一种水平潜流式模块化人工湿地处理系统的制作方法

本发明涉及生态处理领域，特别是涉及水平潜流式模块化人工湿地处理系统。

背景技术：

目前，人工湿地处理系统的堵塞问题较为严重。主要体现在两个方面，一是湿地容易出现堵塞，二是填料堵塞后难以处理。

堵塞问题一直是难以避免和解决的，主要是由于以下几个方面：1.污水中有机和无机的悬浮物在湿地的表面沉积，形成堵塞垫，造成湿地的外部堵塞。同时，湿地基质颗粒之间以及基质颗粒内部都存在孔隙，颗粒在磨损后，会有更小的颗粒堵塞在填料孔隙中，令水分难以通过，造成湿地的内部堵塞。2.填料本身特性会与水中物质发生化学沉淀造成堵塞。3.微生物及植物腐殖质在填料表面形成的污泥。

传统的人工湿地采用的填料基质为颗粒状。颗粒状填料对堵塞问题没有避免作用，并且一旦堵塞形成，整个人工湿地需要更换新的一批填料，此工作将带来大量的工作及提高使用成本，对水质的稳定运行也有极大影响。

目前所用的颗粒填料，其codcr表面污染负荷、氨氮表面污染负荷、总磷表面污染负荷、总氮表面污染负荷及水力负荷取值都比较低，大大增加了湿地的占地面积，从而提高了投资成本。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统人工湿地发生堵塞后，填料需要大量更换，工作量大且成本高的问题，提供一种水平潜流式模块化人工湿地处理系统。

一种水平潜流式模块化人工湿地处理系统，包括一级填料单元以及位于一级填料单元下游侧的多个次级填料单元，所述一级填料单元以及多个次级填料单元通过配水单元依次连通，所述一级填料单元设置有模块化填料区，所述模块化填料区的一端设置在一级填料单元的进水端处，所述模块化填料区内阵列设置有多个模块化填料。

通过研究发现，人工湿地最容易发生堵塞的地方在于一级填料单元内部，因此，本申请在一级填料单元内部设置模块化填料区，模块化填料区内设置有模块化填料。一级填料单元内部发生堵塞后，只需将部分模块化填料取出，将取出的模块化填料经过清洗后再回填使用。整个过程相对耗时较少，且可节省填料的使用量，有利于降低人工湿地的使用成本。

在其中一个实施例中，沿水流方向，所述模块化填料区的宽度范围在5米-15米。

在其中一个实施例中，所述配水单元为多个配水渠，沿水流方向，所述一级填料单元包括间隔设置的第一穿孔花墙、第二穿孔花墙以及第一隔水墙，所述第一穿孔花墙的外侧设置有配水渠，所述第一隔水墙的外侧设置有配水渠，所述模块化填料区位于第一穿孔花墙和第二穿孔花墙之间，所述模块化填料区的底部设置有基层，所述模块化填料区内的各个模块化填料为模块化生物质填料，所述第二穿孔花墙与第一隔水墙之间设置有第一填料层和第二填料层，所述第一填料层和第二填料层都为生物质填料，第一填料层的粒径小于等于第二填料层的粒径，第二填料层位于第一填料层的下方，第二填料层的下方设置有基层，靠近第一隔水墙的基层的端部设置有出水通道，所述出水通道与第一隔水墙外侧设置的配水渠连通。

在其中一个实施例中，所述多个次级填料单元阵列排布，每排次级填料单元的数量至少为2个，相邻两排次级填料单元之间设置有配水渠，所述次级填料单元的底部通过出水通道与相邻的下游侧的配水渠连通，最后一排次级填料单元的外侧设置有出水渠，最后一排的次级填料单元的底部通过出水通道与出水渠连通。

在其中一个实施例中，沿水流方向，位于第一排的每个次级填料单元包括间隔设置的第三穿孔花墙、第四穿孔花墙以及第二隔水墙,所述第三穿孔花墙与第四穿孔花墙之间设置有模块化填料区，所述模块化填料区的底部设置有基层，所述模块化填料区内阵列设置有多个模块化填料，所述模块化填料为模块化生物质填料，所述第四穿孔花墙与第二隔水墙之间设置有第三填料层和第四填料层，第三填料层和第四填料层都为生物质填料，第三填料层的粒径小于等于第四填料层的粒径，第四填料层位于第三填料层的下方，第四填料层的下方设置有基层，靠近第二隔水墙的基层的端部设置有出水通道，所述出水通道与第二隔水墙外侧的配水渠连通。

在其中一个实施例中，沿水流方向，位于第二排及第二排后方的每个次级填料单元包括间隔设置的第五穿孔花墙以及第三隔水墙，所述第五穿孔花墙与第三隔水墙之间依次设置有第一区填料、第二区填料和第三区填料，所述第一区填料的下方设置有基层，所述第二区填料采用两层多功能生物质填料，且第二区填料的下方设置有基层，所述第三区填料的下方设置有基层。在其中一个实施例中，还包括备用填料单元，所述备用填料单元设置在所述一级填料单元的一侧，所述备用填料单元包括间隔设置的第一备用穿孔花墙、第二备用穿孔花墙以及备用隔水墙，所述第一备用穿孔花墙的外侧设置有备用配水渠，所述第一备用穿孔花墙和第二备用穿孔花墙之间设置有模块化填料区，所述模块化填料区的底部设置有基层，所述模块化填料区内的各个模块化填料为模块化生物质填料，所述第二备用穿孔花墙与备用隔水墙之间设置有第一备用填料层和第二备用填料层，所述第一备用填料层和第二备用填料层都为生物质填料，第一备用填料层的粒径小于等于第二备用填料层的粒径，第二备用填料层位于第一备用填料层的下方，第二备用填料层的下方设置有基层，靠近备用隔水墙的基层的端部设置有出水通道，所述出水通道与所述备用隔水墙外侧设置的配水渠连通。

附图说明

图1为本发明的实施例的水平潜流式人工湿地处理系统的一级填料单元的俯视图。

图2为图1的a-a截面图。

图3为本发明的实施例的水平潜流式人工湿地处理系统的一级填料单元以及各个次级填料单元的俯视图。

图4为图3的b-b截面图。

其中：

10、配水渠10a、备用配水渠20、出水渠

30、侧壁40、模块化填料区

50、基层61、第一填料层

62、第二填料层63a、第一配水区填料63b、第二配水区填料

64、上层生物质填料65、下层生物质填料

70、出水通道

100、一级填料单元110、第一穿孔花墙120、第二穿孔花墙

130、第一隔水墙200、备用填料单元210、第一备用穿孔花墙

220、第二备用穿孔花墙230、备用隔水墙

300、次级填料单元310、第三穿孔花墙320、第四穿孔花墙

330、第二隔水墙340、第五穿孔花墙350、第三隔水墙。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种水平潜流式模块化人工湿地处理系统，该系统包括一级填料单元100以及位于一级填料单元100下游侧的多个次级填料单元300，所述一级填料单元100以及多个次级填料单元300通过配水单元依次连通，所述一级填料单元100设置有模块化填料区40，所述模块化填料区40的一端设置在一级填料单元100的进水端处，所述模块化填料区40内阵列设置有多个模块化填料。

通过研究发现，人工湿地最容易发生堵塞的地方在于一级填料单元100内部，因此，本申请在一级填料单元100内部设置模块化填料区40，模块化填料区40内设置有模块化填料。一级填料单元100内部发生堵塞后，只需将部分模块化填料取出，将取出的模块化填料经过清洗后再回填使用。整个过程相对耗时较少，且可节省填料的使用量，有利于降低人工湿地的使用成本。

需要说明的是，上述模块化填料可以为模块化生物质填料等。使用时，将模块化生物质填料逐层堆叠使用。上述模块化生物填料也就是将生物质填料制作成模块，具体模块的形状和结构可根据实际需求设定。例如可制成立方体形状等。

需要说明的是，人工湿地系统一般分为水平潜流式和垂直潜流式。水平潜流式人工湿地系统的每个填料单元内的水流基本沿水平方向由填料单元的一端流向另一端。垂直潜流式人工湿地系统的每个填料单元的水流由填料单元的顶部向填料单元的底部流动。

本实施例中，当人工湿地系统为水平潜流式时，沿水流方向，所述模块化填料区40的宽度为5米-15米。例如，图1是水平潜流式人工湿地的一级填料单元100的俯视图，也就是污水最先进入的填料单元的俯视图，图2是一级填料单元100的截面图。由图1和图2可以看出，模块化填料区40由第一穿孔花墙110延伸至第二穿孔花墙120。配水渠10内的水穿过第一穿孔花墙110进入模块化填料区40，接着朝第二穿孔花墙120流动。第一穿孔花墙110距离第二穿孔花墙120的距离为5米到15米，优选为10米。

本实施例中，当人工湿地系统为水平潜流式时，如图1和图2所示，所述配水单元为多个配水渠10，沿水流方向，所述一级填料单元100包括间隔设置的第一穿孔花墙110、第二穿孔花墙120以及第一隔水墙130。且第一穿孔花墙110、第二穿孔花墙120以及第一隔水墙130与侧壁30共同围成一个区域。所述第一穿孔花墙110的外侧设置有配水渠10，所述第一隔水墙130的外侧设置有配水渠10，所述模块化填料区40位于第一穿孔花墙110和第二穿孔花墙120之间，所述模块化填料区40的底部设置有基层50，所述模块化填料区40内的各个模块化填料为模块化生物质填料，所述第二穿孔花墙120与第一隔水墙130之间设置有第一填料层61和第二填料层62，所述第一填料层61和第二填料层62都为生物质填料，第一填料层61的粒径小于等于第二填料层62的粒径，第二填料层62位于第一填料层61的下方，第二填料层62的下方设置有基层50，靠近第一隔水墙130的基层50的端部设置有出水通道70，所述出水通道70与第一隔水墙130外侧设置的配水渠10连通。

具体的，上述基层50可以为砾石等，砾石的粒径可以为20-50毫米。整个基层50高度可根据实际需求进行设定。例如可为200mm。

具体的，上述一级填料单元100内的模块化生物质填料的整体高度可根据实际需求进行设定。例如可为800mm。

具体的，上述一级填料单元100内的第一填料层61的粒径可为5-30mm，第一填料层61的整体高度可为500m。第二填料层62的粒径可为30-50mm，第二填料层62的整体高度可为300mm。

上述一级填料单元100在使用时，污水由第一穿水花墙外侧的配水渠10依次流过第一穿孔花墙110和第二穿孔花墙120，污水被第一隔水墙130阻挡后，由上述出水通道70流出至第一隔水墙130外侧的配水渠10，接着，配水渠10内的污水继续流向下游侧的次级填料单元300。

本实施例中，当人工湿地系统为水平潜流式时，如图3所示，图3上从第二排开始，往下都为次级填料单元300。所述多个次级填料单元300阵列排布，每排次级填料单元300的数量至少为2个，相邻两排次级填料单元300之间设置有配水渠10，所述次级填料单元300的底部通过出水通道70与相邻的下游侧的配水渠10连通，最后一排次级填料单元300的外侧设置有出水渠20，最后一排的次级填料单元300的底部通过出水通道70与出水渠20连通。

使用时，上游侧的配水渠10内的污水流入下游侧的次级填料单元300，经次级填料单元300处理后的污水流出至下游侧的配水渠10。接着，按照上述方式，污水不断向下游侧流动，直至进入出水渠20。

本实施例中，当人工湿地系统为水平潜流式时，如图3所示，沿水流方向，位于第一排的每个次级填料单元300包括间隔设置的第三穿孔花墙310、第四穿孔花墙320以及第二隔水墙330。且第三穿孔花墙310、第四穿孔花墙320以及第二隔水墙330与侧壁30共同围成一个区域。所述第三穿孔花墙310与第四穿孔花墙320之间设置有模块化填料区40，所述模块化填料区40的底部设置有基层50，所述模块化填料区40内阵列设置有多个模块化填料，所述模块化填料为模块化生物质填料，所述第四穿孔花墙320与第二隔水墙330之间设置有第三填料层和第四填料层，第三填料层和第四填料层都为生物质填料，第三填料层的粒径小于等于第四填料层的粒径，第四填料层位于第三填料层的下方，第四填料层的下方设置有基层50，靠近第二隔水墙330的基层50的端部设置有出水通道70，所述出水通道70与第二隔水墙330外侧的配水渠10连通。

具体的，上述第一排的每个次级填料单元300的内部结构可设计成与上述一级填料单元100的内部结构相同。

本实施例中，当人工湿地系统为水平潜流式时，如图4所示，沿水流方向，位于第二排及第二排后方的每个次级填料单元300包括间隔设置的第五穿孔花墙340以及第三隔水墙350，所述第五穿孔花墙340与第三隔水墙350之间依次设置有第一区填料63a、第二区填料和第三区填料63b，所述第一区填料63a的下方设置有基层50，所述第二区填料采用两层多功能生物质填料，且第二区填料的下方设置有基层50，所述第三区填料63b的下方设置有基层50。

其中，第一区填料63a可使用常用的市场填料，例如，火山岩、陶粒等。第二区填料63b可使用常用的市场填料，例如，火山岩、陶粒等。

其中，第二区填料的两层多功能生物质填料可包括上层生物质填料64和下层生物质填料65。进一步的是，上层生物质填料64的粒径小于等于下层生物质填料65的粒径。

具体的，上述基层50可以为砾石等，砾石的粒径可以为20-50毫米。整个基层50高度可根据实际需求进行设定。例如可为200mm。

具体的，上述第一配水区填料63a的粒径为50-80mm，整体高度为800mm。上述第二配水区填料63b的粒径为50-80mm，整体高度为800mm。

具体的，上述上层生物质填料64的粒径可为5-30mm，上层生物质填料64整体厚度可为500mm。下层生物质填料65的粒径可为30-50mm,下层生物质填料65整体厚度可为300mm。

需要说明的是，上述人工湿地使用的生物质填料以及模块化生物质填料都由现有技术中的多功能生物质填料制成。

本实施例中，当人工湿地系统为水平潜流式时，如图3所示，还包括备用填料单元200，所述备用填料单元200设置在所述一级填料单元100的一侧，所述备用填料单元200包括间隔设置的第一备用穿孔花墙210、第二备用穿孔花墙220以及备用隔水墙230，且第一备用穿孔花墙210、第二备用穿孔花墙220以及备用隔水墙230与侧壁30共同围成一个区域。所述第一备用穿孔花墙210的外侧设置有备用配水渠10a，所述第一备用穿孔花墙210和第二备用穿孔花墙220之间设置有模块化填料区40，所述模块化填料区40的底部设置有基层50，所述模块化填料区40内的各个模块化填料为模块化生物质填料，所述第二备用穿孔花墙220与备用隔水墙230之间设置有第一备用填料层和第二备用填料层，所述第一备用填料层和第二备用填料层都为生物质填料，第一备用填料层的粒径小于等于第二备用填料层的粒径，第二备用填料层位于第一备用填料层的下方，第二备用填料层的下方设置有基层50，靠近备用隔水墙230的基层50的端部设置有出水通道70，所述出水通道70与所述备用隔水墙230外侧设置的配水渠10连通。

需要说明的是，上述备用填料单元200的具体结构可与一级填料单元100类似，也就是可参考一级填料单元100设置。具体设置时，可如图3所示，与一级填料单元100并排设置。当一级填料单元100需要进行停运进行清污操作时，可启用备用填料单元200。也就是污水从备用配水渠10a进入备用填料单元200，然后朝下游侧的各个次级填料单元300流动。备用填料单元200的备用隔水墙230的外侧的配水渠10与一级填料单元100的第一隔水墙130外侧的配水渠10为同一配水渠10。

具体设计时，如图3所示，上述水平潜流式人工湿地系统设计填料深可为1m。每个填料单元的填料综合孔隙率为40%。codcr表面污染负荷取10g/（m²▪d）。氨氮表面污染负荷取4g/（m²▪d）。总磷表面污染负荷取0.4g/（m²▪d）。总氮表面污染负荷取7g/（m²▪d）。水力负荷取0.5m³/（m²▪d）。综上，确定设计面积为20000m²。用停留时间进行校核：t=20000*1*40%/10000=0.8d，满足要求。

每个填料单元设计尺寸为l×b×h=70m×22m×1.2m=1848m³。有效填料单元的数量为13个。总数量为14个。进水部设计：（1）由于人工湿地堵塞主要发生在进水布水系统周围5-15m处，因此设计模块化填料范围为10m。（2）停床休作或轮作可使堵塞的湿地进行恢复供养。考虑湿地前段处理负荷较大并结合投资成本，本方案提出在进水第一填料单元一侧增加备用填料单元200。两者交替运行。

上述系统优势：1.本系统采用的模块化填料技术能在湿地出现堵塞后，方便取出，并且填料能重复利用，节省大量的工作量及二次投资成本。2.在占地水力负荷上，比一般要高50%，从而节省了占地面积。3.本发明对污染物去除负荷进行了明确的指定，并且均高于传统实际设计值。4.其出水品质能达到地表准四类水标准。

综上，本发明具有以下优点：

1.可延缓湿地堵塞。

2.填料易更换并且可重复利用。

3.节省排水收集系统管道的使用量，并且避免管道收集口收到颗粒填料的堵塞。

4.节省占地面积至少40%

5.节省二次投资至少30%。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。