CN105906067B - 一种高低畦型可模块化构建的人工湿地 - Google Patents

一种高低畦型可模块化构建的人工湿地 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高低畦型可模块化构建的人工湿地，包括进水系统、湿地填料单元、高畦模块和出水系统；所述的高畦模块间隔设置在湿地填料单元的顶部，所述的进水系统根据水量负荷和水体污染负荷的大小，使水流以漫过高畦模块的方式或者以“S”型方式在高畦模块之间流动，同时沿着水流方向，在湿地填料单元的出水端还安装出水系统。相比于传统表流湿地，处理单元更加灵活多变，能做到根据水力负荷灵活调节湿地的构筑和运行方式，能够提高湿地对高污染负荷污水的处理能力。

Description

一种高低畦型可模块化构建的人工湿地
技术领域
本发明属于污水生态净化领域，涉及一种高低畦型可模块化构建的人工湿地。
背景技术
人工湿地是在自然湿地降解污水的基础上发展起来的一种新型污水生态处理技术，是经由人工监督建造的湿地系统。人工湿地不仅能有效的去除污水中的悬浮物、氮磷等，还对病原微生物、重金属、藻毒素等外源生物活性物质有高效的去除作用，并且经由人工湿地处理的污水能满足诸多行业的用水需求。该工艺与传统的污水处理系统相比，不仅具有建造、运行、管理费用低(投资和日常运行费用仅为常规二级污水处理厂的1/5～2/3和1/10～1/3)，还具有操作管理简单，抗冲击能力强等优点，因此越来越受到人们的重视。
表面流人工湿地具有投资小、运行管理费用低、及生态观赏性等优点，是目前最常用的一种人工湿地。但是这种类型的人工湿地抗冲击负荷能力差，处理效果受温度影响大等缺点，限制了其大面积推广。高低畦的构造运行方式能够提高人工湿地的处理效果，通过高畦、低畦的交替运行模式，能够优化系统水利条件，减少水流“死区”，增加系统溶解氧水平，提高人工湿地的处理效果。同时由于污水的成分和水量往往随季节变化幅度较大，传统的表流湿地难以根据污水的实际情况及季节变化对运行方式进行及时调整，因此，找到一种能根据污水的实际水文特征来改变湿地运行方式的模式是十分有必要的。通过将湿地单元模块化构建，可以很好地解决这类问题。湿地模块化技术是当前国内外人工湿地工程中的一项新兴技术，目前这种技术主要是将人工湿地整体模块化进行后续的装配及运行管理等操作，虽然这种技术能够增强人工湿地的处理效果，也有利于人工调配管理，但是这种模块单元普遍较大，在一定程度上提高了人工湿地的建设投资、运营成本，并且系统运行方式没有得到优化，“死水区”及基质堵塞等问题不能得到改善。
发明内容
本发明能够解决一些传统人工湿地在建造上的难题，比如建设区无法长期使用等问题，同时它还对湿地系统的水利条件起到一定的优化作用。本发明最大的优势是可以根据来水水质及水量相应的增减处理模块，不仅能保证合理利用资源的同时，而且保证了高效的处理能力。
本发明采用下述技术方案实现：
高低畦型可模块化构建的人工湿地，包括进水系统、湿地填料单元、高畦模块和出水系统；所述的高畦模块为可更换、可移动的模块，其间隔设置在湿地填料单元的顶部，所述的进水系统根据水量负荷和水体污染负荷的大小，使水流以漫过高畦模块的方式或者以“S”型方式在高畦模块之间流动，同时沿着水流方向，在湿地填料单元的出水端还安装出水系统。
进一步的，所述的高畦模块为可更换模块。
进一步的，所述的高畦模块与湿地填料单元的表面形成了高低畦。
进一步的，所述的高畦模块的数量、大小及布置方式可以根据水质处理要求及季节变换增加或者减少。
进一步的，所述的高畦模块植物种植种类及密度可根据季节及有机负荷调整。
进一步的，所述的进水系统包括布水渠、进水口、三角堰以及盖板，所述的布水渠的下部设置进水口，布水渠的内壁上部设置多个三角堰，使得表流湿地系统布水均匀；在布水渠顶部设置盖板。
进一步的，所述的湿地填料单元的湿地填料床长宽比控制在3:1～5:1；表流湿地水深宜为0.3m～0.5m，水力坡度宜小于0.5％。
进一步的，所述的湿地填料单元的基质填料从下至上分别由大粒径砾石、小粒径砾石、砂土和当地表层种植土，各部分构筑厚度的比例为1:1:1:2，在表层种植土内种植有挺水植物、浮水植物和沉水植物。
进一步的，高畦模块单元外壳设置为梯形块形式，在其四周可均匀固定一些直径为10cm的环状结构，用于高畦模块单元的吊装、搬运、构建等。外壳的内部基质可采用具有一定粒径的砂土；外壳采用具多孔材质。
进一步的，所述的出水系统包括集水渠、出水口、溢流堰和盖板，集水渠的末端是出水口，顶部是盖板，侧壁的顶部设置溢流堰。出水系统的集水渠、出水口、盖板做法可参照进水系统相关构筑物的做法建设，集水渠的末端是出水口，顶部是盖板，侧壁的顶部设置溢流堰，溢流堰的设置要结合进水系统的三角堰高度，溢流堰的高度不能超过三角堰的高度，否则水流不畅。
具体的运行方法如下：
人工湿地构建完成后，当季节温度适宜，来水水量大，水体污染负荷低时，湿地水流以漫过高畦模块的方式运行，进水先由低畦漫过高畦，又从高畦回到低畦，呈现“低畦—高畦-低畦”交替的模式，这种流动模式使得部分水流出现向上翻涌的情况，因此有利于增加水中的溶解氧，改善水流水利条件，减少湿地系统的“死水区”，有利于提高污水处理效果。污水通过基质的截留、吸附，植物吸收转化，微生物生长利用等共同作用净化水质。处理后的水经由溢流堰跌入集水渠中，最终通过排水口排走。
当进水水力负荷较小或有机污染负荷较高时，湿地水流以“S”型方式流动，这样的运行方式，增加了污水行进路程，基质的截留与吸附作用得到充分发挥，延长了水力停留时间，微生物作用时间增长，同时也增加了污水与植物的接触时间与面积，有利于污染物的去除。
在湿地实际运行时，还可以根据水质水量情况，具体的调节湿地的运行方式，例如，当湿地植物不适于当前污水处理时，可根据需要适时更换高畦模块，以更换湿地植物种类或类型；当前模块数量不满足水质处理要求时，可适时增加模块数量，以满足处理要求。
本发明在在传统表流湿地的基础上，构建湿地的畦型处理模块，不仅适用了新建人工湿地工程，而且能够用于原有人工湿地工程的技术优化。这种高低畦型模块化湿地能够根据污水的浓度情况，调整畦型模块的构筑方式，改善湿地的水流方式，增强系统的溶解氧，做到能源、资源的高效利用。高低畦型模块化人工湿地是一种低能耗的工艺，能够充分发挥人工湿地的建设费用低、管理方便等优点，大大降低了系统的成本，同时也改变了以往普通人工湿地抗冲击负荷能力低的问题。另外，这种湿地能够避免长时间运行造成的堵塞问题，可延长湿地的使用寿命。
本发明具有以下优点：
1、运行费用低，模块化的方式使植物运行管理方便。
2、相比于传统表流湿地，处理单元更加灵活多变，能做到根据水力负荷灵活调节湿地的构筑和运行方式，能够提高湿地对高污染负荷污水的处理能力。
3、可实现随季节变化而选择湿地植物，保证人工湿地的长期运行效果。
4、高低畦有利于增加湿地溶解氧，增强水的流动作用，避免运行过程中出现死水区。
5、在保证处理效果的同时，还有一定的景观作用。
附图说明
图1：高低畦型可模块化人工湿地构成及其运行时的剖面图。
图2：高低畦型可模块化人工湿地在水力负荷较大时的俯视图。
图3：高低畦型可模块化人工湿地在水力负荷较小时的俯视图。
图4：高畦模块剖面示意图。
其中，1、布水渠；2、外壁；3、内壁；4、进水口；5、三角堰；6、盖板；7、填料；8、高畦模块单元；9、集水渠；10、出水口；11、溢流堰；12、高畦模块单元植物；13、套管；14、微孔筛网；15、铁环。
具体实施方式
下面结合实例及附图对本发明做进一步说明。
实例1：
湿地填料单元主体结构采用烧结砖垒砌而成，水泥抹面，内衬防水材料。填料7以大粒径砾石、小粒径砾石、砂土和当地表层种植土作为填料床，按照从下至上的顺序填充，构筑比例为:1:1:1:2，湿地填料床长宽比为3:1，坡度为0.4％。并在床体表面搭配种植芦苇、香蒲、金鱼藻、浮萍等水生植物，挺水植物的种植密度为9株/m2～25株/m2，浮水植物和沉水植物的种植密度为3株/m2～9株/m2。
如图1所示，高低畦型模块化人工湿地系统包括前置布水系统、湿地填料单元、高畦模块单元8、出水系统。前置进水系统包括布水渠1、进水口4、三角堰5以及盖板6组成。其中布水渠1的外壁2采用烧结砖垒砌而成，水泥抹面，内壁3衬防水材料。在制作进水口4和三角堰5时要安装套管13，并且三角堰5在湿地内壁3上部等距布设。高畦模块8放置于表层种植土之上，并且等距放置。
出水系统包括集水渠9、出水口10、溢流堰11；出水系统的集水渠、出水口、盖板做法可参照进水系统相关构筑物的做法建设，集水渠的末端是出水口，顶部是盖板，侧壁的顶部设置溢流堰，溢流堰的设置要结合进水系统的三角堰高度，溢流堰的高度不能超过三角堰的高度，否则水流不畅。
盖板材质可以选用预制板，为了美观等也可以铺设木栈道。
高畦模块单元8外壳设置为梯形块形式，构筑材料选用具有一定强度的多孔材质(内衬具有一定孔径的微孔筛网14)，如多孔塑料板等，在其四周可均匀固定一些直径为10cm的铁环15，用于高畦模块单元的吊装、搬运、构建等。内部基质可采用具有一定粒径的砂土。在高畦模块单元植物12选取方面，可以选取具有季节特色的植物，按不同季节的季节特点选取当季的优势种，例如夏季可种植芦苇、香蒲等，冬季可种植鸢尾、金鱼藻、菹草等。
当水力负荷较大时，此时进水流量大，水流状态如图2所示。水面没过高畦模块流动，上层水流水平流动，下层水流遇到高畦模块时，受到地形影响产生翻涌，增加了水体当中的溶解氧，水流经过低畦——高畦——低畦——高畦的循环，污水中的污染物通过基质的截留、吸附，植物吸收转化，微生物生长利用等共同作用净化水质，出水经由溢流堰跌入集水渠，最终由出水口排走。
当来水水质发生变动，污染负荷增大时，为保证人工湿地系统的处理效果，此时可以增加高畦模块8的数量。
实例2：
本实例中的湿地构筑方式与实例1基本相同。湿地填料床长宽比为5:1，坡度为0.5％。污水还是经由布水渠1三角堰5均匀布水后，流入湿地基质单元，水流漫过溢流堰11跌入集水渠9后，由出水口10排走。水量变小时，污染负荷较高，水流状态如图3所示。湿地水量小，水位没有没过高畦模块，而是沿着高低畦形成的渠道流动，即形成“S”型水路。进水由三角堰流入湿地低畦区，受到高畦地形影响，水流只能在低畦区里流动，这种模式增加了湿地的水力停留时间，基质吸附、植物吸收与截留、微生物处理的水体污染物也会相应增加，这样便增强了湿地的处理效果。
实例3：
本实例中的构筑方式与污水流动方式与实例2相似，区别在于在冬季湿地运行时，培育适合冬季生长的植物来构建高畦模块，如鸢尾、金鱼藻、菹草等，同时冬季运行气温低，水质波动大植物难免会死亡一部分，为了保证处理效果，模块化人工湿地可以随时补充湿地植物。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种高低畦型可模块化构建的人工湿地，其特征在于：包括进水系统、湿地填料单元、高畦模块和出水系统；所述的高畦模块为可更换、可移动的模块，其间隔设置在湿地填料单元的顶部，所述高畦模块与湿地填料单元的表面形成了高低畦，所述的进水系统根据水量负荷和水体污染负荷的大小，使水流以漫过高畦模块的方式或者以“S”型方式在高畦模块之间流动，同时沿着水流方向，在湿地填料单元的出水端还安装出水系统；
所述的高畦模块的外壳设置为梯形块形式，在外壳的四周均匀固定有用于高畦模块单元的吊装、搬运、构建用的环状结构。
2.如权利要求1 所述的高低畦型可模块化构建的人工湿地，其特征在于：所述的高畦模块的数量根据水质处理要求及季节变化增加或者减少。
3.如权利要求1所述的高低畦型可模块化构建的人工湿地，其特征在于：所述的高畦模块的大小及在湿地中的构筑位置根据水质处理要求及季节变化调整。
4.如权利要求1所述的高低畦型可模块化构建的人工湿地，其特征在于：所述外壳的内部基质为砂土；外壳采用多孔材质。
5. 如权利要求1 所述的高低畦型可模块化构建的人工湿地，其特征在于：所述的高畦模块单元的植物选取具有季节特色的植物，按不同季节的季节特点选取当季的优势种并与不同植物类型搭配种植。
6. 如权利要求1 所述的高低畦型可模块化构建的人工湿地，其特征在于：所述的进水系统包括布水渠、进水口、三角堰以及盖板，所述的布水渠的下部设置进水口，布水渠的内壁上部设置多个三角堰；在布水渠顶部设置盖板。
7. 如权利要求1 所述的高低畦型可模块化构建的人工湿地，其特征在于：所述的出水系统包括集水渠、出水口、溢流堰和盖板，集水渠的末端是出水口，顶部是盖板，侧壁的顶部设置溢流堰。
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