CN107973394A - 一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，由高分子模块骨架、土工布包裹层、碎石基层、卵石基层、底部污水布水管、曝气系统、排放管和人工湿地等组成。本发明采用高分子模块作为骨架，内部建立填料作为处理本体，采用吸附材料制备填料，模块化曝气制作成本低，处理效率高；植物根系与填料微生物构成生态降解系统，增强了曝气活性，提高降解能力；生物滤池兼做截污管，设计曝气排泥系统，同时具备曝气和排泥作用，处理能力提升至传统的5‑10倍；可根据污水量调整模块化人工湿地的尺寸，安装和运行模式灵活、运行成本低、处理效果佳，间歇性排出污水，保证微生物和植物的正常生长，且溶氧量有保证，同时具有截污、调蓄和处理功能。

Description

一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地
技术领域
本发明属于河道治理技术领域，具体涉及一种用于河道治理的模块化曝 气人工湿地。
背景技术
生物生态方法治理黑臭河道是目前最常用方法,通过生物制剂治理,生态手 段养护来构建小型的生态系统,从而保证水体中生态系统平衡,水质改善,达到 黑臭治理的目的,与此同时也可以有效改善水质,但是这是一种需要长期进行的 方法,从而恢复好生态系统及水体自净能力，生物制剂的合理量难以有效控 制，且起效较慢。
河道最主要的氨氮、总磷和COD污染源为生活污水及初期雨水。生活污 水是水环境污染的重要因素。有研究表明，雨污混接所产生的污染占生活污 水污染的80％左右，生活污水通过管道排口进入河道。在河道治理过程中， 虽然利用人工湿地治理黑臭水体是常用的方法，但是现有的人工湿地对于项 目的实施具有一定的难度，无法克服在如下四个方面遇到的障碍：1.在岸上 截污总管及相关设施没有实施空间，沿河驳岸很多都为混凝土驳岸；2.河道 内截污管难以保证施工质量、维护困难；3.管网复杂，排口众多且河道两侧 都是硬质驳岸；4.老旧小区改造需要大量的资金投入，且需要一定的时间和 无法保障老旧小区内部再行私接，导致雨污混流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，以解 决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于河道治理的模块 化曝气人工湿地，包括高分子模块骨架、土工布包裹层、碎石基层、卵石基 层、底部污水布水管道、曝气系统、排放口和人工湿地，所述土工布包裹层、 碎石基层、卵石基层、底部污水布水管、曝气系统、人工湿地设置于在高分 子模块骨架的内部，所述卵石基层设置在高分子模块骨架的底部，所述卵石 基层的上方设置有碎石基层，所述碎石基层的上方设置有曝气系统，所述曝 气系统的上方设置有人工湿地，所述人工湿地的一侧底部设置有底部污水布 水管道，所述底部污水布水管道中设置有排放管，所述排放管的排放口连通 到人工湿地中，所述卵石基层、碎石基层、曝气系统和人工湿地靠近底部污 水布水管道设置有土工布包裹层。
所述高分子模块骨架为梯形、长方形、圆柱形或其他不规则形状的拼接， 材质为不锈钢或有机玻璃，壁厚为3-10mm。
所述土工布包裹层的高度为200-800mm，且土工布包裹层中装填的为 300g/m的填料，填料为磁性填料。
所述碎石基层的高度为300-800mm，选用级配碎石；所述卵石基层的高度 为50-1000mm，选用天然鹅卵石或级配砂卵石。
所述底部污水布水管的直径为100-200mm。
所述曝气系统采用曝气穿孔管外套穿孔管的曝气排泥系统，所述外套穿 孔管的直径为100-200mm，曝气穿孔管的直径为10-20mm，同时具备曝气和排 泥作用。
所述的排放管的直径为100-200mm，所述排放管通过增加底部污水布水管， 将排口的污水直接引入人工湿地的内部，经人工湿地曝气、排泥、生态处理 后的水从人工湿地的另一侧出口排出，出口采用三角堰。
所述人工湿地由土工布包裹层、底部污水布水管、曝气系统、排放管、 植物等组成，所述人工湿地中设置有模块填料，所述模块填料为吸附性填料， 且人工湿地中所种植的植物为挺水植物，所述人工湿地进水口设置溢流管， 上部设灌溉系统，每隔一段设置积泥井。
所述底部污水布水管露出高分子模块骨架的长度为20-50mm，所述排放管 露出高分子模块骨架的长度为4-10mm，所述底部污水布水管和排放管材质均 为PVC或PE，壁厚均为1-2mm，所述底部污水布水管和排放管均设有根据水 量可自动调节的阀门。
所述模块化曝气人工湿地采用三种不同的运行模式，低水位污水浇灌， 中水位处理，高水位溢流，间歇性将污水通过水泵提升排出，既保证湿地内 的微生物和植物的正常生长，又可保证湿地内的溶氧量，系统同时具有截污、 调蓄和处理功能。
所述模块化曝气人工湿地采用三种不同的运行模式，低水位污水浇灌、 中水位处理、高水位溢流，间歇性将污水通过水泵提升排出。
进一步的，系统在底部设置卵石叠层和碎石基层使得基层稳定，其上敷 设曝气系统和模块，在模块内装入填料，四周设置防渗，污水和雨水由排口 进入此廊道，在植物、微生物、填料吸附过滤等生物、物理、化学作用下， 对水体中的污染物进行强化处理和高效处理。
进一步地，在污染河道内设置曝气生物滤池LABF，实现污水的调蓄、截 留及处理功能。
进一步地，设计尺寸可根据具体情况进行调整，常用的尺寸为4.0km×2 ×1.5m(宽)×1.5m(高)＝12000m3，设计处理能力为8000m3吨/天生活污水。
模块化曝气人工湿地工作时，运行工况以处理能力6000m3/d进行旱季、 雨季和远期雨污分流以后的运行工况分析。
旱季截流污水量3000m3/d，系统半水位、低负荷运行，预留9000m3作为 初雨调蓄；
雨季9000m3/d，污染雨水滞留滤池内部处理后排放，超量雨水溢流至河 道；
远期雨污分流以后，可全部用于处理初期雨水的污染，处理量可达 18000m3/d。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.采用高分子模块作为骨架，内部建立填料作为处理本体，用于模块化 曝气人工湿地中，制作成本低，处理效率高；
2.所用植物同时具有景观和净化功能，可根据处理水质的不同采用不同 的植物，植物根系与填料微生物构成生态降解系统，
3.生物滤池廊道兼做截污干管，同时具备截污、调蓄、导水、处理功能；
4.生物处理而非生态治理，生态措施主要为景观提升、降低异味；
5.生物滤池廊道与河道隔离，污水清水分离，降低处理量和处理难度。
6.通过在人工湿地中设置曝气系统，提升处理负荷，使滤池处于好氧环 境的运行中，处理负荷100gCOD/m2·d，相当于传统水平流湿地5-10倍的处理 能力。
7.通过增加污水布水管，将排口的污水直接引入湿地内部，隔绝恶臭气 体直接扩散到周边空气中。
8.通过间歇性将污水通过水泵提升排出，既保证湿地内的微生物和植物 的正常生长，又可保证湿地内的溶氧量，同时具有截污、调蓄和处理功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明旱季模块化曝气人工湿地运行示意图；
图3为本发明雨季模块化曝气人工湿地运行示意图；
图4为本发明远期雨污分流以后模块化曝气人工湿地运行示意图；
图1中：1、高分子模块骨架；2、土工布包裹层；3、碎石基层；4、卵 石基层；5、底部污水布水管道；6、曝气系统；7、排放管；8、人工湿地。
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。
实施例1
一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，包括高分子模块骨架1、土工 布包裹层2、碎石基层3、卵石基层4、底部污水布水管道5、曝气系统6、排 放口7和人工湿地8，土工布包裹层2、碎石基层3、卵石基层4、底部污水 布水管5、曝气系统6、人工湿地8设置于在高分子模块骨架1的内部，卵石 基层4设置在高分子模块骨架1的底部，卵石基层4的上方设置有碎石基层3， 碎石基层3的上方设置有曝气系统6，曝气系统6的上方设置有人工湿地8，人工湿地8的一侧底部设置有底部污水布水管道5，底部污水布水管道5中设 置有排放管7，排放管7的排放口连通到人工湿地8中，卵石基层4、碎石基 层3、曝气系统6和人工湿地8靠近底部污水布水管道5设置有土工布包裹层 2。
本发明中进一步的，高分子模块骨架1为梯形、长方形、圆柱形或其他 不规则形状的拼接，材质为不锈钢或有机玻璃，壁厚为5mm。
本发明中进一步的，土工布包裹层2的高度为500mm，且土工布包裹层2 中装填的为300g/m2的填料，填料为磁性填料。
本发明中进一步的，碎石基层3的高度为500mm，选用级配碎石，经过开 山块石、天然卵石或砂砾石经破碎筛选，由大小不同粒级的碎石组配而成， 排水性能良好；卵石基层4的高度为800mm，选用天然鹅卵石或级配砂卵石， 卵石表面杂质冲洗干净并晒干，排水性能良好。
本发明中进一步的，底部污水布水管5的直径为110mm，为了保证污水能 够快速排布。
本发明中进一步的，曝气系统6采用曝气穿孔管外套穿孔管的曝气排泥 系统，外套穿孔管的直径为110mm，曝气穿孔管的直径为15mm，同时具备曝 气和排泥作用。
本发明中进一步的，排放管7的直径为100-200mm，排放管7通过增加底 部污水布水管5，将排口的污水直接引入人工湿地8的内部，经人工湿地8曝 气、排泥、生态处理后的水从人工湿地8的另一侧出口排出，出口采用三角 堰。
本发明中进一步的，人工湿地8由土工布包裹层2、底部污水布水管5、 曝气系统6、排放管7、植物等组成，人工湿地8中设置有模块填料，模块填 料为吸附性填料，且人工湿地8中所种植的植物为挺水植物，该植物可选用 芦苇，每隔300mm设置积泥井。
本发明中进一步的，底部污水布水管5露出高分子模块骨架1的长度为 30mm，排放管7露出高分子模块骨架1的长度为10mm，底部污水布水管5和排 放管7材质均为PVC或PE，壁厚均为1mm，底部污水布水管5和排放管7均 设有根据水量可自动调节的阀门。
本发明中进一步的，模块化曝气人工湿地采用三种不同的运行模式，低 水位污水浇灌，中水位处理，高水位溢流，间歇性(6h)将污水通过水泵提 升排出，既保证湿地内的微生物和植物的正常生长，又可保证湿地内的溶氧 量。
处理旱季排入河道的城市生活污水，曝气量0.1m3/h，进水pH＝7.3，温 度20℃，水力停留时间24h，挂膜并稳定运行15天后，模块化曝气人工湿地 中COD的去除率能达到91.6％，NH4+-N的去除率能达到89.5％，处理效果良 好。
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。

Claims (10)

1.一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，包括高分子模块骨架(1)、土工布包裹层(2)、碎石基层(3)、卵石基层(4)、底部污水布水管道(5)、曝气系统(6)、排放口(7)和人工湿地(8)，其特征在于：所述土工布包裹层(2)、碎石基层(3)、卵石基层(4)、底部污水布水管(5)、曝气系统(6)、人工湿地(8)设置在高分子模块骨架(1)的内部，所述卵石基层(4)设置在高分子模块骨架(1)的底部，所述卵石基层(4)的上方设置有碎石基层(3)，所述碎石基层(3)的上方设置有曝气系统(6)，所述曝气系统(6)的上方设置有人工湿地(8)，所述人工湿地(8)的一侧底部设置有底部污水布水管道(5)，所述底部污水布水管道(5)中设置有排放管(7)，所述排放管(7)的排放口连通到人工湿地(8)中，所述卵石基层(4)、碎石基层(3)、曝气系统(6)和人工湿地(8)靠近底部污水布水管道(5)设置有土工布包裹层(2)。
2.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述高分子模块骨架(1)为梯形、长方形、圆柱形或其他不规则形状的拼接，材质为不锈钢或有机玻璃，壁厚为3-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述土工布包裹层(2)的高度为200-800mm，且土工布包裹层(2)中装填的为300g/m2的填料，填料为磁性填料。
4.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述碎石基层(3)的高度为300-800mm，选用级配碎石，所述卵石基层(4)的高度为50-1000mm，选用天然鹅卵石或级配砂卵石。
5.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述底部污水布水管(5)的直径为100-200mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述曝气系统(6)采用曝气穿孔管外套穿孔管的曝气排泥系统，所述外套穿孔管的直径为100-200mm，曝气穿孔管的直径为10-20mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述的排放管(7)的直径为100-200mm，所述排放管(7)通过增加底部污水布水管(5)，将排口的污水直接引入人工湿地(8)的内部，经人工湿地(8)曝气、排泥、生态处理后的水从人工湿地(8)的另一侧出口排出，出口采用三角堰。
8.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述人工湿地(8)由土工布包裹层(2)、底部污水布水管(5)、曝气系统(6)、排放管(7)、植物等组成，所述人工湿地(8)中设置有模块填料，所述模块填料为吸附性填料，且人工湿地(8)中所种植的植物为挺水植物，所述人工湿地(8)进水口设置溢流管，上部设灌溉系统，每隔一段设置积泥井。
9.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述底部污水布水管(5)露出高分子模块骨架(1)的长度为20-50mm，所述排放管(7)露出高分子模块骨架(1)的长度为4-10mm，所述底部污水布水管(5)和排放管(7)材质均为PVC或PE，壁厚均为1-2mm，所述底部污水布水管(5)和排放管(7)均设有根据水量可自动调节的阀门。
10.根据权利要求1所述的一种用于河道治理的模块化曝气人工湿地，其特征在于：所述河道治理的模块化曝气人工湿地采用三种不同的运行模式：低水位污水浇灌、中水位处理和高水位溢流。
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