专利名称：一种垂直流人工湿地基质反粒径级配系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水污染控制工程生态技术领域，具体涉及到一种垂直流人工湿地基质反粒径级配系统。
背景技术：
目前，人工湿地系统是一项适合我国国情的低投入、低能耗、低管理费用的污水生态处理技术，极具广阔的应用前景。利用各种构型的人工湿地对受污染水体及土壤进行原位生态系统的恢复是近年来我国在水污染控制和生态修复技术领域的研究热点。在各种构型的人工湿地中，垂直流人工湿地的水流形式结合了表面流湿地和潜流湿地的特点，能充分利用基质表面，提高处理效率；其竖向垂直的水流流态节约占地面积。垂直流人工湿地内部典型的好氧区、缺氧区与厌氧区使之具备了较高的硝化、反硝化能力和除磷能力，可用于有机物、氮磷含量较高的受污染湖泊水体的修复和城市生活污水的生态处理。尽管垂直流人工湿地的基本原理及其净化机理已逐渐被人们所认识，但湿地净化主体之一的基质研究仍处于起步阶段。基质是人工湿地中将污水转变成清水以及水生植物和微生物赖以生存的场所，也是有机污染物转为无机无毒物质的枢纽，直接关系到人工湿地对有机物、氮、磷的净化效率。由于基质在为植物和微生物提供生长介质的同时，也能够通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物，因此基质的种类、级配等因素将会直接影响沉淀、过滤和吸附等作用的效果；此外，由于基质成分的不同，不同基质对不同类型的污染物，如有机物、氮、磷等的去除效果也相差很大；单一基质或几种基质的简单组合往往仅对有机物、氮、磷等污染物中的某一种污染物指标有较好的去除效率，很难达到利用垂直流人工湿地综合净化水体主要污染物的目标。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述存在的不足，提供一种结构简单、成本低廉、综合净化能力强、处理后水质良好，有利于提高湿地综合处理能力的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，包括有植被土上方的穿孔进水管和下方的穿孔排水管，其特征在于:在植被土下方和穿孔排水管之间，设置有多层分层结构，从上至下依次为高炉钢渣基质层、沸石基质层和生物陶粒基质层，其中各层基质粒径由上至下依次减小设置，所述的生物陶粒基质层下方还设有承托排水层，穿孔排水管置于承托排水层内部。在上述方案中，所述的植被土厚度为50_100mm，植被土中还种植有植物，植物为维管束植物。在上述方案中，所述的高炉钢渣基质层，其高炉钢渣基质粒径为25_40mm ;厚度为150_250mm。[0009]在上述方案中，所述的沸石基质层，其沸石基质粒径为15-25mm;厚度为350-500mmo在上述方案中，所述的生物陶粒基质层，其生物陶粒基质粒径为8-15mm;厚度为350-500mmo 在上述方案中，所述的承托排水层，其基质为不规则砾石，其粒径为15-25mm。在上述方案中，所述的闻炉钢禮:基质，沸石基质，生物陶粒基质体积比为1:2:2。本实用新型的有益效果在于:1、本实用新型结构简单，运行稳定。基质层采用三层级配方式，由上至下分别装填大、中、小三种粒径的基质，上层大粒径基质能有效截留进水中的大部分悬浮性和胶体性物质，下层小粒径基质能确保出水悬浮物浓度降到最低，中层中粒径基质保证了基质区有足够的净化空间。2、本实用新型具有综合净化能力强的优点。上层大粒径高炉钢渣基质，具有较强的磷酸盐化学吸附能力，能有效降低水体中的总磷含量；中层中粒径沸石基质，具有良好的脱氮效果，可对水体中的总氮及氨氮有效去除；下层小粒径生物陶粒基质，具有优异的表面特性，有利于微生物的附着和富集，其上生长的生物膜能高效降解水体中的有机污染物。3、由植物-基质-微生物共同组成的协同生态净化体系能很好的对受污染水体中所含不溶性悬浮物、溶解性有机物、氮磷等污染物进行物理拦截、化学吸附和生物降解，确保了处理后出水的水质。4、所选取的基质材料简单易得，成本低廉，且运行成本较低；其中高炉钢渣为钢铁行业的废弃物，将其利用可达到以废治废的效果；同时，对所种植物进行适当筛选，亦可建设成为一处生态园林景观。
图1为本实用新型实施例的结构示意图；图中:1.穿孔进水管；2.植被土 ；3.高炉钢渣基质层；4.沸石基质层；5.生物陶粒基质层；6.承托排水层；7.穿孔排水管。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
，对本实用新型作进一步的说明:如图1所示的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，包括有植被土 2上方的穿孔进水管I和下方的穿孔排水管7，在植被土下方和穿孔排水管之间，设置有多层分层结构，从上至下依次为高炉钢渣基质层、沸石基质层和生物陶粒基质层，其中各层基质粒径由上至下依次减小设置，所述的生物陶粒基质层下方还设有承托排水层6，穿孔排水管7置于承托排水层6内部。在本实施例中，所述的植被土厚度为80_，植被土中还种植有植物，植物为维管束植物。在本实施例中，所述的高炉钢渣基质层，其基质粒径为30mm ;厚度为200mm，所述的沸石基质层，其基质粒径为20mm ;厚度为400mm,所述的生物陶粒基质层,其基质粒径为IOmm ;厚度为400mm,所述的承托排水层,其基质为不规则碌石,其粒径为20mm。在本实施例中，所述的闻炉钢潘基质，沸石基质，生物陶粒基质体积比为1:2:2。
以典型的受氮磷及有机物污染的湖泊水体为例，使用时，湖水由水泵系统提升至本系统；首先进入穿孔进水管1，并由穿孔进水管I向湿地系统均匀布水；湖水以竖流流态经过植被土 2的初次过滤后进入到大粒径的高炉钢渣基质层3 ;在高炉钢渣基质层3中，湖水中所含的溶解性磷化合物在高炉钢渣基质3的化学吸附作用下得以降解；其后湖水进入沸石基质层4，中粒径的沸石基质层4具有较强的总氮及氨氮降解能力，湖水中的氮化合物在沸石基质层4中得以降解；然后湖水进入小粒径的生物陶粒基质层5，由于生物陶粒基质层5表面易于生长生物膜，微生物对湖水中所携带的溶解性有机物具有生物降解功能；同时，由于生物陶粒基质层5粒径较小，湖水中残留的细小悬浮物也可通过物理截留得以去除。最后，湖水经过承托排水层6内部所设穿孔排水管7收集并排除系统。另外，植物在通过光合作用为微生物提供氧的同时，也能对湖水中携带的营养性物质(如氮、磷)进行吸收。本实用新型的原理，首先原水通过穿孔进水管I均匀布水，植被土 2和种植的维管束植物对原水中的悬浮性污染物具有一定的拦截作用。原水进入到基质层后，首先经过的是大粒径的高炉钢渣基质层3 ;由于高炉钢渣基质层3对含磷化合物具有较强的化学吸附性，原水中的磷在高炉钢渣基质层3得以去除；另外，大粒径的高炉钢渣提供了较大的基质空隙率，有利于下层沸石基质层4和生物陶粒基质层5的供氧及对悬浮物的物理拦截。其次，原水由高炉钢渣基质层3出水进入到中粒径的沸石基质层4，利用沸石基质的氮化合物降解能力，达到脱氮的目的。经过了除磷和脱氮的原水最后进入到小粒径的生物陶粒基质层5，在生物陶粒基质表面生长有微生物膜，有利于微生物对原水中溶解性有机物的生物降解；同时，微生物能通过硝化菌和聚磷菌的作用进一步降解原水中残留的氮磷化合物 ’另夕卜，生物陶粒的小粒径也确保了最终出水中的悬浮物降到最低。以上说明仅为本实用新型的应用实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，包括有植被土(2)上方的穿孔进水管(I)和下方的穿孔排水管(7)，其特征在于:在植被土(2)下方和穿孔排水管(7)之间设置有多层分层结构，从上至下依次为高炉钢渣基质层(3)、沸石基质层(4)和生物陶粒基质层(5)，其中各层基质粒径由上至下依次减小设置，所述的生物陶粒基质层(5)下方还设有承托排水层(6 )，穿孔排水管(7 )置于承托排水层(6 )内部。
2.如权利要求1所述的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，其特征在于:所述的植被土(2)厚度为50-100_，植被土(2)中还种植有植物，植物为维管束植物。
3.如权利要求1所述的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，其特征在于:所述的高炉钢渣基质层(3)，其高炉钢渣基质粒径为25-40mm ;厚度为150_250mm。
4.如权利要求1所述的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，其特征在于:所述的沸石基质层(4)，其沸石基质粒径为15-25_ ;厚度为350-500_。
5.如权利要求1所述的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，其特征在于:所述的生物陶粒基质层(5)，其生物陶粒基质粒径为8-15_ ;厚度为350-500_。
6.如权利要求1所述的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，其特征在于:所述的承托排水层(6)，其基质为不规则砾石，其粒径为15-25mm。
7.如权利要求3-5所述的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统，其特征在于:所述的高炉钢渣基质，沸石基质，生物陶粒基质体积比为1:2: 2。
专利摘要本实用新型提供一种用于水污染控制工程生态技术领域的垂直流人工湿地基质反粒径级配系统。包括有植被土上方的穿孔进水管和下方的穿孔排水管，在植被土下方和穿孔排水管之间，设置有多层分层结构，从上至下依次为高炉钢渣基质层、沸石基质层和生物陶粒基质层，其中各层基质粒径由上至下依次减小，所述的生物陶粒基质层下方还设有承托排水层，穿孔排水管置于承托排水层内部。此系统结构简单、成本低廉、综合净化能力强、处理后水质良好，有利于提高湿地综合处理能力。
文档编号C02F9/14GK202988917SQ201220606688
公开日2013年6月12日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者张翔凌, 姜应和, 金建华, 程静, 李翠华 申请人:武汉理工大学