一种阶梯式水平潜流人工湿地组合系统及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生态工程技术领域，涉及一种阶梯式水平潜流人工湿地组合系统及其应用。
【背景技术】
[0002]水体污染是当今世界面临的重大环境问题，也是我国环境保护中面临的最为重要的环境问题之一。由于长期大量接纳各类污水，我国河流、湖泊、水库等地表水体普遍受到污染，导致了水体黑臭，富营养化，水生动植物死亡，生物多样性减少，水生态系统退化等诸多问题。严重的水污染问题不但制约了水体各类资源的可利用性，还直接影响人们的健康生存与社会经济的可持续发展。
[0003]近年来，在自然湿地降解污水的基础上发展起来的人工湿地技术被广泛应用于污水处理。该技术通过模仿自然生态系统，人为地将土壤、沙、石等材料按一定比例组成基质，并栽种经过选择的耐污植物，培育多种微生物，组成类似于自然湿地的新型污水净化系统。人工湿地主要利用湿地植物、土壤及其相关微生物的自然过程处理污水，不仅能有效去除污水中的悬浮物、有机污染物、氮、磷等，而且可以有效去除病原微生物、重金属、藻毒素等外源生物活性物质。人工湿地按水位在基质表面以上或以下，可以分为表面流人工湿地和潜流人工湿地两种类型。潜流人工湿地根据水流方向又可分为水平潜流、垂直潜流和复合潜流三种类型。目前，人工湿地已发展成为一种较为完备和独立的污水处理技术，在世界范围内广泛地得到应用，处理对象包括生活污水、市政污水、地表径流、农业面源污染、矿山废水、农场废水等，在水污染治理中发挥重要作用。
[0004]现有人工湿地对土地平整性的要求极为严格。为避免出现死水区和基质层上部空间闲置，各类人工湿地设计规范均要求湿地底部坡降不宜超过1%。然而，我国是一个多山国家，山地和丘陵地貌占我国陆地总面积的比重分别为51.9%和11.7%，是我国重要的人口集聚地和工农业分布区。这类地区由于人口和污染源较为分散，通常难以建设大型污水处理设施对各类污水进行集中处理。人工湿地拥有处理效果好、建设运营成本低、维护管理简单等优点，极为适合对分散性污染源进行净化处理。然而，这类地区往往缺乏平地空间，导致人工湿地要么因土地平整造成建设成本过高，要么因土地空间不够而无法建设，极大限制了人工湿地的应用。另外，人工湿地作为污水净化和面源污染控制的重要技术，在拦截净化排入水体的污染物方面也有很好的应用前景。然而，由于城镇地区水体周边平地往往被占用，仅剩水体坡岸可供利用，导致人工湿地难以建设。因此，开发出一种不受地形限制的人工湿地系统，对于扩展人工湿地技术的应用有极为重要的意义。
[0005]针对这一难题，已有研究者做了初步探索。如专利200410065916.1利用粧板设置植物种植区，构建多级阶梯式人工湿地护坡。面源污染从上至下依次流过各级植物种植区，得到净化。然而，该专利实质是一种护坡系统，无法达到人工湿地滞留并原位净化污水的效果。专利200910199374.X开发的斜面潜流人工湿地存在湿地池体上半部分空间无法储水的问题，专利201310475839.6开发的斜面潜流人工湿地存在池体下半部分斜面空间不能利用及池体无法储水问题，导致人工湿地净化空间严重压缩，净化能力受限。专利201210030589.0和201410229651.8分别开发了各具特色的可用于斜坡的人工湿地系统。然而，这两种人工湿地均存在湿地底部需要平整的问题，导致湿地建设难度较大，建设成本较高。此外，由于采用垂直流形式，导致斜坡纵向空间没有得到有效利用，并存在布水管网较为复杂，增加建设成本等问题。因此，亟需发明设计一种可应用于斜坡的新型人工湿地系统，解决斜坡空间无法有效利用、死水区过多、建设成本过高、建设难度过大等难题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能充分利用空间、结构简单、施工简便、成本低廉的可应用于各类地形的阶梯式水平潜流人工湿地组合系统及其应用。
[0007]通过本发明，可使得人工湿地技术能广泛应用于山地、丘陵、水体坡岸等斜坡地区的生活污水、市政污水、工业废水、畜牧业污水、农业面源污染、地表径流、污水处理厂尾水等各类污水处理。
[0008]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0009]一种阶梯式水平潜流人工湿地组合系统，该组合系统依斜坡地形建造而成，包括多级依斜坡坡度由上而下呈阶梯状分布设置的水平潜流人工湿地单元以及将各级水平潜流人工湿地单元相连通的管网单元，其中，所述的水平潜流人工湿地单元采用侧面进水方式，并且所述的水平潜流人工湿地单元中的水流沿水平潜流人工湿地单元的长度方向水平流动。
[0010]所述的水平潜流人工湿地单元为条形水平潜流人工湿地单元。
[0011]所述的水平潜流人工湿地单元包括池体、铺设在池体中的基质以及种植在基质上的湿地植物；
[0012]所述的池体以斜坡坡面为池底，并由外墙、内墙以及设置在外墙与内墙之间的进水端挡墙、出水端挡墙围设而成；
[0013]所述的基质的填充高度低于外墙上沿5_20cm ；
[0014]所述的湿地植物在基质上的种植密度为9-25株/m2。
[0015]所述的池体为长条形池体，该长条形池体的长宽比< 10，所述的外墙的高度为
0.5-4m,内墙的高度为0-1.5m。
[0016]所述的长条形池体的池底采用混凝土浇筑硬化或铺装防渗膜及土工布进行防渗处理。
[0017]所述的基质中的填料选自河沙、砾石、碎石、陶粒、钢渣或沸石中的一种或多种，所述的湿地植物选自芦苇、花叶芦荻、香蒲、菖蒲、再力花、美人蕉、风车草、梭鱼草、慈姑或泽泻中的一种或多种。
[0018]所述的管网单元采用串联或并联的模式将各级水平潜流人工湿地单元相连通。
[0019]所述的管网单元采用串联模式时，由进水管、出水管以及连接上下相邻两级水平潜流人工湿地单元的连接管构成，并且上下相邻两级水平潜流人工湿地单元的水流方向相反;
[0020]所述的进水管与出水管分别设置在水平潜流人工湿地单元中池体的进水端挡墙及出水端挡墙上，并且所述的进水管的水平位置与出水管的水平位置的高度差为2-15cm ;
[0021]所述的连接管分别与同一侧上下相邻两级水平潜流人工湿地单元的进水管、出水管相连通。
[0022]所述的管网单元采用并联模式时，由布水管、进水管、出水管及排水机构构成，并且各级水平潜流人工湿地单元的水流方向相同；
[0023]所述的进水管与出水管分别设置在水平潜流人工湿地单元中池体的进水端挡墙及出水端挡墙上，并且所述的进水管的水平位置与出水管的水平位置的高度差为2-15cm ;
[0024]所述的布水管与各级水平潜流人工湿地单元的进水管并联连接；
[0025]所述的排水机构与各级水平潜流人工湿地单元的出水管并联连接。
[0026]所述的排水机构选自排水管或排水渠中的一种或两种。
[0027]一种阶梯式水平潜流人工湿地组合系统的应用，所述的阶梯式水平潜流人工湿地组合系统用于坡度为0-45°的斜坡地形。
[0028]可根据实际应用需要，将多套阶梯式水平潜流人工湿地组合系统依据地形以并联的形式自由组合。
[0029]本发明中，所述的水平潜流人工湿地单元在建造过程中，主要包括以下步骤:(a)修整坡面，去除凸出物及填平凹陷处；(b)建设水平潜流人工湿地单元池体，即在斜坡同一水平面处沿线开挖地基，建设硬质外墙、进水端挡墙及出水端挡墙，以坡面为池底，以上一级水平潜流人工湿地单元的外墙作为内墙，并与外墙、进水端挡墙、出水端挡墙、池底共同构成水平潜流人工湿地单元池体；多个水平潜流人工湿地单元池体依坡度从上往下呈阶梯状分布；(C)池底防渗处理，防渗措施可以采用混凝土浇筑硬化，或者铺装防渗膜和土工布；(d)填装基质；(e)种植植物。
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