[發明專利]一種垂直流人工濕地基質結構系統

在審

• 申請號: 201710517370.6
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107162202A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 張衛;趙軼;楊廣超;侯曉麗;孫夢瑩;戴孫強
• 申請（專利權）人: 西施生態科技股份有限公司
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/34
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 張偉,魏娟

技術領域

本發明涉及一種人工濕地基質結構系統，特別涉及一種垂直流型人工濕地處理系統，具體涉及一種利用泥鰍土壤層和砂石基質層相結合構成的人工濕地基質結構，屬于污水治理環境領域。

背景技術

人工濕地污水處理系統源于對天然濕地的模擬，是利用自然生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用，來實現對污水的凈化，由填料床和其他種植的植物組成。濕地植物與在水中、填料中生存的動物、微生物形成一個獨特的動植物生態環境，污水流經床體表面和床體填料縫隙時，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等作用，實現對污水的高效凈化處理。

人工濕地系統目前常用于農村生活污水的處理。人工濕地主要依靠填料上生長的微生物膜和植物根莖不斷繁殖迸行新陳代謝來處理污水的，則必然產生一些代謝產物、腐爛的植物根系，再加上污水中的一些懸浮物，不斷堵塞填料孔隙，影響濕地長期運行的穩定性，甚至使濕地系統失去其應有的功能。針對人工濕地填料堵塞的問題，常見的解決途徑為選取性能更佳的填料進行替換。張翔凌研究發現，與礫石相比生物陶瓷、鋼渣、沸石和蛭石不容易發生堵塞，透水性能較好。雖然新型填料在一定程度上可以減輕人工濕地堵塞現狀，但仍存在效果不明顯和成本較高的缺點。

造成人工濕地堵塞的因素是多方面的。有機負荷過高是堵塞的主要影響因素；當垂直流人工濕地用來治理含較多不易降解的SS成分時，堵塞容易發生；過多地種植植物和維護不及時也是造成堵塞的原因；有時厭氧條件加速了系統的堵塞；由于污水中連續的營養供應，系統內產生的生物量不斷增加也是造成堵塞的一個因素。

引起人工濕地基質堵塞的因素較多，相應的預防措施和恢復對策也很多，但是效果差別很大，往往治標不治本。主要因為人工濕地是一個“黑箱”系統，各影響因素的重要程度沒有得到量化。

中國專利(CN 106115928 A)公開了一種垂直流人工濕地基質結構系統，包括防滲結構和兩個以上的人工濕地基質結構單元，每個人工濕地基質結構單元包括吸附凈化模塊、防堵塞模塊和生態種植層；各個人工濕地基質結構單元在垂直方向上呈梯次落差設置；水流在人工濕地基質結構單元中呈蛇形流動；每個人工濕地基質結構單元中的水流，上下垂直流動；該人工濕地基質結構系統能有效解決常規濕地基質單一和易堵塞的問題，提高濕地運行效率和凈化效果。但是該結構系統設置復雜，且采用的基質填料需要經過特殊處理，成本較高。

發明內容

針對現有的垂直流人工濕地存在易堵塞、凈化效率低、成本高的問題，本發明的目的是在于提供一種能有效防止基質堵塞，提高污水凈化效率，且能產生經濟效率，降低成本的垂直流人工濕地基質結構系統。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種垂直流人工濕地基質結構系統，該垂直流人工濕地基質結構系統由上至下依次為水生植物層、泥鰍土壤層、碎石層、砂石層和細沙層；

所述泥鰍土壤層厚度為250～350mm；

所述碎石層厚度為250～350mm，碎石粒度為20～30mm；

所述砂石層厚度為250～350mm，砂石粒度為5～10mm；

所述細砂層厚度為250～350mm，細砂石粒度為0.1～0.25mm。

本發明的技術方案中首次利用生物結合砂石基質來設置一種不易堵塞、過濾效果好的人工濕地基質結構。通過在土壤層種植水生植物和養殖泥鰍，利用水生植物和泥鰍來分解有機質，提高人工濕地基質的水力傳導性能以及對水體的凈化能力，同時利用泥鰍在水生植物根系和土壤中的來回穿梭的生活習性來增加基質上層的孔隙率，有效防止人工濕地基質堵塞。而特殊層次結構的砂石基質，大大不但提高了過濾凈化效率，而且能有效防止堵塞。

本發明的砂石基質具有特殊的層次結構，其由上至下，根據水流方向，沙石粒度依次減小。上層碎石層粒徑為20～30mm，主要用來阻隔和過濾污水中體積較大的物質，為后續的凈化做準備，而粒徑較小的砂石層(5～10mm)和細砂石層(0.1～0.25mm)相結合使用，主要用來附著和固定污水中的污染物，利用微生物的新陳代謝作用凈化污水。砂石基質層粒徑從上至下依次減小，為反級配基質系統，不但可以在一定程度上減輕堵塞現象的產生，而且對污水起到層層凈化作用，最終實現達標排放，提高凈化效率。

優選的方案，所述泥鰍土壤層與碎石層之間設有網孔徑為2mm過濾篩網。過濾篩網是介于泥鰍土壤層和砂石層之間的金屬濾網，主要是用來阻隔泥鰍及土壤等進入下面砂石層。過濾篩網可以直接購買。