CN109987796B - 一种高效净水模块化人工湿地系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效净水模块化人工湿地系统，它由两级厌氧罐装置和模块化湿地组成；所述两级厌氧罐装置内腔设有亲水性组合填料仓和聚氨酯海绵填料仓，通过开口朝下的U型管连通；所述模块化湿地包括折回布置且依次连通的粗水平潜流室、A细水平潜流室和B细水平潜流室，所述B细水平潜流室与表面流室连通，所述表面流室与回用水储存室连通。本发明解决了农村分散式处理没有良好的污水处理技术这一问题，提出了一种处理效果好、便于乡村建设、施工周期短、运行维护简单、景观效果好、便于尾水回用的生态污水处理技术。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种高效净水模块化人工湿地系统。
背景技术
居民日常生活未经处理的污水排放对环境造成不良影响，这一问题在农村地区尤为严重。大多数农村未建设有效的污水处理设施，村民生活中产生的污水，往往直排到周边环境中去，造成污水横流、卫生环境差、地表水污染等一系列问题。村级污水处理相对于城镇污水处理来说具有；(1)收集分散，大范围污水收集成本高；(2)村一级污水处理设施运维方面往往比城镇要差，一些适用于城镇的技术不适用于乡村，乡村局限性决定了村级污水处理设施运维费用及运维复杂度不能高；(3)突兀的污水处理设施，影响乡村景观环境，乡村污水处理设施要与乡村环境融合；(4)乡村污水处理往往具有中水回用需求，以满足种植、景观、打扫卫生等使用需求，等问题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种高效净水模块化人工湿地系统。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述高效净水模块化人工湿地系统由两级厌氧罐装置(1)和模块化湿地(2)组成；所述两级厌氧罐装置(1)内腔设有亲水性组合填料仓(3)和聚氨酯海绵填料仓(4)，所述亲水性组合填料仓(3)和聚氨酯海绵填料仓(4)通过开口朝下的U型管(5)连通；所述亲水性组合填料仓(3)上部设有A进水口(6)，所述亲水性组合填料仓(3)中设有亲水性组合填料(7)；所述聚氨酯海绵填料仓(4)上部设有出水口(8)，所述聚氨酯海绵填料仓(4)中设有聚氨酯海绵填料(9)；所述模块化湿地(2)包括折回布置且依次连通的粗水平潜流室(11)、A细水平潜流室(12)和B细水平潜流室(13)，所述B细水平潜流室(13)与表面流室(14)连通，所述表面流室(14)与回用水储存室(15)连通；所述粗水平潜流室(11)设有B进水口(23)，所述B进水口(23)与聚氨酯海绵填料仓 (4)的出水口(8)连通，所述粗水平潜流室(11)内腔上部设有布水器(16)，所述粗水平潜流室(11)内腔设有粗水平潜流填料(17)；所述A细水平潜流室(12)和B细水平潜流室(13)内腔均设有细水平潜流填料(18)；所述表面流室(14)内腔上部设有集布水器(19)，所述表面流室(14)内腔设有表面流填料(20)。
优选地，所述亲水性组合填料(7)顶面距离进水口(6)中心线0.1—0.2m，所述亲水性组合填料(7)底面距离亲水性组合填料仓(3)内腔底部0.1—0.2m；所述U型管(5) 的开口距离两级厌氧罐装置(1)底部0.3—0.4m。所述聚氨酯海绵填料(9)顶面高于出水口(8)中心线8—12cm。所述亲水性组合填料仓(3)和聚氨酯海绵填料仓(4)顶部均设有检修孔(10)。
优选地，所述粗水平潜流填料(17)从上到下依次为10—15cm厚的黏土、15—25cm厚且粒径为6—10mm的砾石、30—35cm厚且粒径为5—10mm的鹅卵石、8—12mm厚且粒径为1—2mm的鹅卵石；所述细水平潜流填料(18)从上到下依次为10—15cm厚的黏土、15—25cm厚且粒径为6—10mm的砾石、40—45mm厚的细砂与粒径为1—5mm的砾石的混合粒料；所述表面流填料(20)上层为8—12cm厚的细砂，下层为13—17cm厚的黏土。所述B进水口(12)与布水器(16)垂直连接；所述集布水器(19)设置在细水平潜流填料(18)中5—25cm厚且粒径为6—10mm的砾石下面。所述表面流室(14)与回用水储存室(15)通过集水过水器(21)连通；所述集水过水器(21)设置在表面流填料 (20)以上10—15cm的位置。所述粗水平潜流室(11)、A细水平潜流室(12)、B细水平潜流室(13)和表面流室(14)顶面均设有植物(22)。所述粗水平潜流室(11)顶面的植物为菖蒲，所述A细水平潜流室(12)何B细水平潜流室(13)顶面植物为鸢尾，所述表面流室(14)顶面植物为荷花。
下面对本发明作进一步说明：
本发明中，两级厌氧罐装置主要由两仓室组成，根据所挂填料及功能可依次分为亲水性组合填料仓、聚氨酯海绵填料仓。两级厌氧罐装置第一仓进水污染物浓度较高，设置亲水性组合填料，通过控制合理停留时间，让水中污染物能得到初步处理，使水中COD 降低；水中污染物在这仓内通过低负荷微生物两级厌氧罐装置进水口连通的为亲水性组合填料仓，该仓室安装有亲水性组合填料，填料安装底部距罐底0.1-0.2m，填料安装顶部在进水口中心线以下0.1-0.2m，填料水平间距0.1m。厌氧罐亲水性组合填料仓和聚氨酯海绵填料仓两仓通过开口垂下朝下U型管连通。U型管采用UPVC材质，由三段0.4-0.6m DN100直管道与2个DN10090°弯头组成，U型管安装好后，开口距两级厌氧罐装置罐底 0.3-0.4m，通过控制距罐底距离保证过水顺畅和对进水中可能村在的油脂进行撇除。U型管另一开口伸入到聚氨酯海绵填料仓。该仓设置有块状大小为0.2-0.3m的聚氨酯海绵填料，块状填料整齐堆放，从罐体底部一直填充到出水口中心线以上10cm。聚氨酯海绵填料孔隙率80-92％，比表面积45000-50000m2/m3,聚氨酯海绵填料仓污染物负荷比清水性组合填料仓要低，填料上生长的微生物适合处理低浓度污染物，聚氨酯海绵填料为这些适合处理低浓度污染物的微生物提供利于生长的载体，同时通过海绵填料的设置，可将污水中大量悬浮物过滤在该仓室内，保证湿地进水悬浮物含量，悬浮物含量过高湿地容易堵塞，这些被过滤的悬浮物往往为不溶性有机污染物，这部分污染也能被聚氨酯海绵填料上微生物降解掉。在两级厌氧罐装置两仓室顶部均设置有边长0.4-0.5m方检修孔，方便对罐体进行检修，检修孔配置有4cm厚复合树脂盖板。两级厌氧罐装置外壳材质为纤维增强复合材料，可一体成型，罐体内填料在加工厂预装，来到项目现场直接开挖埋下安装即可。两级厌氧罐装置大小能力根据处理水量大小调整，或通过多个小规模两级厌氧罐装置并联。
模块湿地由5室组成，分别为粗水平潜流室、A细水平潜流室、B细水平潜流室、表面流室、回用水储存室。粗水平潜流室、A细水平潜流室、B细水平潜流室三室，呈折回布置。
粗水平潜流室由进水口、布水器、植物、粗水平潜流填料4部分组成。进水口与两级厌氧罐装置出水口通过管道连接。进水口与粗水平潜流室布水器垂直连接。布水器材质为UPVC，布水器上斜向下45°方向上开有一条宽1-2mm的缝，用于均匀布水。粗水平潜流室顶部种植有植物，植物种植在粗水平填料表层，以菖蒲为主，种植密度15-20株 /m2。粗水平填料从上到下依次为10-15cm厚黏土，15-25cm厚6-10mm粒径的砾石， 30-35cm厚5-10mm粒径鹅卵石，最下层为10mm厚1-2mm粒径鹅卵石。
A细水平潜流室由植物、细水平潜流填料2部分组成。A细水平潜流室顶部种植有植物，植物种植在细水平填料表层，以鸢尾为主，种植密度30-40株/m2。粗水平填料从上到下依次为10-15cm厚黏土，15-25cm厚6-10mm粒径的砾石，40-45mm厚50％细砂与 1-5mm砾石混合粒料组成。
B细水平潜流室由植物、细水平潜流填料、集布水器3部分组成。B细水平潜流室的植物及细水平潜流填料与A细水平潜流室一样，集布水器设置在细水平潜流填料中 5-25cm厚6-10mm粒径的砾石下面。集布水器呈直角形状，在细水平潜流II中起集水作用，在下一室表面流室中起布水作用。集布水器在B细水平潜流室迎水面斜向下45度方向上开有一条宽2-3mm的缝，用于集水。集布水器在表面流室布水方向斜向下45度方向上开有一条宽1-2mm的缝，用于均匀布水。
表面流室由植物、集水过水器、表面流填料3部分组成。植物为荷花，种植密度3-4株/m2。荷花种植在表面流填料中，填料分为两层，上层为10cm厚细砂，下层为15cm厚黏土。上层填料以上10-15cm，设置有及过水器，集过水器呈直角状，长边在表面流室里面，迎水方向上斜向下45度方向上开有一条宽2mm的缝，用于集水，均匀集水，避免造成表面流室湍动。
回用水储存室，通过集水过水器与表面流室连通。回用水储存室能储存一定量的水，当水超过排放口时，溢流排放。
模块湿地外壳及内部各室挡板均为纤维增强复合材料，整体成型，开挖后直接安装外壳，再进行各室填料及其他管件安装。
本发明所述无动力高效净水模块化人工湿地系统，所述系统由两级厌氧罐装置和模块化湿地两部分组成，两级厌氧罐装置对进入系统污水进行厌氧降解和水体悬浮物含量控制，通过两级厌氧反应降低水体中污染物含量，同时确保湿地进水中悬浮物含量在一定范围内，防止湿地堵塞；模块湿地通过多级水平潜流湿地与表流湿地联合作用对水质进行深度净化。解决了农村分散式处理没有良好的污水处理技术这一问题，提出一种处理效果好、便于乡村建设、施工周期短、运行维护简单、景观效果好、便于尾水回用的生态污水处理技术。
本发明的技术创新点在于：
(1)提供了一套无动力高效模块化生态湿地系统；
(2)两级厌氧罐装置培养适合处理不同浓度污染物的微生物，从而对污水污染物进行高效去除；
(3)两级厌氧罐装置聚氨酯海绵填料设置，既能为微生物生长提供合适载体，又能对水体中悬浮物起很好的过滤去除作用；
(4)湿地防堵措施到位，首先设置了聚氨酯海绵填料过滤，后又通过粗、细水平潜流湿地串联，循序渐进，确保湿地不被堵塞，让湿地能稳定高效运行。
总之，本发明解决了农村分散式处理没有良好的污水处理技术这一问题，提出了一种处理效果好、便于乡村建设、施工周期短、运行维护简单、景观效果好、便于尾水回用的生态污水处理技术。
附图说明
图1为本发明所述高效净水模块化人工湿地系统结构示意图；
图2为本发明所述高效净水模块化人工湿地系统平面示意图。
图中：1、两级厌氧罐装置；2模块化湿地；3、亲水性组合填料仓；4、聚氨酯海绵填料仓；5、U型管；6、A进水口；7、亲水性组合填料；8、出水口；9、聚氨酯海绵填料； 10、检修孔；11、粗水平潜流室；12、A细水平潜流室；13、B细水平潜流室；14、表面流室；15、回用水储存室；16、布水器；17、粗水平潜流填料；18、细水平潜流填料；19、集布水器；20、表面流填料；21、集水过水器；22、植物；23、B进水口。
具体实施方式
参见图1至图2，所述高效净水模块化人工湿地系统由两级厌氧罐装置1和模块化湿地2组成；所述两级厌氧罐装置1内腔设有亲水性组合填料仓3和聚氨酯海绵填料仓4，所述亲水性组合填料仓3和聚氨酯海绵填料仓4通过开口朝下的U型管5连通；所述亲水性组合填料仓3上部设有A进水口6，所述亲水性组合填料仓3中设有亲水性组合填料7；所述聚氨酯海绵填料仓4上部设有出水口8，所述聚氨酯海绵填料仓4中设有聚氨酯海绵填料9；所述模块化湿地2包括折回布置且依次连通的粗水平潜流室11、A细水平潜流室 12和B细水平潜流室13，所述B细水平潜流室13与表面流室14连通，所述表面流室14 与回用水储存室15连通；所述粗水平潜流室11设有B进水口23，所述B进水口23与聚氨酯海绵填料仓4的出水口8连通，所述粗水平潜流室11内腔上部设有布水器16，所述粗水平潜流室11内腔设有粗水平潜流填料17；所述A细水平潜流室12和B细水平潜流室13内腔均设有细水平潜流填料18；所述表面流室14内腔上部设有集布水器19，所述表面流室14内腔设有表面流填料20。
其中，所述亲水性组合填料7顶面距离进水口6中心线0.1—0.2m，所述亲水性组合填料7底面距离亲水性组合填料仓3内腔底部0.1—0.2m；所述U型管5的开口距离两级厌氧罐装置1底部0.3—0.4m。所述聚氨酯海绵填料9顶面高于出水口8中心线8—12cm。所述亲水性组合填料仓3和聚氨酯海绵填料仓4顶部均设有检修孔10。
所述粗水平潜流填料17从上到下依次为10—15cm厚的黏土、15—25cm厚且粒径为6 —10mm的砾石、30—35cm厚且粒径为5—10mm的鹅卵石、8—12mm厚且粒径为1—2mm 的鹅卵石；所述细水平潜流填料18从上到下依次为10—15cm厚的黏土、15—25cm厚且粒径为6—10mm的砾石、40—45mm厚的细砂与粒径为1—5mm的砾石的混合粒料；所述表面流填料20上层为8—12cm厚的细砂，下层为13—17cm厚的黏土。所述B进水口12 与布水器16垂直连接；所述集布水器19设置在细水平潜流填料18中5—25cm厚且粒径为6—10mm的砾石下面。所述表面流室14与回用水储存室15通过集水过水器21连通；所述集水过水器21设置在表面流填料20以上10—15cm的位置。所述粗水平潜流室11、 A细水平潜流室12、B细水平潜流室13和表面流室14顶面均设有植物22。所述粗水平潜流室11顶面的植物为菖蒲，所述A细水平潜流室12何B细水平潜流室13顶面植物为鸢尾，所述表面流室14顶面植物为荷花。
污水经收集通过两级厌氧罐装置进水口进入无动力高效模块化人工湿地，污水首在亲水性组合填料仓进行污染物降解和重力沉淀及悬浮物吸附去除，亲水性组合填料上生长的微生物对水体中污染物进行厌氧反应，大分子污染物分解，污染物得到一定程度降解，部分水体中漂浮的微小悬浮物被吸附在亲水性填料表面，水中悬浮物浓度也得到降低。亲水性组合填料仓污水通过U型导通管进入聚氨酯海绵填料仓，过水前水体中漂浮物及油脂被拦截在亲水性组合填料仓中。污水进入聚氨酯海绵填料仓后水中污染物被海绵填料上微生物降解，这些微生物相对于前一仓室亲水性组合填料上微生物对低浓度污染物降解效果更好。水体中悬浮物质被聚氨酯海绵调料过滤吸附，从而两级厌氧罐装置出水悬浮物浓度低，控制在100mg/L以下。
两级厌氧罐装置中聚氨酯海绵填料仓出水通过管道连接进入模块湿地。进水管与模块湿地照片那个粗水平潜流室中布水器连接，污水通过布水器开缝均匀布水，污水在通过重力作用向下流动，污水中部分污染物被污染物被粗水平潜流填料上微生物膜吸附去除，包括水中微小悬浮物，表面植物起美化景观同时，植物通过发达根系将空气中氧气输送到填料中，给填料中微生物活动提供氧气，为微生物降解水中污染物创造良好条件。粗水平室中水体水平向前推进，通过粗水平潜流室与A细水平潜流室中缺口进入到A 细水平潜流室中。污水在A细水平潜流室中也向前推进，水中污染物被填料上微生物去除，包括部分污染物被吸附在填料上截住，再分解。水平潜流室I顶部植物同粗水平潜流室植物作用一样。A细水平潜流室水向前推进通过A细水平潜流室与B细水平潜流室中缺口进入到B细水平潜流室中，水体继续向前推进，在该室污水处理过程及原理同水平潜流室I。B细水平潜流室中污水最后通过填料中集布水器集水收集，同时将水通过细缝均匀布在表面流室中。污水在表面流室中向前推进，此时水中污染物浓度已经很低，但仍有部分污染物被种植的荷花根部吸收和表面流室填料吸附去除。表面流室出水通过集水过水器收集同时流入回用水存储室。水在回用水存储室中存储停留，超过排水管的水体排放出无动力高效进水模块化湿地。
整个湿地没有任何机械设备，不需要额外动力，湿地为模块化构造，安装方便简单。
污水经无动力高效模块化人工湿地处理，排放的水体清澈透明，排放水体水质指标中 COD能由200mg/L下降到50mg/L以下，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准，满足乡村污水排放要求。
Claims (7)
1.一种高效净水模块化人工湿地系统，其特征在于，所述人工湿地系统由两级厌氧罐装置（1）和模块化湿地（2）组成；所述两级厌氧罐装置（1）内腔设有亲水性组合填料仓（3）和聚氨酯海绵填料仓（4），所述亲水性组合填料仓（3）和聚氨酯海绵填料仓（4）通过开口朝下的U型管（5）连通；所述亲水性组合填料仓（3）上部设有A进水口（6），所述亲水性组合填料仓（3）中设有亲水性组合填料（7）；所述聚氨酯海绵填料仓（4）上部设有出水口（8），所述聚氨酯海绵填料仓（4）中设有聚氨酯海绵填料（9）；所述模块化湿地（2）包括折回布置且依次连通的粗水平潜流室（11）、A细水平潜流室（12）和B细水平潜流室（13），所述B细水平潜流室（13）与表面流室（14）连通，所述表面流室（14）与回用水储存室（15）连通；所述粗水平潜流室（11）设有B进水口（23），所述B进水口（23）与聚氨酯海绵填料仓（4）的出水口（8）连通，所述粗水平潜流室（11）内腔上部设有布水器（16），所述粗水平潜流室（11）内腔设有粗水平潜流填料（17）；所述A细水平潜流室（12）和B细水平潜流室（13）内腔均设有细水平潜流填料（18）；所述表面流室（14）内腔上部设有集布水器（19），所述表面流室（14）内腔设有表面流填料（20）；所述粗水平潜流填料（17）从上到下依次为10—15cm厚的黏土、15—25cm厚且粒径为6—10mm的砾石、30—35cm厚且粒径为5—10mm的鹅卵石、8—12mm厚且粒径为1—2mm的鹅卵石；所述细水平潜流填料（18）从上到下依次为10—15cm厚的黏土、15—25cm厚且粒径为6—10mm的砾石、40—45mm厚的细砂与粒径为1—5mm的砾石的混合粒料；所述表面流填料（20）上层为8—12cm厚的细砂，下层为13—17cm厚的黏土；所述粗水平潜流室（11）、A细水平潜流室（12）、B细水平潜流室（13）和表面流室（14）顶面均设有植物（22）。
2.如权利要求1所述的高效净水模块化人工湿地系统，其特征在于，所述亲水性组合填料（7）顶面距离A进水口（6）中心线0.1—0.2m，所述亲水性组合填料（7）底面距离亲水性组合填料仓（3）内腔底部0.1—0.2m；所述U型管（5）的开口距离两级厌氧罐装置（1）底部0.3—0.4m。
3.如权利要求1所述的高效净水模块化人工湿地系统，其特征在于，所述聚氨酯海绵填料（9）顶面高于出水口（8）中心线8—12cm。
4.如权利要求1所述的高效净水模块化人工湿地系统，其特征在于，所述亲水性组合填料仓（3）和聚氨酯海绵填料仓（4）顶部均设有检修孔（10）。
5.如权利要求1所述的高效净水模块化人工湿地系统，其特征在于，所述B进水口（23）与布水器（16）垂直连接。
6.如权利要求1所述的高效净水模块化人工湿地系统，其特征在于，所述表面流室（14）与回用水储存室（15）通过集水过水器（21）连通；所述集水过水器（21）设置在表面流填料（20）以上10—15cm的位置。
7.如权利要求1所述的高效净水模块化人工湿地系统，其特征在于，所述粗水平潜流室（11）顶面的植物为菖蒲，所述A细水平潜流室（12）和B细水平潜流室（13）顶面植物为鸢尾，所述表面流室（14）顶面植物为荷花。
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