CN104944589B - 一种模块化可拆卸式人工湿地 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化可拆卸式人工湿地，所述人工湿地由一个以上模块化基质组成，所述模块化基质包括模块框架和基质填料，所述基质填料填充在所述基质框架中，所述模块框架的周边和底部打孔，所述基质填料包括灰岩和河砂，所述灰岩层上面铺设有所述河砂层。本发明将人工湿地系统基质设计成可装卸模块化结构，对人工湿地系统后期的维护和管理等提供便利。
Description
技术领域
本发明涉及人工湿地，特别涉及一种模块化可拆卸式人工湿地。
背景技术
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。
人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，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。
人工湿地在运行过程中会出现植物死亡和基质堵塞等问题。植物死亡后影响湿地景观；基质堵塞会降低湿地对污染物的去除效果，使得运行环境恶化，出水水质达不到设计标准，还会缩短人工湿地的运行寿命。遇到此类问题，一般的解决方案是将大片的植物、基质进行处理、更换，但是这种解决方案成本高、操作复杂、流程缓慢且会对人工湿地的去除效果造成影响。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的问题之一。
本发明要解决的技术问题在于解决在人工湿地出现植物死亡和基质堵塞等问题时，用于实现方便快捷更换人工湿地基质，并有效地快速恢复人工湿地的功能的模块化设计。
本发明提供一种模块化可拆卸式人工湿地，本发明提供一种模块化可拆卸式人工湿地，所述人工湿地由一个以上模块化基质组成，所述可拆卸式模块化基质包括模块框架和基质填料，所述基质填料填充在所述基质框架中，所述模块框架的周边和底部打孔。
进一步的，所述模块框架包括第一框架和第二框架，所述第一框架是长为500mm，宽为500mm，高为350mm的长方体，所述第二框架是边长为300mm，高度为350的正六边形柱体。
进一步的，所述模块化基质设计为两种，包括第一模块化基质和第二模块化基质，所述第一模块化基质使用第一框架，所述第二模块化基质使用第二框架。
进一步的，所述基质填料包括灰岩和河砂，所述灰岩层上面铺设有所述河砂层，所述灰岩层厚度为30cm，粒径范围为0.5cm～1cm，所述河砂层厚度为5cm，粒径0.035～0.05cm。
进一步的，所述人工湿地底部为粘土防渗层，所述防渗层之上铺设有砾石层，所述砾石层厚度为35cm，所述砾石层之上铺设为所述可拆卸式模块化基质，所述模块化基质之上铺设土壤，所述土壤厚度为5cm。
进一步的，一个以上的所述模块化基质平铺组合在一起，形成人工湿地处理单元，所述人工湿地处理单元水利坡度为0.5％-1％，长宽比例控制在3:1以下。
进一步的，所述人工湿地处理单元包括第一人工湿地处理单元和第二人工湿地处理单元，所述第一人工湿地处理单元由第一模块化基质组合而成，所述第二人工湿地处理单元由第二模块化基质组合而成，所述第二人工湿地处理单元为蜂窝结构。
进一步的，所述模块化基质之间存在缝隙，所述缝隙内填充有土工布。
进一步的，所述人工湿地处理单元前部设置进水口，所述进水口处安装进水管；所述人工湿地处理单元后部设置出水口，所述出水口顶部设置过水锯齿板，所述出水口底部安装排水管道。
进一步的，所述人工湿地处理单元包括一级处理单元、二级处理单元及集水池，所述一级处理单元和二级处理单元通过所述集水池连接
本发明的有益效果在于提供了一种模块化可拆卸式人工湿地，本发明将人工湿地系统基质设计成可装卸模块化结构，对人工湿地系统后期的维护和管理等提供便利。
本发明将传统的基质进行可装卸模块化处理，使得基质分离为若干模块，在堵塞、植物死亡等问题发生后，能够及时有效的更换基质，另外，模块中添加的灰岩基质能够有效的去除污水中的磷。
和传统的基质更换技术相比，模块化的基质更换技术表现出成本低、操作简单、流程快捷且不会对湿地的去除效果造成影响等众多优点。
其主要优势为：
1、人工湿地堵塞后，可只更换堵塞部分，节省成本，且不影响人工湿地其它部分发挥作用；
2、人工湿地植物死亡后，可只更换死亡部分，进一步节省成本，且不影响人工湿地其它部分发挥作用，而且可装卸的模块方便进行不同植物景观的搭配；
3、更换基质模块后，可实现有效快速恢复人工湿地的功能；
4、在模块底层填加的细砾灰岩对污水中磷的去除效果十分明显。
5、以正六边形柱体为例，形成蜂窝结构的处理单元，若进水方向垂直于正六边形的其中一个边，则模块之间的缝隙与水流方向均呈一定角度，30°或者150°，不存在与水流方向平行的缝隙，可以使得水流更充分的从模块中基质的孔隙中流动。
附图说明
图1长方体型模块框架。
图2正六边形柱体模块框架。
图3所示为本发明单个模块化基质的示意图。
图4所示为本发明模块缝隙间土工布的示意图。
图5所示为本发明单个人工湿地处理单元刨面的示意图。
图6所示为本发明模块化基质组合成人工湿地处理单元的示意图。
图7所示为本发明正六边形柱体模块化基质组合成人工湿地处理单元的示意图。
图8所示为本发明两个人工湿地处理单元衔接的示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
实施例
本发明提供一种模块化可拆卸式人工湿地，如图3所示，所述人工湿地由一个以上模块化基质1组成，所述可拆卸式模块化基质包括模块框架2和基质填料3，所述基质填料3填充在所述基质框架2中，所述模块框架3的周边和底部打孔。
进一步的，如图1和图2所示，所述模块框架包括第一框架21和第二框架22，所述第一框架21是长为500mm，宽为500mm，高为350mm的长方体，所述第二框架22是边长为300mm，高度为350的正六边形柱体，同时设有吊环5。
进一步的，所述模块化基质1设计为两种，包括第一模块化基质11和第二模块化基质12，所述第一模块化基质11使用第一框架21，所述第二模块化基质11使用第二框架22。
进一步的，如图3所示，所述基质填料包括灰岩31和河砂32，所述灰岩31层上面铺设有所述河砂32层，所述灰岩31层厚度为30cm，粒径范围为0.5cm～1cm，所述河砂32层厚度为5cm，粒径0.035～0.05cm。
进一步的，如图5所示，所述人工湿地底部为粘土防渗层10，所述粘土防渗层10之上铺设有砾石层11，所述砾石层11厚度为35cm，所述砾石层11之上铺设为所述模块化基质12，所述模块化基质12之上铺设土壤4，所述土壤4厚度为5cm，所述土壤上可以种植植物6。
进一步的，如图6和图7所示，一个以上的所述模块化基质12平铺组合在一起，形成人工湿地处理单元，所述人工湿地处理单元水利坡度为0.5％-1％，长宽比例控制在3:1以下。
进一步的，所述人工湿地处理单元包括第一人工湿地处理单元19和第二人工湿地处理单元20，所述第一人工湿地处理单元19由第一模块化基质组合而成，所述第二人工湿地处理单元20由第二模块化基质组合而成，所述第二人工湿地处理单元为蜂窝结构。
进一步的，如图4所示，所述模块化基质之间存在缝隙，所述缝隙内填充有土工布7。
进一步的，如图5和图8所示，所述人工湿地处理单元前部设置进水口8，所述进水口处安装进水管13；所述人工湿地处理单元后部设置出水口9，所述出水口9顶部设置过水锯齿板14，所述出水口9底部安装排水管道15。
进一步的，所述人工湿地处理单元包括一级处理单元17、二级处理单元18及集水池16，所述一级处理单元17和二级处理单元18通过所述集水池16连接。
考虑到湿地系统的运行、成本及维修等问题，选用有一定承载能力、耐腐蚀、经济的材料，结构材料无毒无害，满足力学性质要求的工程PVC作为模块化框架。为保证人工湿地水流顺利流经模块化基质，需要在工程PVC框架周边和底部密集打孔。
将若干个单个的第一模块化基质平铺组合在一起，如图6所示，形成第一湿地处理单元。同时，为防止水流在平行于水流方向的基质模块之间的缝隙形成优势流，如图3所示，可将土工布填充于平行于水流方向的模块之间下端一定高度的缝隙内。
所述优势流：水流主要从平行于水流方向的模块之间的缝隙流动，而经过基质模块的水流成为弱势流，从而使基质模块失去处理污水的意义。通过弱透水土工布，阻止水流主要从平行于水流方向的模块缝隙中流动，而是使其主要从基质模块的孔隙中流动。
使用第二模块化基质，如图7所示，形成蜂窝结构的第二人工湿地处理单元，若进水方向垂直于正六边形的其中一个边，则模块之间的缝隙与水流方向均呈一定角度，30°或者150°，不存在与水流方向平行的缝隙，可以使得水流更充分的从模块中基质的孔隙中流动。
如图6和图7所示，人工湿地水力坡度为0.5％-1％，人工湿地污水处理单元的长度通常定为20m～50m。人工湿地单元长宽比控制在3:1以下。人工湿地实际应用中，系统完成面比周边地表高5cm，防止周边雨水漫入系统。
如图8所示，水流通过进水管13进入一级处理单元上行至出水层，经过水锯齿板14流入集水池16，通过集水池16底部孔洞进入二级处理单元，依次类推，最后水流进入集水池16。考虑到成本，也可不设集水池，直接由两个底部相连的池体组成，污水从一个池体垂直向下或向上流入另一个池体后垂直向上或向下流出。另外在每一级处理单元的出水口底部均设计排水管道15，可以定期排出湿地内部沉积物及对湿地内部填料进行冲洗，进一步减轻基质堵塞隐患。
按照上述基质填料配比，测得基质模块的渗透系数在61.65m/d～267.67m/d之间，其中填料的孔隙率0.25～0.40之间。其渗透系数和孔隙率可满足人工湿地布水要求。
本发明提供了一种模块化可拆卸式人工湿地，本发明将人工湿地系统基质设计成可装卸模块化结构，对人工湿地系统后期的维护和管理等提供便利。
本发明将传统的基质进行可装卸模块化处理，使得基质分离为若干模块，在堵塞、植物死亡等问题发生后，能够及时有效的更换基质，另外，模块中添加的灰岩基质能够有效的去除污水中的磷。
和传统的基质更换技术相比，模块化的基质更换技术表现出成本低、操作简单、流程快捷且不会对湿地的去除效果造成影响等众多优点。
其主要优势为：
1、人工湿地堵塞后，可只更换堵塞部分，节省成本，且不影响人工湿地其它部分发挥作用；
2、人工湿地植物死亡后，可只更换死亡部分，进一步节省成本，且不影响人工湿地其它部分发挥作用，而且可装卸的模块方便进行不同植物景观的搭配；
3、更换基质模块后，可实现有效快速恢复人工湿地的功能；
4、在模块底层填加的细砾灰岩对污水中磷的去除效果十分明显。
5、以正六边形柱体为例，形成如图6蜂窝结构的处理单元，若进水方向垂直于正六边形的其中一个边，则模块之间的缝隙与水流方向均呈一定角度，30°或者150°，不存在与水流方向平行的缝隙，可以使得水流更充分的从模块中基质的孔隙中流动。
通过48小时的静态吸附实验测得模块中的基质填料细粒灰岩对一级A标污水处理厂尾水，中总氮的去除效率达到33％～46％，细粒灰岩对总磷TP的去除率达到64％～80％，说明石灰岩基质对含磷污染物的具有明显吸附效果，采用本发明技术，再配合人工湿地植物，成都理工大学在成都市双流县航空港污水处理厂附近修建了人工湿地试验平台，在试验平台面积9m2，水力负荷为1.2-1.4m3/d，水力停留时间1-3天条件下，总磷TP去除率可达70％-95％。
本发明的描述中，术语“安装”、以及“连接”等均应做广义理解，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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (8)
1.一种模块化可拆卸式人工湿地，其特征在于，所述人工湿地由一个以上模块化基质组成，所述可拆卸式模块化基质包括模块框架和基质填料，所述基质填料填充在所述基质框架中，所述模块框架的周边和底部打孔；所述模块化基质之间存在缝隙，所述缝隙内填充有土工布；
所述模块框架包括第一框架和第二框架，所述第一框架是长为500mm，宽为500mm，高为350mm的长方体，所述第二框架是边长为300mm，高度为350的正六边形柱体。
2.根据权利要求1所述的一种模块化可拆卸式人工湿地，其特征在于，所述模块化基质设计为两种，包括第一模块化基质和第二模块化基质，所述第一模块化基质使用第一框架，所述第二模块化基质使用第二框架。
3.根据权利要求2所述的一种模块化可拆卸式人工湿地，其特征在于，所述基质填料包括灰岩和河砂，所述灰岩层上面铺设有所述河砂层，所述灰岩层厚度为30cm，粒径范围为0.5cm～1cm，所述河砂层厚度为5cm，粒径0.035～0.05cm。
4.根据权利要求3所述的一种模块化可拆卸式人工湿地，其特征在于，所述人工湿地底部为粘土防渗层，所述防渗层之上铺设有砾石层，所述砾石层厚度为35cm，所述砾石层之上铺设为所述可拆卸式模块化基质，所述模块化基质之上铺设土壤，所述土壤厚度为5cm。
5.根据权利要求3所述的一种模块化可拆卸式人工湿地，其特征在于，一个以上的所述模块化基质平铺组合在一起，形成人工湿地处理单元，所述人工湿地处理单元水利坡度为0.5％-1％，长宽比例控制在3:1以下。
6.根据权利要求3所述的一种模块化可拆卸式人工湿地，其特征在于，所述人工湿地处理单元包括第一人工湿地处理单元和第二人工湿地处理单元，所述第一人工湿地处理单元由第一模块化基质组合而成，所述第二人工湿地处理单元由第二模块化基质组合而成，所述第二人工湿地处理单元为蜂窝结构。
7.根据权利要求5所述的一种模块化可拆卸式人工湿地，其特征在于，所述人工湿地处理单元前部设置进水口，所述进水口处安装进水管；所述人工湿地处理单元后部设置出水口，所述出水口顶部设置过水锯齿板，所述出水口底部安装排水管道。
8.根据权利要求6所述的一种模块化可拆卸式人工湿地，其特征在于，所述人工湿地处理单元包括一级处理单元、二级处理单元及集水池，所述一级处理单元和二级处理单元通过所述集水池连接。
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