一种水平流人工湿地及其施工方法

技术领域

本申请涉及人工湿地的领域，尤其是涉及一种水平流人工湿地及其施工方法。

背景技术

湿地是陆生生态和水生生态之间的过渡地带，是具有最高初级生产力的生态系统。人工湿地实质是一个综合生态系统，源于对自然湿地的模拟，主要应用生态系统中各个共生物种的能量和物质循环的再生作用，在促进废水中污染物良性循环的前提下，充分发挥资源生产潜力，获得污水处理与资源化的最佳效益，防止污水对环境造成二次污染。

湿地污水处理系统是一种较好的废水处理方式，特别是它充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益，因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益。随着对湿地污水处理系统不断地研究，湿地独特而复杂的净化机理使其能够在重金属工业废水、难降解有机废水的处理中发挥良好的应用，因此人工湿地污水处理系统的应用逐渐从生活污水与工业废水及农业污水治理方面转移。可以说，湿地污水处理技术将会越来越受到人们的重视，并取得日益广泛的应用。

人工湿地运行一段时间后，基质容易发生堵塞现象，这将导致湿地基质的渗透系数急剧下降，过水能力降低，引发恶臭，蚊蝇滋生，恶化运行环境，降低污染物的去除效果。

发明内容

为了减轻人工湿地的堵塞现象，本申请提一种水平流人工湿地及其施工方法。

第一方面，本申请提供一种水平流人工湿地，采用如下的技术方案：

一种水平流人工湿地，包括单元池和铺设在所述单元池底层的防渗结构，所述单元池四周具有边墙，其相对两边墙内侧分别在防渗结构上设置有进水区和出水区，所述进水区内设置有布水管，所述出水区内设置有集水管，进水区至出水区之间设置有生物净化区，所述生物净化区包括从进水区至出水区依次横向设置有粗火山岩层、生物陶粒层和粗碎石层。

通过采用上述技术方案，防渗结构能够防止单元池底部渗水，生物净化区用于净化水质，进水区、生物净化区和出水区层水平设置，下部压力较小，有利于水的流动，生物净化区采用的粗火山岩层、生物陶粒和粗碎石层均为粒径较大的填料，空隙较大，附着能力强，不容易堵塞，使用寿命长，且并且层结构横向设置能够便于任一区域内填料的更换，容易后期维护。

可选的，所述防渗结构包括从下到上依次设置的下保护细粒土层、防渗膜和上保护细粒土层。

通过采用上述技术方案，上保护细粒土层和下保护细粒土层能够对防渗膜进行保护。

可选的，所述防渗结构与其上方的进水区、生物净化区和出水区之间设置有无纺布。

通过采用上述技术方案，无纺布能够起到隔离作用，防止混料。

可选的，所述单元池的底部倾斜设置，所述进水区高于所述出水区。

通过采用上述技术方案，有利于水流从进水区流向出水区。

可选的，所述进水区和出水区均采用细碎石铺设。

通过采用上述技术方案，细碎石有利于渗水，且能够进行初步和最后的过滤作用。

可选的，进水区、粗火山岩层、生物陶粒层、粗碎石层和出水区任意相邻两个区域之间均设置有隔断。

通过采用上述技术方案，隔断起到支撑和隔离的作用，在填充隔板两侧层结构的基料时，能够防止混料，以免影响净水效果。

可选的，所述隔断包括两层隔离网和夹持在两层隔离网之间的隔板，所述隔板在能够从上方抽出。

通过采用上述技术方案，隔板两侧的层结构填充后，将隔板从上方抽出，两层隔离网在基料的压力下并拢，能够渗水，且起到隔离作用，防止后期使用过程中混料。

可选的，两层所述隔离网的底部分别向相对方向延伸。

通过采用上述技术方案，隔离网底部被基料压住，能够在抽离隔板时防止隔离网被带出。

第二方面，本申请提供一种水平流人工湿地的施工方法，采用如下的技术方案：

一种水平流人工湿地的施工方法，包括以下施工步骤：

S1、在铺设了防渗结构的单元池内按进水方向填料，铺设进水区时安装布水管；

S2、在单元池顶部铺设跨墙道路，以便于在单元池深处使用装载机、挖掘机等机械填出生物净化区和出水区，跨墙道路和单元池中已铺装的填料上层采用无纺布加防护板进行保护、分隔；

S3、铺料过程中，进水区、粗火山岩层、生物陶粒层、粗碎石层和出水区各层结构填料分界处均设置隔断，隔断两侧的填料均衡上升，将隔断的隔板随着填料上升速度缓慢提拔；

S4、铺设出水区时分上下两层，填至第一层高度，人工挖出管沟，安装集水管，人工回填管沟，完成管沟回填后进行第二层填料至设计高程；

S5、将小型装载机及小型单斗挖掘机等机械沿跨墙道路推出单元池，然后将跨墙道路清走。

通过采用上述技术方案，铺设跨墙道路能够供机械行走，实现机械化填料，从而提高施工效率，在相邻层结构之间设置隔板，能够防止混料，隔板两侧填料均衡上升，使隔板受力均匀以免倾倒，将隔板随着填料上升速度缓慢提拔，避免摩擦力过大而提拔困难。

可选的，在步骤S2中，跨墙道路和已铺装的单元池填料之间采用无纺布和防护板进行分隔。

通过采用上述技术方案，防止跨墙道路与单元池的填料混合，且方便于将跨墙道路清走。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.生物净化区采用的粗火山岩层、生物陶粒和粗碎石层均为粒径较大的填料，空隙较大，附着能力强，不容易堵塞，使用寿命长；

2.隔板两侧的层结构填充后，将隔板从上方抽出，两层隔离网在基料的压力下并拢，能够渗水，且起到隔离作用，防止后期使用过程中混料；

3.填料施工时铺设跨墙道路能够供机械行走，实现机械化填料，从而提高施工效率。

附图说明

图1是水平流人工湿地的整体结构示意图；

图2是水平流人工湿地的防渗结构和隔断的结构示意图；

图3是水平流人工湿地的铺设跨墙道路的俯视图。

附图标记说明：1、边墙；2、防渗结构；21、下保护细粒土层；22、防渗膜；23、上保护细粒土层；3、进水区；31、布水管；4、生物净化区；41、粗火山岩层；42、生物陶粒层；43、粗碎石层；5、出水区；51、集水管；6、无纺布；7、隔断；71、隔板；72、隔离网；8、跨墙道路。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种水平流人工湿地。参照图1，水平流人工湿地包括多个结构相同且并列设置的单元池，每个单元池均包括混凝土的边墙1和铺设在单元池底部的防渗结构2，防渗结构2上方铺设的填料分为进水区3、生物净化区4和出水区5，进水区3和出水区5分别设置在相对两边墙1的内侧，生物净化区4设置在进水区3和出水区5之间，水流从进水区3经过生物净化区4的过滤流至出水区5。

参照图1和图2，单元池的底部倾斜设置一定角度，使得进水区3一侧高于出水区5一侧。防渗结构2包括从下到上依次设置的下保护细粒土层21、防渗膜22和上保护细粒土层23。下保护细粒土层21还充当找平层，厚度可以设置为100mm，防渗膜22的厚度可以设置为1mm，上保护层细粒土层厚度可以设置为300mm-400mm。上保护层细粒土层的上方可以铺设无纺布6，与上方的进水区3、生物净化区4和出水区5分隔，以免混料。

参照图1，进水区3和出水区5均采用细碎石铺设，细碎石粒度均可以选择为16-32mm。进水区3设置有布水管31，布水管31的一端位于进水区3内，且设置为多孔结构，另一端穿出进水区3一侧的边墙1。出水区5设置有集水管51，集水管51的一端位于出水区5内且设置为多孔结构，另一端穿出出水区5一侧的边墙1。布水管31的我位置高于集水管51，布水管31和集水管51均可以采用dn200PVC～U压力管道。

生物净化区4包括从进水区3至出水区5依次横向设置的粗火山岩层41、生物陶粒层42和粗碎石层43，它们的粒度均可以选择为8-16mm。

细碎石和粗碎石由自然颗粒矿石或人工破碎后形成的达到一定级配的粗糙、坚硬、耐用、密实的自然或人工破碎颗粒料，如石灰岩碎石。主要技术要求：

（1）主要成分：含钙（以CaCO3计）质量比）≥60%的为自然矿石成分；碎石密度：＞2.5t/m3，不含可见泥土、粉屑、有机杂质；

（2）化学特性：具有较强的稳定性，不在水中溶解，不含有毒物质；

（3）粒径范围：根据施工图纸要求的一个碎石粒径范围中，粒径大于最大粒径的量小于5%，粒径小于最小粒径的量小于5%；

（4）不均匀系数：不均匀系数指经筛分，通过碎石滤料质量80%的筛孔与通过质量10%的筛孔孔径的比值，不均匀系数≤1.6。

粗火山岩层41利用其多孔、松散、外观粗糙的自然属性，增加微生物挂膜能力，增加微生物数量，提高湿地净化效率，其技术要求如下：

（1）堆积密度:0.7～0.9g/cm3,对材质进行检验和约束：因表观密度与堆积密度存在颗粒间空隙差异，一般空隙率可达到50%以上，即表观密度约是堆积密度的2倍以上关系；

（2）空隙率≥50%，对填料松散程度进行约束，保证湿地水的停留时间；

（3）含泥量≤1%，对填料纯净及空隙进行约束，保证湿地水的停留时间；

（4）抗压强度或筒压强度≥5.0MPa，对填料质地进行约束，保证填料使用寿命；

（5）比表面积>5m2/g,对填料粗糙程度进行约束，保证湿地水质净化效果；

（6）粒径范围:粒径大于最大粒径的量小于5%,粒径小于最小粒径的量小于5%。

生物陶粒层42主要功能是引入初始微生物，对湿地微生物生态进行驯化和引导，提高初期填料微生物数量,提高湿地净化效率,缩短湿地成熟时间，尽快尽早尽大发挥湿地净水能力。生物陶粒采用具有粗糙表面的骨料外裹附一层微生物膜形成的复合填料，是一种半稳定过程产品，没有固定标准和规范,主要靠经验控制，采用拟覆膜微生物原料有效微生物菌群数及覆膜厚度为主要控制指标，其技术要求如下：

（1）总活菌数≥20亿CFU/g以上，为保证菌落为有效菌，可酌情枚举，即检测具体有效菌数量，如乳酸菌,酵母菌等；

（2）骨料颗粒覆膜厚度≥0.5mm；

（3）载体结构选自碎石、再生石子、石灰石中的一种或几种，适用粒径为8～16mm规格；

（4）颗粒级配不符合要求的颗粒含量≤5%，含泥量（按质量计）≤1.0%，不应有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物；

（5）具有较强的稳定性，不在水中溶解，不含有毒物质，不溶出有害物，不引起二次污染。

参照图2，进水区3、粗火山岩层41、生物陶粒层42、粗碎石层43和出水区5任意相邻两个区域之间均设置有竖直的隔断7，避免相邻区域混料。隔断7包括隔板71和两层隔离网72，隔板71可以是质地坚硬的胶合板，两层隔离网72分别贴合在隔板71的两侧。隔板71在填料施工过程中起到支撑作用，完成填料施工后将隔板71从上方抽出，两层隔离网72在两侧层结构的压力下合拢，能够渗水且继续起到防止两侧混料的作用。两层隔离网72的底部可以分别向相对两侧延伸，压在无纺布6和上方的层结构之间，防止隔板71抽走时将隔离网72带出。

本申请实施例一种水平流人工湿地的实施原理为：进水区3、生物净化区4和出水区5采用水平的层结构，下部压力较小，有利于保持基料间隙，从而有利于水的流动，生物净化区4采用的粗火山岩层41、生物陶粒和粗碎石层43均为粒径较大的填料，空隙较大，附着能力强，不容易堵塞，使用寿命长，且并且层结构横向设置能够便于任一区域内填料的更换，容易后期维护。

本申请实施例还公开一种水平流人工湿地的施工方法。水平流人工湿地的施工方法用于铺设上述水平流人工湿地的单元池，包括以下施工步骤：

S1、在铺设了防渗结构2的单元池内按进水方向填料，首先在进水区3一侧采用挖掘机自边墙1顶直接向单元池填料，人工平料。铺设进水区3时分上下两层，填至第一层高度，人工挖出管沟，安装布水管31，人工回填管沟，完成管沟回填后进行第二层填料至设计高程。

S2、参照图3，铺设跨墙道路8，以便于在单元池深处使用装载机、挖掘机等机械填铺生物净化区4和出水区5。首先对分区边墙1背进行回填，回填宽度4m，高度同边墙1顶高一致，边墙1顶以上采用碎石铺设跨墙道路8，跨墙道路8宽4m，跨墙道路8和单元池中已铺装的填料上层采用无纺布6加防护板进行保护、分隔，以免跨墙道路8的碎石和单元池中层结构的填料混合。单元池深处的填料采用小型式装载机进行，小型单斗挖掘机配合人工摊平，填料一次至设计高程。小型装载机及小型单斗挖掘机工作面、行走处提前进行规划同时在跨墙道路8两侧加设防护板。

S3、铺料过程中，进水区3、粗火山岩层41、生物陶粒层42、粗碎石层43和出水区5各层结构填料分界处均设置隔断7，隔断7两侧的填料均衡上升，将隔断7的隔板71随着填料上升速度缓慢提拔，直至填料至设计高程。

S4、铺设出水区5时分上下两层，填至第一层高度，人工挖出管沟，安装集水管51，人工回填管沟，完成管沟回填后进行第二层填料至设计高程。

S5、将小型装载机及小型单斗挖掘机等机械沿跨墙道路8推出单元池，然后将跨墙道路8清走。

上述水平流人工湿地的施工方法中，采用铺设跨墙道实现了在单元池深处机械化施工，保证施工效率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。