本实用新型涉及环境治理技术领域，尤其是涉及一种垂直流人工湿地基质结构系统。本实用新型涉及一种净化污水的人工湿地基质及结构，特别是一种有效改善常规人工湿地基质易堵塞问题的人工湿地基质及结构。
背景技术：
目前对于污水的处理方法主要包括生物处理方法、物理处理方法和化学处理方法。生物处理技术能够有效地去除水中的有机物，但一般对氮的去除率不高；化学方法可以有效去除污水中的氮，但成本较高，且容易产生二次污染。而人工湿地作为一种低投资、低能耗和具有氮磷去除功能的废水生态处理技术已逐渐被世界各国所接受。
人工湿地是由基质、植物和微生物组成的复合系统，该系统依靠物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污染物的高效净化，在促进绿色植物生长并使其增产的同时，实现废水的资源化和无害化。
但是，人工湿地在实际运行过程中存在三个问题：(1)基质堵塞问题；(2)有限的人工湿地基质对污染物的吸附易饱和，对污染物的去除效果下降甚至会丧失功能；(3)基质单一。人工湿地运行一段时间后，由于有机质的积累，基质容易发生堵塞现象。这将导致湿地基质的渗透系数急剧下降，过水能力降低，引发恶臭，蚊蝇滋生，恶化运行环境，降低污染物的去除效果。
人工湿地基质和结构作为植物和微生物的载体，对于人工湿地的净化效果和景观效果优劣有着决定性的作用，因此选择合适的渗透介质是决定该湿地生态系统成功的关键，没有一种基质能同时高效去除有机物、氮和磷污染物，因此对于人工湿地基质的组配和结构研究有很强的现实意义。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于设计一种新型的垂直流人工湿地基质结构系统，解决上述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种垂直流人工湿地基质结构系统，包括防渗结构和两个以上的人工湿地基质结构单元，每个所述人工湿地基质结构单元包括吸附净化模块、防堵塞模块和生态种植层；所述生态种植层位于最上层，所述生态种植层之下设置所述吸附净化模块，所述吸附净化模块之下设置所述防堵塞模块；
所述人工湿地基质结构单元的四围和底部用所述防渗结构与周围环境隔离；相邻的所述人工湿地基质结构单元之间也用所述防渗结构相互隔离；
各个所述人工湿地基质结构单元在垂直方向上呈梯次落差设置；
在水平高度最高一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层之上或者所述防堵塞模块的下部设置进水口；在水平高度最低一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层之上或者所述防堵塞模块的下部设置出水口；
相邻所述人工湿地基质结构单元的所述防堵塞模块的下部相互连通或者相邻所述人工湿地基质结构单元的所述生态种植层之上相互连通；
所述进水口到所述出水口之间的水流，从水平高度最高一级直至水平高度最低一级的所有所述人工湿地基质结构单元中，呈蛇形流动；每个所述人工湿地基质结构单元中的水流，上下垂直流动。
优选的，还包括设置在所述防渗结构之上并且位于所述防堵塞模块之下的碎石层；
在水平高度最高一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层之上或者所述碎石层设置进水口；在水平高度最低一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层之上或者所述碎石层设置出水口；
相邻所述人工湿地基质结构单元的所述碎石层之间连通或者相邻所述人工湿地基质结构单元的所述生态种植层之间连通。
优选的，还包括布水管和集水管；设置了进水口的水平高度较高一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层设置所述布水管，所述布水管的一端与所述进水口连通，所述布水管的另一端和或管壁上设有若干个向所述生态种植层布水的开孔；所述集水管的一端与所述出水口连通，所述出水管的另一端伸入到所述碎石层并且设置有与所述碎石层连通的若干开孔。
优选的，每个所述人工湿地基质结构单元中的所述吸附净化模块、所述防堵塞模块和所述生态种植层之间由土工布隔开；所述生态种植层上种植有水生植物。
优选的，所述吸附净化模块与防堵塞模块的体积比为1：2。
优选的，所述生态种植层包括城市有机废弃物堆肥产品和园林废弃物纤维，两者按照重量比9:1配比组合后，进行造粒而成。
优选的，所述造粒后的球粒的球形度0.3～0.4，粒径1～2cm。
优选的，所述吸附净化模块的主体由沸石组成。
优选的，所述防堵塞模块的主体由砾石球粒组成。
优选的，所述砾石球粒为砾石经过球磨机造粒而成，球形度0.4～0.6，粒径2～5cm。
1、生态种植层
生态种植层由城市有机废弃物堆肥产品、园林废弃物纤维按照重量比9:1配比组合后，进行造粒，再种植水生植物组成。其中基质球粒球形度0.3～0.4左右，粒径1～2cm。
其各组分的主要功能为：
1)城市有机废弃物堆肥产品：能够显著改善土壤的理化性质，为湿地植物提供必要的养分，促进湿地植物根系的生长和发育。
2)园林废弃物纤维：①纤维组织，水解能力弱，具有较长的使用寿命；②增加整体基质层的络合能力，提供蜂巢骨架，颗粒状基质不易散落；③蜂巢结构为微生物生长、繁殖提供场所。
3)水生植物：①通过光合作用将产生的碳水化合物输送到根系，输送到根系的碳水化合物大部分可释放到根际，为微生物提供碳源，从而维持根际旺盛的微生物活性；②因为微生物硝化反应是人工湿地去除氮的关键性因子，而消化反应是需要在需氧条件下进行的，因此根际氧化量的多少直接影响人工湿地对氮的去除。湿地植物通过中空的组织输送氧气至根系，有利于人工湿地中硝化细菌的繁殖和硝化反应的进行。③植物在人工湿地中的生长和繁殖，可吸收污水中大量的氮和磷等，因此植物吸收氮、磷是人工湿地去除氮、磷的重要机理之一。
2、吸附净化模块
吸附净化模块主要由沸石组成。
沸石对铵态氮具有极强的选择吸附性，可快速截留污水中的铵态氮。同时沸石具有巨大的比表面积，是一种理想的微生物载体，在氧气充足的条件下，沸石层中存在大量的硝化细菌和氨化细菌，可促进铵态氮的硝化。
3、防堵塞模块
防堵塞模块主要由砾石球粒组成。砾石球粒为砾石经过球磨机造粒而成，球形度0.4～0.6左右，粒径2～5cm。
防堵塞模块的主要作用为导流，确保湿地运行效率。
相较于常规的基质填料形式，本基质填料采用球粒的方式的主要作用为：①可显著提高基质孔隙率，加速水体流动；②砾石表面经过处理，便于微生物挂膜、脱膜，从而容易恢复人工湿地基质的水力传导性能，增强人工湿地运行的耐久性，缓解湿地基质易堵塞的问题；③基质材料球形度要求高，孔隙率大，不容易被堵塞，运行时间长。
本实用新型的有益效果可以总结如下：
1、本实用新型有效解决了常规湿地基质单一和易堵塞的问题，提高湿地运行效率和净化效果；
2、本实用新型充分利用了城市有机废弃物和园林废弃物，避免了资源的浪费，实现了变废为宝的目的；
3、本实用新型的材料来源广泛，成本低廉，施工简便，可节约施工时间和成本；
4、本实用新型由于本基质运行效率和耐久性显著增加，可大大减少后期养护成本。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示的一种垂直流人工湿地基质结构系统，包括防渗结构1和两个以上的人工湿地基质结构单元，每个所述人工湿地基质结构单元包括吸附净化模块2、防堵塞模块3和生态种植层4；所述生态种植层4位于最上层，所述生态种植层4之下设置所述吸附净化模块2，所述吸附净化模块2之下设置所述防堵塞模块3；所述人工湿地基质结构单元的四围和底部用所述防渗结构1与周围环境隔离；相邻的所述人工湿地基质结构单元之间也用所述防渗结构1相互隔离；各个所述人工湿地基质结构单元在垂直方向上呈梯次落差设置；在水平高度最高一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层4之上或者所述防堵塞模块3的下部设置进水口5；在水平高度最低一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层4之上或者所述防堵塞模块3的下部设置出水口6；相邻所述人工湿地基质结构单元的所述防堵塞模块3的下部相互连通或者相邻所述人工湿地基质结构单元的所述生态种植层4之上相互连通；所述进水口5到所述出水口6之间的水流，从水平高度最高一级直至水平高度最低一级的所有所述人工湿地基质结构单元中，呈蛇形流动；每个所述人工湿地基质结构单元中的水流，上下垂直流动。
在更加优选的实施例中，还包括设置在所述防渗结构1之上并且位于所述防堵塞模块3之下的碎石层7；在水平高度最高一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层4之上或者所述碎石层7设置进水口5；在水平高度最低一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层4之上或者所述碎石层7设置出水口6；相邻所述人工湿地基质结构单元的所述碎石层7之间连通或者相邻所述人工湿地基质结构单元的所述生态种植层4之间连通。
在更加优选的实施例中，还包括布水管8和集水管9；设置了进水口5的水平高度较高一级的所述人工湿地基质结构单元中的所述生态种植层4设置所述布水管8，所述布水管8的一端与所述进水口5连通，所述布水管8的另一端和或管壁上设有若干个向所述生态种植层4布水的开孔；所述集水管9的一端与所述出水口6连通，所述出水管的另一端伸入到所述碎石层7并且设置有与所述碎石层7连通的若干开孔。
在更加优选的实施例中，每个所述人工湿地基质结构单元中的所述吸附净化模块2、所述防堵塞模块3和所述生态种植层4之间由土工布11隔开；所述生态种植层4上种植有水生植物10。
在更加优选的实施例中，所述吸附净化模块2与防堵塞模块3的体积比为1：2。
在更加优选的实施例中，所述生态种植层4包括城市有机废弃物堆肥产品和园林废弃物纤维，两者按照重量比9:1配比组合后，进行造粒而成。
在更加优选的实施例中，所述造粒后的球粒的球形度0.3～0.4，粒径1～2cm。
在更加优选的实施例中，所述吸附净化模块2的主体由沸石组成。所述防堵塞模块3的主体由砾石球粒组成。所述砾石球粒为砾石经过球磨机造粒而成，球形度0.4～0.6，粒径2～5cm。
在某一个具体的实施例中：
本结构自进水至出水方向依次为防渗结构1、布水管8、吸附净化模块2、防堵塞模块3、集水管9组成。顶部为生态种植层4，底部为碎石层7。各人工湿地基质结构单元间纵向由防渗结构1隔开，各模块及各层间横向由土工布11隔开。各结构布置方法及作用如下：
1)防渗结构1：材料选择无污染、耐水湿、渗透率小的材料即可。作用为防止外界污染水体无规则的进入本系统，降低系统处理效率。
2)布水管8：为外壁布置若干小孔的中空管，孔径为0.5～0.8cm。管径可根据处理水量及要求处理效率决定。材料为常规耐水湿材料即可。作用为向本系统输送污染水体。
3)吸附净化模块2：主要由沸石组成。吸附净化模块2与防堵塞模块3的体积比为1～2左右，具体体积由现场条件确定。本模块的主要作用为快速截留污水中的铵态氮，并为微生物提供载体，促进铵态氮的硝化。
4)防堵塞模块3：主要由砾石球粒组成。砾石球粒为砾石经过球磨机造粒，球形度0.4～0.6左右，粒径2～5cm。本模块的主要作用为导流，防止湿地基质堵塞，确保湿地运行效率。
5)集水管9：为外壁布置若干小孔的中空管，孔径为0.5～0.8cm。管径可根据处理水量及要求处理效率决定。材料为常规耐水湿材料即可。集水管9的作用为将净化后的水体进行收集排放或回用。
6)生态种植层4：生态种植层4由城市有机废弃物堆肥产品、园林废弃物纤维按照重量比9:1配比组合后，进行造粒，再种植水生植物10组成。其中基质球粒球形度0.3～0.4左右，粒径1～2cm，生态种植层4厚度为10～20cm。本层作用为为植物提供生长基质，去除污水中的氮、磷，增加景观效果。
7)碎石层7：主要作用为隔绝基质与防渗层，达到找平及保护防渗层的目的。厚度为10～20cm。
8)土工布11：透水，隔绝各层，避免基质逸散。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本实用新型，但本领域技术人员应该明白，本实用新型并不局限于以上所述实施例，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。