本發(fā)明涉及環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種垂直流人工濕地基質(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(jī)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(shí)現(xiàn)對污染物的高效凈化，在促進(jìn)綠色植物生長并使其增產(chǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化和無害化。

但是，人工濕地在實(shí)際運(yùn)行過程中存在三個(gè)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(yùn)行一段時(shí)間后，由于有機(jī)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(yùn)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(shí)高效去除有機(jī)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(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新型的垂直流人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，解決上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種垂直流人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括防滲結(jié)構(gòu)和兩個(gè)以上的人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元包括吸附凈化模塊、防堵塞模塊和生態(tài)種植層；所述生態(tài)種植層位于最上層，所述生態(tài)種植層之下設(shè)置所述吸附凈化模塊，所述吸附凈化模塊之下設(shè)置所述防堵塞模塊；

所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的四圍和底部用所述防滲結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境隔離；相鄰的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元之間也用所述防滲結(jié)構(gòu)相互隔離；

各個(gè)所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元在垂直方向上呈梯次落差設(shè)置；

在水平高度最高一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層之上或者所述防堵塞模塊的下部設(shè)置進(jìn)水口；在水平高度最低一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層之上或者所述防堵塞模塊的下部設(shè)置出水口；

相鄰所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的所述防堵塞模塊的下部相互連通或者相鄰所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的所述生態(tài)種植層之上相互連通；

所述進(jìn)水口到所述出水口之間的水流，從水平高度最高一級直至水平高度最低一級的所有所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中，呈蛇形流動(dòng)；每個(gè)所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的水流，上下垂直流動(dòng)。

優(yōu)選的，還包括設(shè)置在所述防滲結(jié)構(gòu)之上并且位于所述防堵塞模塊之下的碎石層；

在水平高度最高一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層之上或者所述碎石層設(shè)置進(jìn)水口；在水平高度最低一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層之上或者所述碎石層設(shè)置出水口；

相鄰所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的所述碎石層之間連通或者相鄰所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的所述生態(tài)種植層之間連通。

優(yōu)選的，還包括布水管和集水管；設(shè)置了進(jìn)水口的水平高度較高一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層設(shè)置所述布水管，所述布水管的一端與所述進(jìn)水口連通，所述布水管的另一端和或管壁上設(shè)有若干個(gè)向所述生態(tài)種植層布水的開孔；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碎石層并且設(shè)置有與所述碎石層連通的若干開孔。

優(yōu)選的，每個(gè)所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述吸附凈化模塊、所述防堵塞模塊和所述生態(tài)種植層之間由土工布隔開；所述生態(tài)種植層上種植有水生植物。

優(yōu)選的，所述吸附凈化模塊與防堵塞模塊的體積比為1：2。

優(yōu)選的，所述生態(tài)種植層包括城市有機(jī)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(jìn)行造粒而成。

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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jìn)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?yàn)槲⑸锵趸磻?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(jìn)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(xì)菌的繁殖和硝化反應(yīng)的進(jìn)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(jī)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(qiáng)的選擇吸附性，可快速截留污水中的銨態(tài)氮。同時(shí)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(xì)菌和氨化細(xì)菌，可促進(jìn)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(jī)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(yùn)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(dòng)；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(qiáng)人工濕地運(yùn)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(yùn)行時(shí)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(yùn)行效率和凈化效果；

2、本發(fā)明充分利用了城市有機(jī)廢棄物和園林廢棄物，避免了資源的浪費(fèi)，實(shí)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(shí)間和成本；

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

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)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(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示的一種垂直流人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括防滲結(jié)構(gòu)1和兩個(gè)以上的人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元包括吸附凈化模塊2、防堵塞模塊3和生態(tài)種植層4；所述生態(tài)種植層4位于最上層，所述生態(tài)種植層4之下設(shè)置所述吸附凈化模塊2，所述吸附凈化模塊2之下設(shè)置所述防堵塞模塊3；所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的四圍和底部用所述防滲結(jié)構(gòu)1與周圍環(huán)境隔離；相鄰的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元之間也用所述防滲結(jié)構(gòu)1相互隔離；各個(gè)所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元在垂直方向上呈梯次落差設(shè)置；在水平高度最高一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層4之上或者所述防堵塞模塊3的下部設(shè)置進(jìn)水口5；在水平高度最低一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層4之上或者所述防堵塞模塊3的下部設(shè)置出水口6；相鄰所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的所述防堵塞模塊3的下部相互連通或者相鄰所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的所述生態(tài)種植層4之上相互連通；所述進(jìn)水口5到所述出水口6之間的水流，從水平高度最高一級直至水平高度最低一級的所有所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中，呈蛇形流動(dòng)；每個(gè)所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的水流，上下垂直流動(dòng)。

在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，還包括設(shè)置在所述防滲結(jié)構(gòu)1之上并且位于所述防堵塞模塊3之下的碎石層7；在水平高度最高一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層4之上或者所述碎石層7設(shè)置進(jìn)水口5；在水平高度最低一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層4之上或者所述碎石層7設(shè)置出水口6；相鄰所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的所述碎石層7之間連通或者相鄰所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的所述生態(tài)種植層4之間連通。

在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，還包括布水管8和集水管9；設(shè)置了進(jìn)水口5的水平高度較高一級的所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述生態(tài)種植層4設(shè)置所述布水管8，所述布水管8的一端與所述進(jìn)水口5連通，所述布水管8的另一端和或管壁上設(shè)有若干個(gè)向所述生態(tài)種植層4布水的開孔；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碎石層7并且設(shè)置有與所述碎石層7連通的若干開孔。

在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)所述人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元中的所述吸附凈化模塊2、所述防堵塞模塊3和所述生態(tài)種植層4之間由土工布11隔開；所述生態(tài)種植層4上種植有水生植物10。

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

在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述生態(tài)種植層4包括城市有機(jī)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(jìn)行造粒而成。

在更加優(yōu)選的實(shí)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(shí)施例中，所述吸附凈化模塊2的主體由沸石組成。所述防堵塞模塊3的主體由礫石球粒組成。所述礫石球粒為礫石經(jīng)過球磨機(jī)造粒而成，球形度0.4～0.6，粒徑2～5cm。

在某一個(gè)具體的實(shí)施例中：

本結(jié)構(gòu)自進(jìn)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。各人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)單元間縱向由防滲結(jié)構(gòu)1隔開，各模塊及各層間橫向由土工布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(jìn)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(jìn)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(jī)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(yùn)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(dá)到找平及保護(hù)防滲層的目的。厚度為10～20cm。

8)土工布11：透水，隔絕各層，避免基質(zhì)逸散。

以上通過具體的和優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)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(shí)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(hù)范圍之內(nèi)。