CN112174333A

CN112174333A - 一种人工湿地模块及其应用

Info

Publication number: CN112174333A
Application number: CN202011158723.6A
Authority: CN
Inventors: 赵东华; 岳冬梅; 葛俊; 吴耀
Original assignee: Shanghai Waterway Engineering Design and Consulting Co Ltd
Current assignee: Shanghai Waterway Engineering Design and Consulting Co Ltd
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-01-05

Abstract

一种人工湿地模块，包括固态电子供体补充单元、框架，所述固态电子供体补充单元容纳于所述框架内；所述框架为中空的柱体，柱壁为镂空结构。所述固态电子供体补充单元为固态电子供体，填充于所述框架中。所述固态电子供体补充单元还包括镂空的隔离管，固态电子供体容纳于所述隔离管内。所述的人工湿地模块在水处理技术中的应用，一种人工湿地，包括进水端、处理区及出水端，所述处理区是由所述的若干人工湿地模块装配而成。本发明结构简单，施工方便，能保证湿地填料铺设质量，提升人工湿地的施工效率，方便补充固态电子供体，强化湿地的反硝化脱氮功能。本发明便于清洗、消除堵塞，不会大幅度损伤湿地结构、破坏湿地功能，短期内即可恢复湿地功能。

Description

一种人工湿地模块及其应用

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块，尤其是适用于低碳氮比水处理的类型。

背景技术

人工湿地是由植物、微生物和填料三个要素组成的有机系统。填料在人工湿地水质净化过程中起着核心作用。研究表明，填料对磷的去除起主要作用，填料表面的生物膜对有机物和氮的去除中起到主导作用。因此，人工湿地填料的设计以及施工是人工湿地工程应用中的关键之一。

随着新型投融资建设模式如EPC、PPP等在水环境治理项目中的应用，人工湿地应用中已经不仅仅关注填料的类型、粒径、级配等设计参数，还包括在建设过程中如何保证填料质量、施工进度，以及如何长效运行，减小堵塞风险等。

在人工湿地施工过程中，填料铺设是关键环节，对施工的质量和进度有决定性影响。尤其对于填料种类多、级配多、铺设方法有特殊要求的湿地，施工难度大大增加。而且，目前并没有针对人工湿地填料铺设的标准方法，基本是一个湿地一个标准，这也在一定程度上降低了施工效率。

人工湿地在处理低碳氮比污水或自然水体，如我国南方地区的生活污水、污水处理厂尾水、轻污染河湖水以及受硝酸盐污染的地下水时，往往由于碳源缺乏导致脱氮效率低下。在湿地中添加固态电子供体，如缓释碳源或硫单质，能有效促进人工湿地处理低碳氮比水的脱氮速率。随着反硝化的进行，固态电子供体会被逐步消耗，需定期补充，但在人工湿地中，固态电子供体的补充存在很大难度。公开号为CN202688096U的实用新型专利公布了一种补充垂直流人工湿地缓释碳源的装置，通过在湿地底部安装管壁开孔的碳源输送管对人工湿地补充缓释碳源。该碳源输送管位于湿地底部，一旦出现破损或堵塞等情况则修复困难；补充碳源时须将湿地排空，影响人工湿地的正常运行；由于该碳源输送管位于湿地底部，湿地内部缺乏光线，很难观察管中缓释碳源的消耗情况。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块及应用方法，能大大提升人工湿地的施工效率，保证填料铺设质量，可方便补充固态电子供体，强化湿地的反硝化脱氮功能。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种人工湿地模块，包括框架和固态电子供体补充单元，所述固态电子供体补充单元容纳于所述框架内；

所述框架为中空的柱体，柱壁为镂空结构，孔径小于其内部填充填料的粒径；柱体高度与人工湿地设计的填料层高度一致。

所述框架可以为圆柱体、棱柱体或其他形状的柱体，柱体材质的化学性质稳定，无二次污染，具备一定的机械强度，能耐受水流冲刷和柱内外基质的挤压，如可采用不锈钢、聚乙烯、玻璃钢、钢筋混凝土等材质；

所述框架顶部设置有吊环，方便施工时吊装；

所述固态电子供体补充单元由隔离管和位于框架底盘上的凹槽组成，隔离管由框架底盘上设置的凹槽加以支撑、固定。

隔离管为镂空结构，孔径小于其内外填料的粒径；隔离管高度与柱体相一致。

隔离管材质化学性质稳定，无二次污染，有一定的机械强度，能耐受水流冲刷和柱内外基质的挤压，如可采用不锈钢、聚乙烯、玻璃钢、钢筋混凝土等材质；

固态电子供体可以直接放在所述固态电子供体补充单元中，也可先放在镂空的提篮中，然后再将提篮放进固态电子供体补充单元中；

当模块仅需填充固态电子供体时，可拆掉隔离管，直接将整个框架作为固态电子供体补充单元，全部填充固态电子供体。

固态电子供体可以为缓释碳源、硫自养反硝化材料中的一种或多种；

框架与固态电子供体补充单元之间填充人工湿地填料。

上述的人工湿地模块在水处理技术中的应用。

一种人工湿地，包括进水端、处理区及出水端，所述处理区是由所述的若干人工湿地模块装配而成。

可选地，所述处理区由若干正六棱柱形状的可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块柱面对齐拼嵌、相邻排列，所述处理区位于进水端与出水端之间。

可选地，所述处理区由若干正四棱柱形状的人工湿地模块柱面对齐、垂直于进水方向紧邻列成排。

可选地，所述紧邻列成的人工湿地模块有两排，两排人工湿地模块之间以非模块区湿地填料间隔。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果至少包括：

1.保障填料铺设质量；由受过专业训练的人员按照操作指南将模块装好填料，避免工程因人员变动需要重复培训填料铺设方法的情况或因经验不足导致的铺设质量问题；

2.提升施工效率：模块直接通过吊机吊装组装，施工简单，快速，节省人力，大大提升了施工效率，缩短施工周期；

3.方便补充固态电子供体：能随时观察电子供体的消耗情况，并随时补充，不需中断湿地运行，保障湿地的反硝化脱氮效率；

4.延长湿地寿命：湿地出现堵塞情况时，能方便地将堵塞区域的模块吊出，堵塞解除后再放回，操作方便、快速，对湿地总体的运行情况影响小。

附图说明

图1为本发明一种实施例的人工湿地模块剖面结构示意图。

图2为本发明一种实施例的框架结构示意图。

图3为本发明一种实施例的隔离管结构示意图。

图4为本发明一种实施例的框架底盘结构示意图。

图5为本发明一种实施例的提篮结构示意图。

图6为本发明实施例1中人工湿地俯视结构示意图。

图7为本发明实施例1中人工湿地剖面结构示意图。

图8为本发明实施例3中人工湿地俯视结构示意图。

图9为本发明实施例3中人工湿地剖面结构示意图。

其中，1：框架；2：隔离管；3：凹槽；4：吊环；5：进水区；6：出水区。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

人工湿地模块

请参阅图1至图4，一种可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块，包括框架1和固态电子供体补充单元，固态电子供体补充单元容纳于框架1内；固态电子供体补充单元由镂空的隔离管2和位于框架底盘上的凹槽3组成，隔离管2由框架底盘上设置的凹槽3加以支撑、固定。

本实施例中框架1为镀锌钢丝正六棱柱，边长0.3m，柱高1m，孔径3-8mm，框架顶端的角点上设置吊环4，本实施例中在间隔的三个角点上总共设置三个吊环，方便施工时吊装。

本实施例中固态电子供体补充单元的隔离管2为PVC圆管，直径0.2m，柱高1m，壁上开孔，孔径大小为5mm，孔间距15mm。

框架1与隔离管2之间的填料，从下至上依次为粒径30～50mm的砾石0.2m、粒径20～30mm的砾石0.6m、粒径5～10mm的砾石0.2m。

所述固态电子供体补充单元中填充的固态电子供体，是一种直径50mm的可生物降解悬浮球。

所述人工湿地模块的应用

采用所述可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块构建一个水平潜流湿地，用于强化污水处理厂尾水脱氮，湿地结构如图6和图7所示，具体如下：

湿地长4m，宽1.5m，由进水端、湿地模块集聚区及出水端顺序衔接而成；所述湿地模块集聚区由若干正六棱柱形状的可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块柱面对齐拼嵌、相邻排列；基底施工完成后，直接用吊机将模块吊装到位；再在湿地进、出水端，按照规范铺设粒径50-100mm的砾石。

当进水为污水处理厂一级A标准尾水,硝酸盐氮浓度为5～15mg/L，人工湿地水力负荷设置为1m³/(m²·d)时，运行前100天，出水硝酸盐氮浓度基本低于检测限。运行100天后，出水硝酸盐氮浓度为0.3～1.3mg/L。

实施例2

人工湿地模块

与实施例1不同之处在于：固态电子供体补充单元还包括镂空的提篮(图5)，固态电子供体容纳于所述提篮内；提篮放在固态电子供体补充单元内即隔离管中的。提篮为圆柱形，直径0.18m，柱高1m，采用聚乙烯材质，柱壁及底部均为镂空结构，孔径大小为2～10mm，提篮顶部设有提手。

其他结构同实施例1，应用方法同实施例1。

当进水为污水处理厂一级A标准尾水,硝酸盐氮浓度为5～15mg/L，人工湿地水力负荷设置为1m³/(m²·d)时，出水硝酸盐氮浓度平均为0.75mg/L。运行370天后，出水硝酸盐氮浓度为0.7～1.5mg/L，将在水流方向上前1/4的提篮替换为装满缓释碳源的新的提篮，运行6天后，出水硝酸盐氮浓度即降为1mg/L以下。

实施例3

人工湿地模块

本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例将整个框架作为固态电子供体补充单元，无隔离管，内部全部填充固态电子供体；本实施例框架是横截面为正方形的正四棱柱，边长0.5m，高1m，钢筋混凝土材质，壁上孔径为5mm，孔间距25mm，顶部四个角各有一个吊环。

所述人工湿地模块的应用

本实施例由一种可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块构建一个水平潜流湿地，用于强化污水处理厂尾水脱氮，湿地结构如图8和图9所示，具体如下：

湿地长4.0m，宽1.5m，由进水端、两块湿地模块集聚区、非模块区及出水端衔接而成；所述非模块区位于两块湿地模块集聚区之间；所述湿地模块集聚区由若干正四棱柱形状的柱体的可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块柱面对齐、垂直于进水方向紧邻列成排；基底施工完成后，直接用吊机将装置吊装到指定位置。

进水端填料为粒径50-100mm的砾石，非模块区湿地填料从下至上依次为粒径30～50mm的砾石0.2m、粒径20～30mm的砾石0.6m、粒径5～10mm的砾石0.2m。

当进水为污水处理厂一级A标准尾水,硝酸盐氮浓度为5～15mg/L，人工湿地水力负荷设置为1m³/(m²·d)时，出水硝酸盐氮浓度为0.15～1.0mg/L。

图6、7和图8、9中的两种模块(正六棱柱与正四棱柱)可以互换使用，模块可以使用其它形状的柱体。

进一步，本实施例人工湿地模块也可用于其他类型湿地，如表流湿地、塘系统、景观水体、城市河道等，强化水体的反硝化脱氮功能，根据处理规模、处理目标及湿地的大小、形状等，决定所用的模块数量及放置的位置。

若人工湿地出现堵塞情况，可直接将堵塞区域的模块吊出，进行清洗或采用其他措施解除堵塞，不会大幅度损伤湿地结构、破坏湿地功能，短期内即可恢复湿地功能。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种人工湿地模块，其特征在于：包括固态电子供体补充单元、框架，所述固态电子供体补充单元容纳于所述框架内；所述框架为中空的柱体，柱壁为镂空结构。

2.根据权利要求1所述的人工湿地模块，其特征在于：所述固态电子供体补充单元为固态电子供体，填充于所述框架中；可选地，所述固态电子供体补充单元还包括镂空的隔离管，固态电子供体容纳于所述隔离管内；可选地，所述框架与隔离管之间填充有人工湿地填料；可选地，所述隔离管的镂空结构，其孔径小于其内外填料的粒径。

3.根据权利要求1所述的人工湿地模块，其特征在于：所述隔离管由框架底盘上设置的凹槽加以支撑、固定；可选地，所述隔离管高度与柱体相一致；可选地，所述框架的镂空结构，其孔径小于其内部填充填料的粒径。

4.根据权利要求2所述的人工湿地模块，其特征在于：所述固态电子供体补充单元还包括镂空的提篮，所述的固态电子供体容纳于所述提篮内；所述提篮置于所述隔离管中。

5.根据权利要求1所述的人工湿地模块，其特征在于：所述柱体由化学性质稳定、无二次污染的材料制成；所述柱体能耐受水流冲刷和柱内外基质的挤压；可选地，所述柱体包括圆柱体、棱柱体；可选地，所述柱体为正六棱柱或正四棱柱；可选地，所述框架顶部设置有便于吊装的吊环。

6.根据权利要求2所述的人工湿地模块，其特征在于：所述固态电子供体为缓释碳源、硫自养反硝化材料中的一种以上。

7.权利要求1至6中任一所述的人工湿地模块在水处理技术中的应用。

8.一种人工湿地，包括进水端、处理区及出水端，其特征在于：所述处理区是由权利要求1至6中任一所述的若干人工湿地模块装配而成。

9.根据权利要求8所述的人工湿地，其特征在于：所述处理区由若干柱体形状的可补充固态电子供体的装配式人工湿地模块柱面对齐拼嵌、相邻排列，所述处理区位于进水端与出水端之间；可选地，所述柱体是正六棱柱；或者，

所述处理区由若干正四棱柱形状的人工湿地模块柱面对齐、垂直于进水方向紧邻列成排；可选地，所述柱体是正四棱柱。

10.根据权利要求9所述的人工湿地，其特征在于：所述紧邻列成的人工湿地模块有两排，两排人工湿地模块之间以非模块区湿地填料间隔。