本發(fā)明涉及環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種水平流人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本發(fā)明涉及一種凈化污水的人工濕地基質(zhì)及結(jié)構(gòu)，特別是一種有效改善常規(guī)人工濕地基質(zhì)易堵塞問題的人工濕地基質(zhì)及結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前對于污水的處理方法主要包括生物處理方法、物理處理方法和化學(xué)處理方法。生物處理技術(shù)能夠有效地去除水中的有機物，但一般對氮的去除率不高；化學(xué)方法可以有效去除污水中的氮，但成本較高，且容易產(chǎn)生二次污染。而人工濕地作為一種低投資、低能耗和具有氮磷去除功能的廢水生態(tài)處理技術(shù)已逐漸被世界各國所接受。

人工濕地是由基質(zhì)、植物和微生物組成的復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)依靠物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對污染物的高效凈化，在促進綠色植物生長并使其增產(chǎn)的同時，實現(xiàn)廢水的資源化和無害化。

但是，人工濕地在實際運行過程中存在三個問題：(1)基質(zhì)堵塞問題；(2)有限的人工濕地基質(zhì)對污染物的吸附易飽和，對污染物的去除效果下降甚至?xí)适Чδ埽?3)基質(zhì)單一。人工濕地運行一段時間后，由于有機質(zhì)的積累，基質(zhì)容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。這將導(dǎo)致濕地基質(zhì)的滲透系數(shù)急劇下降，過水能力降低，引發(fā)惡臭，蚊蠅滋生，惡化運行環(huán)境，降低污染物的去除效果。

人工濕地基質(zhì)和結(jié)構(gòu)作為植物和微生物的載體，對于人工濕地的凈化效果和景觀效果優(yōu)劣有著決定性的作用，因此選擇合適的滲透介質(zhì)是決定該濕地生態(tài)系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，沒有一種基質(zhì)能同時高效去除有機物、氮和磷污染物，因此對于人工濕地基質(zhì)的組配和結(jié)構(gòu)研究有很強的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種新型的水平流人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，解決上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種水平流人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括防滲結(jié)構(gòu)、吸附凈化模塊、防堵塞模塊和生態(tài)種植層；

所述防滲結(jié)構(gòu)組成上部開放的分割空間；所述分割空間的一側(cè)設(shè)有進水口，另一側(cè)設(shè)有出水口；在所述分割空間內(nèi)沿水流方向依次設(shè)置所述吸附凈化模塊和所述防堵塞模塊；

所述吸附凈化模塊和所述防堵塞模塊的上部設(shè)置所述生態(tài)種植層。

優(yōu)選的，還包括碎石層，所述分割空間的底面上部設(shè)置所述碎石層，所述碎石層之上設(shè)置所述吸附凈化模塊和所述防堵塞模塊。

優(yōu)選的，相鄰的所述吸附凈化模塊、所述防堵塞模塊、所述生態(tài)種植層和所述碎石層相互之間用透水網(wǎng)格隔開。

優(yōu)選的，所述吸附凈化模塊與防堵塞模塊的體積比為1比2。

優(yōu)選的，還包括布水管和集水管；所述布水管的一端與所述進水口連通，所述布水管的另一端伸入到所述吸附凈化模塊并且設(shè)置有與所述吸附凈化模塊連通的若干開孔；所述集水管的一端與所述出水口連通，所述出水管的另一端伸入到所述防堵塞模塊并且設(shè)置有與所述防堵塞模塊連通的若干開孔。

優(yōu)選的，所述生態(tài)種植層包括城市有機廢棄物堆肥產(chǎn)品和園林廢棄物纖維，兩者按照重量比9:1配比組合后，進行造粒而成；所述生態(tài)種植層種植有水生植物。

優(yōu)選的，所述造粒后的球粒的球形度0.3～0.4，粒徑1～2cm。

優(yōu)選的，所述吸附凈化模塊的主體由沸石組成。

優(yōu)選的，所述防堵塞模塊的主體由礫石球粒組成。

優(yōu)選的，所述礫石球粒為礫石經(jīng)過球磨機造粒而成，球形度0.4～0.6，粒徑2～5cm。

1、生態(tài)種植層

生態(tài)種植層由城市有機廢棄物堆肥產(chǎn)品、園林廢棄物纖維按照重量比9:1配比組合后，進行造粒，再種植水生植物組成。其中基質(zhì)球粒球形度0.3～0.4左右，粒徑1～2cm。

其各組分的主要功能為：

1)城市有機廢棄物堆肥產(chǎn)品：能夠顯著改善土壤的理化性質(zhì)，為濕地植物提供必要的養(yǎng)分，促進濕地植物根系的生長和發(fā)育。

2)園林廢棄物纖維：①纖維組織，水解能力弱，具有較長的使用壽命；②增加整體基質(zhì)層的絡(luò)合能力，提供蜂巢骨架，顆粒狀基質(zhì)不易散落；③蜂巢結(jié)構(gòu)為微生物生長、繁殖提供場所。

3)水生植物：①通過光合作用將產(chǎn)生的碳水化合物輸送到根系，輸送到根系的碳水化合物大部分可釋放到根際，為微生物提供碳源，從而維持根際旺盛的微生物活性；②因為微生物硝化反應(yīng)是人工濕地去除氮的關(guān)鍵性因子，而消化反應(yīng)是需要在需氧條件下進行的，因此根際氧化量的多少直接影響人工濕地對氮的去除。濕地植物通過中空的組織輸送氧氣至根系，有利于人工濕地中硝化細菌的繁殖和硝化反應(yīng)的進行。③植物在人工濕地中的生長和繁殖，可吸收污水中大量的氮和磷等，因此植物吸收氮、磷是人工濕地去除氮、磷的重要機理之一。

2、吸附凈化模塊

吸附凈化模塊主要由沸石組成。

沸石對銨態(tài)氮具有極強的選擇吸附性，可快速截留污水中的銨態(tài)氮。同時沸石具有巨大的比表面積，是一種理想的微生物載體，在氧氣充足的條件下，沸石層中存在大量的硝化細菌和氨化細菌，可促進銨態(tài)氮的硝化。

3、防堵塞模塊

防堵塞模塊主要由礫石球粒組成。礫石球粒為礫石經(jīng)過球磨機造粒而成，球形度0.4～0.6左右，粒徑2～5cm。

防堵塞模塊的主要作用為導(dǎo)流，確保濕地運行效率。

相較于常規(guī)的基質(zhì)填料形式，本基質(zhì)填料采用球粒的方式的主要作用為：①可顯著提高基質(zhì)孔隙率，加速水體流動；②礫石表面經(jīng)過處理，便于微生物掛膜、脫膜，從而容易恢復(fù)人工濕地基質(zhì)的水力傳導(dǎo)性能，增強人工濕地運行的耐久性，緩解濕地基質(zhì)易堵塞的問題；③基質(zhì)材料球形度要求高，孔隙率大，不容易被堵塞，運行時間長。

本發(fā)明的有益效果可以總結(jié)如下：

1、本發(fā)明有效解決了常規(guī)濕地基質(zhì)單一和易堵塞的問題，提高濕地運行效率和凈化效果；

2、本發(fā)明充分利用了城市有機廢棄物和園林廢棄物，避免了資源的浪費，實現(xiàn)了變廢為寶的目的；

3、本發(fā)明的材料來源廣泛，成本低廉，施工簡便，可節(jié)約施工時間和成本；

4、本發(fā)明由于本基質(zhì)運行效率和耐久性顯著增加，可大大減少后期養(yǎng)護成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示的一種水平流人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括防滲結(jié)構(gòu)1、吸附凈化模塊2、防堵塞模塊3和生態(tài)種植層4；所述防滲結(jié)構(gòu)1組成上部開放的分割空間；所述分割空間的一側(cè)設(shè)有進水口5，另一側(cè)設(shè)有出水口6；在所述分割空間內(nèi)沿水流方向依次設(shè)置所述吸附凈化模塊2和所述防堵塞模塊3；所述吸附凈化模塊2和所述防堵塞模塊3的上部設(shè)置所述生態(tài)種植層4。

在更加優(yōu)選的實施例中，還包括碎石層7，所述分割空間的底面上部設(shè)置所述碎石層7，所述碎石層7之上設(shè)置所述吸附凈化模塊2和所述防堵塞模塊3。

在更加優(yōu)選的實施例中，相鄰的所述吸附凈化模塊2、所述防堵塞模塊3、所述生態(tài)種植層4和所述碎石層7相互之間用透水網(wǎng)格11隔開。

在更加優(yōu)選的實施例中，所述吸附凈化模塊2與防堵塞模塊3的體積比為1比2。

在更加優(yōu)選的實施例中，還包括布水管8和集水管9；所述布水管8的一端與所述進水口5連通，所述布水管8的另一端伸入到所述吸附凈化模塊2并且設(shè)置有與所述吸附凈化模塊2連通的若干開孔；所述集水管9的一端與所述出水口6連通，所述出水管的另一端伸入到所述防堵塞模塊3并且設(shè)置有與所述防堵塞模塊3連通的若干開孔。

在更加優(yōu)選的實施例中，所述生態(tài)種植層4包括城市有機廢棄物堆肥產(chǎn)品和園林廢棄物纖維，兩者按照重量比9:1配比組合后，進行造粒而成；所述生態(tài)種植層4種植有水生植物10。

在更加優(yōu)選的實施例中，所述造粒后的球粒的球形度0.3～0.4，粒徑1～2cm。

在更加優(yōu)選的實施例中，所述吸附凈化模塊2的主體由沸石組成。

在更加優(yōu)選的實施例中，所述防堵塞模塊3的主體由礫石球粒組成。

在更加優(yōu)選的實施例中，所述礫石球粒為礫石經(jīng)過球磨機造粒而成，球形度0.4～0.6，粒徑2～5cm。

在某個具體的實施例中：

本結(jié)構(gòu)自進水至出水方向依次為防滲結(jié)構(gòu)1、布水管8、吸附凈化模塊2、防堵塞模塊3、集水管9組成。頂部為生態(tài)種植層4，底部為碎石層7。各模塊間縱向由透水網(wǎng)格11隔開。各結(jié)構(gòu)布置方法及作用如下：

1)防滲結(jié)構(gòu)1：材料選擇無污染、耐水濕、滲透率小的材料即可。作用為防止外界污染水體無規(guī)則的進入本系統(tǒng)，降低系統(tǒng)處理效率。

2)布水管8：為外壁布置若干小孔的中空管，孔徑為0.5～0.8cm。管徑可根據(jù)處理水量及要求處理效率決定。材料為常規(guī)耐水濕材料即可。作用為向本系統(tǒng)輸送污染水體。

3)吸附凈化模塊2：主要由沸石組成。吸附凈化模塊2與防堵塞模塊3的體積比為1～2左右，具體體積由現(xiàn)場條件確定。本模塊的主要作用為快速截留污水中的銨態(tài)氮，并為微生物提供載體，促進銨態(tài)氮的硝化。

4)防堵塞模塊3：主要由礫石球粒組成。礫石球粒為礫石經(jīng)過球磨機造粒，球形度0.4～0.6左右，粒徑2～5cm。本模塊的主要作用為導(dǎo)流，防止?jié)竦鼗|(zhì)堵塞，確保濕地運行效率。

5)集水管9：為外壁布置若干小孔的中空管，孔徑為0.5～0.8cm。管徑可根據(jù)處理水量及要求處理效率決定。材料為常規(guī)耐水濕材料即可。集水管9的作用為將凈化后的水體進行收集排放或回用。

6)生態(tài)種植層4：生態(tài)種植層4由城市有機廢棄物堆肥產(chǎn)品、園林廢棄物纖維按照重量比9:1配比組合后，進行造粒，再種植水生植物10組成。其中基質(zhì)球粒球形度0.3～0.4左右，粒徑1～2cm，生態(tài)種植層4厚度為10～20cm。本層作用為為植物提供生長基質(zhì)，去除污水中的氮、磷，增加景觀效果。

7)碎石層7：主要作用為隔絕基質(zhì)與防滲層，達到找平及保護防滲層的目的。厚度為10～20cm。

8)透水網(wǎng)格11：隔絕各模塊，避免基質(zhì)逸散，同時不影響水體通過。網(wǎng)格網(wǎng)徑為0.3～0.5cm，材料選擇常規(guī)耐水濕材料即可。

以上通過具體的和優(yōu)選的實施例詳細的描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限于以上所述實施例，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。