本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置。

背景技術(shù)：

人工濕地(Constructed Wetlands) 是20 世紀(jì)70 年代末發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)，興起于美國、澳大利亞、荷蘭、丹麥、英國等國家。其特點(diǎn)是：出水水質(zhì)好，具有較強(qiáng)的有機(jī)物、氨氮處理能力，運(yùn)行維護(hù)方便，管理簡單，投資及運(yùn)行費(fèi)用低。據(jù)有關(guān)資料顯示，人工濕地投資和運(yùn)行費(fèi)用僅占傳統(tǒng)二級生化處理技術(shù)的50%～80%。因此，比較適合于資金少、能源短缺和技術(shù)人才缺乏的中小城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村。但是，在人工濕地實(shí)際應(yīng)用中也逐漸暴露出了一些問題，例如常見的濕地堵塞、供氧不足、布水不均勻等問題。據(jù)美國USEPA對100多個運(yùn)行中的人工濕地調(diào)查后發(fā)現(xiàn)有將近一半的濕地系統(tǒng)在投入使用后的5年內(nèi)形成了堵塞。另外，在應(yīng)用較廣泛的水平潛流濕地和垂直潛流濕地中，濕地缺氧問題十分常見。特別地，垂直潛流濕地在理論上而言，其充氧效果應(yīng)較好，但由于濕地的長期運(yùn)行，濕地內(nèi)部基質(zhì)浸潤面積增大，孔隙率降低，也無法創(chuàng)造良好的好氧環(huán)境。同時濕地堵塞問題的出現(xiàn)又將進(jìn)一步阻礙濕地內(nèi)外空氣交換，造成內(nèi)部缺氧，影響有機(jī)物及氨氮的去除。因而，此類常見問題使得人工濕地污染負(fù)荷難以提升、運(yùn)行維護(hù)要求相對提高、應(yīng)用受限。而目前河流、湖泊的富營養(yǎng)化問題突出，國家對污水處理的總氮指標(biāo)提出了要求，如何在一級濕地中實(shí)現(xiàn)總氮處理率達(dá)50%以上，已成為垂直潛流人工濕地在應(yīng)用中急需解決的問題。對此，有必要提出一種低維護(hù)要求，同時改善濕地堵塞、供氧不足及脫氮效率不高等根本問題的技術(shù)。本發(fā)明中提出的一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置，大大降低農(nóng)村生活污水的處理成本和維護(hù)成本。模塊化人工濕地生活污水處理裝置可通過將傳統(tǒng)人工濕地劃分成許多小的模塊，根據(jù)濕地不同部位的作用，對模塊中的基質(zhì)進(jìn)行不同的設(shè)置和組合，從而方便施工、表面基質(zhì)更換、濕地系統(tǒng)充氧，進(jìn)而提高濕地的處理能力，更加方便濕地的后續(xù)維護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置，使其對分散式農(nóng)村生活污水的處理效率比現(xiàn)有處理設(shè)施有很大提升，并方便運(yùn)行管理。

本發(fā)明提出的用于處理分散式農(nóng)村生活污水的一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置，由進(jìn)水管1、墻體2、植物布水模塊組、基本模塊組、飽和集水區(qū)5、出水管8和時控開關(guān)11構(gòu)成，墻體２四周和底部用磚和水泥砌成，墻體2內(nèi)壁鋪設(shè)防滲膜9，所述墻體２內(nèi)自下而上依次布置有飽和集水區(qū)5、若干層基本模塊組和一層植物布水模塊組；所述每層基本模塊組為長方體結(jié)構(gòu)，由若干個基本模塊4按照橫縱連接方式組成，所述植物布水模塊組為長方體結(jié)構(gòu)，由若干個植物布水模塊3按照橫縱連接方式組成；若干層基本模塊組和一層植物布水模塊組采用堆疊形式放置；所述墻體2一側(cè)上部設(shè)有進(jìn)水管1，進(jìn)水管1連接時控開關(guān)11，由時控開關(guān)11控制進(jìn)水管1的進(jìn)水；另一側(cè)下部設(shè)有出水管8，進(jìn)水管1通過管道分別和穿孔橡膠軟管6連接，所述穿孔橡膠軟管6位于穿孔套管7內(nèi)，每個穿孔套管7貫穿于植物布水模塊組內(nèi)；所述飽和集水區(qū)5由基質(zhì)和集水管10組成，所述集水管10水平布置于墻體2內(nèi)底部，集水管10末端設(shè)置成向上彎起一定高度，所述高度確保濕地淹沒水深為100－500mm；所述植物布水模塊3和基本模塊4均為長方體結(jié)構(gòu)，分別是由長方體筐籃內(nèi)填充基質(zhì)組成，或通過水泥粘結(jié)基質(zhì)組成。本發(fā)明中，植物布水模塊3和基本模塊4可采用相同材料及尺寸的模塊，也可采用不同材料及尺寸的模塊。本發(fā)明中，植物布水模塊3和基本模塊4均為長方體結(jié)構(gòu)，方便運(yùn)輸。植物布水模塊3和基本模塊4的尺寸分別為：長：200－600mm；寬：100－450mm；高：100－350mm。所述相鄰的植物布水模塊3之間或相鄰的基本模塊4之間留有縫隙，所述縫隙為1-50mm。

本發(fā)明中，當(dāng)植物布水模塊3或基本模塊4采用筐籃內(nèi)填充基質(zhì)組成時，所述筐籃四周開有細(xì)孔，細(xì)孔面積占單個筐籃總面積的40%-80%，細(xì)孔的形狀是圓形或四邊形中任一種，圓形細(xì)孔的直徑為5-50mm，四邊形細(xì)孔的最小邊長不小于5mm，四邊形的最大邊長不大于50mm，且不對污水的下滲造成影響，具有一定的抗壓強(qiáng)度和承重能力，承重10-50kg。所述筐籃材質(zhì)采用抗沖擊高密度的聚乙烯（HDPE）、聚氯乙烯（PVC）或聚丙烯（PP）等中的一種。

本發(fā)明中，當(dāng)植物布水模塊3或基本模塊4采用水泥粘結(jié)基質(zhì)組成時，所述通過水泥粘結(jié)基質(zhì)組成的模塊，其連通孔隙率為20%-35%，水泥流動度控制在200mm-320mm，抗壓強(qiáng)度大于3.6 MPa。

本發(fā)明中，當(dāng)植物布水模塊3采用筐籃內(nèi)填充基質(zhì)組成時，所述基質(zhì)為沙土，沙土由耕作土和粗沙按比例混合而成，粗沙、耕作土質(zhì)量比為0.2-3:1；粗沙的粒徑為0.1-6mm。

本發(fā)明中，當(dāng)植物布水模塊3采用水泥粘結(jié)基質(zhì)組成時，可以是在水泥粘結(jié)基質(zhì)組成的模塊中留有孔穴，孔穴可以是圓形或四邊形中任一種，其高度為模塊高度的1/5-4/5，其面積為模塊面積的20%-70%，孔穴中放置沙土，沙土由耕作土和粗沙按比例混合而成，粗沙、耕作土質(zhì)量比為0.2-3:1；粗沙的粒徑為0.1-6mm。

本發(fā)明中，在植物布水模塊3放置的沙土中種植的植物為旱生或水生植物，具體可以為百慕大草、金雞菊、草皮、香蒲、蘆葦、美人蕉、香根草、燈芯草、旱傘草或蘆竹等中一至幾種組合。

本發(fā)明中，在植物布水模塊3的1/4-3/4高度的位置設(shè)置穿孔套管7，所述穿孔套管7開孔孔徑為5-15mm，所述穿孔套管7的開孔沿與垂直向下成0-90o角度交叉布置，同側(cè)間距50-500mm，異側(cè)間距25-250mm。穿孔套管7的材質(zhì)可以是鋼管、塑料管或不銹鋼管中的一種。

本發(fā)明中，穿孔套管7中設(shè)置穿孔橡膠軟管6，開孔孔徑5-15mm，沿與垂直向下成0-180o角度交叉布置，同側(cè)間距50-500mm，異側(cè)間距25-250mm。穿孔橡膠軟管6的一端與進(jìn)水管1連接，并用管箍將軟管和硬管連接，另一端進(jìn)行封堵。穿孔橡膠軟管6材質(zhì)可以采用天然橡膠或合成橡膠中的一種。

本發(fā)明中，所述飽和集水區(qū)5和基本模塊4中的基質(zhì)可以是瓜子片、河砂、沸石、粉煤灰、高爐渣或鋼渣中的一種或幾種組合，粒徑在3-30mm。

本發(fā)明中，飽和集水區(qū)5高度為100-500mm。

本發(fā)明中，集水管10穿孔孔徑5-20mm，沿與垂直向下成0-90o角度交叉布置，同側(cè)間距50-500mm，異側(cè)間距25-250mm。集水管10的材質(zhì)可以是鋼管、塑料管或不銹鋼管中的一種。

本發(fā)明中，時控開關(guān)一天控制開閉次數(shù)在2-15次，每次開啟時間在5-90分鐘。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、可以通過更換濕地堵塞層的模塊，快速方便地解決濕地堵塞問題，從而降低濕地后續(xù)維護(hù)的難度和成本。

2、使用一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置，無需消耗其他動力，既實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村污水處理達(dá)標(biāo)排放，又降低了農(nóng)村污水處理成本。

3、一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置既降低了人工濕地的施工難度，也提高了濕地的復(fù)氧和脫氮能力，有利于污染物的去除。

4、一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置的使用，有利于對濕地的不同功能區(qū)進(jìn)行劃分。便于對濕地不同高度，不同位置處進(jìn)行不同粒徑及種類基質(zhì)的組合。

5、一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置中飽和集水區(qū)的設(shè)置，可提高一級濕地的脫氮效率。

6、在一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置的進(jìn)水管上設(shè)置時控開關(guān)，可提高進(jìn)水的瞬時流量，使垂直潛流人工濕地布水更均勻，避免短流，同時也為反硝化提供碳源。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖示。

圖2為Ａ-Ａ剖面圖。

圖3為Ｂ-Ｂ剖面圖。

圖4為植物布水模塊結(jié)構(gòu)圖示。

圖中標(biāo)號：1為進(jìn)水管，2為墻體，3為植物布水模塊，4為基本模塊，5為飽和集水區(qū)，6為穿孔橡膠軟管，7為穿孔套管，8為出水管，9為防滲膜，10為集水管，11為時控開關(guān)。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。

實(shí)施例1：

一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置處理分散式農(nóng)村生活污水，服務(wù)對象為三戶居民，處理水量Q<2噸/天。一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置的進(jìn)水水質(zhì)COD<250mg/L、TN<40mg/L、NH₃-N<30mg/L。選擇的植物布水模塊3和基本模塊4由筐籃內(nèi)填充基質(zhì)組成，植物布水模塊3和基本模塊4的大小相同，尺寸為：長410mm×寬310mm×高240mm，由抗沖擊高密度聚乙烯HDPE制成，四周開有長方形的細(xì)孔，細(xì)孔的大小40mm×10mm，開孔面積占單個筐籃總面積的65%，每個模塊和模塊之間留有5mm縫隙。一種模塊化人工濕地生活污水處理裝置的布置如圖1所示。濕地底層為飽和集水區(qū)5，飽和集水區(qū)5中的基質(zhì)為瓜子片，高度為300mm；飽和集水區(qū)5上層鋪設(shè)由基本模塊4組成的基本模塊層，設(shè)置3層，基本模塊4中放置瓜子片，粒徑在10mm?；灸K4上層鋪設(shè)1層由植物布水模塊3組成的植物布水模塊層，植物布水模塊層中設(shè)置三根穿孔橡膠軟管6，采用天然橡膠材料，一端與進(jìn)水管1連接，并用管箍將軟管和硬管連接，另一端進(jìn)行封堵。為了保證布水均勻性，在進(jìn)水管1上設(shè)置時控開關(guān)，時控開關(guān)一天控制開閉次數(shù)為12次，每次開啟時間在15分鐘。在植物布水模塊3中均填放質(zhì)量比為1:1的粗沙和耕作土。并在1/2植物布水模塊3高度的位置設(shè)置穿孔套管7，穿孔孔徑9mm，沿與垂直向下成0o角度布置，間距200mm。穿孔套管7的材質(zhì)采用塑料管。植物布水模塊3中種植香蒲，充分發(fā)揮植物根區(qū)對污水的凈化作用。污水通過設(shè)置在穿孔套管7中的穿孔橡膠軟管6均勻分布到人工濕地表層，穿孔橡膠軟管6在植物布水模塊3長度位置的中間開孔，孔徑5mm，沿與垂直向下成0o角度布置。經(jīng)過植物布水模塊3及基本模塊4中土壤及基質(zhì)的吸附、阻截、生化作用，污水中懸浮性固體和部分有機(jī)物被去除。其中的營養(yǎng)物質(zhì)可供濕地植物生長。污水進(jìn)一步下滲，進(jìn)入設(shè)置在濕地底層的飽和集水區(qū)5，飽和集水區(qū)5高250mm，集水管10穿孔孔徑10mm，沿與垂直向下成45o角度交叉布置，同側(cè)間距200mm ，異側(cè)間距100mm。集水管10的材質(zhì)采用塑料管。集水管10末端設(shè)置成向上彎曲彎起成一定高度，可以確保濕地的淹沒水深具有250mm。最終出水通過出水管8排放。這樣就在模塊化垂直潛流人工濕地中人為創(chuàng)造出上部好氧、下部缺氧的環(huán)境。進(jìn)水氨氮和有機(jī)氮在上部被氧化成硝酸鹽氮，而在濕地下部缺氧環(huán)境中在反硝化細(xì)菌的作用下還原成氮?dú)馀懦鰸竦?，達(dá)到脫氮的目的。通過對上述裝置及進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)夏季和冬季（上海氣候條件下）的水力負(fù)荷分別應(yīng)控制在0.42m³/m²d和0.12m³/m²d以內(nèi)時，其出水可以達(dá)到國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）》中一級B污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)，在相同的去除率條件下，其水力負(fù)荷提高了50%以上。當(dāng)上層基質(zhì)發(fā)生堵塞時，通過迅速更換模塊來更換上層基質(zhì)。污水經(jīng)過模塊化垂直潛流人工濕地的處理，能夠達(dá)標(biāo)排放。

上述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍和行為。