专利名称：小型人工湿地的模块结构及其应用工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种小型人工湿地的模块结构及其应用工艺。
背景技术：
根据2010年水利部发布的《中国农村饮水安全工程管理实践与探索》报告，全国 60多万个行政村、250多万个自然村，居住着两亿多农户、近8亿人，农村饮用水不安全人口约为3. 23亿人左右，其中9084万人受到水污染的影响。造成这一问题的原因是，农村没有污水处理设施。2009年全国村镇生活污水的抽样调查中，经过调研的200多个行政村，拥有污水处理设施的村庄仅占2. 6%ο主要流域村镇污水在污染负荷中的贡献超过50% ,已经成为中国主要流域水污染的重要因素。住建部表示，“十二五”节能减排的重点就在农村的污染治理。根据国家“十二五” 全国村镇污水治理规划，从2010年起用大约30年时间，在中国90%的村镇建立完善的排水和污水处理的设施与服务体系。到2020年，使30%的村镇人口得到比较完善的公共排水服务，并使中国各重点保护区内的村镇污水污染问题得到全面有效的控制。“十二五”期间，全国村镇污水治理率要提升10%。农村生活污水连片治理将进入攻坚阶段。农村水污染治理的难点主要有三方面首先，农村生活污水具有量大面广、有机物浓度偏高，以及日变化系数大、间歇排放、控制困难等特点。其次，资金短缺是农民治理水污染的一大拦路虎。农村环境保护属于责任主体难以判别或责任主体太多、公益性很强、投资回报率较小的领域，对社会资金缺乏吸引力。农村聚居点和小城镇由于单体市场规模小，其基础设施建设和运行难以进行市场化运作，因而必须依赖财政资金，而乡镇和村一级行政组织普遍财源不够，难以建设污染治理基础设施，这就造成了农村聚居点污染日趋严重并将继续严重的状况。最后，农村环境管理水平低下、法规不完善，也是农村污染问题日益严重的重要原因。中国城市污水治理有很丰富的经验，农村污水从2000年才开始治理。无论是政府还是施工单位，做惯了城市治理，就把城市的一套规则套用在农村上，总会出问题。“因地制宜”是中国农村污水治理的核心原则，不能按照城市的思维考虑农村问题，一定要关注农村的特点和实际状况。人工湿地技术具有对运行管理简单、无运行费用、对周边影响小、易于分散化小型化建设的特点，能很好满足农村污水处理的技术需求，“十一五”以来在我国多地农村污水治理试点中获得成功。人工湿地污水处理技术因此也受到水处理界的重视。以“人工湿地+污水”为关键词在专利数据库中检索，结果表明近5年国内专利申请数达到301件，近三年达到217件， 表明了业界对该技术的重视。这些专利技术申请，大多数围绕如何提高人工湿地的处理效率进行工艺开发和描述，旨在减小占地面积或提高处理尾水水质，对于推动人工湿地技术进步发挥了重要作用。但是，对于人工湿地技术应用实务，存在以下方面的重视不足第一，以保证建造质量为目的来开发人工湿地技术。有专家表示“我国还没有专门针对农村污水治理企业的认证机构，很多工程承包商都是执照不清的小公司，施工质量难以保证。有些公司就是当地的农民工临时组建的，政府把钱投下去，他们造出一堆没法用的垃圾。”因此，以保证建造质量为目的来开发的人工湿地技术，将具有广阔市场空间。第二，因地制宜利用房前屋后杂地建造的人工湿地技术。按照分散就地处理的思路开展农村污水处理，可以省掉不必要的污水收集管道建造费用。在农宅附近建设污水处理设施时，往往可供利用的是一些杂地、菜地或庭院。因此，开发因地制宜的人工湿地建造技术，能够解决实际应用的问题，易在市场竞争中占据优势。第三，实现污水资源化利用的人工湿地技术。有农村环境治理行业人士指出，城市污水处理都会把水分中的氮和磷去除掉，很多农村污水治理也采取同样的方法。没有考虑到农村的污水处理后大部分是用来农田灌溉，植物生长需要大量的氮、磷元素。如果能够把污水中的氮磷施用到农田中，那么农民就可以减少往地里的施化肥量。本发明针对上述技术需求，提出一种小型人工湿地的模块结构及其应用工艺。以“人工湿地+污水+模块”为关键词在专利数据库中检索，共检索到相似专利5 项。它们和本发明的区别分析如下
I) 一种模块组合式微型生态滤池雨污水处理系统(CN200510093265. I):该发明将人工湿地整体称为微型生态滤池模块，通过集成设计，使之与沉淀池模块组合后形成污水处理流程，实现结构紧凑占地面积小的目的。该发明中的模块实际上指的是一种硬件单元，目的是通过集成设计减小占地，而与本发明通过制备污水新材料降低施工门槛的思路不同。2) 一种快速装配式人工湿地污水处理系统及其填料单元(CN200810089084. 5) 该发明利用由长方体框架和弹性填料制成的生物膜处理模块替代常规人工湿地基质，其反应原理更接近于厌氧生物膜处理技术。由无纺布制成的隔土层在防止表层土壤落入弹性填料模块区的时候，也阻隔了植物根系和污水的直接接触。该发明的目的是提高湿地防堵塞性，而本发明只是对湿地布、集水区进行模块化，目的是降低施工门槛，并未改变潜流湿地的基本构造。3)模块化的污水生态处理系统(CN201110124065. 3):该发明将人工湿地整体作为微型人工湿地模块，使之与化粪池模块、厌氧处理模块、蓄水沉淀模块或串联或并联组成污水处理流程，实现灵活搭配快速安装的目的。整体化模块安装速度快，但是整体化模块重量大，有时需要吊车才能完成施工，这就提高了对施工队伍的硬件要求，而且农村特别是南方的一些自然村落，吊车开进场地也是比较困难的。而本发明只是对湿地布、集水区进行模块化，施工由人工即可完成。4) 一种利用人工湿地模块的污水处理设备(CN201020185931.0):该实用新型专利采用玻璃钢盒体和钢结构支撑，实现表面流人工湿地和潜流人工湿地的整体模块化。与本发明的区别同上。5) 一种新型人工湿地填料模块(CN201020105878. 9):该实用新型专利与本发明最为接近，是对松散的人工湿地基质的局部成块化。该实用新型专利制备的人工湿地填料模块长X宽X高为24 cmX 12 cmX 12 cm,填料模块由2mnT7mm炉洛，以粉煤灰、水泥的混浆为粘结剂，由对应的填料模具制作而成。该实用新型专利的模块制成原理与多孔混凝土或透水混凝土一样，这种粘结模块自重较大，而且一旦堵塞难以修复。因此，本发明采用了不同的材料和制备方法，并设计了模块产品系列化和规格化应用的一整套技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提出一种小型人工湿地的模块结构及其应用工艺。本发明提出的小型人工湿地模块为便于在农村地区的运输和安装，布水模块长度取为I. 5m，直径为15cm ;集水模块长度取为2m，直径为15cm。本发明提出的小型人工湿地的模块结构，所述模块结构包括有管模块和无管模块；其中有管模块由套网I、填充料3和中心管2组成，中心管2插入套网I内，中心管2 和套网I之间填充有填充料3，中心管2两端伸出套网I部分设有套管4，套管4起连接两个有管模块的作用；所述中心管2用于输送污水，无管模块为圆柱体结构，由套网I和填充料3组成，套网I包覆于填充料3外，无管模块不含中心管在湿地中起支撑、蓄水和布水作用。本发明中，所述套网I为具有一定抗拉强度的聚乙烯制成或其他材料制成的套网。本发明中，所述填充料可采用阶梯环、陶粒或高炉渣中任一种。其中，充填阶梯环和陶粒制成的模块用于湿地布水区，充填高炉渣制成的模块用于湿地集水区。阶梯环充填密度105kg/m3，直径为16 mm,堆积孔隙率88. 4%，采用此填料制成的模块质量轻，易于搬运和安装。没有阶梯环时，可采用陶粒替代，陶粒充填密度790 kg/m3，尺寸为12 mm，堆积孔隙率51. 5%。高炉渣具有较强的吸附除磷功能，但因高炉渣自重较大只在湿地集水模块中使用。本发明中，所述中心管2采用普通聚氯乙烯排水管，管长I. 5 2m，管径80mm。本发明提出的小型人工湿地的模块结构应用于污水处理小型人工湿地，所述人工湿地由集水模块5、渗滤基质6、布水模块7、原土覆盖区9及其表面植物10组成，其中小型人工湿地的埋深为O. 8^1. 2m，开挖后从下至上依次铺设防渗膜12，装填集水模块5、渗滤基质6和布水模块7，集水模块5和布水模块7上表面均覆盖具有透气、渗水性能的土工布 8，以防止土壤颗粒掉入而造成堵塞；原土覆盖区9表面种植植物或农作物10 ;布水模块7 采用双层错位放置，有管模块铺设于中部，无管模块铺在有管模块两侧和下方，有管模块中心管2连接化粪池排水管；以户为单位的化粪池排水具有周期强、瞬时负荷高的特点，双层布置的布水模块区起到调蓄缓释功能，即瞬时高流量来的污水蓄存在布水区中逐渐向下渗流；集水模块5只采用有管模块，用渗滤基质或者原土壤回填，有管模块的一端套管连接处理湿地的排放去向，另一端套管连接立管11，突出地面在湿地间歇排空的时候起到复氧的作用。本发明中，当地下水位距离地面的埋深低于2m时，应在开挖后先铺装防渗膜以防止地下水污染。本发明中，渗滤基质区高度为3(T60cm，采用粗砂、渗水性能较好的当地土壤或其他处理湿地采用的基质。本发明中，原土覆盖区高为18-22cm，可供一般叶类农作物生长。本发明提出的应用模块的污水处理小型人工湿地，根据污水处理的人数提供不同规格的安装图纸。比如8人以内的规格列表如表I所示，安装如图6所示。
表I f 3型小型处理湿地的面积
权利要求
1.一种小型人工湿地的模块结构，其特征在于所述模块结构包括有管模块和无管模块；其中有管模块由套网(I)、填充料⑶和中心管⑵组成，中心管⑵插入套网(I)内， 中心管(2)和套网(I)之间填充有填充料(3)，中心管(2)两端伸出套网(I)部分设有套管(4);所述中心管(2)用于输送污水，无管模块为圆柱体结构，由套网(I)和填充料(3)组成，套网⑴包覆于填充料⑶夕卜，无管模块不含中心管⑵在湿地中起支撑、蓄水和布水作用。
2.根据权利要求I所述的小型人工湿地的模块结构，其特征在于所述套网(I)为具有一定抗拉强度的聚乙烯制成或其他材料制成的套网。
3.根据权利要求I所述的小型人工湿地的模块结构，其特征在于所述填充料(3)采用阶梯环、陶粒或高炉渣中任一种。
4.根据权利要求I所述的小型人工湿地的模块结构，其特征在于所述中心管(2)采用普通聚氯乙烯排水管，管长I. 5m,管径80mm。
5.一种如权利要求3所述的小型人工湿地的模块结构应用于污水处理小型人工湿地， 其特征在于所述人工湿地由集水模块(5)、渗滤基质￠)、布水模块(7)、原土覆盖区(9)及其表面植物(10)组成，其中小型人工湿地的埋深为O. 8 1. 2m，开挖后从下至上依次装填集水模块(5)、渗滤基质(6)和布水模块(7)，集水模块(5)和布水模块(7)上表面均覆盖具有透气、渗水性能的土工布(8)，防止土壤颗粒掉入而造成堵塞；原土覆盖区(9)种植表面植物；布水模块(7)采用双层错位放置，有管模块铺设于中部，无管模块铺在有管模块两侧和下方，有管模块用于连接化粪池排水管；双层布置的布水模块区起到调蓄缓释功能，集水模块(5)只采用有管模块，用渗滤基质或者原土壤回填，有管模块的一端套管连接处理湿地的排放去向，另一端套管连接立管，突出地面在湿地间歇排空的时候起到复氧的作用； 其中，布水模块(7)中所用的有管模块采用的填充料由阶梯环和陶粒制成，集水模块所用的有管模块采用的填充料由高炉渣制成；当地下水位距离地面的埋深低于2m时，应在开挖后先铺装防渗膜以防止地下水污染。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于渗滤基质区高度为3(T60cm，采用粗砂、渗水性能较好的当地土壤或其他处理湿地采用的基质。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于原土覆盖区高为18-50cm。
全文摘要
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种小型人工湿地的模块结构及其应用工艺。本发明提出的小型人工湿地模块是将人工湿地布水区和集水区松散基质成块化，模块分为有管模块和无管模块，有管模块中含穿孔管用于输送污水，无管模块不含穿孔管在湿地中起支撑、蓄水和布水作用。模块由套网、轻质填充料和穿孔管组成，易于搬运安装，并配有不同规格安装图纸。用户根据污水处理设施的服务人口数量，选择规格和图纸，采购模块和材料，经过开挖，安装，回填，连接化粪池排水管和尾水排放去向，最后原土覆盖即可完成安装投入使用。本发明可由非专业施工队伍完成施工和安装，可利用农宅房前屋后庭院、杂地或菜地建设，能适应单户农宅排水周期性强、瞬时流量高特点和设施无专人管理的要求，因而符合农村实际，易于在农村污水治理中应用和推广。
文档编号C02F3/32GK102583763SQ201210062560
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者吴芳, 徐祖信, 王晟 申请人:同济大学