CN116081821A - 一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及人工湿地技术领域，公开了一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，包括多个模块单元，所述模块单元包括：外部框架，所述外部框架的内部由下至上依次设置有底部配水层、湿地填料层和盆栽植物层，所述盆栽植物层的顶部形成有向下延伸的第一水渠和第二水渠，所述第一水渠的侧壁上开有多个水孔；花盆支撑板，所述花盆支撑板设置在所述盆栽植物层的顶部、用于固定多个花盆，所述花盆内种植湿地植物；分隔件，所述分隔件设置在所述底部配水层与所述湿地填料层之间，所述分隔件的内部形成有空腔，所述分隔件的顶部开有多个与所述空腔连通的过滤孔；配水立管，所述配水立管的上下两端分别与所述第二水渠和所述空腔连通；以及水路系统。
Description
技术领域
本发明涉及人工湿地技术领域，具体涉及一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置。
背景技术
人工湿地因其低成本、生态化、景观化、建设便利等优势被广泛应用于城市生活污水、农村污水、地表径流雨水、工业废水、垃圾渗滤液等多领域污水处理中。人工湿地技术在农村污水治理中得到了快速发展。人工湿地主要分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地、潮汐流人工湿地和复合人工湿地几大类。
现有的人工湿地存在以下问题：
1.容易堵塞，人工湿地长时间运行不可避免地都会产生堵塞，其中垂直潜流人工湿地的堵塞现象尤为严重。堵塞会引起湿地的过水能力降低，导致污水直接壅积在人工湿地表面，壅积的污水还会阻隔氧气向人工湿地的内部扩散，进而降低人工湿地的处理效果。
2.复氧效果差，人工湿地中氧的来源主要包括大气复氧、进水中携带的溶解氧以及湿地植物根部输氧三种方式。然而，现有的人工湿地往往无法满足有机物降解过程和硝化过程对氧的需求。为提高人工湿地的复氧能力，一系列基于间歇进水或利用机械增氧的曝气增强型人工湿地出现，但也存在曝气不均匀、曝气时间过长、能耗较大等缺点。
3.运行模式单一，不能充分将不同类型人工湿地的优势互补。如垂直潜流人工湿地污染物去除效果好，但易堵塞；潮汐流人工湿地处理效果好、复氧能力强且不易堵塞，但水力负荷低、能耗高，且短时间抽吸大规模的水量对强力泵的要求较高。
4.运维不便，人工湿地表面枯萎死亡的湿地植物的枯枝落叶若不及时清理，会影响人工湿地的处理效果，甚至造成人工湿地的堵塞，但实际很难及时对枯萎死亡的湿地植物进行清理。此外，人工湿地长时间运行不可避免会产生填料床堵塞，对堵塞严重的填料床，更换填料是最有效解决堵塞的方法，但传统湿地填料层更换需先清理湿地表面植物与表层土壤，填料更换不便。
发明新型内容
本发明的目的在于提供一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，以解决上述背景技术中提到的问题。
本发明具体是这样的：一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，包括多个模块单元，所述模块单元包括：
外部框架，所述外部框架的内部由下至上依次设置有底部配水层、湿地填料层和盆栽植物层，所述盆栽植物层的顶部形成有向下延伸的第一水渠和第二水渠，所述第一水渠的侧壁上开有多个水孔；
花盆支撑板，所述花盆支撑板设置在所述盆栽植物层的顶部、用于固定多个花盆，所述花盆内种植湿地植物；
分隔件，所述分隔件设置在所述底部配水层与所述湿地填料层之间，所述分隔件的内部形成有空腔，所述分隔件的顶部开有多个与所述空腔连通的过滤孔；
配水立管，所述配水立管的上下两端分别与所述第二水渠和所述空腔连通；以及
水路系统，所述水路系统包括进水干管、出水干管、第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和放空管，所述进水干管和所述出水干管分别设置在所述外部框架的两侧，所述第一管道的两端分别与所述进水干管和所述出水干管连通，所述第一管道上安装有第一阀门和第二阀门，所述第二管道设置在所述第一阀门与所述第二阀门之间，所述第二管道的第一端与所述第一管道连通，所述第二管道的第二端与所述第二水渠连通，所述第二管道上安装有第三阀门，所述第三管道的第一端与所述进水干管连通，所述第三管道的第二端与所述第一水渠连通，所述第三管道的第一端上安装有第四阀门，所述第四管道的第一端与所述第三管道的第二端连通，所述第四管道的第二端与所述出水干管连通，所述第四管道上安装有第五阀门，所述放空管的第一端与所述空腔连通，所述放空管的第二端与所述出水干管连通，所述放空管上安装有第六阀门。
进一步地，所述湿地填料层由沸石和砾石填装而成。
进一步地，所述空腔为漏斗结构，漏斗结构的所述空腔使得其内部的液体具有流向所述放空管的趋势。
进一步地，所述配水立管的上端与外部抽吸泵或水泵可拆卸连接。
进一步地，所述湿地植物为西伯利亚鸢尾、菖蒲、香蒲、水葱、花叶芦苇或花叶麦冬。
进一步地，所述第二水渠具有一个，所述第一水渠具有两个，两个所述第一水渠位于所述第二水渠的两侧。
进一步地，多个所述模块单元之间串联或并联。
本发明的有益效果：本发明提供的一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，具有上行潜流模式、下行潜流模式和潮汐流模式三种运行模式，可根据实际情况交替运行，有效缓解人工湿地的堵塞问题，增强人工湿地的复氧能力，从而增强人工湿地对污染物的去除能力。并且盆栽植物层为盆栽结构，当湿地植物衰败时，可快速更换，有效避免湿地植物衰亡对人工湿地的影响；此外，当湿地填料发生严重堵塞时，不必大规模停床整休和更换、开挖人工湿地，只需移开堵塞的模块单元表面的盆栽，更换堵塞的填料即可，延长人工湿地使用寿命的同时，大大减少了湿地运行维护费用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中模块单元的俯视结构图；
图2为模块单元去除花盆和花盆支撑板后的结构示意图；
图3为图1中沿A-A方向的剖面结构示意图；
图4为图1中沿B-B方向的剖面结构示意图；
图5为图1中沿C-C方向的剖面结构示意图；
图6为水路系统的结构示意图。
图中：10-外部框架、11-底部配水层、12-湿地填料层、121-沸石、122-砾石、13-盆栽植物层、131-花盆、132-花盆支撑板、14-第一水渠、141-水孔、15-第二水渠、20-分隔件、21-空腔、22-倾斜面、30-配水立管、40-水路系统、41-进水干管、42-出水干管、43-第一管道、44-第二管道、45-第三管道、46-第四管道、47-放空管、51-第一阀门、52-第二阀门、53-第三阀门、54-第四阀门、55-第五阀门、56-第六阀门。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，包括多个模块单元，模块单元包括外部框架10、花盆支撑板132、分隔件20、配水立管30和水路系统40。
外部框架10为1.4米×1.5米×1.1米的长方体，外部框架10的内部由下至上依次设置有底部配水层11、湿地填料层12和盆栽植物层13。底层配水层11高7.5厘米。盆栽植物层13的顶部形成有向下延伸的第一水渠14和第二水渠15。第一水渠14和第二水渠15的规格均为长1.4米，宽30厘米。第一水渠14的侧壁上开有多个与湿地填料层12连通的水孔141，水孔141距第一水渠14的底部25厘米。
花盆支撑板132，花盆支撑板132设置在盆栽植物层13的顶部、用于固定多个花盆131，花盆131内种植湿地植物。花盆131的数量为25个，花盆131的规格为上径26厘米、下径17.5厘米、高29.5厘米的方形花盆131。花盆131的底部铺设有9厘米厚的种植土，种植土上铺设有20厘米厚的陶粒。湿地植物为西伯利亚鸢尾、菖蒲、香蒲、水葱、花叶芦苇或花叶麦冬。
分隔件20沿横向设置在底部配水层11与湿地填料层12之间。分隔件20的内部形成有空腔21，分隔件20的顶部开有多个与空腔21连通的过滤孔，过滤孔为50毫米×50毫米的方形孔。
配水立管30沿纵向穿过湿地填料层12、且上下两端分别与第二水渠15和空腔21连通。配水立管30的公称直径为50毫米。
水路系统40包括进水干管41、出水干管42、第一管道43、第二管道44、第三管道45、第四管道46和放空管47。进水干管41和出水干管42分别设置在外部框架10的两侧，第一管道43的两端分别与进水干管41和出水干管42连通，第一管道43上安装有第一阀门51和第二阀门52。第二管道44设置在第一阀门51与第二阀门52之间，第二管道44的第一端与第一管道43连通，第二管道44的第二端与第二水渠15连通，第二管道44上安装有第三阀门53。第三管道45的第一端与进水干管41连通，第三管道45的第二端与第一水渠14连通，第三管道45的第一端上安装有第四阀门54。第四管道46的第一端与第三管道45的第二端连通，第四管道46的第二端与出水干管42连通，第四管道46上安装有第五阀门55。放空管47的第一端与空腔21连通，放空管47的第二端与出水干管42连通，放空管47上安装有第六阀门56。
本装置共有三种运行模式，分别是上行潜流模式、下行潜流模式和潮汐流模式。
上行潜流模式：打开第一阀门51、第三阀门53、第五阀门55；关闭第二阀门52、第四阀门54和第六阀门56。运行时，污水由进水干管41、第一管道43和第二管道44进入第二水渠15，然后通过配水立管30由上往下进入到分隔件20的空腔21内，再穿过分隔件20上的多个过滤孔自下而上穿过湿地填料层12，最后通过第一水渠14侧壁上的多个水孔141进入第一水渠14中，再经由第三管道45、第四管道46和出水干管42排出本装置。
下行潜流模式：打开第二阀门52、第三阀门53、第四阀门54；关闭第一阀门51、第五阀门55和第六阀门56。运行时，污水由进水干管41和第三管道45进入第一水渠14，然后通过第一水渠14侧壁上的多个水孔141进入湿地填料层12，再由上往下穿过湿地填料层12后进入分隔件20的空腔21内，最后通过配水立管30自下往上进入第二水渠15，再经由第二管道44、第一管道43和出水干管42排出本装置。
潮汐流模式：打开第四阀门54和第六阀门56；关闭第一阀门51、第二阀门52、第三阀门53和第五阀门55。运行时，污水由进水干管41和第三管道45进入第一水渠14，然后通过第一水渠14侧壁上的多个水孔141进入湿地填料层12，再由上往下穿过湿地填料层12后进入分隔件20的空腔21内，最后通过放空管47和出水干管42排出本装置。工作人员通过控制第四阀门54和第六阀门56周期性开闭，利用潮汐运行过程中湿地填料层12床体浸润面的变化产生的空隙吸力将大气氧吸入湿地填料层12，充水过程，湿地填料层12内的空气被挤出，湿地填料层12逐渐被淹没；排水过程，大量的氧气被带入湿地填料层12，通过这种交替的进水和空气运动可以显著提高人工湿地的氧环境，满足有机物降解过程和硝化过程对氧的需求，从而去除氨氮和有机物，提高人工湿地的复氧能力。
污水超越过程：打开第一阀门51和第二阀门52，其余阀门全部关闭。污水超越该模块单元，直接流入下一模块单元或出水。本过程适用于对该模块单元内部检修或更换填料时应用。
日常运行时，每个湿地模块单元可通过控制各个阀门的开闭，实现三种运行模式的交替运行，通过上行潜流模式和下行潜流模式交替运行，避免人工湿地长期单向进水造成湿地填料层12堵塞，并达到反冲洗效果；通过切换潮汐流模式运行，可实现装置的自增氧效果，尤其在污染物去除效果较差的冬季，通过切换潮汐流模式运行，满足有机物降解过程和硝化过程对氧的需求，从而去除氨氮和有机物，提高人工湿地的复氧能力。
本装置可以根据污水处理规模大小，串联或并联多个模块单元，实现处理规模的灵活变化。串联多个人工湿地模块单元时，可前后分别运行上行潜流模式和下行潜流模式，实现上行潜流模式和下行潜流模式人工湿地的多级串联。
人工湿地上层的盆栽植物层13内的盆栽可随意挪动，方便观察湿地填料层12的堵塞情况，以及更换收割死亡、枯萎的湿地植物，同时也避免了因未及时清理死亡、枯萎的落叶而导致湿地填料层12堵塞或影响水质等问题。
在一个实施例中，湿地填料层12由沸石121和砾石122填装而成。湿地床填料层12高55厘米，从上自下依次装填直径20～40毫米的沸石121，沸石121厚30厘米；直径40～60mm的砾石122，砾石122厚25厘米。沸石121作为人工湿地填料中的单种基质，对氨氮的吸附、吸收率一直处于最好的效果；砾石122对于水质的净化有良好的作用。
在一个实施例中，空腔21为漏斗结构、且开口方向朝上。放空管47与空腔21的底部连通，空腔21的内壁上形成有向下倾斜的倾斜面23，倾斜面23使得空腔21内部的液体具有流向放空管47的趋势。便于潮汐流模式运行时，污水、污泥等能够快速从放空管47排出。
在一个实施例中，配水立管30的上端与外部抽吸泵或水泵可拆卸连接。必要时，中心的配水立管30还可起到抽吸和反冲洗的作用，配水立管30的上端与外部抽吸泵连接，用于抽吸底部淤积的污泥；配水立管30的上端与水泵连接，对湿地填料层12进行反冲洗。
在一个实施例中，第二水渠15具有一个，第一水渠14具有两个，两个第一水渠14位于第二水渠15的两侧。
本装置的技术效果为：1.具有上行潜流模式、下行潜流模式和潮汐流模式三种运行模式，可根据实际情况交替运行，有利于减少死水区面积，有效缓解湿地填料层12的堵塞问题，增强人工湿地的复氧能力，从而增强湿地污染物去除能力。2.湿地填料层12内部设有配水立管30，可根据实际需求使其起到抽吸和反冲洗的作用，有效保证湿地长期稳定运行。3.人工湿地由一个以上模块单元构成，安装运输方便，建设周期短，可现装现用，可根据实际污水处理量灵活增减模块单元，有效避免运行负荷过低问题；此外，整个装置可整体迁移，异地再建，不会永久占地。4.盆栽植物层13内的盆栽可以移动，当湿地植物衰败时，可快速更换植物，可有效避免植物衰亡对湿地系统的影响；此外，当湿地填料层12发生严重堵塞时，不必大规模停床整休和更换、开挖湿地基质，只需移开堵塞的模块单元湿地表层植物盆，更换堵塞模块或者基质单元即可，延长人工湿地使用寿命的同时，大大减少了湿地运行维护费用。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，其特征在于：包括多个模块单元，所述模块单元包括：
外部框架，所述外部框架的内部由下至上依次设置有底部配水层、湿地填料层和盆栽植物层，所述盆栽植物层的顶部形成有向下延伸的第一水渠和第二水渠，所述第一水渠的侧壁上开有多个水孔；
花盆支撑板，所述花盆支撑板设置在所述盆栽植物层的顶部、用于固定多个花盆，所述花盆内种植湿地植物；
分隔件，所述分隔件设置在所述底部配水层与所述湿地填料层之间，所述分隔件的内部形成有空腔，所述分隔件的顶部开有多个与所述空腔连通的过滤孔；
配水立管，所述配水立管的上下两端分别与所述第二水渠和所述空腔连通；以及
水路系统，所述水路系统包括进水干管、出水干管、第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和放空管，所述进水干管和所述出水干管分别设置在所述外部框架的两侧，所述第一管道的两端分别与所述进水干管和所述出水干管连通，所述第一管道上安装有第一阀门和第二阀门，所述第二管道设置在所述第一阀门与所述第二阀门之间，所述第二管道的第一端与所述第一管道连通，所述第二管道的第二端与所述第二水渠连通，所述第二管道上安装有第三阀门，所述第三管道的第一端与所述进水干管连通，所述第三管道的第二端与所述第一水渠连通，所述第三管道的第一端上安装有第四阀门，所述第四管道的第一端与所述第三管道的第二端连通，所述第四管道的第二端与所述出水干管连通，所述第四管道上安装有第五阀门，所述放空管的第一端与所述空腔连通，所述放空管的第二端与所述出水干管连通，所述放空管上安装有第六阀门。
2.根据权利要求1所述的一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，其特征在于：所述湿地填料层由沸石和砾石填装而成。
3.根据权利要求1所述的一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，其特征在于：所述空腔为漏斗结构，漏斗结构的所述空腔使得其内部的液体具有流向所述放空管的趋势。
4.根据权利要求1所述的一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，其特征在于：所述配水立管的上端与外部抽吸泵或水泵可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，其特征在于：所述湿地植物为西伯利亚鸢尾、菖蒲、香蒲、水葱、花叶芦苇或花叶麦冬。
6.根据权利要求1所述的一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，其特征在于：所述第二水渠具有一个，所述第一水渠具有两个，两个所述第一水渠位于所述第二水渠的两侧。
7.根据权利要求1所述的一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置，其特征在于：多个所述模块单元之间串联或并联。
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|---|---|---|---|
| CN202211483577.3A CN116081821A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种多模式交替的模块化潜流人工湿地装置 |
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