用于治理海绵城市排沟污染的人工湿地系统

技术领域

本发明涉及湿地技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用于治理海绵城市排沟污染的人工湿地系统。

背景技术

城市污水和工业污水首先排到污水处理厂进行专业污水处理，污水处理厂处理后的污水，再由排沟排入河流，城市雨水直接汇流到排沟，再排入河流。污水处理厂处理后的污水一般属于二级净化水，仍属于污水范畴，水体里含有有机物、致病菌及重金属，而雨水夹带大量泥沙，同时排沟长期受污水影响，排沟内存留黑臭底泥，因此排沟污水直排入河流，会污染河流水质，影响农业生产。一般对排沟污水进行湿地净化处理，削减污染物，提高排沟污水水质，再将水排放到自然河流。

海绵城市，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。近年来，利用人工湿地净化城市污水和雨污水，建造具有绿化净水功能、储水排水功能的人工湿地成为主流。但现有湿地系统存在湿地占用额外土地面积、湿地净污能力差、储水能力低、湿地净水系统受到污染、发出恶臭的问题。

发明内容

本发明为“东营市北二路沿线及金湖银河片区综合开发项目”。本发明提供一种用于治理海绵城市排沟污染的人工湿地系统，其具有三道水质净化屏障，能够净化排沟污水，同时具备储水功能和观赏功能。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于治理海绵城市排沟污染的人工湿地系统，包括：

砾石床，其设置于排沟的下游，所述砾石床包括进水口、第一出水口和多个砾石区，所述进水口与所述排沟的末端连通，多个砾石区沿污水流动方向依次铺设，且砾石区的砾石直径逐渐减小；

稳定塘，其设置于所述砾石床的下游，所述稳定塘包括沿污水流动方向依次设置的沉淀塘和兼性塘，所述沉淀塘与所述第一出水口连通，所述沉淀塘内设置泥污沉淀池，所述兼性塘内设置曝气组件和填料组件；

表流湿地，其设置于所述稳定塘的下游，所述表流湿地与所述兼性塘连通，所述表流湿地包括多个生态浮岛和第二出水口，所述第二出水口与河流连通。

优选的是，砾石区设置有3个，沿污水流动方向依次为第一砾石区、第二砾石区和第三砾石区，第一砾石区、第二砾石区和第三砾石区的砾石直径依次为60mm、40mm、20mm。

优选的是，所述砾石床的进水口处设置长条形的布水渠，所述布水渠包括多个布水口，多个布水口设置在布水渠的上部，多个布水口与第一砾石区的上层连通，所述砾石床的第一出水口处设置长条形的收水渠，所述收水渠包括多个收水口，多个收水口设置在收水渠的下部，多个收水口与第三砾石区的下层连通。

优选的是，所述沉淀塘设置有两个，所述兼性塘设置有两个，两个沉淀塘与两个兼性塘交错设置且依次连通。

优选的是，所述泥污沉淀池内部设置吸附填料和吸泥管，所述第一出水口与所述沉淀塘之间设置第一排水管，所述第一排水管伸入所述泥污沉淀池内，且第一排水管的排水端伸入所述吸附填料的底部。

优选的是，所述沉淀塘与所述兼性塘之间设置调流堰，所述调流堰与所述沉淀塘相邻的侧壁上设置进水通道，所述调流堰内设置液位计、浮渣槽、抽水泵和第二排水管，所述第二排水管与所述兼性塘连通，所述浮渣槽设置于所述进水通道的下方。

优选的是，所述兼性塘内设置支撑架，所述曝气组件包括曝气机和臭氧发生器，所述曝气机和臭氧发生器设置在支撑架上，所述曝气机包括多根曝气管，所述臭氧发生器包括多根臭氧管。

优选的是，所述填料组件包括多个第一填料器和多个第二填料器，所述兼性塘的上层水面悬挂多个第一填料器，第一填料器内放置砾石和好氧菌，所述兼性塘的塘底铺设起伏的砾石块，砾石块上沉放多个第二填料器，第二填料器内放置砾石和厌氧菌。

优选的是，所述生态浮岛包括基底层和护坡，所述护坡的坡底至基底层依次种植沉水植物、挺水植物和陆生植物，所述生态浮岛的基底层由下层至上层依次为原土层、素土层和厚种植土，所述生态浮岛的四周设置挡流板。

优选的是，围绕沉淀塘和兼性塘的交接处铺设湿地遇险道路。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明的人工湿地系统设置三道水质净化屏障，排沟的污水经过砾石床、稳定塘、表流湿地过滤净化后，排入河流。排沟污水经过三道水质净化屏障，过滤净化后的污水水质提高，接近河流水质，基本对河流和农业生产无污染。其中稳定塘和表流湿地在原有的坑塘和湿地的基础上改造而成，改造成本低，不需另外占用土地面积。稳定塘和表流湿地又是天然的储水池，在雨季储存大量的雨水，缓冲河流排水压力，在旱季释放储水至河流，缓解河流干旱情况。砾石床、稳定塘、表流湿地形成具备水体净化功能、储水功能、观赏功能的人工湿地系统，能够降低排沟污染，增强城市水弹性，美化城市环境。

第二、砾石区的砾石直径逐渐减小，能对大小不同的悬浮物逐级吸附沉淀。

第三、布水渠及其多个布水口、收水渠及其多个收水口的设置，引导污水流经砾石床水平向的各处，以及引导污水从砾石区的上层向下层流动，使污水能够充分流经砾石床的各处，充分利用砾石床。

第四、沉淀塘里设置泥污沉淀池，排污泥时，只需对泥污沉淀池中的污泥进行排污泥处理，无需对沉淀塘进行排污泥处理，减小排污泥工作量。

第五、稳定塘和兼性塘利用原有坑塘和湿地改造而成，稳定塘和兼性塘净化水体面积大，接近自然净化环境，兼性塘内只设置有简单的曝气组件和填料组件，曝气组件和填料组件能长期稳定工作，减少建造成本和维修成本。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的人工湿地系统的俯视图；

图2为本发明所述的砾石床的截面图；

图3为本发明所述的稳定塘的结构示意图；

图4为本发明所述的生态浮岛的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；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”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并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。

如图1-3所示，本发明提供一种用于治理海绵城市排沟污染的人工湿地系统，包括：

砾石床100，其设置于排沟的下游，所述砾石床100包括进水口110、第一出水口120和多个砾石区130，所述进水口110与所述排沟的末端连通，多个砾石区130沿污水流动方向依次铺设，且砾石区的砾石直径逐渐减小；

稳定塘200，其设置于所述砾石床100的下游，所述稳定塘200包括沿污水流动方向依次设置的沉淀塘210和兼性塘220，所述沉淀塘210与所述第一出水口120连通，所述沉淀塘210内设置泥污沉淀池211，所述兼性塘220内设置曝气组件221和填料组件222；

表流湿地300，其设置于所述稳定塘200的下游，所述表流湿地300与所述兼性塘220连通，所述表流湿地300包括多个生态浮岛310和第二出水口320，所述第二出水口320与河流连通。

在上述技术方案中，污水流动净化方向为：排沟排出的污水依次流经砾石床100、稳定塘200和表流湿地300，经过三次水体净化，最后排入河流。

砾石床100沿污水流动方向依次设置进水口110、多个砾石区130和第一出水口120，其中进水口110与排沟末端连通。砾石床100由下至上依次铺设素土层140、粘土层141、土工布142、砾石层143、碎石防冲层144，碎石防冲层144上种植水生植物。砾石层143为铺设的一层厚厚的砾石，砾石层143按铺设的砾石直径不同分为多个砾石区130，多个砾石区130的砾石直径沿污水流动方向逐渐减小。排沟的污水从进水口110排入砾石床100，依次流经多个砾石区130，再从第一出水口120排出。砾石床100对污水有物理净化作用，砾石间的空隙对污水中夹带的大量固体悬浮物有沉淀、吸附、拦截的作用，由于砾石区的砾石直径逐渐减小，能对大小不同的悬浮物逐级吸附沉淀。同时砾石床100对污水有生物净化作用，水生植物的根系和砾石表面均附生微生物，微生物形成生物膜，生物膜有吸附作用，生物膜吸附水体中的有机物并对有机物进行氧化分解；砾石底部处于缺氧状态，砾石底部的厌氧菌能够进行反硝化反应。

污水经第一出水口120流出，排入稳定塘200。稳定塘200包括沉淀塘210和兼性塘220，污水依次流经沉淀塘210和兼性塘220进行第二次水质净化。其中沉淀塘210内设置泥污沉淀池211，污水先排入泥污沉淀池211的池底，泥污沉淀池211对污水中的固体污染物进行吸附、过滤、沉淀，泥污沉淀池211上层的水溢出流入沉淀塘210，大量污泥、固体污染物截留在泥污沉淀池211中，少量污泥、固体污染物继续在沉淀塘210进行沉降。因沉淀塘210占地面积大，且不规则，排污泥难度大，所以在沉淀塘210内设置泥污沉淀池211。排污泥时，只需对泥污沉淀池211中的污泥进行排污泥处理，无需对沉淀塘210进行排污泥处理，减小排污泥工作量。

经沉淀塘210沉淀过滤后的污水流入兼性塘220，兼性塘220的上层有阳光透入的部位为好氧区，藻类光合作用释放大量氧气，好氧微生物对有机物进行氧化分解，将水体中的氨氮分解转化为亚硝酸盐和硝酸盐；兼性塘220的底层为厌氧区，厌氧微生物将污水中的硝酸盐和亚硝酸盐还原为氨气。曝气组件221对兼性塘220的上层进行曝气，增加水内氧气含量，增加好氧微生物对有机物的氧化分解，曝气组件221还可以向兼性塘220内通入臭氧，去除塘内散发的臭味。兼性塘220的上层和底层均设置填料组件222，上层的填料组件里有好氧菌，增加好氧微生物对有机物的氧化分解；底层的填料组件里有厌氧菌，增加厌氧微生物对有机物的分解。

兼性塘220和表流湿地300间设置第三排水管和抽水泵，第三排水管和抽水泵将兼性塘220内的水抽入表流湿地300。表流湿地300内设置多个生态浮岛310，生态浮岛310的作用：一是利用生态浮岛310自身的面积来遮阳，抑制水下浮游植物的光合作用，抑制浮游植物的生长，提高水体透明度；二是生态浮岛310的表面种植大量植物，植物根系形成网面，对水中的悬浮物进行吸附和过滤；三是生态浮岛310上的植物进行光合作用，植物根系吸收水体中的氮、磷、有机物。生态浮岛310的上部供鸟类栖息，水体下部有鱼、虾等生存。

本发明的人工湿地系统设置三道水质净化屏障，排沟的污水经过砾石床100、稳定塘200、表流湿地300过滤净化后，排入河流。排沟污水经过三道水质净化屏障，过滤净化后的污水水质提高，接近河流水质，基本对河流和农业生产无污染。其中稳定塘200和表流湿地300在原有的坑塘和湿地的基础上改造而成，改造成本低，不需另外占用土地面积。稳定塘200和表流湿地300又是天然的储水池，在雨季储存大量的雨水，缓冲河流排水压力，在旱季释放储水至河流，缓解河流干旱情况。砾石床100、稳定塘200、表流湿地300形成具备水体净化功能、储水功能、观赏功能的人工湿地系统，能够降低排沟污染，增强城市水弹性，美化城市环境。

在另一种技术方案中，如图2所示，砾石区设置有3个，沿污水流动方向依次为第一砾石区131、第二砾石区132和第三砾石区133，第一砾石区131、第二砾石区132和第三砾石区133的砾石直径依次为60mm、40mm、20mm。砾石床100沿污水流动方向依次设置有3个砾石区，其中第一砾石区131的砾石直径为60mm，第二砾石区132的砾石直径为40mm，第三砾石区133的砾石直径为20mm，污水依次流经第一砾石区131、第二砾石区132和第三砾石区133。砾石区的砾石直径逐渐减小，对大小不同的悬浮物逐级吸附沉淀。

在另一种技术方案中，如图1、2所示，所述砾石床100的进水口110处设置长条形的布水渠111，所述布水渠111包括多个布水口1111，多个布水口1111设置在布水渠111的上部，多个布水口1111与第一砾石区131的上层连通，所述砾石床100的第一出水口120处设置长条形的收水渠121，所述收水渠121包括多个收水口1211，多个收水口1211设置在收水渠121的下部，多个收水口1211与第三砾石区133的下层连通。

进水口110处设置布水渠111，布水渠111为沿砾石床100长度方向设置的长条形的引水通道，布水渠111的上部、沿布水渠111的长度方向设置多个布水口1111，多个布水口1111均与第一砾石区131的上层连通；第一出水口120处设置收水渠121，收水渠121为沿砾石床100长度方向设置的长条形的引水通道，收水渠121的下部、沿收水渠121的长度方向设置多个收水口1211，多个收水口1211均与第三砾石区133的下层连通。布水渠111及其多个布水口1111、收水渠121及其多个收水口1211的设置，引导污水流经砾石床100水平向的各处；多个布水口1111均与第一砾石区131的上层连通，多个收水口1211均与第三砾石区133的下层连通，引导污水从砾石区的上层向下层流动；使污水能够充分流经砾石床100的各处，充分利用砾石床100。

在另一种技术方案中，如图1所示，所述沉淀塘210设置有两个，所述兼性塘220设置有两个，两个沉淀塘210与两个兼性塘220交错设置且依次连通。两个沉淀塘210分别为第一沉淀塘和第二沉淀塘，两个兼性塘220分别为第一兼性塘和第二兼性塘，第一沉淀塘与第一兼性塘连通，第二沉淀塘与第二兼性塘连通。

在另一种技术方案中，如图3所示，所述泥污沉淀池211内部设置吸附填料2111和吸泥管2112，所述第一出水口120与所述沉淀塘210之间设置第一排水管230连通，所述第一排水管230伸入所述泥污沉淀池211内，且第一排水管230的排水端伸入所述吸附填料2111的底部。

泥污沉淀池211内设置吸附填料2111，第一排水管230的进水端与第一出水口120连通，第一排水管230的排水端伸入吸附填料2111的底部，吸附填料2111为石英砂、陶粒等填料。污水从吸附填料2111的底部排入，污水由下至上流经吸附填料2111，吸附填料2111吸附、过滤污水中的固体悬浮物、泥污，吸附过滤后的水从泥污沉淀池211流入沉淀塘210。吸附有固体悬浮物、泥污的吸附填料2111通过吸泥管2112排出，吸泥管2112末端连接有吸泥泵。

在另一种技术方案中，如图3所示，所述沉淀塘210与所述兼性塘220之间设置调流堰400，所述调流堰400与所述沉淀塘210相邻的侧壁上设置进水通道410，所述调流堰400内设置液位计420、浮渣槽430、抽水泵和第二排水管440，所述第二排水管440与所述兼性塘220连通，所述浮渣槽430设置于所述进水通道410的下方。

沉淀塘210里的水通过进水通道410流入调流堰400，调流堰400里有第二排水管440，第二排水管440上设置抽水泵，抽水泵抽取调流堰400内的水，调流堰400里的水通过第二排水管440流入兼性塘220。其中进水通道410与沉淀塘210的上部连通，使沉淀塘210上层过滤、沉淀之后的水流入调流堰400。调流堰400具有一定的储水能力，控制流入兼性塘220的水量。有时兼性塘220内水量较大或净化水能力降低，调流堰400起到临时储水作用，液位计420监控调流堰400内水位变化，并控制排入兼性塘220的水量。进水通道410下方设置浮渣槽430，浮渣槽430过滤水体中的悬浮物。

在另一种技术方案中，如图3所示，所述兼性塘220内设置支撑架223，所述曝气组件221包括曝气机2211和臭氧发生器2213，所述曝气机2211和臭氧发生器2213设置在支撑架223上，所述曝气机2211包括多根曝气管2212，所述臭氧发生器2213包括多根臭氧管2214。

兼性塘220内设置支撑架223，支撑架223上放置曝气机2211和臭氧发生器2213，曝气机2211有多根曝气管2212，臭氧发生器2213有多根臭氧管2214，多根曝气管2212和多根臭氧管2214均伸入水中。曝气机2211向水中曝气，增加兼性塘220上层水的含氧量，促进好氧菌的硝化反应。兼性塘220在夏季容易产生臭味，臭氧发生器2213向兼性塘220内曝入臭氧气体，臭氧氧化产生臭味的有机物。

在另一种技术方案中，如图3所示，所述填料组件222包括多个第一填料器2221和多个第二填料器2222，所述兼性塘220的上层水面悬挂多个第一填料器2221，第一填料器2221内放置砾石和好氧菌，所述兼性塘220的塘底铺设起伏的砾石块，砾石块上沉放多个第二填料器2222，第二填料器2222内放置砾石和厌氧菌。

兼性塘220的四周水面悬挂多个第一填料器2221，第一填料器2221伸入兼性塘220的上层水面，第一填料器2221内放置砾石和好氧菌，好氧菌附着在砾石上，好氧菌增加上层好氧区的硝化反应；兼性塘220的塘底铺设起伏的砾石块，起伏的砾石块间附着厌氧微生物，进行反硝化反应，并在砾石块上沉放有厌氧菌的第二填料器2222，厌氧菌增加底层厌氧区的反硝化反应。

在另一种技术方案中，如图4所示，所述生态浮岛310包括基底层311和护坡312，所述护坡312的坡底至基底层311依次种植沉水植物3121、挺水植物3122和陆生植物3123，所述生态浮岛310的基底层311由下层至上层依次为原土层3111、素土层3112和厚种植土3113，所述生态浮岛310的四周设置挡流板313。

生态浮岛310的四周为护坡312，护坡312对生态浮岛310起到保护作用。护坡312及基底层311上种植的沉水植物3121、挺水植物3122和陆生植物3123有大量的根系，吸收并分解水中的有机物，基底层311由下层至上层依次为原土层3111、素土层3112和厚种植土3113，原土层3111铺设在表流湿地300上并夯实，上层为厚种植土3113用于种植陆生植物3123，原土层3111和厚种植土3113之间为具有粘稠度的素土。生态浮岛310的四周设置挡流板313，挡流板313增大水的阻力，增加水在生态浮岛310周围停留的时间，进而增加植物根系对有机物的吸收净化。

在另一种技术方案中，如图1所示，围绕沉淀塘210和兼性塘220的交接处铺设湿地遇险道路500。工人对泥污沉淀池211进行排污泥操作，维修曝气组件221，更换第一填料器2221、第二填料器2222等工作时，在湿地遇险道路500上完成。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。