CN219297282U - 模块化漂浮湿地装置 - Google Patents

Abstract

根据本实用新型的实施例，提供了一种模块化漂浮湿地装置，包括湿地预处理模块，一个或多个湿地模块和水循环系统，其中湿地预处理模块从内到外包括包含水泵的控制仓单元、浮力体和过滤单元；一个或多个湿地模块包括漂浮件、水体处理区、布水机构，曝气气提机构，所述水体处理区包括种植层和位于种植层下方的深度处理层，该深度处理层包括多个水处理填料；水循环系统包括管道，其将所述湿地预处理模块处理之后的水运送到所述一个或多个湿地模块的布水机构。本公开可以采用模块化结构，易于漂浮湿地模块构造不同形状，拼装扩容，易于安装，结构稳定。

Description

模块化漂浮湿地装置

技术领域

本公开涉及水处理领域，更具体而言，涉及一种模块化漂浮湿地装置。

背景技术

现有的漂浮湿地主要依靠种植的植物的根系及其上附着的生物膜对水质进行净化，但其净化能力和净化空间很有限，对水质变化适应能力差，处理效果不稳定。植物的种植往往要在水上进行操作，现场施工难度大。

另外，如果类似于岸基的人工湿地采用填料对水体进行处理，随着淤泥的增加，填料会逐渐堵塞，需要定期维护或者更换，成本会随之升高。这种方式还会增加维持漂浮湿地的浮力的难度，长期使用之后重量增加，浮力下降，导致湿地容易下沉，后期维护管理很不方便。

实用新型内容

为了解决上述技术问题中的至少之一，根据本公开的一方面，提供了一种模块化漂浮湿地装置，其包括湿地预处理模块，一个或多个湿地模块和水循环系统，其中湿地预处理模块从内到外包括包含水泵的控制仓单元、浮力体和过滤单元；一个或多个湿地模块包括漂浮件、水体处理区、布水机构，曝气气提机构，所述水体处理区包括种植层和位于种植层下方的深度处理层，该深度处理层包括多个水处理填料；水循环系统包括管道，其将所述湿地预处理模块处理之后的水运送到所述一个或多个湿地模块的布水机构。

根据本公开的一方面，可选地，所述漂浮件包括多个单独的浮力腔体，浮力腔体的端部通过连接法兰与连接板连接，相邻的连接板可枢转地相互连接。

根据本公开的一方面，可选地，所述湿地预处理模块的过滤单元包括粗过滤区和细过滤区，该粗过滤区设置于所述湿地预处理模块的最外侧一周，其包括构成迷宫式通道的过滤通道；该细过滤区设置于所述控制仓单元外部和所述粗过滤区的内侧一周，包括多个可拆卸的过滤板。

根据本公开的一方面，可选地，所述粗过滤区包括填充在所述过滤通道内的半软性滤料，所述滤料是绑带式滤料或者螺旋针刺滤料，其中螺旋针刺滤料的中间为螺旋状且螺旋状外布满针刺，所述过滤通道包括多孔半软性填料。

根据本公开的一方面，可选地，所述粗过滤区还包括种植层和安装件，所述种植层位于所述过滤通道之上，所述安装件位于所述过滤通道下方，固定所述过滤通道，所述湿地预处理模块进一步包括气提装置，其连接有气泵，并且包括设置在所述粗过滤区和/或所述细过滤区下方的气体管道，气体从气体管道从下向上朝向所述粗过滤区和/或细过滤区释放。

根据本公开的一方面，可选地，所述湿地模块的种植层位于所述漂浮件限定的区域，低于所述漂浮件的高度；所述深度处理层位于所述种植层的下方，通过隔板分割为多个处理区域；所述布水机构包括位于所述深度处理层上方的布水管道；所述曝气气提机构设置在所述深度处理层下方，包括气体管道。

根据本公开的一方面，可选地，所述深度处理层的多个处理区域填充所述多个弹性填料，并且在每个处理区域，所述弹性填料填充一半至五分之四的空间。

根据本公开的一方面，可选地，所述曝气气提机构的气体管道包括铺设在所述深度处理层下方的双层管道，第一层管道是连通的，第二层管道包括对应于每个处理区域的分段管道，每个分段管道具有各自的控制阀。

根据本公开的一方面，可选地，所述模块化漂浮湿地装置包括多个湿地模块，相邻的湿地模块相互连接构成一整体，漂浮于水面。

根据本公开的一方面，可选地，所述水循环系统还包括将所述一个或多个湿地模块处理后的水运送到所述模块化漂浮湿地装置之外的水体的管道。

本公开的漂浮湿地装置可以采用模块化结构，易于漂浮湿地模块构造不同形状，拼装扩容，便于安装，结构稳定。模块化的结构减少了现场搭建的工作量。本模块化漂浮湿地抗风浪及水位波动能力强，具有强抗风浪和良好的消波作用，可用作生态护岸。

根据本公开的模块化漂浮湿地装置采用湿地预处理模块，对水体进行预处理，去除颗粒较大的杂质和部分有机物，可以防止漂浮湿地模块的堵塞，延长漂浮湿地的维护时间。

本公开的湿地预处理模块可以通过粗过滤区过滤颗粒较大的杂质，并且利用粗过滤区的好氧菌初步降解降低COD，后经细过滤区进一步拦截颗粒更细的悬浮杂质并且去除氨氮。为了保证粗过滤区的好氧环境并且防止细过滤区的堵塞，本公开的湿地预处理模块包括气提装置，其可以对粗过滤区进行曝气充氧，也可以用气体对细过滤区进行冲洗，延长维护时间。过滤通道之间采用螺旋针刺填料填充，可以在气提装置的作用下，利用螺旋形状形成向上的水流，并且利用多个针刺形成迷宫水流，横向和纵向迷宫有利于水流与填料的充分接触以及气体与水流的混合，从而提高水处理效果。

本公开的漂浮湿地模块的漂浮件可以设置成多个独立的浮力腔体，由此即使单个浮力腔体出现破损，也不会影响其它腔体的浮力，保证浮力的稳定性。

本公开的漂浮湿地模块一方面可以利用植物根系上富集的微生物菌胶团吸收降解有机物，一方面利用植物层下方的深度处理层的填料可以进一步对有机物进行降解。填料采用弹性或者轻质的球形或者柱形填料，使得填料易于被气体翻动。针对每个水体处理区域分别进行气提作用，可以使得各个区域中的填料充分翻腾碰撞，加快填料表面老化的生物膜的脱落，有利于不断培养生长新的微生物。

实施本公开的任一装置并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本公开的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开实施例的目的和优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简要地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1是根据本公开一个实施例的模块化漂浮湿地装置的结构示意图；

图2是图1所示的模块化漂浮湿地装置的俯视示意图；

图3是根据本公开的实施例的漂浮湿地装置的湿地模块拼装的一种示例的示意图；

图4是图3所示的B部的放大图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

图1示出了根据本公开一个实施例的漂浮湿地装置的结构示意图，图2是图1所示的模块化漂浮湿地装置的俯视示意图。

如图1和图2所示，漂浮湿地装置包括湿地预处理模块10和至少一个湿地模块20。湿地预处理模块10和湿地模块20通过水循环系统40水体连通。

湿地预处理模块10包括控制仓单元11、浮力体12、粗过滤区13、细过滤区14。控制仓单元11设置于模块中央，有利于保证模块的平衡稳定。浮力体12可以对称地设置于控制仓单元的两侧保证模块的平衡。进一步，可在浮力体12上方设置人行道(未示出)，便于工作人员对装置的操作、保养和维修。如果需要，浮力体12还可以包括设置于控制仓单元的底部的一部分，为装置增加浮力。粗过滤区13可以设置于湿地预处理模块的最外侧一周，主要用于吸附去除水体中悬浮的较大颗粒物，并初步改善水质，分解部分有机物，减轻后续处理压力。细过滤区14设置于粗过滤区13内侧的一周，对预处理后的水体进一步处理，拦截较细的悬浮颗粒物，并分解其中部分有机物，例如COD、NH3-N。

湿地预处理模块10还可以进一步包括气提装置15。气提装置15可以设置于粗过滤区13的底部，为其提供溶解氧充足的水体环境。

更具体来说，控制仓单元11的腔室内设置有水泵111和气泵112。腔体上方可以设置活动式人孔113，便于设备的检查和维护。水泵111和气泵112为漂浮湿地装置提供水动力来源及气动力来源。

浮力体12可以由具有浮力的材料和/或结构构成，为整个装置提供足够的浮力。浮力体12例如可以由金属空心管道或者固体浮力材料构成。

粗过滤区13可以包括种植层132、过滤通道133、安装件134、滤料136。种植层132可以包括浮力块和浮力块外包裹的轻质结构的填料，诸如椰丝的丝状填料，这种方式可进一步增加整个模块的浮力。种植层上种植植物131，可以使得整个装置更加美观。浮力块可以采用如高密度聚乙烯或者空心金属管。过滤通道133设置在种植层132的下方，可以包括交错的具有过滤填料的过滤板，过滤板可以是平板或者曲面板，可以形成迷宫式通道。过滤通道133可以采用孔隙率大，气体通过的能力大的材料，使得气流在填料层中均匀分布，为好氧菌的生长提供必要的氧气条件，利于生物膜的成长更新。更具体来说，过滤通道133还可以采用多孔半软性填料135来替代过滤板，例如海绵。这种材料比表面积较大，气液传质面积较大，液体在填料表面能获得较均匀的分布性能，使液体与微生物的接触更充分，有利于微生物降解水体中的有机物。

滤料136填充在过滤通道133之间。滤料136可以为半软性滤料，例如绑带式滤料，这类滤料对水流流动的影响较小。过滤通道133内可以均匀设置滤料136。滤料136也可以采用中间为螺旋状且螺旋状外部均匀布满针状的滤料(以下称为螺旋针刺滤料)。这种材料的形状有助于水流与气提作用产生的气体均匀混合。具体可以参见下文中对气提装置的说明。

过滤通道133下方通过安装件134连接。安装件134可以设置为防止阻挡水流的网状件，可以为刚性的，也可以为尼龙网。水体在穿过过滤通道133形成的横向迷宫水流的同时，通过滤料136。水体中的较大颗粒在这个阶段被拦截。

细过滤区14包括活动式过滤板141，其可拆卸地插接到固定滑槽142上。活动式过滤板141包括框架和设置在框架内的填料。为了方便拆装，可以在其顶部设置方便操作的手柄。水体中的微生物会在填料表面聚集附着形成生物膜，降解水中的有机物，但是随着生物膜逐渐增厚，可能会出现堵塞现象，影响处理效率。活动式过滤板141可以倾斜设置(如图1所示)，由此可以使用底部的气提装置15释放气体来不断地冲击活动式过滤板141的表面，使得过滤板上老化的微生物脱落，防止和延缓堵塞现象的发生。活动式过滤板141可根据水质(例如水中有机物浓度)更换为不同孔径间隙的滤板。

气提装置15可以包括气体管道，其连接到控制仓单元的气泵112。气提装置15从管道中释放气流，使其上方的水体与气体混合。当滤料为螺旋针刺滤料时，气流推动水流围绕螺旋针刺滤料136的形状螺旋上升，同时水流通过接触外部针状部分，形成竖向迷宫水流。竖向迷宫增加了水气混合的均匀性。同时，水体在粗过滤区13通过横向和纵向运动，充分地与过滤通道的填料(如多孔半软性填料135)、螺旋针刺滤料136接触，通过填料和滤料表面微生物菌群的吸附降解作用，去除水体中悬浮的较大颗粒物，初步降解有机物，提高水体处理的效果。

参考上文对细过滤区14的说明，气提装置15还可以可选地在活动式过滤板141下方铺设管道，以实现对过滤板141的清洗。通过调节气泵的强度等方式可以使得活动式过滤板141下方比粗过滤区13下方的气流强度更高，这样，在粗过滤区13实现溶解氧的需求，在细过滤区14实现对活动式过滤板141的冲洗。

当水泵111启动后，水体经气提装置15的作用下富含溶解氧，在粗过滤区13的过滤通道133及滤料136的好氧菌作用下初步降解去除部分COD(化学需氧量)，后经细过滤区14拦截颗粒悬浮杂质并且去除氨氮。处理之后的水体，通过水泵111经水循环系统40的管道A1输送到湿地模块20。

湿地模块20包括漂浮件21、水体处理区22、布水机构23和曝气气提机构24。湿地模块20的底部还可以设置有浮力机构25，来对湿地提供额外的浮力。

参见图1和图2，漂浮件21保证湿地漂浮于水面。漂浮件21可以由高密度聚乙烯(HDPE)和/或不锈钢的空心管等浮力件制成。漂浮件21可以位于湿地模块20的边缘部分。边缘部分可以包括多个独立的浮力腔体211，每个腔体可以例如用隔片213分隔，腔体可以采用金属空心管。当漂浮件21中的一部分由于长期使用或意外而出现破损时，破损部分不会影响其它部分的浮力，保证浮力的稳定性，同时这类材质使用寿命较长。

漂浮件21的下方可以包括固定件214。固定件214可以用于固定漂浮件21和水体处理区中的种植层221，使得漂浮件21的框架和种植层221的框架结构具有较强的抗风浪能力。此外，固定件214上可以设置接头215，其可以用于将多个漂浮湿地模块彼此连接在一起，根据需要将漂浮湿地模块组装成各种造型。

漂浮件21可以构成矩形、梯形、三角形、弧形等各种形状的框架结构，它们能根据使用环境及景观需求组装成各种造型。漂浮件21与种植层采用的框架结构具有强抗风浪能力，良好的消波作用，可用作生态护岸。

图3示出了根据本公开一种实施例的湿地模块拼装的一种示例。图4是图3所示的B部的放大图。如图3所示，六个湿地模块31构成六边形的造型的拼装湿地30。这种造型只是示意性的，可以用湿地模块拼装成各种不同的造型组合。拼装湿地30中间可以设置有喷泉等景观。拼装湿地30的中间还可以设置水循环系统的取水点34，通过水泵将处理之后的水运送到其他地方。每个湿地模块的漂浮件可以具有多个浮力腔体311。通过浮力腔体的不同形状和长度的拼接可以形成不同形状的湿地模块，不同形状的湿地模块再进一步构成不同造型的组合形状。由于湿地模块是模块化的，因此很容易根据需要进行搭建和扩容。

为了适应各种造型的组合，湿地模块的漂浮件的浮力腔体311之间可以通过连接法兰312和连接板313来连接。浮力腔体311通过连接法兰312与连接板313连接。相邻的连接板313可以通过铰链、销轴等结构可枢转地连接，由此可以根据需要调节相邻的浮力腔体311之间的夹角，从而调节漂浮件的整体形状。

相邻的湿地模块之间可以通过链条32连接，这种方式保证水面波动和水位的波动不会使整体湿地系统散架和损坏。

返回参考图1和图2，水体处理区22包括种植层221和其下方的深度处理层。深度处理层包括弹性填料222和将深度处理层分隔为一个或多个处理区域的隔板223。

种植层221可以根据使用环境及景观需求与漂浮件配合设计为各种造型，例如矩形、梯形、三角形、扇形等。种植层221可以采用椰丝等轻质的丝状结构填料，其丝状结构有利于植物根系扩张与穿刺，同时减少湿地浮力压力。如图1所示，种植层221的填料可以包裹在浮力框架外面，形成一体的种植模块。种植层221内的种植面积可以达到100％，利用率高，既便于模块化安装，又能为整个湿地提供较大的浮力。种植层可以搭配各种植物，如中间带可以种比较挺拔的美人蕉、再力花、西伯利亚鸢尾等，次圈可以种菖蒲等稍矮一些的植物，最外圈可以种香菇草等，景观效果好。植物在生长过程中在种植层中交织穿梭生长。在植物根系的包裹下，种植层与根系形成稳定的结构，通过根系的传输功能，为后续的水体处理层提供一定的氧量，并且通过根系上富集的微生物菌胶团吸收降解有机物。

深度处理层位于种植层和布水机构的下方。深度处理层可以根据漂浮湿地装置的大小分成多个处理区域。相邻处理区域由隔板分隔，同时通过隔板与外部水体分隔。隔板可以采用海绵或者高密度整体滤料。每个处理区域内部可以填充弹性填料222，例如可以是中空的球状或者柱状填料，此种填料的形状有利于翻滚碰撞。填料可以填满处理区域的一半以上的空间，例如其可以占据达五分之四左右的空间。这种设置有利于水体流经更多填料222，而不是过早地从四周渗透出去或者直接从下部流出。水流缓慢均匀通过填料222，填料表面会形成生物膜来吸收分解水中的有机物(例如COD、NH3-N等)，使水质得到净化。随着微生物的增殖，生物膜会随之增厚。

布水机构23可以设置于种植层的下方，通过水泵111和管道A1将外部的水体引入种植层。如图1所示，布水机构的管道包括横向管道和延伸到种植层上方的竖向的管道。水体从布水机构23喷洒出后进入种植层，依次经过种植层和其下方的深度处理层的处理之后流出湿地。这样的布水方式既有利于植物生长，又可以对水体起到充氧作用，此外还有一定的景观效果。布水机构也可以采用其他设置方式，如一部分管道设置在种植层周围或者上方来以喷淋或者以喷泉的方式实现布水。

曝气气提机构24设置于填料的下方。曝气气提机构24包括控制阀241和气体管道242。曝气气提机构24可以通过气体管道对深度处理层进行曝气，以保证模块内部微生物的生长环境。控制阀241可以控制曝气气提装置是否通气。同时，为了实现气提功能，可以为深度处理层的每个处理区域设置对应的控制阀，使得每个处理区域下方的气体管道形成分段管道，可以单独开启，由此实现气流量更大的气提功能。气体管道242可以包括至少两组气体管道，来分别实现曝气和气提功能。气体管道也可以包括主管和支管来切换曝气和气提功能。在正常工况下，曝气气提机构24可以以曝气方式工作，对水体进行曝气充氧。在需要对深度处理层的填料进行清理时，开启相应的处理区域的控制阀，空气从相应的气体管道释放以对该处理区域进行气提作用。在气提作用下，弹性填料222翻滚碰撞，弹性填料222上的老化的生物膜会加快脱落，由此不断培养生长新的微生物。脱落的微生物可以通过附加的管道扩散于整个水体中。

浮力调节机构25包括气囊251，由气管及阀组成的进气管路252，和由气管及阀组成的排气管路253。气囊251固定在漂浮湿地装置的底部。浮力调节机构25通过控制气囊内部的气量控制其浮力从而辅助调节湿地模块的浮力。例如，湿地模块的液位较高时(植物生长、微生物量增大等情况)，此时可以通过浮力调节机构25增大浮力，使得湿地模块上升。浮力调节机构25是对漂浮件的浮力的补充调节。

湿地预处理模块10和湿地模块20都采用模块化设计和构造。通过将一个湿地预处理模块10与一个或者多个湿地模块20搭配使用，可以构造各种造型，例如图2或图3所示的示例。水循环系统将湿地预处理模块10处理之后的水体通过管道A1运送到湿地模块20进行进一步处理。处理之后的水体还可以通过管道A2运送到水体的其他部分，使得整个水域的水体循环得更充分。此外，由于湿地预处理模块10和湿地模块20漂浮于水中，因此它们可以根据需要漂移到其他位置。

以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种模块化漂浮湿地装置，其特征在于包括：

湿地预处理模块，其从内到外包括包含水泵的控制仓单元、浮力体和过滤单元；

一个或多个湿地模块，其包括漂浮件、水体处理区、布水机构，曝气气提机构，所述水体处理区包括种植层和位于种植层下方的深度处理层，该深度处理层包括多个水处理填料；和

水循环系统，其包括管道，将所述湿地预处理模块处理之后的水运送到所述一个或多个湿地模块的布水机构。

2.如权利要求1所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述漂浮件包括多个单独的浮力腔体，浮力腔体的端部通过连接法兰与连接板连接，相邻的连接板可枢转地相互连接。

3.如权利要求1所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述湿地预处理模块的过滤单元包括粗过滤区和细过滤区，该粗过滤区设置于所述湿地预处理模块的最外侧一周，其包括构成迷宫式通道的过滤通道；该细过滤区设置于所述控制仓单元外部和所述粗过滤区的内侧一周，包括多个可拆卸的过滤板。

4.如权利要求3所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述粗过滤区包括填充在所述过滤通道内的半软性滤料，所述滤料是绑带式滤料或者螺旋针刺滤料，其中螺旋针刺滤料的中间为螺旋状且螺旋状外布满针刺，所述过滤通道包括多孔半软性填料。

5.如权利要求3所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述粗过滤区还包括种植层和安装件，所述种植层位于所述过滤通道之上，所述安装件位于所述过滤通道下方，固定所述过滤通道，所述湿地预处理模块进一步包括气提装置，其连接有气泵，并且包括设置在所述粗过滤区和/或所述细过滤区下方的气体管道，气体从气体管道从下向上朝向所述粗过滤区和/或细过滤区释放。

6.如权利要求1所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述湿地模块的种植层位于所述漂浮件限定的区域，低于所述漂浮件的高度；所述深度处理层位于所述种植层的下方，通过隔板分割为多个处理区域；所述布水机构包括位于所述深度处理层上方的布水管道；所述曝气气提机构设置在所述深度处理层下方，包括气体管道。

7.如权利要求6所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述深度处理层的多个处理区域填充多个弹性填料，并且在每个区域，弹性填料填充一半至五分之四的空间。

8.如权利要求6所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述曝气气提机构的气体管道包括铺设在整个所述深度处理层下方的双层管道，第一层管道是连通的，第二层管道包括对应于每个处理区域的分段管道，每个分段管道具有各自的控制阀。

9.如权利要求1所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述模块化漂浮湿地装置包括多个湿地模块，相邻的湿地模块相互连接构成一整体，漂浮于水面。

10.如权利要求1所述的模块化漂浮湿地装置，其特征在于所述水循环系统还包括将所述一个或多个湿地模块处理后的水运送到所述模块化漂浮湿地装置之外的水体的管道。

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