CN109879435A - 一种装配式填料块及装配式阶梯型滨水湿地净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式填料块，包括装配框架以及嵌入其内的N个方形填料块单元；所述填料块单元，其内设有容腔，其上下面均开有与所述容腔连通的孔；所述容腔内从上至下依次设有填料层、生态纤维层和硬质筛网层。本发明还公开了一种装配式阶梯型滨水湿地净化系统，该系统包括阶梯式湿地净化系统，阶梯式湿地净化系统设有阶梯状净化池；净化池内铺设有上述的装配式填料块；在装配式填料块上面覆盖土质层；土质层上种植水生植物。本发明的装配式填料块，可在不同尺寸的湿地上进行装配；装配灵活简便；并可实现填料块的更换与回收。本发明的装配式阶梯型滨水湿地净化系统可实现水资源的蓄积和循环利用，再生便利、成本低。

Description

一种装配式填料块及装配式阶梯型滨水湿地净化系统

技术领域

本发明涉及一种湿地净化系统，特别涉及一种装配式填料块及装配式阶梯型滨水湿地净化系统。

背景技术

目前，随着经济社会的不断发展，人们的生活水平不断提高，人们对自身居住的环境提出了更高的要求，随之出现了装配式建筑的工程理念。装配式建筑是指部分或全部构件在工厂预制完成，然后运输到施工现场，并将构件通过可靠的连接方式组装而建成的建筑，与传统建筑相比，从设计、加工、安装、装修都更加强调标准化、模块化，因此效率更高。

目前，人工湿地构建相关技术已经较为成熟，按照水流方式的差异可以将人工湿地划分为几类：表面流型人工湿地、水平潜流型人工湿地、垂直潜流型流人工湿地、复合流人工湿地等。但是这些人工湿地的研究较为普遍，没有从根本上解决湿地堵塞的问题，难以适应各种复杂的自然灾害，对污染物的截留效果有限，为了解决上述问题，针对装配式建筑的设计理念，我们汲取其中主要研究的核心：将单一构建进行整装成套生产，然后再进行组装运用到工程领域。本专利提出了一种应用于河道水质净化的装配式阶梯型滨水湿地净化系统，既提高了滨水湿地对于污染物的滞留作用，也解决了湿地运行过程中产生的堵塞问题，还实现了河道的蓄水和水资源的重复利用功能。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种既能解决人工湿地的堵塞问题又能高效去除水体中的污染物，还能适应复杂地况的装配式填料块及装配式阶梯型滨水湿地净化系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种装配式填料块，包括装配框架以及嵌入其内的N个方形填料块单元；所述填料块单元，其内设有容腔，其上下面均开有与所述容腔连通的孔；所述容腔内从上至下依次设有填料层、生态纤维层和硬质筛网层。

进一步地，所述装配框架外包覆树脂层。

进一步地，所述填料层包括绿沸石填料层、煤渣填料层和/或火山岩填料层。

进一步地，所述生态纤维层为竹纤维层。

进一步地，所述硬质筛网层为不锈钢筛网层。

进一步地，所述填料块单元由混凝土和/或硅藻土混合浇筑而成。

进一步地，所述装配框架为L型，其内嵌入三个所述填料块单元。

本发明还提供一种装配式阶梯型滨水湿地净化系统，该系统包括阶梯式湿地净化系统，所述阶梯式湿地净化系统设有阶梯状净化池；所述净化池内铺设有上述的装配式填料块；在所述装配式填料块上面覆盖土质层；所述土质层上种植水生植物。

进一步地，还包括用于汇集待净化水的集水系统、用于去除水中悬浮物的预处理系统以及用于沉淀水中沙石颗粒的澄清池；待净化水依次流经所述集水系统、所述预处理系统、所述阶梯式湿地净化系统以及所述澄清池。

进一步地，所述预处理系统包括格栅区、兼性区以及好氧区；所述格栅区设有多层格栅；所述兼性区和所述好氧区设有太阳能曝气装置。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的装配式填料块，采用装配框架以及嵌入其内的N个方形填料块单元的可装配结构，可在不同尺寸的场地上进行装配；装配灵活简便；装配式填料块的装配框架外包覆树脂层，在保证环保的基础上还可实现填料块的更换与回收。填料块单元中填料层采用绿沸石、煤渣、火山岩等材料制成，绿沸石、煤渣、火山岩材料提高了装配式填料块对氨氮和磷具有较强的吸附效果，还可附着一些微生物，协同植物作用有效的去除水中的富营养元素；装配式填料块的装配框架为L型，方便对齐铺设。

本发明的装配式阶梯型滨水湿地净化系统，该系统中的阶梯式湿地净化系统设有阶梯净化池，阶梯净化池中铺设上述的装配式填料块，在装配式填料块上面覆盖土质层；土质层上可种植芦苇、西伯利亚鸢尾、石菖蒲等水生植物，对水体中氮磷具有很好的拦截效果，有效拦截河道中的氮磷，降低出水中氮磷的浓度。

该系统中的预处理系统，可去除水体中的的悬浮物质，防止对混合填料层的堵塞；有效减缓了水体的流速，保证在降雨或者河道汛期时水净化处理系统的净化作用。预处理系统中兼性区和好氧区设有太阳能曝气装置，在太阳能曝气装置还可种植水生植物，进一步去除水中的氮磷，促进植物-填料-微生物的协同净化作用。

该系统中的澄清池，沉淀经过湿地系统携带沙石颗粒，并延长水力停留时间，保证出水的透明度和污染物浓度达标。

本发明的装配式阶梯型滨水湿地净化系统可实现水资源的蓄积和循环利用，具有处理效率高、再生便利、成本低廉、环境效益好等特点。

附图说明

图1是本发明的装配式填料块的结构示意图；

图2是本发明的装配式填料块中的填料块单元剖视图；

图3是本发明的装配式阶梯型滨水湿地净化系统的俯视图；

图4是本发明的装配式阶梯型滨水湿地净化系统的侧剖视图；

图5是本发明的阶梯式湿地净化系统的结构示意图。

图中：1-河道，2-木桩，3-入水管路，4-进水加压泵站，5-出水管路，6-预处理系统，7-格栅区，8兼性区，9-好氧区，10-净化池A，11-净化池B，12-净化池C，13-澄清池，14-生态岸坡，15-周边绿地，16-收集槽，17-过水孔，18-煤渣装配式填料块，19-火山岩装配式填料块，20-绿沸石装配式填料块，21-土质层，22-滨水湿地岸坡，23-阶梯型石笼层，24-阶梯式湿地净化系统，25-粗格栅，26-细格栅，27-挡水隔板，28-太阳能曝气泵，29-西伯利亚鸢尾，30-芦苇，31-石菖蒲，32-装配式填料块，33-填料块单元，34-装配框架，35-硬质筛网；36-生态纤维层，37-填料层。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图5，一种装配式填料块32，包括装配框架34以及嵌入其内的N个方形填料块单元33；所述填料块单元33，其内设有容腔，其上下面均开有与所述容腔连通的孔；所述容腔内从上至下依次设有填料层37、生态纤维层36和硬质筛网层。采用装配框架34以及嵌入其内的N个方形填料块单元33的可装配结构，可在不同尺寸的场地上进行组合装配；装配灵活简便。所述装配框架34可为L型，其内可嵌入三个所述填料块单元33。L型装配框架34，方便对齐铺设。所述填料块单元33可由混凝土和/或硅藻土混合浇筑而成。装配框架34可选用轻型材质制造。比如低碳钢，PVC等。硬质筛网层可由不锈钢等材料制成的硬质筛网35构成。填料块单元中硬质筛网层可在制作填料块单元本体时直接嵌入填料块单元本体中，一起压制或浇筑，也可以在填料块单元本体底部设环形台肩；硬质筛网层放置在台肩上。

进一步地，所述装配框架34外可包覆树脂层。装配式填料块32的装配框架34外包覆树脂层，在保证环保的基础上还可实现填料块的更换与回收。

进一步地，所述填料层37可包括绿沸石填料层、煤渣填料层和/或火山岩填料层。填料块单元33中填料层37可为采用绿沸石、煤渣、火山岩等材料制成的填料层，填料层37可为一种材料制成，也可以有几种材料混合制成，还可以为多层，每层由不同材料制成。绿沸石、煤渣、火山岩材料这些填料层的材料可提高装配式填料块32对氨、氮和磷具有较强的吸附效果，绿沸石、煤渣、火山岩的表面还可附着一些微生物，协同植物作用有效的去除水中的富营养元素。

进一步地，所述生态纤维层36可为竹纤维层。生态纤维层36生态环保并可附着一些微生物，协同植物作用有效的去除水中的富营养元素。

进一步地，所述硬质筛网层可为不锈钢筛网层。填料块单元33底部铺有小孔径的钢质硬质筛网层，起到过滤泥沙，防止大颗粒泥沙进入容腔。

本发明还提供一种装配式阶梯型滨水湿地净化系统的实施例，该装配式阶梯型滨水湿地净化系统包括阶梯式湿地净化系统24，所述阶梯式湿地净化系统24设有阶梯状净化池；所述净化池内铺设有上述的装配式填料块32；在所述装配式填料块32上面覆盖土质层21；所述土质层21上种植水生植物。所述装配式填料块32的上层为土质层21，土质层21上可种植芦苇30、西伯利亚鸢尾29、石菖蒲31等水生植物，这些植物对环境的耐受性强、对水体中氮和磷等营养元素的综合吸收和富集能力较强，主要目的是去除水体中的富营养元素；阶梯状净化池可包括多个阶梯状布置的净化池；比如像图5中所示，从高至低依次包括净化池A10、净化池B11、净化池C12；每个净化池内可铺设不同填充材料的装配式填料块32；净化池A10可铺设填料层37为绿沸石材料制成的的装配式填料块32；净化池B11可铺设填料层37为煤渣材料制成的的装配式填料块32；净化池C12可铺设填料层37为火山岩材料制成的的装配式填料块32。填料层37为煤渣材料制成的的装配式填料块可称为煤渣装配式填料块18；填料层37为火山岩材料制成的的装配式填料块可称为火山岩装配式填料块19；填料层37为绿沸石材料制成的的装配式填料块可称为绿沸石装配式填料块20。

进一步地，该装配式阶梯型滨水湿地净化系统可按照河道1的大小尺寸进行修建，该装配式阶梯型滨水湿地净化系统还可包括用于汇集待净化水的集水系统、用于去除水中悬浮物的预处理系统6以及用于沉淀水中沙石颗粒的澄清池13；待净化水可依次流经所述集水系统、所述预处理系统6、所述阶梯式湿地净化系统24以及所述澄清池13。

其中，集水系统，用于汇集待净化水，集水系统可设置收集槽16等设施，用于收集生态岸坡14和周边绿地15的集水，生态岸坡14和周边绿地15的集水较多时，当水位达到一定高度时，可通过表层流动进入收集槽16中，当水流达到一定高度经过透水孔进入装配式滨水湿地中，进行氮磷的有效拦截。

水流在丰水期时由可调节高度的收集槽16流进预处理系统6，在平水期和枯水期时候用进水加压泵站4将河流中的水抽入到预处理系统6中。

所述预处理系统6可包括格栅区7、兼性区8以及好氧区9；所述格栅区7可设有多层格栅；格栅区7主要目的是去除水中的较大的悬浮物质，防止人工填料介质堵塞；所述兼性区8和所述好氧区9可设有太阳能曝气装置，所述太阳能曝气装置上可种植有水生植物，在兼性区8和好氧区9投加一定量的微生物吸附剂，主要目的是在增加水体中的曝气量的同时，保证植物-填料-微生物的协调作用去除水体中的氮磷。

经过阶梯式湿地净化系统24处理后的的水流入澄清池13中，水中携带的一些沙石颗粒能够有效沉降，延长水力停留时间，减缓水流速度；随着液位逐渐升高，达到限值后经出水加压泵站抽出，沿管道流入河道1中。充分实现了装配式阶梯型湿地净化系统对水体的“滞”留作用。

下面结合本发明的一个优选实施例对本发明的结构及工作原理进一步说明：

图1是本发明的一种装配式填料块32的结构示意图，图2是本发明的装配式填料块中的填料块单元剖视图。装配式填料块32主要选用硅藻土制成的填料块单元33作为载体，填料块单元33外部尺寸：长宽高为292cm*292cm*300cm；填料块单元33内部容腔尺寸：长宽深为180cm*180cm*300cm，底部固定硬质筛网35，网孔直径径可为0.1cm～0.5cm，填料块单元33硬质筛网35上铺放生态纤维，三个填料块单元33组成一组，放在L型的装配框架34可选择硬质低碳钢制作，装配框架34外包覆树脂层。

图3是本发明的装配式阶梯型滨水湿地净化系统的俯视图。该系统设计长度为30m，设有进水加压泵站4、出水加压泵站、入水管路3和出水管路5，其中入水管路3管径为0.35m，在河道1出水口设有阶梯型石笼层23，阶梯型石笼层23底端每间隔1cm铺设厚度d＝6cm、高度h＝40-50cm的木桩2，铺设长度距离为40m，水流通过入水管路3进入预处理系统6中，预处理系统6格栅区7长为1.5m宽为5m，兼性区8长为2.5m，宽为5m，好氧区9长为2.5m，宽为5m，水流进入装配式阶梯型湿地系统，阶梯状净化池分为三层，是边长为5m的正方形阶梯状净化池，澄清池13的宽度为4m，长度为5m。出水管路5管径为0.4m，长度为3.4m。收集槽16长度为30m，宽度为1.2m，内径宽度为1.0m，在收集槽16和格栅区7的侧壁上，可在距离最高层湿地0.3m处开过水孔17，孔径为方形孔，长为0.4m，宽0.2m。生态岸坡14为长度为30m，宽度为3.5m。在阶梯型湿地系统和预处理系统6的旁可为周边绿地15。

图4是本发明的装配式阶梯型滨水湿地净化系统的侧剖视图。阶梯型石笼层23长为30m，宽为2.0m，高度由河底堆积到和与滨水湿地岸坡22齐平，滨水湿地岸坡22设置成阶梯型，每一个台阶平均宽度为20cm左右，高为10cm左右。滨水湿地岸坡22宽度为3.4m。

图5是本发明的阶梯式湿地净化系统24的结构示意图，图示意了装配式阶梯型阶梯型湿地示意图。在阶梯式湿地净化系统24的阶梯状净化池中，铺设煤渣、火山岩、绿沸石等不同填充材料的装配式填料块32。选用三种不同的植物：西伯利亚鸢尾29、芦苇30、菖蒲，三块高湿地上植物的铺设间距为30cm/株，湿地土层厚度为30cm。三节阶梯型湿地距离上一次湿地顶端距离为30cm。在预处理系统6中，格栅区71/3处和2/3出分别设立钢质粗格栅25(栅格厚度50mm)和钢制细格栅26(栅格厚度9mm)，在距离预处理系统6初始端150cm、400cm处的位置分别设立有机玻璃挡板，挡板高度分别为40cm和30cm，在兼性区8和好氧区9的中心位置底端铺设太阳能曝气装置的曝气盘，采用太阳能板供电保证曝气装置的曝气泵28等其正常运行。

河水由进水加压泵站4将水通过入水管路3输入到预处理系统6中，格栅区7对水体中悬浮物质进行初步截留，减轻了湿地填料堵塞的问题，并且有效减缓了水体的流速，保证了阶梯式湿地净化系统24的净化作用，水体经过格栅区7流入兼性区8和好氧区9，在兼性区8和好氧区9内投加去除氮磷的相关微生物吸附剂，在兼性区8和好氧区9安装太阳能曝气装置，通过曝气泵28为水体环境提供氧气，为水体微生物提供一个适宜生存的环境，促进植物-填料-微生物对氮磷的协同去除作用。

水经过预处理系统6，受重力作用，均匀流入阶梯式湿地净化系统24中，依次流入净化池A10、净化池B11、净化池C12中，净化池为潜流湿地，净化池的底部铺设黏土，防止水体的发生渗漏，净化池A10、净化池B11、净化池C12可分别种植西伯利亚鸢尾29、芦苇30、石菖蒲31等水生植物，每个净化池内可铺设不同填充材料的装配式填料块32，净化池A10可铺设填料层37为煤渣材料制成的煤渣装配式填料块18；净化池B11可铺设填料层37为火山岩材料制成的火山岩装配式填料块19；净化池C12可铺设填料层37为绿沸石材料制成的绿沸石装配式填料块20。在植物-填料-微生物的协同作用下有效去除水体中氮、磷等富营养元素，其中煤渣填料层、火山岩填料层、绿沸石填料层的粒径为1-2cm，煤渣、火山岩、绿沸石材料表面可附着微生物，主要目的是去除水体当中的磷并且将水中的的氨氮转化为硝酸盐类物质用于植物生长。

经过阶梯式湿地净化系统24处理后，水体随重量流流入澄清池13中，水中残留的悬浮物质继续沉降，有效提高了水体的净化效果；当澄清池13达到一定水位时由出水加压泵站及出水管路5将处理好的河水重新进入河流中；实现了水资源的循环利用。

降雨时，生态岸坡14集水较多，当水位达到一定高度时，可通过表层流动进入收集槽16中，当水流达到一定高度经过水孔17进入预处理系统6中，进行氮磷的有效拦截。

随着运行时间的增长，湿地填料逐渐堵塞，可及时将装配式填料块32取出，将填料块单元33内部填料层37更换后重新放入湿地中，实现湿地内填料块单元33内填料层37的及时再生，保证湿地连续运行，高效去除河流水体中的氮磷。基于装配式建筑理念的的装配式阶梯型滨水湿地净化系统，可以通过多次植物和装配式填料块32的协同作用，对于水体中的氮磷具有显著去除效果，该预处理系统6在去除水体悬浮物质的基础上，增加了水体曝气量，延长了了水力停留时间，为投加菌株提供了较为合适的生存环境，保证装配式阶梯型湿地进行充分的生物反应，装配式填料块32其内置填料层37能够进行及时更新和再生，保证该滨水湿地处理系统在河道1治理中长期有效运行，相比于原水质情况，应用该装配式阶梯型滨水湿地净化系统氮磷拦截去除率可以提高20％以上。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种装配式填料块，其特征在于，包括装配框架以及嵌入其内的N个方形填料块单元；所述填料块单元，其内设有容腔，其上下面均开有与所述容腔连通的孔；所述容腔内从上至下依次设有填料层、生态纤维层和硬质筛网层。

2.根据权利要求1所述的装配式填料块，其特征在于，所述装配框架外包覆树脂层。

3.根据权利要求1所述的装配式填料块，其特征在于，所述填料层包括绿沸石填料层、煤渣填料层和/或火山岩填料层。

4.根据权利要求1所述的装配式填料块，其特征在于，所述生态纤维层为竹纤维层。

5.根据权利要求1所述的装配式填料块，其特征在于，所述硬质筛网层为不锈钢筛网层。

6.根据权利要求1所述的装配式填料块，其特征在于，所述填料块单元由混凝土和/或硅藻土混合浇筑而成。

7.根据权利要求1所述的装配式填料块，其特征在于，所述装配框架为L型，其内嵌入三个所述填料块单元。

8.一种装配式阶梯型滨水湿地净化系统，其特征在于，包括阶梯式湿地净化系统，所述阶梯式湿地净化系统设有阶梯状净化池；所述净化池内铺设有权利要求1至7任意一项所述的装配式填料块；在所述装配式填料块上面覆盖土质层；所述土质层上种植水生植物。

9.根据权利要求8所述的装配式阶梯型滨水湿地净化系统，其特征在于，还包括用于汇集待净化水的集水系统、用于去除水中悬浮物的预处理系统以及用于沉淀水中沙石颗粒的澄清池；待净化水依次流经所述集水系统、所述预处理系统、所述阶梯式湿地净化系统以及所述澄清池。

10.根据权利要求9所述的装配式阶梯型滨水湿地净化系统，其特征在于，所述预处理系统包括格栅区、兼性区以及好氧区；所述格栅区设有多层格栅；所述兼性区和所述好氧区设有太阳能曝气装置。