CN206624695U - 具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，由种植层、填料处理层、生态防渗层、底部强化层、水力管路***和中隔墙组成，填料处理层位于种植层下方，从上到下依次为沸石层、钾长石层和页岩陶粒层，底部强化层铺设于结构的最底部，材料为钾长石材料，生态防渗层，铺设在底部强化层之上，上方和下方分别设一层粗砂隔层，中隔墙位于结构的中间部位，沸石层靠近中隔墙的两侧设置成过水区，并在过水区的中隔墙上设透水孔，水力管路***包括进水管路和出水管路，对称的布设于页岩陶粒层的下部。本实用新型可以长久、有效的发挥人工湿地净化污水的能力，又能考虑地表水与地下水水质、水量的交换，确保人工湿地的生态防护功能。

Description

具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构

技术领域

本实用新型涉及人工湿地领域，更具体地说涉及一种具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构。

背景技术

近年来，水环境污染问题越来越严重，对人类社会发展产生了极大的影响，由此催生发展出较多水体污染治理技术，以传统活性污泥法、氧化沟法、生态浮床和人工湿地等方法为代表的生物净化技术在污染水体治理中具有较为明显的优势，其中，20世纪70年代后期开始出现的人工湿地生态工程，因其经济、实用以及良好的污水处理效果显示出比其他传统的生物处理技术更多的优势。

人工湿地主要由基质、湿地植物及微生物共同作用，基于自然湿地净化污水的机理，由不同基质材料组合形成基质床，并于床体上栽种各种净污能力强、美观且具有经济价值的植物，而构成的一类小型生态***。目前，国内外一般将人工湿地建设成为具有水质改善功能的工程化湿地，利用湿地基质-微生物-植物的复合生态***对外来污水进行净化。人工湿地能够利用***中的物理、化学和生物协同作用净化水体中的污染物，无论是基质填料的吸附、植物的吸收或微生物的降解，都与基质层的作用有密不可分的关系。

基质是人工湿地构成中最基本的部分，一方面能够为水生植物提供生长的载体、为微生物提供稳定的附着空间，另一方面会通过拦截、过滤、吸附、沉淀等作用直接去除污染物质，是人工湿地中污水处理的主要场所。随着技术进步和研究的深入，目前已经开发出多种不同的基质填料，比较常用的填料有：砂石、砾石、钢渣、炉渣、煤渣、麦饭石、蛭石、沸石、火山岩、页岩、陶粒等。不同的湿地基质因其材料组成、粒径分布、物理结构等的不同，对污染物的去除效果和使用寿命存在较大差别，选择合适的人工湿地基质层材料、设计合理的基质层结构，是构建人工湿地、最大限度发挥人工湿地净化污水能力的关键。

湿地水体周边的防渗界面是生态设计的重点，以往人们在人工湿地防渗设计中只考虑到结构的安全性及耐久性，较多采用砌筑混凝土、铺设土工膜等完全防渗措施，隔断了水生生态***和陆地生态***间的联系、阻断了水体与土体间的物质交换，基质底部区域的微生物难以生存，引起水体自净能力达不到要求，导致很多的人工湿地起不到景观和生态等方面的功能。填料与湿地周边天然土体之间的生态接触是保证地表水-地下水水质与水量交换的重要因素，有必要分析传统防渗措施对生态环境的影响，探讨具有生态防护功能的新型生态防渗方案，并贯彻到实践中，使得人工湿地呈现水清岸绿的自然生态之美。

发明内容

本实用新型提供了一种具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，其目的在于提出一种材料选取、结构设计合理的人工湿地基质层结构，可以长久、有效的发挥人工湿地净化污水的能力，又能考虑地表水与地下水水质、水量的交换，确保人工湿地的生态防护功能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案包括：

具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，其特征在于，包括种植层、填料处理层、生态防渗层、底部强化层、水力管路***和中隔墙，所述的填料处理层位于种植层下方，从上到下依次为沸石层、钾长石层和页岩陶粒层，其中，沸石层与种植层之间设一层有粗砂夹层；所述的底部强化层铺设于基质结构的最底部，材料为钾长石材料；所述的生态防渗层是一层膨润土防水毯，铺设在底部强化层之上，膨润土防水毯上方和下方分别设一层粗砂隔层；且膨润土防水毯延伸到整个结构的侧面及侧面以外的部分压实地层以下；所述的中隔墙位于整个结构的中间部位，将基质结构对称的分成左、右两部分，沸石层靠近中隔墙附近的左右两侧分别设置成过水区，位于过水区范围内的中隔墙上设有透水孔，过水区的填料为页岩陶粒材料；所述的水力管路***包括进水管路和出水管路，对称的布设于页岩陶粒层的下部，进水管路和出水管路沿轴向均匀的设置有等间距的小孔。

为了保证使用效果，所述的沸石层的铺设厚度30～40cm，沸石粒径5.0～ 10.0mm；所述的钾长石层的铺设厚度30～40cm，钾长石粒径5.0～10.0mm；所述的页岩陶粒层的铺设厚度20～30cm，页岩陶粒粒径15.0～20.0mm。

为保证中隔墙的稳固，中隔墙应当深入压实地基0.5m以上。

为了防止种植层的土壤在人工湿地运行过程中向填料处理层扩散造成基质污堵，所述的粗砂夹层的粒径取0.5～1.0mm，厚度不低于5cm。

为了防止膨润土防水毯被页岩陶粒层和底部强化层的尖锐突出刺破，在铺设膨润土防水毯前，需先将场址基地整平压实，此外，膨润土防水毯上方和下方的粗砂隔层的粒径取0.5～1.0mm，厚度取3～5cm。

为了确保过水区的结构稳定性并保证顺畅布水，过水区的断面宜设置成梯形，且过水区的页岩陶粒粒径取15～20mm。

本实用新型具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构中，种植层应优先选择本地表土层，以土质松软、肥力较高的土壤为佳，渗透系数宜0.01～0.1m/d,考虑到植物的生长、湿地***的维护，种植层的厚度应超出设计值10～15％。

本实用新型具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构中，选择沸石、钾长石和页岩陶粒作为人工湿地基质层的主要填料，沸石内部充满细微的孔穴和通道，氨氮吸附能力强，且脱氮方面具有明显优势，对铵态氮具有极强的选择吸附性；钾长石主要含硅、铝、钾、钙等元素，具有较高的吸磷效率，且其呈架状结构，能够显著增大比表面积，为微生物附着提供了良好的生长界面，钾长石中富含的钾元素还是植物生长的基本营养，能够促进植物对氮的吸收；页岩陶粒是采用天然页岩经高温、焙烧而成，无毒无味、抗压耐磨，呈多孔状结构，有较大的比表面积，易于挂膜，可为微生物生长提供空间，丰富的微生物有助于污水中TN、TP、COD等的去除，且页岩陶粒含有丰富的铝、钙等元素，对磷具有很好的吸附效果。

沸石层、钾长石层和页岩陶粒层的层序排列是结合填料的强度和粒径。沸石层位于填料处理层的最上层，是因为沸石在泡水后会出现强度降低的现象，将其置于最上层可有效防止其压实和堵塞，钾长石和页岩陶粒的抗压耐磨、耐腐蚀性较好，将其置于下层可以提高布水的水力传导条件。

本实用新型具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构的工作原理：污水从进水管路进入到填料处理层后，依次经过页岩陶粒层、钾长石层、沸石层后，进入过水区；然后，通过中隔墙上的透水孔进入到另一侧填料处理层的过水区，依次经过沸石层、钾长石层、页岩陶粒层后，进入出水管路。

本实用新型具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构具有如下的优点和效果：

(1)采用沸石、钾长石和页岩陶粒相组合的填料，能够均衡的去除污水中的氮磷、有机物等污染物，且三种材料均为多孔结构，具有较高的比表面积，适合微生物的挂膜、生长；

(2)采用新型生态防渗结构，既能够保证人工湿地与周边天然土体之间具有一定的隔水性，又不完全阻断水体与土体间的物质交换，能够保证基质底部区域的微生物生存，具有较好的生态防护功能；

(3)采用完全对称的基质结构型式，能够做到双向运行，当湿地沿某一运行方向运行一定时间后，可反向运行一段时间，改由原先的出水管路作为进水端、进水管路作为出水端，防止基质沿同一方向运行时间过长产生瘀堵现象；

(4)本实用新型提供了一种***化的人工湿地基质层结构形式，材料选取合理、结构型式简单、施工难度低，既能够保证人工湿地生态净化能力与水体景观视觉美化程度，又可确保人工湿地的生态防护功能。

附图说明

图1为本实用新型具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构的示意图。

图例说明：1-种植层；2-粗砂夹层；3-沸石层；4-钾长石层；5-页岩陶粒层；6-出水管路；7-粗砂隔层；8-中隔墙；9-膨润土防水毯；10-底部强化层；11-进水管路；12-过水区；13-透水孔；14-湿地植物；15-湿地水体；16-压实地层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1所示，本实用新型的具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，包括种植层1、填料处理层、生态防渗层、底部强化层10、水力管路***和中隔墙8，其特征在于：所述的填料处理层位于种植层1下方，从上到下依次为沸石层3、钾长石层4和页岩陶粒层5，其中，沸石层3与种植层1之间设一层有粗砂夹层2；所述的底部强化层10铺设于基质结构的最底部，材料为钾长石材料；所述的生态防渗层是一层膨润土防水毯9，铺设在底部强化层10之上，膨润土防水毯9上方和下方分别设一层粗砂隔层7；所述的中隔墙8位于整个结构的中间部位，将基质结构对称的分成左、右两部分，沸石层3靠近中隔墙8附近的左右两侧分别设置成过水区12，位于过水区12范围内的中隔墙8上设有透水孔13，过水区12的填料为页岩陶粒材料；所述的水力管路***包括进水管路11和出水管路6，对称的布设于页岩陶粒层5的下部，管路在填料处理层内部的部分沿轴向均匀的设置有等间距的小孔。

为了保证使用效果，所述的沸石层3的铺设厚度30～40cm，沸石粒径5.0～10.0mm；所述的钾长石层4的铺设厚度30～40cm，钾长石粒径5.0～10.0mm；所述的页岩陶粒层5的铺设厚度20～30cm，页岩陶粒粒径15.0～20.0mm。

为保证中隔墙8的稳固，中隔墙8应当深入地基0.5m以上。

为了防止种植层1的土壤在人工湿地运行过程中向填料处理层扩散造成基质污堵，所述的粗砂夹层2的粒径取0.5～1.0mm，厚度不低于5cm。

为了防止膨润土防水毯9被页岩陶粒层5和底部强化层10的尖锐突出刺破，在铺设膨润土防水毯9前，需先将场址基地整平压实，此外，膨润土防水毯9上方和下方的粗砂隔层7的粒径取0.5～1.0mm，厚度取3～5cm。

为了确保过水区12的结构稳定性并保证顺畅布水，过水区12的断面宜设置成梯形，且过水区12的页岩陶粒粒径取15～20mm。

本实用新型具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构中，种植层1应优先选择本地表土层，以土质松软、肥力较高的土壤为佳，渗透系数 宜0.01～0.1m/d,考虑到植物的生长、湿地***的维护，种植层1的厚度应超出设计值10～15％。

本实用新型具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构的工作原理：污水从进水管路11进入到填料处理层后，依次经过页岩陶粒层5、钾长石层4、沸石层3后，进入过水区12；然后，通过中隔墙8上的透水孔13进入到另一侧填料处理层的过水区12，依次经过沸石层3、钾长石层4、页岩陶粒层5后，进入出水管路6。

Claims (6)

1.具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，其特征在于，包括种植层、填料处理层、生态防渗层、底部强化层、水力管路***和中隔墙，所述的填料处理层位于种植层下方，从上到下依次为沸石层、钾长石层和页岩陶粒层，其中，沸石层与种植层之间设一层有粗砂夹层；所述的底部强化层铺设于基质结构的最底部，材料为钾长石材料；所述的生态防渗层是一层膨润土防水毯，铺设在底部强化层之上，膨润土防水毯上方和下方分别设一层粗砂隔层；且膨润土防水毯延伸到整个结构的侧面；所述的中隔墙位于整个结构的中间部位，将基质结构对称的分成左、右两部分，沸石层靠近中隔墙附近的左右两侧分别设置成过水区，位于过水区范围内的中隔墙上设有透水孔，过水区的填料为页岩陶粒材料；所述的水力管路***包括进水管路和出水管路，对称的布设于页岩陶粒层的下部，进水管路和出水管路沿轴向均匀的设置有等间距的小孔。

2.如权利要求1所述的具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，其特征在于，所述的沸石层的铺设厚度30～40cm，沸石粒径5.0～10.0mm；所述的钾长石层的铺设厚度30～40cm，钾长石粒径5.0～10.0mm；所述的页岩陶粒层的铺设厚度20～30cm，页岩陶粒粒径15.0～20.0mm。

3.如权利要求1所述的具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，其特征在于，所述的中隔墙深入压实地基0.5m以上。

4.如权利要求1所述的具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，其特征在于，所述的粗砂夹层的粒径取0.5～1.0mm，厚度不低于5cm。

5.如权利要求1所述的具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，其特征在于，所述的膨润土防水毯上方和下方的粗砂隔层的粒径取0.5～1.0mm，厚度取3～5cm。

6.如权利要求1所述的具有生态防护功能的双向运行式人工湿地基质结构，其特征在于，所述的过水区的断面设置成梯形，且过水区的页岩陶粒粒径取15～20mm。