CN210711144U

CN210711144U - 一种模块化反冲洗人工湿地装置

Info

Publication number: CN210711144U
Application number: CN201921187292.9U
Authority: CN
Inventors: 张先锋; 王环珊; 王熙; 张万祎
Original assignee: Institute of Hydrobiology of CAS
Current assignee: Institute of Hydrobiology of CAS
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2029-07-26

Abstract

本实用新型公开了一种模块化反冲洗人工湿地装置，水生植物根植于粗砂层中，砾石层分别与粗砂层、中砾石层相连，大砾石层分别与中砾石层、LDPE衬层相连，在粗砂层上两边装有污水进水管、反冲洗出水管，在大砾石层下与LDPE衬层之上的两边装有反冲洗进水管、污水排出管，在装置两边分别装有第一连接环、第二连接环。将多个模块并连或串连组装。整个装置除了水生植物、粗砂层、小砾石层、中砾石层、大砾石层和LDPE衬层之外。结构简单，使用方便，为标准组件，可工业化批量生产，根据实际用户数量进行模块化组装，即装即用。所要解决的技术问题是对新农村建设过程中的生活污水处理***改良，更好地进行污水处理，满足现阶段农村的快速现代化建设的需求。

Description

一种模块化反冲洗人工湿地装置

技术领域

本实用新型属于农村建设中的污水处理领域，更具体涉及一种模块化反冲洗人工湿地装置。适用于快速发展的新农村建设和城乡一体化进程，污水处理配套设施不完善的农村、城镇、市郊等。

背景技术

随着经济的快速发展，在新农村建设和城乡一体化进程中，传统的农村、城镇、市郊等，生活条件日益改善，但相应的配套设施还未能完善。造成了严重的环境问题，其中最为突出的是含有各种洗涤剂、粪便的生活污水未经处理就进行排放，大量排入沟渠、水塘、湖泊、河流中，造成河流、水塘污染，影响村民居住环境和用水安全，我国农村水处理滞后，制约着水环境治理的整体进程。而农村不同于城市，高差小，房屋分布较零散，通常呈带状或散点状，增大了污水收集难度，若照搬城市模式，管道成本也会升高。

通常这些地域的居民房屋距离较远，若设立污水处理厂，需要用大型泵将污水抽取到处理厂，将会大大增加成本；而若是选用城市污水处理工艺如膜生物反应器、大型人工湿地等，不仅成本高，经济上难以承受，而且在运行维护过程中对技术的要求难以实现。因此选用适宜该区域实际情况的处理***尤为重要。

人工湿地是我国处理污水的一种常用的设施，具有出水水质好，较强的有机物、氨氮处理能力，运行维护方便，管理简单，投资及运行费用低等优点。比较适合于资金少、能源短缺和技术人才缺乏的中小城镇和乡村。目前人工湿地***一般分为水平流、潜流和垂直流，其中垂直流人工湿地因其具有占地面积较其它形式湿地小、处理效率高、整个***可以完全建在地下等优点而被广泛使用。在垂直流人工湿地中，污水自表层向下垂直渗滤，在向下流的过程中依次经过不同的填料层，表面的生物膜对污水起到净化作用，其对废水中的好氧有机物的处理力较强，但现有的垂直流人工湿地在最上层由于污水浓度最高，易形成板结，影响净水效果，经常需要疏通，增加了运行成本。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种模块化反冲洗人工湿地装置，装置结构简单，使用方便，成本低廉，高效易操作。解决了人工湿地模块化，在该模块中加入了反冲洗装置，对现有人工湿地污水处理***进行了改良，尤其是解决了湿地堵塞的问题，从而更好地提升了污水处理效果。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种模块化反冲洗人工湿地装置，它由水生植物、粗砂层、小砾石层、中砾石层、大砾石层、LDPE衬层、污水进水管、反冲洗进水管、反冲洗出水管、处理后污水排出管、第一连接环和第二连接环组成，其连接关系是：水生植物根植于粗砂层中，砾石层分别与粗砂层、中砾石层相接，大砾石层分别与中砾石层、LDPE衬层相接(在粗砂层下方依次叠加小砾石层、中砾石层和大砾石层)；在粗砂层上两边装有污水进水管、反冲洗出水管，用于排出反冲洗后的污水，在大砾石层下与LDPE衬层之上的两边装有反冲洗进水管、处理后污水排出管10，用于排出处理后的达到排放标准的污水。首先通过水生植物进行生物净化，然后经过粗砂层进行物理沉降，再经过小砾石层、中砾石层、大砾石层进行微生物降解和生物膜吸附。经过这些处理之后，经过底部从污水出水管水平排出装置外。此时的污水已经过层层处理和沉降，达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中一级A污水处理排放标准，适于排入自然环境中。而LDPE衬层 6属于不透水层，可防止整个装置漏水而污染环境，亦可延长装置的使用寿命。在整个装置两边分别装有第一连接环、第二连接环，可用于多个模块进行组装，适用于不同污水量的处理。

所述的整个装置为单个模块，模块为正方体，模块边长为1m左右。根据具体需处理的污水量，可通过第一连接环、第二连接环进行多个(4－8个)模块组装。可将多个模块并连或串连组装，组装后的处理***放入一个大坑中，从表面只能看到水生植物，不会影响景观。整个装置除了水生植物、粗砂层、小砾石层、中砾石层、大砾石层和LDPE衬层之外，所有的材料由PVC制成。

所述的粗砂层为透水性基质，并要求含有好氧或厌氧微生物种群，通常为 0.1-6mm粒径的粗砂。

所述的小砾石层通常为3-5cm直径的火山岩，火山岩生物滤料是由火山岩矿石，经过选矿、破碎、筛分、研磨等一系列工艺加工而成的粒状滤料，主要成分为矿物质和微量元素，表观为不规则颗粒，多孔质轻，特别适合于微生物在其表面生长、繁殖，形成生物膜。

所述的中砾石层为8-10cm直径的砾石。

所述的大砾石层为10-15cm直径的砾石。

所述的粗砂层厚度为20cm；

所述的小砾石层厚度为30cm；

所述的中砾石层厚度为15cm；

所述的大砾石层厚度为15cm；

所述的LDPE衬层厚度为5cm；

所述的水生植物具体为常见的挺水植物，挺水植物为芦苇、美人蕉、菖蒲等其中的一种或二至三种的任意组合，既起到吸附作用，又可作观赏植物。

通过上述技术措施，最关键的是第一连接环和第二连接环，这些零部件不仅是连接标准组件的重要组成部分，其个数(2-4个)、大小(直径为10厘米的圆环)的设置和牢固性还将直接影响使用效果。其次是反冲洗装置，反冲洗装置即反冲洗进水管和反冲洗出水管组成，这个装置是在目前市面上已投入使用的湿地模块基础上的一个创新，大大增强了污水处理效果以及模块使用寿命。这项技术解决了农村污水处理的问题，同时解决了之前污水未经处理就排入自然界造成污染的问题。根据实际情况解决了农村的具体问题，在不影响景观效果的前提下，达到了较好的污水处理效果。较之前的人工湿地在污水处理效果、使用效果等方面更好，也更加实用，而且可以进行组装，并可反冲洗，实施和更换也比较方便。

水生植物主要是生物净化，粗砂层进行物理沉降，小砾石层、中砾石层和大砾石层主要进行微生物降解和生物膜吸附。LDPE衬层属于不透水层，可防止整个装置漏水而污染环境，亦可延长装置的使用寿命。第一连接环和第二连接环主要起到连接作用，将几个(4－8个)模块连接起来供处理不同的污水量。污水进水管主要是将污水收集起来并排入装置、待处理后将污水经处理后污水排出管排出，反冲洗进水管和反冲洗出水管是反冲洗装置，主要用于粗砂层板结后进行反冲洗使用。其中，连接环可以将几个(4 －8个)模块根据不同的污水量进行连接，反冲洗装置增加了该装置的使用年限。

该装置较之前已投入使用的人工湿地，具有以下改进：1)为标准化模块，可以根据实际情况(如用户数量、污水量、污染程度等)进行组装；2)新加入反冲洗装置，可以更好地提高污水处理效果，延长了装置的使用寿命；3)由于微生物是人工湿地除污的主体和核心，而本装置中的小砾石层为3-5cm直径的火山岩，特别适合于微生物在其表面生长、繁殖，形成生物膜。可增强污水中微生物的吸附，提高了污水处理效果。

通过上述的技术措施，对该装置进行了一些模拟实验，有以下几个特性(结论)，可在实际应用过程中参考：

(1)仅处理生活用水1-3户可用单模块，3-6户用两个模块，6户及以上用多个模块组装，达到了污水处理的效果。

(2)单个模块处理污水，需要用约4天达到排放标准；二模块用约3天；四模块用2天即可达到排放标准。故实际使用时也可考虑处理时间。

(3)该装置处理污水，降低了污水中的污染物含量，达到了城镇污水一级排放标准(日均值)。如PH值(6-9)、化学需氧量(50mg/L)，生化需氧量(10mg/L)，悬浮物(10mg/L)，动植物油(1mg/L)，石油类 (1mg/L)，阴离子表面活性剂(0.5mg/L)，总氮(15mg/L)，氨氮 {5(8mg/L)注5为水温>12℃时的控制指标，8为水温≤12℃时的控制指标}，总磷(1mg/L)，色度(30度)，粪大肠菌群数(10³个/升) 等。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

本实用新型专利不仅解决了技术问题，而且降低了成本，提高了污水处理效果，改善生态环境。该装置操作简单易行。核心为边长为1m左右的标准组件，可大规模批量生产，根据用户数量和需求进行组装。其框架和管道使用的是PVC材料，成本低，而且轻便易运输，组装简单。

本模块化人工湿地装置可以有效地使用十年(以上)，在使用过程中节约了大量成本。维护简单易操作，只需将水生植物定期收割修剪、单个模块等定期更换，定期进行反冲洗，便能够很好地保证污水处理效果和景观效果，可以在农村、城镇和市郊进行推广使用。

附图说明

图1为一种模块化反冲洗人工湿地装置。

图2为一种粗砂层出现板结后，该装置的工作示意图。

其中：1-水生植物、2-粗砂层、3-小砾石层、4-中砾石层、5-大砾石层、6-LDPE衬层、7-污水进水管、8-反冲洗进水管、9-反冲洗出水管、10-污水排出管、11-连接环和12-连接环。

具体实施方式

实施例1：

下面根据图1、图2可知，一种模块化反冲洗人工湿地装置，它由水生植物1、粗砂层2、小砾石层3、中砾石层4、大砾石层5、LDPE衬层6、污水进水管7、反冲洗进水管8、反冲洗出水管9、污水排出管10、第一连接环11和第二连接环12组成，其特征在于：水生植物1根植于粗砂层2中，砾石层3分别与粗砂层2、中砾石层4相连(接)，大砾石层5分别与中砾石层4、LDPE衬层6相连(接)，(在粗砂层2下方依次叠加小砾石层3、中砾石层4和大砾石层5)。在粗砂层2上两边装有污水进水管7、反冲洗出水管9，在大砾石层5下与LDPE衬层6之上的两边装有反冲洗进水管8、处理后污水排出管10，在本实用新型的(整个)装置两边分别装有第一连接环11、第二连接环12，污水由污水进水管7进入到装置，首先通过水生植物1进行生物净化，然后经过粗砂层2 进行物理沉降，再经过小砾石层3、中砾石层4、大砾石层5进行微生物降解和生物膜吸附。经过这些处理之后，经过底部从污水出水管10水平排出装置外。此时的污水已经过层层处理和沉降，达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中一级A污水处理排放标准，适于排入自然环境中。而LDPE衬层6属于不透水层，可防止整个装置漏水而污染环境，亦可延长装置的使用寿命。整个装置的两边分别装有第一连接环11、第二连接环12，可用于多个模块进行组装，适用于不同污水量的处理。本装置还有一处特殊设计，即反冲洗装置(该装置)，由于该模块使用一段时间后，粗砂层3易板结，影响污水净化效果，故设置反冲洗装置，进行处理，具体操作是将污水进水管7和处理后污水排出管10关闭，然后将自来水从反冲洗进水管8进入到模块，该进水管含有加压泵，设置压力值(一般是20-30kpa)，经过加压的自来水可到达粗砂层2，可将板结砂层反冲洗，冲散。冲洗后，打开反冲洗出水管9，将废水排出。

所述的本实用新型(整个)装置为单个模块，模块为正方体，模块边长为1m左右，模块宽和厚均为1m左右，根据具体需处理的污水量，可通过第一连接环11、第二连接环12进行多个(一般为4-8个)模块组装。组装后的处理***放入一个大坑中，从表面只能看到水生植物，不会影响景观。整个装置除了水生植物1、粗砂层2、小砾石层3、中砾石层4、大砾石层5和LDPE衬层6之外，所有的材料由PVC制成。

所述的多个模块(4-8个)之间依次叠加；

所述的粗砂层2为透水性基质，并要求含有好氧或厌氧微生物种群，通常为0.1-6mm 粒径的粗砂(任一粒径都可以)。

所述的小砾石层3通常为3-5cm直径(任一直径都可以)的火山岩，火山岩生物滤料是由火山岩矿石，经过选矿、破碎、筛分、研磨等一系列工艺加工而成的粒状滤料，主要成分为矿物质和微量元素，表观为不规则颗粒，多孔质轻，特别适合于微生物在其表面生长、繁殖，形成生物膜。

所述的中砾石层4为8-10cm直径的砾石(任一直径都可以)。

所述的大砾石层5为10-15cm直径的砾石(任一直径都可以)。

所述的粗砂层2厚度具体为20cm；

所述的小砾石层3厚度具体为30cm；

所述的中砾石层4厚度具体为15cm；

所述的大砾石层5厚度具体为15cm；

所述的LDPE衬层6厚度具体为5cm。

该装置结构简单，材料轻便，使用方便，为标准组件，可工业化批量生产，根据实际用户数量进行模块化组装，即装即用。且该装置为垂直流人工湿地，是当前最常用的、污水处理效果最佳的人工湿地类型，并且加入了反冲洗装置。所要解决的技术问题是对新农村建设过程中的生活污水处理***改良，更好地进行污水处理，满足现阶段农村的快速现代化建设的需求。

首先结合用户的房屋位置，以及需要使用该装置的用户数，在使用区域挖一个大坑，深度为1m，根据此污水处理坑的大小(长宽最好是边长的整数倍)，确定使用模块的数量。确定数量后，将每个模块用连接环进行组装，并放入污水处理坑中。将每家的污水管汇总到一个管道连接到污水进水管，此装置开始运行。运行到一定时间后(如两个月)，对植物进行收割和修剪，并检查出水口的排水效果。

当粗砂层2出现板结后，如图2(粗砂层2出现板结)，则打开反冲洗装置(反冲洗装置即反冲洗进水管8和反冲洗出水管9)对模块进行反冲洗将粗砂层冲散。具体操作是将污水进水管7和处理后污水排出管10关闭，然后将洁净水从反冲洗进水管(8)进入到模块，经过加压的洁净水从底部到达粗砂层2表面，可将板结表层污物冲散。被冲散的污物通过反冲洗出水管9排出。

通过上述具体实施例，达到了对原有农村污水处理的一种改良，更好地提升污水处理效果。

Claims

1.一种模块化反冲洗人工湿地装置，它由水生植物(1)、粗砂层(2)、小砾石层(3)、中砾石层(4)、大砾石层(5)、LDPE衬层(6)、污水进水管(7)、反冲洗进水管(8)、反冲洗出水管(9)、污水排出管(10)、第一连接环(11)和第二连接环(12)组成，其特征在于：水生植物(1)根植于粗砂层(2)中，砾石层(3)分别与粗砂层(2)、中砾石层(4)相连，大砾石层(5)分别与中砾石层(4)、LDPE衬层(6)相连，在粗砂层(2)上两边装有污水进水管(7)、反冲洗出水管(9)，在大砾石层(5)下与LDPE衬层(6)之上的两边装有反冲洗进水管(8)、污水排出管(10)，在装置两边分别装有第一连接环(11)、第二连接环(12)。

2.根据权利要求1所述的一种模块化反冲洗人工湿地装置，其特征在于：所述的装置为单个模块，模块为正方体，模块边长为1m，模块宽和厚为1m。

3.根据权利要求1所述的一种模块化反冲洗人工湿地装置，其特征在于：所述的模块为3－6个之间依次叠加。

4.根据权利要求1所述的一种模块化反冲洗人工湿地装置，其特征在于：所述的粗砂层(2)为透水性基质，为0.1-6mm粒径的粗砂，粗砂层(2)厚度为20cm。

5.根据权利要求1所述的一种模块化反冲洗人工湿地装置，其特征在于：所述的小砾石层(3)为3-5cm直径，小砾石层(3)厚度为30cm。

6.根据权利要求1所述的一种模块化反冲洗人工湿地装置，其特征在于：所述的中砾石层(4)为8-10cm直径的砾石，所述的中砾石层(4)厚度为15cm。

7.根据权利要求1所述的一种模块化反冲洗人工湿地装置，其特征在于：所述的大砾石层(5)为10-15cm直径的砾石，大砾石层(5)厚度为15cm。

8.根据权利要求1所述的一种模块化反冲洗人工湿地装置，其特征在于：所述的LDPE衬层(6)厚度为5cm。