CN112723551A - 基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法，包括模块化人工湿地***和预处理复合模块；模块化人工湿地***包括阶梯式湿地模块主体和阶梯基础；阶梯式湿地模块主体包括至少两个湿地模块，在湿地模块的一端的顶部设置有承插口，另一端的底部设置有插口，相邻的湿地模块之间通过承插口和插口呈阶梯式插接连接；预处理复合模块包括沉泥腔室、厌氧消化腔室、水流存放腔室；在厌氧消化腔室的内部设置有生物填料区；水流存放腔室的出水口与阶梯式湿地模块主体的顶层的承插口连接。利用本发明能够解决传统人工湿地建设周期长、湿地***启动慢、施工质量要求高、占地面积大以及管理维护性能差等问题。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，更为具体地，涉及一种基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法。
背景技术
伴随着新农村建设进程，近些年农村的城镇化率显著提高，各类用水卫生设备迅速普及，农村排污量已远远超过环境容量，从而导致农村水环境状况严重恶化。
在目前农村地区的经济实力仍然十分薄弱并不具备大范围污水收集能力情况下，人工湿地作为一种生态污水处理技术，因其具有投资省、环保节能以及易于维护等优点，在农村地区有着良好的应用前景。
但是从目前已建人工湿地工程运行经验表明，传统人工湿地对于氮、磷的去除效果较差，不能满足排放要求。此外，传统人工湿地存在建设周期长、湿地***启动慢、施工质量要求高、占地面积大、基质堵塞问题严重以及运维管理性能差等各种问题，使得人工湿地推广应用受到限制。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法，以解决目前的在现有技术中，传统人工湿地存在建设周期长、湿地***启动慢、施工质量要求高、占地面积大、基质堵塞问题严重以及管理维护性能差等问题。
本发明提供一种基于人工湿地的模块化污水处理装置，包括模块化人工湿地***和预处理复合模块；其中，所述模块化人工湿地***包括阶梯式湿地模块主体和设置在所述阶梯式湿地模块主体的底部的阶梯基础；所述阶梯式湿地模块主体包括至少两个湿地模块，在所述湿地模块的顶端设置有湿地植物区，在所述湿地模块的一端的顶部设置有承插口，另一端的底部设置有插口，相邻的湿地模块之间通过承插口和插口呈阶梯式插接连接；所述预处理复合模块包括沉泥腔室、与所述沉泥腔室通过流水孔连通的厌氧消化腔室、与所述厌氧消化腔室通过穿孔导流槽连通的水流存放腔室；在所述沉泥腔室的侧壁上设置有污水入口；在所述厌氧消化腔室的内部设置有生物填料区；在所述水流存放腔室的一侧壁上设置有出水口；所述水流存放腔室的出水口与所述阶梯式湿地模块主体的顶层的湿地模块的承插口连接。
此外，优选的方案是，所述湿地模块包括上层基质填料层、与所述上层基质填料层连接的中间层基质填料层和与所述中间层基质填料层连接的下层基质填料层；其中，所述上层基质填料层的空隙率大于所述中间层基质填料层的空隙率；所述下层基质填料层的空隙率介于所述上层基质填料层的空隙率和所述中间层基质填料层的空隙率之间。此外，优选的方案是，在所述湿地模块的承插口处和所述湿地模块的插口处分别竖直设置有第一导流板和第二导流板；所述第一导流板的一端设置在所述上层基质填料层的顶端，另一端设置在所述中间层基质填料层的底端；所述第二导流板的一端设置在所述中间层基质填料层的顶端，另一端设置在所述下层基质填料层的底端。
此外，优选的方案是，在相邻的湿地模块的承插口和插口连接处设置有柔性垫圈。
此外，优选的方案是，在所述阶梯式湿地模块主体的底部与所述阶梯基础的顶端的连接处设置有柔性垫片。
此外，优选的方案是，所述污水入口设置在所述沉泥腔室的顶部的一侧壁上；在所述沉泥腔室的底部和所述厌氧消化腔室的底部均设置有沉泥区；所述生物填料区设置在所述厌氧消化腔室的沉泥区内；所述穿孔导流槽设置在所述厌氧消化腔室与所述水流存放腔室连接的侧壁的上部；所述沉泥腔室与所述厌氧消化腔室之间通过第一隔板分隔；所述流水孔设置在所述第一隔板的中下部，且，所述流水孔的高度高于所述沉泥腔室的沉泥区和所述氧消化腔室的沉泥区的高度。
此外，优选的方案是，在所述水流存放腔室的内部竖直设置有第三导流板，通过所述第三导流板将所述水流存放腔室的内部分隔成至少两个布水腔室；靠近所述穿孔导流槽的第三导流板的上端高度高于所述穿孔导流槽的出水槽口的高度，下端与所述水流存放腔室的底部之间设置有水流通孔。
此外，优选的方案是，在所述沉泥腔室和所述厌氧消化腔室的顶端设置有第一检修盖板，在所述第一检修盖板上设置有第一通气孔；和/或，在所述水流存放腔室的顶端设置有第二检修盖板，在所述第二检修盖板上设置有第二通气孔。
本发明提供一种基于人工湿地的模块化污水处理方法，通过如上所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置对污水进行处理，包括如下步骤：
将待处理污水通过污水管道与所述预处理复合模块的污水入口连接；
通过所述预处理复合模块中的沉泥腔室和厌氧消化腔室依次对所述待处理污水进行沉淀处理和厌氧消化处理，得到预处理水，并将所述预处理水储存在所述水流存放腔室内；
通过将所述水流存放腔室的出水口与所述阶梯式湿地模块主体的顶层的湿地模块的承插口连接，将所述预处理水导入所述模块化人工湿地***中，通过所述模块化人工湿地***中的湿地植物区对预处理水进行净化处理，得到净化水；
通过将所述模块化人工湿地***中的底层的湿地模块的插口与净化水收集装置连接，将净化水收集后再利用。
此外，优选的方案是，所述沉泥腔室和所述厌氧消化腔室的沉泥区每隔3-6个月进行清理。
从上面的技术方案可知，本发明提供的基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法，通过将基于人工湿地的模块化污水处理装置进行模块化处理，实现各个模块的工厂化生产、现场集中式组合；通过与预处理复合模块组合能够实现污水的沉淀、厌氧氧化、接触氧化、基质吸附及植物根系吸收等功能，实现对各类污水的综合处理；模块化人工湿地***包括阶梯式湿地模块主体和设置在阶梯式湿地模块主体的底部的阶梯基础，能够较好地利用农村坡地尤其是山区农村阶梯式格局，实现全流程无动力污水处理、排放和回用。这一理念能够有效缓解传统人工湿地占地面积大、基质堵塞问题严重等难题；阶梯式湿地模块主体由至少两个湿地模块通过承插口和插口呈阶梯式插接连接而成，便于批量生产，有效解决了，现有技术中，传统人工湿地存在建设周期长、湿地***启动慢、施工质量要求高、及管理维护性能差等问题；预处理复合模块与模块化人工湿地***之间通过排水管道连接或直接排至集水沟渠再分配至搭建好的模块化人工湿地***，人工湿地处理后的污水可收集回用于绿地灌溉，也可以直接排放至自然环境，保护环境的同时，实现能源再利用。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的基于人工湿地的模块化污水处理装置的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的模块化人工湿地***的结构示意图；
图3为根据本发明实施例的阶梯式湿地模块主体的结构示意图；
图4为根据本发明实施例的预处理复合模块的结构示意图；
图5为根据本发明实施例的基于人工湿地的模块化污水处理方法的流程图。
在附图中，1-模块化人工湿地***，11-阶梯式湿地模块主体，111-湿地模块，1111-上层基质填料层，1112-中间层基质填料层，1113-下层基质填料层，112-湿地植物区，113-承插口，114-插口，12-阶梯基础，2-预处理复合模块，21-沉泥腔室，211-污水入口，22-厌氧消化腔室，221-生物填料区，23-水流存放腔室，231-出水口，232-第三导流板，3-流水孔，4-穿孔导流槽，5-第一导流板，6-第二导流板，7-柔性垫圈，8-柔性垫片，9-沉泥区，101-第一检修盖板，1011-第一通气孔，102-第二检修盖板，1021-第二通气孔。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的目前在现有技术中，传统人工湿地存在建设周期长、湿地***启动慢、施工质量要求高、占地面积大、基质堵塞问题严重以及管理维护性能差等问题，提出了一种污水处理效果好、占地面积小、建设周期短的基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的基于人工湿地的模块化污水处理装置，图1示出了本发明实施例的基于人工湿地的模块化污水处理装置的结构；图2示出了根据本发明实施例的模块化人工湿地***的结构；图3示出了根据本发明实施例的阶梯式湿地模块主体的结构；图4示出了根据本发明实施例的预处理复合模块的结构。
如图1至图4共同所示，本发明提供的基于人工湿地的模块化污水处理装置包括模块化人工湿地***1和预处理复合模块2；其中，模块化人工湿地***1包括阶梯式湿地模块主体11和设置在阶梯式湿地模块主体11的底部的阶梯基础12；阶梯式湿地模块主体11包括至少两个湿地模块111，在湿地模块111的顶端设置有湿地植物区112，在湿地模块111的一端的顶部设置有承插口113，另一端的底部设置有插口114，相邻的湿地模块111之间通过承插口113和插口114呈阶梯式插接连接；预处理复合模块2包括沉泥腔室21、与沉泥腔室21通过流水孔3连通的厌氧消化腔室22、与厌氧消化腔室22通过穿孔导流槽4连通的水流存放腔室23；在沉泥腔室21的侧壁上设置有污水入口211；在厌氧消化腔室22的内部设置有生物填料区221；在水流存放腔室23的一侧壁上设置有出水口231；水流存放腔室的出水口231与阶梯式湿地模块主体11的顶层的湿地模块111的承插口113连接。
其中，湿地模块111的形状可以为长方体、正方体或者圆柱体，在此不做特别限定，只要相邻的湿地模块111插接后能够形成阶梯式湿地模块主体11即可。
通过将基于人工湿地的模块化污水处理装置进行模块化处理，实现各个模块的工厂化生产、现场集中式组合；通过与预处理复合模块2组合能够实现污水的沉淀、厌氧氧化、接触氧化、基质吸附及植物根系吸收等功能，实现对各类污水的综合处理；模块化人工湿地***1包括阶梯式湿地模块主体11和设置在阶梯式湿地模块主体11的底部的阶梯基础12，能够较好地利用农村坡地尤其是山区农村阶梯式格局，实现全流程无动力污水处理、排放和回用。这一理念能够有效缓解传统人工湿地占地面积大、基质堵塞问题严重等难题；阶梯式湿地模块主体11由至少两个湿地模块111通过承插口113和插口114呈阶梯式插接连接而成，便于批量生产，有效解决了，现有技术中，传统人工湿地存在建设周期长、湿地***启动慢、施工质量要求高、及管理维护性能差等问题；预处理复合模块2与模块化人工湿地***1之间通过排水管道连接或直接排至集水沟渠再分配至搭建好的模块化人工湿地***，人工湿地处理后的污水可收集回用于绿地灌溉，也可以直接排放至自然环境，保护环境的同时，实现能源再利用。
作为本发明的一个优选方案，湿地模块111包括上层基质填料层1111、与上层基质填料层1111连接的中间层基质填料层1112和与中间层基质填料层1112连接的下层基质填料层1113；其中，上层基质填料层1111的空隙率大于中间层基质填料层1112的空隙率；下层基质填料层1113的空隙率介于上层基质填料层1111的空隙率和中间层基质填料层1112的空隙率之间。通过三个不同空隙率的基质填料层便于疏通水流在模块化人工湿地***1中的分布，进一步避免填料堵塞现象的出现，其中，各层的基质填料的原料选取可根据实际进水特点和出水要求选配，在此不做特别限定。
其中，可以根据进出水水质特点采用不同的基质填料湿地模块组合，进而有针对性地去除污水中不同污染物质。人工湿地的模块化处理及后期移植的湿地植物均可以实现工厂化批量生产、现场快速组合及快速启动，实施后不仅实现污水的再生利用，同时也具有一定的景观绿化效果。
作为本发明的一个优选方案，在湿地模块11的承插口113处和湿地模块11的插口114处分别竖直设置有第一导流板5和第二导流板6；第一导流板5的一端设置在上层基质填料层1111的顶端，另一端设置在中间层基质填料层1112的底端；第二导流板6的一端设置在中间层基质填料层1112的顶端，另一端设置在下层基质填料层1113的底端。第一导流板5和第二导流板6起到湿地基质内部均匀布水的作用。模块化人工湿地***1搭建完成后，进水在模块化人工湿地***1内部呈现水平潜流特点和垂直流特点流动方式，充分发挥两者的优势进一步提升出水效果。
作为本发明的一个优选方案，在相邻的湿地模块111的承插口113和插口114连接处设置有柔性垫圈7。通过柔性垫圈7依靠湿地模块111本身及基质填料的重力作用使相邻的湿地模块之间紧密贴合。
作为本发明的一个优选方案，在阶梯式湿地模块主体11的底部与阶梯基础12的顶端的连接处设置有柔性垫片8。为防止水平方向湿地模块111受力不均，湿地模块111与阶梯基础12之间设置与柔性垫圈7相同材质的柔性垫片8，确保水平面上受力均匀一致，保证湿地内部水流状态一致。
作为本发明的一个优选方案，污水入口211设置在沉泥腔室21的顶部的一侧壁上；在沉泥腔室21的底部和厌氧消化腔室22的底部均设置有沉泥区9；生物填料区221设置在厌氧消化腔室22的沉泥区9内；穿孔导流槽4设置在厌氧消化腔室22与水流存放腔室23连接的侧壁的上部；沉泥腔室21与厌氧消化腔室22之间通过第一隔板分隔；流水孔5设置在第一隔板的中下部，且，流水孔5的高度高于沉泥腔室21的沉泥区9和厌氧消化腔室22的沉泥区9的高度。通过上述设计，起到拦截大颗粒物质及漂浮物的作用，能够使进入沉泥腔室21内的污水更好的沉淀，保证进入到厌氧消化腔室22内的污水中含泥量更低，使厌氧消化效果更好。
作为本发明的一个优选方案，在水流存放腔室23的内部竖直设置有第三导流板232，通过第三导流板232将水流存放腔室23的内部分隔成至少两个布水腔室；靠近穿孔导流槽4的第三导流板232的上端高度高于穿孔导流槽4的出水槽口的高度，下端与水流存放腔室23的底部之间设置有水流通孔。第三导流板232起到对水流存放腔室23内部水流的均匀布水的作用。
作为本发明的一个优选方案，在沉泥腔室21和厌氧消化腔室22的顶端设置有第一检修盖板101，在第一检修盖板101上设置有第一通气孔1011；和/或，在水流存放腔室23的顶端设置有第二检修盖板102，在第二检修盖板102上设置有第二通气孔1021。通过第一检修盖板101和第二检修盖板102便于检修和厌氧处理。
为了说明本发明提供的基于人工湿地的模块化污水处理方法，图5示出了本发明实施例的基于人工湿地的模块化污水处理方法的流程。
如图5所示，本发明提供的基于人工湿地的模块化污水处理方法，通过如上所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置对污水进行处理，包括如下步骤：
S1、将待处理污水通过污水管道与预处理复合模块的污水入口连接；
S2、通过预处理复合模块中的沉泥腔室和厌氧消化腔室依次对待处理污水进行沉淀处理和厌氧消化处理，得到预处理水，并将预处理水储存在水流存放腔室内；
S3、通过将水流存放腔室的出水口与阶梯式湿地模块主体的顶层的湿地模块的承插口连接，将预处理水导入模块化人工湿地***中，通过模块化人工湿地***中的湿地植物区对预处理水进行净化处理，得到净化水；
S4、通过将模块化人工湿地***中的底层的湿地模块的插口与净化水收集装置连接，将净化水收集后再利用。
作为本发明的一个优选方案，沉泥腔室和厌氧消化腔室的沉泥区每隔3-6个月进行清理。确保厌氧消化效果。
通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法，通过将基于人工湿地的模块化污水处理装置进行模块化处理，实现各个模块的工厂化生产、现场集中式组合；通过与预处理复合模块组合能够实现污水的沉淀、厌氧氧化、接触氧化、基质吸附及植物根系吸收等功能，实现对各类污水的综合处理；模块化人工湿地***包括阶梯式湿地模块主体和设置在阶梯式湿地模块主体的底部的阶梯基础，能够较好地利用农村坡地尤其是山区农村阶梯式格局，实现全流程无动力污水处理、排放和回用。这一理念能够有效缓解传统人工湿地占地面积大、基质堵塞问题严重等难题；阶梯式湿地模块主体由至少两个湿地模块通过承插口和插口呈阶梯式插接连接而成，便于批量生产，有效解决了，现有技术中，传统人工湿地存在建设周期长、湿地***启动慢、施工质量要求高、及管理维护性能差等问题；预处理复合模块与模块化人工湿地***之间通过排水管道连接或直接排至集水沟渠再分配至搭建好的模块化人工湿地***，人工湿地处理后的污水可收集回用于绿地灌溉，也可以直接排放至自然环境，保护环境的同时，实现能源再利用。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于人工湿地的模块化污水处理装置及污水处理方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (10)
1.一种基于人工湿地的模块化污水处理装置，其特征在于，包括模块化人工湿地***和预处理复合模块；其中，
所述模块化人工湿地***包括阶梯式湿地模块主体和设置在所述阶梯式湿地模块主体的底部的阶梯基础；所述阶梯式湿地模块主体包括至少两个湿地模块，在所述湿地模块的顶端设置有湿地植物区，在所述湿地模块的一端的顶部设置有承插口，另一端的底部设置有插口，相邻的湿地模块之间通过承插口和插口呈阶梯式插接连接；
所述预处理复合模块包括沉泥腔室、与所述沉泥腔室通过流水孔连通的厌氧消化腔室、与所述厌氧消化腔室通过穿孔导流槽连通的水流存放腔室；在所述沉泥腔室的侧壁上设置有污水入口；在所述厌氧消化腔室的内部设置有生物填料区；在所述水流存放腔室的一侧壁上设置有出水口；
所述水流存放腔室的出水口与所述阶梯式湿地模块主体的顶层的湿地模块的承插口连接。
2.根据权利要求1所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置，其特征在于，
所述湿地模块包括上层基质填料层、与所述上层基质填料层连接的中间层基质填料层和与所述中间层基质填料层连接的下层基质填料层；其中，
所述上层基质填料层的空隙率大于所述中间层基质填料层的空隙率；
所述下层基质填料层的空隙率介于所述上层基质填料层的空隙率和所述中间层基质填料层的空隙率之间。
3.根据权利要求2所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置，其特征在于，
在所述湿地模块的承插口处和所述湿地模块的插口处分别竖直设置有第一导流板和第二导流板；
所述第一导流板的一端设置在所述上层基质填料层的顶端，另一端设置在所述中间层基质填料层的底端；
所述第二导流板的一端设置在所述中间层基质填料层的顶端，另一端设置在所述下层基质填料层的底端。
4.根据权利要求1所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置，其特征在于，
在相邻的湿地模块的承插口和插口连接处设置有柔性垫圈。
5.根据权利要求4所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置，其特征在于，
在所述阶梯式湿地模块主体的底部与所述阶梯基础的顶端的连接处设置有柔性垫片。
6.根据权利要求1所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置，其特征在于，
所述污水入口设置在所述沉泥腔室的顶部的一侧壁上；在所述沉泥腔室的底部和所述厌氧消化腔室的底部均设置有沉泥区；
所述生物填料区设置在所述厌氧消化腔室的沉泥区内；所述穿孔导流槽设置在所述厌氧消化腔室与所述水流存放腔室连接的侧壁的上部；
所述沉泥腔室与所述厌氧消化腔室之间通过第一隔板分隔；所述流水孔设置在所述第一隔板的中下部，且，所述流水孔的高度高于所述沉泥腔室的沉泥区和所述氧消化腔室的沉泥区的高度。
7.根据权利要求6所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置，其特征在于，
在所述水流存放腔室的内部竖直设置有第三导流板，通过所述第三导流板将所述水流存放腔室的内部分隔成至少两个布水腔室；
靠近所述穿孔导流槽的第三导流板的上端高度高于所述穿孔导流槽的出水槽口的高度，下端与所述水流存放腔室的底部之间设置有水流通孔。
8.根据权利要求1所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置，其特征在于，
在所述沉泥腔室和所述厌氧消化腔室的顶端设置有第一检修盖板，在所述第一检修盖板上设置有第一通气孔；和/或，
在所述水流存放腔室的顶端设置有第二检修盖板，在所述第二检修盖板上设置有第二通气孔。
9.一种基于人工湿地的模块化污水处理方法，其特征在于，通过如权利要求1-8任意一项所述的基于人工湿地的模块化污水处理装置对污水进行处理，包括如下步骤：
将待处理污水通过污水管道与所述预处理复合模块的污水入口连接；
通过所述预处理复合模块中的沉泥腔室和厌氧消化腔室依次对所述待处理污水进行沉淀处理和厌氧消化处理，得到预处理水，并将所述预处理水储存在所述水流存放腔室内；
通过将所述水流存放腔室的出水口与所述阶梯式湿地模块主体的顶层的湿地模块的承插口连接，将所述预处理水导入所述模块化人工湿地***中，通过所述模块化人工湿地***中的湿地植物区对预处理水进行净化处理，得到净化水；
通过将所述模块化人工湿地***中的底层的湿地模块的插口与净化水收集装置连接，将净化水收集后再利用。
10.根据权利要求9所述的基于人工湿地的模块化污水处理方法，其特征在于，
所述沉泥腔室和所述厌氧消化腔室的沉泥区每隔3-6个月进行清理。
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