每个点位的冲洗效果，提高冲洗效率。

附图说明

图1是本发明人工湿地堵塞冲洗装置的结构示意图；

图2是本发明人工湿地堵塞冲洗装置的外套管外扇形通道部位横剖视结构示意图；

图3是本发明人工湿地堵塞冲洗装置的使用状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种人工湿地堵塞冲洗装置及方法，属于人工湿地领域，通过驱动单元和净化泵送单元工作，驱动单元带动供水管转动，净化泵送单元对供水管进行供水，进而水通过供水管上的喷水孔向外喷出，同时在供水管转动和外扇形通道的限制作用下，喷水孔喷水形成一个扇形区域，内流道对喷水孔转动到外套管内侧时进行泄流，多个供水管共同作用实现了对供水管到回流管之间湿地填料的冲洗；在螺旋泵杆的转动作用下，将积水通过吸水网段吸取到回水管，进而回流到净化泵送单元净化后泵送给供水管，实现人工湿地堵塞冲洗。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种人工湿地堵塞冲洗装置，包括安装架1、供水管单元2、回流管单元3、驱动单元4和净化泵送单元5；

回流管单元3吊装于安装架1的中心位置；供水管单元2的设置数量为多个，沿环形阵列状布置于回流管单元3的外周，供水管单元2围成的区域形成冲洗覆盖范围；

回流管单元3包括回流管3-1和螺旋泵杆3-2；螺旋泵杆3-2垂直设置，螺旋泵杆3-2的外面套设安装回流管3-1，回流管3-1在不同高度位置，包括间隔设置的宽流道阻水段3-1-1、吸水网段3-1-2和窄流道阻水段3-1-3；

每个供水管单元2包括供水管2-1、外套管2-2和喷水结构2-3；外套管2-2与安装架1固定，外套管2-2的内部安装供水管2-1，供水管2-1在与每段吸水网段3-1-2对应的高度位置，开设朝向吸水网段3-1-2的喷水结构2-3，用于朝向吸水网段3-1-2喷水；

驱动单元4，分别与螺旋泵杆3-2和各个供水管2-1连接，用于驱动螺旋泵杆3-2和供水管2-1旋转；

净化泵送单元5的进水端与回流管3-1的顶部回流口连通；净化泵送单元5的出水端，与各个供水管2-1的顶部进水口连通。

下面对本发明的各结构进行详细介绍：

(1)回流管3-1

对于回流管3-1，作为一个具体实施例，吸水网段3-1-2的设置数量为两个，分别为上层吸水网段和下层吸水网段；

按从上向下的方向，分别为宽流道阻水段3-1-1、上层吸水网段、窄流道阻水段3-1-3和下层吸水网段。其中，宽流道阻水段3-1-1和吸水网段3-1-2的内径相同；窄流道阻水段3-1-3的内径，小于宽流道阻水段3-1-1的内径，当螺旋泵杆3-2旋转时，窄流道阻水段3-1-3内产生吸水力，进而使水沿吸水网段3-1-2抽吸到回流管3-1的管内。

具体的，在螺旋泵杆转动作用下，下层吸水网段在螺旋泵杆作用下将下部的积水向上吸取，由于回流管宽流道阻水段3-1-1内径大于窄流道阻水段3-1-3，进而上网段部位积水也进入上层吸水网段内侧然后被吸入到回水管，进而回流到净化泵送结构净化后泵送给泵送管，实现人工湿地堵塞冲洗。

(2)驱动单元4

驱动单元4包括减速电机4-1、被动齿轮4-2和主动齿轮4-3；被动齿轮4-2和主动齿轮4-3构成传动结构；

减速电机4-1固定安装在安装架1上，其输出端与螺旋泵杆3-2的顶端连接；螺旋泵杆3-2的外面套装主动齿轮4-3；每个供水管2-1的外面套装被动齿轮4-2；主动齿轮4-3和被动齿轮4-2啮合。减速电机4-1转动带动主动齿轮4-3转动，进而带动被动齿轮4-2转动。

(3)净化泵送单元5

净化泵送单元5包括储水箱5-1、回水管5-2、泵水管5-3、滤网5-4和高压泵5-5；

储水箱5-1的中部安装滤网5-4；储水箱5-1的上部进水端通过回水管5-2，与回流管3-1的顶部回流口连通；储水箱5-1的底部出水端与高压泵5-5的进水端连通；高压泵5-5的出水端与泵水管5-3的进水端连通；泵水管5-3的各个出水端，分别与各个供水管2-1的顶部进水口连通。

通过储水箱5-1对水进行存储，当回流水通过回水管5-2流到储水箱5-1上部时，经过储水箱5-1内的滤网5-4进行过滤后通过高压泵5-5泵送回到泵水管5-3，本发明中，储水箱5-1搭配滤网5-4过滤结构可利用其它污水处理结构代替，例如沉淀池加上加压滤膜过滤结构。

供水管2-1的顶部固定安装有旋转接头2-1-1，旋转接头2-1-1与泵水管5-3的出水端密封转动连接，由此实现供水管2-1的可转动结构。

(4)供水管2-1的喷水结构2-3

参考图3，喷水结构2-3包括：外扇形通道2-3-1、内流道2-3-2和喷水孔2-3-3；

供水管2-1在对应高度位置开设喷水孔2-3-3；外套管2-2在朝向吸水网段3-1-2的方向开设与供水管2-1的外壁连通的外扇形通道2-3-1，外扇形通道2-3-1与喷水孔2-3-3的开设高度相同；在外套管2-2的与外扇形通道2-3-1相对的另一侧内壁，设置内流道2-3-2；内流道2-3-2与外扇形通道2-3-1连通，内流道2-3-2与喷水孔2-3-3的开设高度相同。通过设置内流道2-3-2，防止喷水孔2-3-3转动到外套管2-2内侧时被外套管2-2内侧阻挡，导致供水管2-1内压力过高。

具体实现上，外扇形通道2-3-1的圆心角小于180度，进而限制喷水孔2-3-3喷出的水流范围，使得水流朝向回流管2-3侧汇聚。内流道2-3-2为开于外套管2-2内壁的槽状结构，其深度小于外套管2-2的壁厚，进而喷水孔2-3-3朝向内流道2-3-2部位时，水流通过内流道2-3-2导流从外扇形通道2-3-1排出，进而实现了喷水孔2-3-3水流的泄流排出。

本发明还提供一种人工湿地堵塞冲洗装置的冲洗方法，包括以下步骤：

在需要处理的人工湿地中均匀选取多个点位，人工湿地堵塞冲洗装置的中心依次插入到每个点位对应的人工湿地内，进行人工湿地堵塞冲洗流程；从而完成对整个人工湿地的堵塞冲洗；

对于单个点位，人工湿地堵塞冲洗装置进行人工湿地堵塞冲洗流程包括以下步骤：

步骤1，将人工湿地堵塞冲洗装置的供水管单元2和回流管单元3插入到人工湿地内，使供水管单元2和回流管单元3的底部，靠近人工湿地的池底；

步骤2，启动驱动单元4和净化泵送单元5；

驱动单元4驱动位于中心的回流管单元3的螺旋泵杆3-2和位于外围的供水管单元2的供水管2-1同步转动；

净化泵送单元5的高压泵5-5工作，将储水箱5-1内经过滤网5-4过滤后的净水通过泵水管5-3输送给各个供水管2-1；

各个供水管2-1在转动过程中，间隙向回流管3-1方向喷水，由此实现对回流管3-1和供水管2-1之间湿地区域的冲洗作用；具体的，供水管2-1持续进行360度范围的转动，在转动过程中，当其喷水孔2-3-3朝向外扇形通道2-3-1时，供水管2-1从喷水孔2-3-3向外喷水，并且，一方面，在外扇形通道2-3-1的限制作用下，喷水孔2-3-3喷水形成一个扇形区域；又由于外扇形通道2-3-1朝向吸水网段3-1-2，由此使喷水孔2-3-3喷出的水，既对回流管3-1和供水管2-1之间湿地区域进行冲洗，又由于水流直接喷向吸水网段3-1-2，防止吸水网段3-1-2堵塞；在转动过程中，当其喷水孔2-3-3朝向内流道2-3-2时，喷水孔2-3-3喷出的水经内流道2-3-2流向外扇形通道2-3-1，并最终向外流出，通过内流道2-3-2进行泄流，防止供水管2-1内压力过程并保证供水管2-1正常转动；

对湿地区域冲洗后的污水沿回流管3-1和供水管2-1之间湿地区域下沉；又由于螺旋泵杆3-2转动以及窄流道阻水段3-1-3的作用，使回流管3-1内形成负压，进而将下沉的污水抽入到回流管3-1内，并沿着回流管3-1向上流动，最终通过回水管5-2流回到储水箱5-1内；经储水箱5-1的滤网5-4过滤净化后，重新向各个供水管2-1供水，由此实现水流持续利用，并持续向回流管3-1和供水管2-1之间湿地区域进行冲洗。

回流管3-1抽水方法具体为：

在回流管3-1内螺旋泵杆3-2转动作用下，外侧周转积水透过吸水网段3-1-2被吸入到回流管3-1内侧，再回流到储水箱5-1内。

通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不再对电气控制做说明。

在本实施方案中：

工作时，通过将安装架1安装于机动设备上例如水上挖掘机的小臂上，然后将供水管2-1和回流管3-1插入到人工湿地内，然后减速电机4-1和净化泵送结构工作，减速电机4-1工作通过传动结构带动供水管2-1转动，净化泵送结构对供水管2-1进行供水，进而水通过供水管2-1上的喷水孔2-3-3向外喷出，同时在供水管2-1转动和外扇形通道2-3-1的限制作用下，喷水孔2-3-3喷水形成一个扇形区域，内流道2-3-2对喷水孔2-3-3转动到外套管2-2内侧时进行泄流，进而多个供水管2-1共同作用实现了对供水管2-1内侧(即供水管到回流管之间区域)填料的冲洗，然后在螺旋泵杆的转动作用下，将积水通过吸水网段吸取到回水管3-1，进而回流到净化泵送结构净化后泵送给供水管2-1，形成循环。

本发明提供了一种人工湿地堵塞冲洗装置，具备以下有益效果：

(1)本装置通过其结构设计，实现了在不挖出填料的情况下对湿地填料进行清洗，且不需要停止湿地的运行，在一定程度上降低了成本。

(2)采用逐点位的湿地填料冲洗方式，在每个点位进行冲洗时，供水管仅朝向回水管方向喷水，并通过回水管将积水及时有效吸走，防止冲洗后污水向其他区域蔓延，此种方式，在水压一定的情况下，对冲洗范围进行限定，可保证每个点位的冲洗效果，提高冲洗效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。