CN115010266A - 植物和填料分离的模块化人工湿地及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物和填料分离的模块化人工湿地。包括湿地床模块和多个植物模块，湿地床模块在垂直方向上开设有多个用于放置植物模块的凹槽；所述植物模块外表面为通过工程塑料或水泥制备的长方体结构，且在外表面间隔设置有多个孔洞；植物模块内种植有植物，并在内部填充陶粒，以支撑植物生长。本发明能够分离植物的根系和湿地填料，进而避免大量植物根系进入填料空隙，植物模块还可以和填料模块进行分离以达到对植物根系的修剪，以达到改善湿地的水利条件，延长湿地的使用使用寿命，降低维护成本。
Description
技术领域
本发明属于河流缓冲带、湖泊、景观用水以及水生态修复领域，具体涉及一种植物和填料分离的模块化人工湿地及其构建方法。
背景技术
人工湿地可以在极低的能耗情况下稳定的处理轻度污染水体、修复受污染的河流和湖泊。经过改进后还能特定处理某一类污水。目前在生态修复、尾水处理方面越来越多的选择修筑人工湿地。
目前的人工湿地也存在部分问题，比如长时间的运行后，会发生堵塞，大大降低了人工湿地的水处理效果。其中一部分是填料被过度繁殖的微生物堵塞，另一方面是被湿地中的植物根系所堵塞。通过合理布局填料的空隙可以改进微生物的堵塞，但是较大的植物根系日积月累和更新迭代将占满湿地填料的空隙。
本发明将采取一种新的湿地设计模式将植物和填料分开的方法，解决湿地因植物根系堵塞的问题。
发明内容
针对湿地水处理领域的尚未改善之处，本发明提供了一种全新的的人工湿地构造思路，其核心是通过分离植物的根系和湿地填料，进而避免植物根系进入填料空隙，植物模块还可以和填料模块进行分离以达到对植物根系的修剪，以达到改善湿地的水利条件。
本发明采用的技术方案如下：
一、一种植物和填料分离的模块化人工湿地
包括湿地床模块和多个植物模块，湿地床模块在垂直方向上开设有多个用于放置植物模块的凹槽作为填料孔；
所述植物模块外表面为通过工程塑料或水泥制备的长方体结构，且在外表面间隔设置有多个孔洞；植物模块内种植有植物，并在内部填充陶粒，以支撑植物生长；
填料孔内侧面设置有与植物模块的孔洞位置对应的缺口。
湿地床模块左右两侧对称设置有进水口和出水口。
所述植物模块上的孔洞通过钢丝网进行封堵，防止填料外溢；所述钢丝网的孔径为5～10mm。
所述填料孔上设置的缺口用于连通湿地床模块和植物模块，以实现水流自由通过。
植物模块种植的植物为湿地种植植物，包括芦苇、花叶水葱、黄菖蒲、再力花、蒲苇、伞草等；每个植物模块种植5～10棵植物。
所述湿地床模块中的填料孔尺寸适配植物模块的尺寸。
湿地床模块内部填充有陶粒。
所述陶粒粒径为2cm～3cm。
二、模块化人工湿地的湿地构建方法
具体包括：
1)湿地模块的铺建：
在湿地床模块顶部开设多个沿高度方向布置的填料孔；准备植物模块，并在植物模块外周面开设多个孔洞；将植物模块放置于填料孔内，填料孔在与植物模块的孔洞对应位置处留有缺口，以连通湿地主体和植物模块；
2)湿地模块的维护：
在湿地床模块运行过程中，若水流开始不畅通，将植物模块从湿地床模块中取出，对多余的伸出孔洞的根系进行修剪，然后将植物模块放回湿地床模块，即完成湿地维护。
本发明的有益效果是：
1)本发明具有诸多优势，避免了植物根系及其分泌物堵塞湿地，水流可以自由通过植物模块，部分污染物被植物根系吸收和去除。这种分离式设计方便湿地植被的管理，替换以及收割。植物模块还能单独去除对植物根系进行修剪，以达到湿地水路的良好畅通性。
2)本发明的湿地设计首次在物理上隔离了植物根系和湿地主体填料的接触，却保留了湿地床和植物模块之间的通道，保障了湿地床中的水可以通过植物模块系统得到根系净化。这将大大降低湿地的维护成本以及延缓湿地的堵塞，最后达到延长湿地的使用寿命，有利于新型人工湿地的推广应用。
附图说明
图1为本发明的正面剖视图
图2为湿地床模块正面剖视图
图3为植物模块正面剖视图
图4为本发明的俯视图
图中：湿地床模块(1)、植物模块(2)、进水口(3)、出水口(4)、填料孔(5)、通孔(6)。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明整体如图1所示，包括湿地床模块1和植物模块2：
植物模块：如图3所示，植物模块主要包括植物和根系附着模块。一般植物为常见的湿地种植植物，芦苇、花叶水葱、黄菖蒲、再力花、蒲苇、伞草等。根系附着模块为长80cm、高80cm、宽40cm的长方体，该长方体内部填充陶粒(粒径2cm～3cm)用于支撑植物生长，长方体由工程塑料或者水泥等材料制备而得，其厚度约1cm。在长方体的表面分布数量不等的孔洞，这些孔洞可以连通湿地床模块，以实现植物模块和湿地模块的连通，水流可以自由通过。每个植物模块可以种植5～10棵左右植物。
湿地床的主要构造形式如图2所示，其高1.2m，宽1.2m，长2m，其中间有四处内凹的填料孔5可以配合放下植物模块。填料孔5布置有通孔6，可以完美对接植物模块的孔洞。湿地床模块采用工程塑料、有机玻璃或者水泥制备外壳，厚度在2～5cm左右，内部填充陶粒(粒径2cm～3cm)。在植物模块和湿地床模块连接处使用孔径5～10mm左右钢丝网进行封堵，可以防止填料的外溢。
实施例1
实验组1为本发明的新型植物湿地，植物采用了黄菖蒲，每个植物模块种植5棵。实验组2为传统湿地，植物模块采用了黄菖蒲，每个植物模块种植5棵。经过一年的实验运行，本发明湿地和传统湿地中的植物都能茂盛的生长。
经过一年的运行，本发明湿地相较于传统湿地一直保持高效运行，其中主要污染物的去除一直保持在稳定的高效水平。湿地在3月份开始试验，湿地运行前3个月，本发明湿地和传统湿地的总氮、总磷和COD除去率都稳步上升，这是由于湿地中的植物和微生物稳定繁殖导致的污染物去除效率增加，3个月到6月的时候，两种湿地都能稳定运行。随后传统湿地率先开始出现堵塞情况，水流开始不畅通，每日处理水量开始下降，下降幅度约在30％。本发明的植物模块分离湿地依然可以稳定运行，污染物的去除效率保持稳定水平。随后在8个月的时候，传统湿地堵塞情况加剧，每日处理水流量下降幅度在45％左右，植物分离湿地每日水处理量下降10％左右。随后对湿地进行维护，传统湿地的维护十分麻烦，需要将填料前部取出后，清理植物过度生长的根系和叶片，维护成本昂贵。本发明的植物湿地床分离湿地，只需要将植物模块取出，将多余的额根系修剪，然后放回湿地床即可。完成湿地的维护后，二者的每日水处理量得到明显恢复。综上实验所述，本发明的湿地在水处理方面可以较长的保持稳定，尤其是在抗堵塞方面，由于采取植物模块和湿地床的分离设计，取得了意想不到的效果，带来了维护的极大便利，延缓了湿地的堵塞，解决了一直困扰传统湿地的主要问题-植物根系堵塞湿地的困扰。
Claims (7)
1.一种植物和填料分离的模块化人工湿地，其特征在于，包括湿地床模块(1)和多个植物模块(2)，湿地床模块(1)在垂直方向上开设有多个用于放置植物模块(2)的填料孔(5)；
所述植物模块(2)外表面为通过工程塑料或水泥制备的长方体结构，且在外表面间隔设置有多个孔洞；植物模块(2)内种植有植物，并在内部填充陶粒，以支撑植物生长；
填料孔(5)内侧面设置有与植物模块(2)的孔洞位置对应的缺口(6)。
2.根据权利要求1所述的一种植物和填料分离的模块化人工湿地，其特征在于，湿地床模块(1)左右两侧对称设置有进水口(3)和出水口(4)。
3.根据权利要求1所述的一种植物和填料分离的模块化人工湿地，其特征在于，所述植物模块(2)上的孔洞通过钢丝网进行封堵；所述钢丝网的孔径为5～10mm。
4.根据权利要求1所述的一种植物和填料分离的模块化人工湿地，其特征在于，所述填料孔(5)上设置的缺口(6)用于连通湿地床模块(1)和植物模块(2)，以实现水流自由通过。
5.根据权利要求1所述的一种植物和填料分离的模块化人工湿地，其特征在于，植物模块(2)种植的植物为湿地种植植物，包括芦苇、花叶水葱、黄菖蒲、再力花、蒲苇、伞草；每个植物模块种植5～10棵植物。
6.根据权利要求1所述的一种植物和填料分离的模块化人工湿地，其特征在于，所述湿地床模块(1)中的填料孔(5)尺寸适配植物模块(2)的尺寸。
7.采用权利要求1～6任一所述模块化人工湿地的湿地构建方法，其特征在于，具体包括：
1)湿地模块的铺建：
在湿地床模块(1)顶部开设多个沿高度方向布置的填料孔(5)；准备植物模块(2)，并在植物模块外周面开设多个孔洞；将植物模块(2)放置于填料孔(5)内，填料孔(5)在与植物模块的孔洞对应位置处留有缺口，以连通湿地主体(1)和植物模块(2)；
2)湿地模块的维护：
在湿地床模块(1)运行过程中，若水流开始不畅通，将植物模块(2)从湿地床模块(1)中取出，对多余的根系进行修剪，然后将植物模块(2)放回湿地床模块(1)，即完成湿地维护。
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