本實用新型涉及人工濕地領域，更具體地說涉及一種具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來，水環(huán)境污染問題越來越嚴重，對人類社會發(fā)展產(chǎn)生了極大的影響，由此催生發(fā)展出較多水體污染治理技術(shù)，以傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝法、生態(tài)浮床和人工濕地等方法為代表的生物凈化技術(shù)在污染水體治理中具有較為明顯的優(yōu)勢，其中，20世紀70年代后期開始出現(xiàn)的人工濕地生態(tài)工程，因其經(jīng)濟、實用以及良好的污水處理效果顯示出比其他傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)更多的優(yōu)勢。

人工濕地主要由基質(zhì)、濕地植物及微生物共同作用，基于自然濕地凈化污水的機理，由不同基質(zhì)材料組合形成基質(zhì)床，并于床體上栽種各種凈污能力強、美觀且具有經(jīng)濟價值的植物，而構(gòu)成的一類小型生態(tài)系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外一般將人工濕地建設成為具有水質(zhì)改善功能的工程化濕地，利用濕地基質(zhì)-微生物-植物的復合生態(tài)系統(tǒng)對外來污水進行凈化。人工濕地能夠利用系統(tǒng)中的物理、化學和生物協(xié)同作用凈化水體中的污染物，無論是基質(zhì)填料的吸附、植物的吸收或微生物的降解，都與基質(zhì)層的作用有密不可分的關(guān)系。

基質(zhì)是人工濕地構(gòu)成中最基本的部分，一方面能夠為水生植物提供生長的載體、為微生物提供穩(wěn)定的附著空間，另一方面會通過攔截、過濾、吸附、沉淀等作用直接去除污染物質(zhì)，是人工濕地中污水處理的主要場所。隨著技術(shù)進步和研究的深入，目前已經(jīng)開發(fā)出多種不同的基質(zhì)填料，比較常用的填料有：砂石、礫石、鋼渣、爐渣、煤渣、麥飯石、蛭石、沸石、火山巖、頁巖、陶粒等。不同的濕地基質(zhì)因其材料組成、粒徑分布、物理結(jié)構(gòu)等的不同，對污染物的去除效果和使用壽命存在較大差別，選擇合適的人工濕地基質(zhì)層材料、設計合理的基質(zhì)層結(jié)構(gòu)，是構(gòu)建人工濕地、最大限度發(fā)揮人工濕地凈化污水能力的關(guān)鍵。

濕地水體周邊的防滲界面是生態(tài)設計的重點，以往人們在人工濕地防滲設計中只考慮到結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性，較多采用砌筑混凝土、鋪設土工膜等完全防滲措施，隔斷了水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)間的聯(lián)系、阻斷了水體與土體間的物質(zhì)交換，基質(zhì)底部區(qū)域的微生物難以生存，引起水體自凈能力達不到要求，導致很多的人工濕地起不到景觀和生態(tài)等方面的功能。填料與濕地周邊天然土體之間的生態(tài)接觸是保證地表水-地下水水質(zhì)與水量交換的重要因素，有必要分析傳統(tǒng)防滲措施對生態(tài)環(huán)境的影響，探討具有生態(tài)防護功能的新型生態(tài)防滲方案，并貫徹到實踐中，使得人工濕地呈現(xiàn)水清岸綠的自然生態(tài)之美。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)，其目的在于提出一種材料選取、結(jié)構(gòu)設計合理的人工濕地基質(zhì)層結(jié)構(gòu)，可以長久、有效的發(fā)揮人工濕地凈化污水的能力，又能考慮地表水與地下水水質(zhì)、水量的交換，確保人工濕地的生態(tài)防護功能。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案包括：

具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括種植層、填料處理層、生態(tài)防滲層、底部強化層、水力管路系統(tǒng)和中隔墻，所述的填料處理層位于種植層下方，從上到下依次為沸石層、鉀長石層和頁巖陶粒層，其中，沸石層與種植層之間設一層有粗砂夾層；所述的底部強化層鋪設于基質(zhì)結(jié)構(gòu)的最底部，材料為鉀長石材料；所述的生態(tài)防滲層是一層膨潤土防水毯，鋪設在底部強化層之上，膨潤土防水毯上方和下方分別設一層粗砂隔層；且膨潤土防水毯延伸到整個結(jié)構(gòu)的側(cè)面及側(cè)面以外的部分壓實地層以下；所述的中隔墻位于整個結(jié)構(gòu)的中間部位，將基質(zhì)結(jié)構(gòu)對稱的分成左、右兩部分，沸石層靠近中隔墻附近的左右兩側(cè)分別設置成過水區(qū)，位于過水區(qū)范圍內(nèi)的中隔墻上設有透水孔，過水區(qū)的填料為頁巖陶粒材料；所述的水力管路系統(tǒng)包括進水管路和出水管路，對稱的布設于頁巖陶粒層的下部，進水管路和出水管路沿軸向均勻的設置有等間距的小孔。

為了保證使用效果，所述的沸石層的鋪設厚度30～40cm，沸石粒徑5.0～ 10.0mm；所述的鉀長石層的鋪設厚度30～40cm，鉀長石粒徑5.0～10.0mm；所述的頁巖陶粒層的鋪設厚度20～30cm，頁巖陶粒粒徑15.0～20.0mm。

為保證中隔墻的穩(wěn)固，中隔墻應當深入壓實地基0.5m以上。

為了防止種植層的土壤在人工濕地運行過程中向填料處理層擴散造成基質(zhì)污堵，所述的粗砂夾層的粒徑取0.5～1.0mm，厚度不低于5cm。

為了防止膨潤土防水毯被頁巖陶粒層和底部強化層的尖銳突出刺破，在鋪設膨潤土防水毯前，需先將場址基地整平壓實，此外，膨潤土防水毯上方和下方的粗砂隔層的粒徑取0.5～1.0mm，厚度取3～5cm。

為了確保過水區(qū)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并保證順暢布水，過水區(qū)的斷面宜設置成梯形，且過水區(qū)的頁巖陶粒粒徑取15～20mm。

本實用新型具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)中，種植層應優(yōu)先選擇本地表土層，以土質(zhì)松軟、肥力較高的土壤為佳，滲透系數(shù)宜0.01～0.1m/d,考慮到植物的生長、濕地系統(tǒng)的維護，種植層的厚度應超出設計值10～15％。

本實用新型具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)中，選擇沸石、鉀長石和頁巖陶粒作為人工濕地基質(zhì)層的主要填料，沸石內(nèi)部充滿細微的孔穴和通道，氨氮吸附能力強，且脫氮方面具有明顯優(yōu)勢，對銨態(tài)氮具有極強的選擇吸附性；鉀長石主要含硅、鋁、鉀、鈣等元素，具有較高的吸磷效率，且其呈架狀結(jié)構(gòu)，能夠顯著增大比表面積，為微生物附著提供了良好的生長界面，鉀長石中富含的鉀元素還是植物生長的基本營養(yǎng)，能夠促進植物對氮的吸收；頁巖陶粒是采用天然頁巖經(jīng)高溫、焙燒而成，無毒無味、抗壓耐磨，呈多孔狀結(jié)構(gòu)，有較大的比表面積，易于掛膜，可為微生物生長提供空間，豐富的微生物有助于污水中TN、TP、COD等的去除，且頁巖陶粒含有豐富的鋁、鈣等元素，對磷具有很好的吸附效果。

沸石層、鉀長石層和頁巖陶粒層的層序排列是結(jié)合填料的強度和粒徑。沸石層位于填料處理層的最上層，是因為沸石在泡水后會出現(xiàn)強度降低的現(xiàn)象，將其置于最上層可有效防止其壓實和堵塞，鉀長石和頁巖陶粒的抗壓耐磨、耐腐蝕性較好，將其置于下層可以提高布水的水力傳導條件。

本實用新型具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)的工作原理：污水從進水管路進入到填料處理層后，依次經(jīng)過頁巖陶粒層、鉀長石層、沸石層后，進入過水區(qū)；然后，通過中隔墻上的透水孔進入到另一側(cè)填料處理層的過水區(qū)，依次經(jīng)過沸石層、鉀長石層、頁巖陶粒層后，進入出水管路。

本實用新型具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)具有如下的優(yōu)點和效果：

(1)采用沸石、鉀長石和頁巖陶粒相組合的填料，能夠均衡的去除污水中的氮磷、有機物等污染物，且三種材料均為多孔結(jié)構(gòu)，具有較高的比表面積，適合微生物的掛膜、生長；

(2)采用新型生態(tài)防滲結(jié)構(gòu)，既能夠保證人工濕地與周邊天然土體之間具有一定的隔水性，又不完全阻斷水體與土體間的物質(zhì)交換，能夠保證基質(zhì)底部區(qū)域的微生物生存，具有較好的生態(tài)防護功能；

(3)采用完全對稱的基質(zhì)結(jié)構(gòu)型式，能夠做到雙向運行，當濕地沿某一運行方向運行一定時間后，可反向運行一段時間，改由原先的出水管路作為進水端、進水管路作為出水端，防止基質(zhì)沿同一方向運行時間過長產(chǎn)生瘀堵現(xiàn)象；

(4)本實用新型提供了一種系統(tǒng)化的人工濕地基質(zhì)層結(jié)構(gòu)形式，材料選取合理、結(jié)構(gòu)型式簡單、施工難度低，既能夠保證人工濕地生態(tài)凈化能力與水體景觀視覺美化程度，又可確保人工濕地的生態(tài)防護功能。

附圖說明

圖1為本實用新型具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖例說明：1-種植層；2-粗砂夾層；3-沸石層；4-鉀長石層；5-頁巖陶粒層；6-出水管路；7-粗砂隔層；8-中隔墻；9-膨潤土防水毯；10-底部強化層；11-進水管路；12-過水區(qū)；13-透水孔；14-濕地植物；15-濕地水體；16-壓實地層。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

如圖1所示，本實用新型的具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括種植層1、填料處理層、生態(tài)防滲層、底部強化層10、水力管路系統(tǒng)和中隔墻8，其特征在于：所述的填料處理層位于種植層1下方，從上到下依次為沸石層3、鉀長石層4和頁巖陶粒層5，其中，沸石層3與種植層1之間設一層有粗砂夾層2；所述的底部強化層10鋪設于基質(zhì)結(jié)構(gòu)的最底部，材料為鉀長石材料；所述的生態(tài)防滲層是一層膨潤土防水毯9，鋪設在底部強化層10之上，膨潤土防水毯9上方和下方分別設一層粗砂隔層7；所述的中隔墻8位于整個結(jié)構(gòu)的中間部位，將基質(zhì)結(jié)構(gòu)對稱的分成左、右兩部分，沸石層3靠近中隔墻8附近的左右兩側(cè)分別設置成過水區(qū)12，位于過水區(qū)12范圍內(nèi)的中隔墻8上設有透水孔13，過水區(qū)12的填料為頁巖陶粒材料；所述的水力管路系統(tǒng)包括進水管路11和出水管路6，對稱的布設于頁巖陶粒層5的下部，管路在填料處理層內(nèi)部的部分沿軸向均勻的設置有等間距的小孔。

為了保證使用效果，所述的沸石層3的鋪設厚度30～40cm，沸石粒徑5.0～10.0mm；所述的鉀長石層4的鋪設厚度30～40cm，鉀長石粒徑5.0～10.0mm；所述的頁巖陶粒層5的鋪設厚度20～30cm，頁巖陶粒粒徑15.0～20.0mm。

為保證中隔墻8的穩(wěn)固，中隔墻8應當深入地基0.5m以上。

為了防止種植層1的土壤在人工濕地運行過程中向填料處理層擴散造成基質(zhì)污堵，所述的粗砂夾層2的粒徑取0.5～1.0mm，厚度不低于5cm。

為了防止膨潤土防水毯9被頁巖陶粒層5和底部強化層10的尖銳突出刺破，在鋪設膨潤土防水毯9前，需先將場址基地整平壓實，此外，膨潤土防水毯9上方和下方的粗砂隔層7的粒徑取0.5～1.0mm，厚度取3～5cm。

為了確保過水區(qū)12的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并保證順暢布水，過水區(qū)12的斷面宜設置成梯形，且過水區(qū)12的頁巖陶粒粒徑取15～20mm。

本實用新型具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)中，種植層1應優(yōu)先選擇本地表土層，以土質(zhì)松軟、肥力較高的土壤為佳，滲透系數(shù) 宜0.01～0.1m/d,考慮到植物的生長、濕地系統(tǒng)的維護，種植層1的厚度應超出設計值10～15％。

本實用新型具有生態(tài)防護功能的雙向運行式人工濕地基質(zhì)結(jié)構(gòu)的工作原理：污水從進水管路11進入到填料處理層后，依次經(jīng)過頁巖陶粒層5、鉀長石層4、沸石層3后，進入過水區(qū)12；然后，通過中隔墻8上的透水孔13進入到另一側(cè)填料處理層的過水區(qū)12，依次經(jīng)過沸石層3、鉀長石層4、頁巖陶粒層5后，進入出水管路6。