一种多段组合式人工湿地净化系统技术领域
本发明涉及一种水净化系统，尤其是涉及一种多段组合式人工湿地净化系统。
背景技术
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控
制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利
用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污
泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微
生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收以及各类动物的作
用。人工湿地虽然净化效果较慢，但其建设成本低、易维护，并适宜应用在较偏远
的山区或矿区，因此人工湿地在国内外得到了广泛的研究和应用。通过研究和实践
发现，不同类型的湿地对污染物的净化存在较大的差异，其中的主要影响因素包括
植物的种类。
中国专利CN 102951739 A公布了一种多段组合式人工湿地净化系统，包括陆
生植物净化带和水生植物净化带，所述净化系统的地表构造包括坡地和池塘或沟
渠，所述坡地与池塘或沟渠之间为过渡带，坡地底部设有防渗层，将污水经由过渡
带全部导向池塘或沟渠，所述陆生植物净化带建设在坡地上，水生植物净化带建造
在池塘或沟渠中，所述过渡带上种植有挺水性植物。其结合不同类型的湿地系统，
利用这些湿地上植物种类的差异性对污水进行多级净化，提高净化效果并扩大对污
水水质的适用范围。但是上述系统仅利用植物来对水体进行净化，净化效果较差。
发明内容
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净化效果
好、不积水的多段组合式人工湿地净化系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种多段组合式人工湿地净化系统，包括河流净化单元、设在河流两侧的复合
垂直流人工湿地单元，
所述的河流净化单元包括河流、位于河流表面的人工浮岛，以及位于河流底部
的基质层和过滤层，在基质层上种植沉水植物，所述的沉水植物为苦草或黑藻。所
述的人工浮岛下面悬挂生物填料，生物填料提供土著微生物的附着生长空间。
所述的复合垂直流人工湿地单元包括三级串联并逐级水平降低的第一垂直流
处理池、第二垂直流处理池和第三垂直流处理池，所述第一垂直流处理池、第二垂
直流处理池和第三垂直流处理池的底部相连通，每个垂直流处理池均包括距离地表
0～20cm的生态滤层、位于所述生态滤层下方的吸附层及底部碎石层，所述的生
态滤层上种植陆生植物，所述的陆生植物为乔木或灌木。
所述的吸附层自上而下依次包括沸石层和粉煤灰层。沸石层对铵态氮具有极强
的选择吸附性，可快速截留污水中的铵态氮，但并不能作为氨氮去除的最终途径。
由于沸石具有巨大的比表面积，是一种理想的微生物载体，且本发明生态滤层的存
在为沸石层提供大量的溶解氧，因此在沸石层中存在大量的硝化细菌和氨化细菌，
能够促进铵态氮的硝化。其次，未经过生态滤层拦截的有机污染物再次进入沸石层
时，经过氨化细菌和消化细菌的生化反应，会进一步促进铵态氮的消化作用。另一
方面，经过沸石层处理过的污水含有大量的硝态氮和磷，在本发明的底层由于溶解
氧浓度的逐渐降低，存在大量的反硝化细菌，促进了污水中氮的去除，其次由于粉
煤灰层对磷的吸附作用极强，能够有效地去除了污水中的磷。
每个垂直流处理池的底部均设有防渗层，由此可以防止本发明复合垂直流人工
湿地内的污染物产生外渗。所述的所述吸附层和防渗层之间设有碎石层。
相邻的垂直流处理池之间设有隔离层，相邻两个垂直流处理池之间的隔离层与
所述碎石层相连接或至少部分位于碎石层中。
所述的第三垂直流处理池距离河流最近，所述的第一垂直流处理池距离河流最
远，在第三垂直流处理池与河流之间设有过渡带，所述的第三垂直流处理池的碎石
层设有向过渡带出水的出水口。
所述的过渡带上种植有挺水性植物，所述的挺水性植物为芦苇、菖蒲、茭白或
灯芯草。
所述的生态滤层由以下重量份的原料组成：膨胀珍珠岩10-20份、纯植物降
解物55-65份、火山岩4-6份、糠醛渣4-6份、高温发酵动物粪便8-12份、蛭
石4-6份。所述的纯植物降解物是由按重量份计的以下原料制成：农作物秸秆33
份、食用菌废渣33份、碎木块33份、秸秆专用腐熟剂1份。
生态滤层中的各原料成分功能如下：膨胀珍珠岩采用开孔型，开孔型膨胀珍珠
岩为亲水无机盐矿物，吸水后重量是原来的4-9倍，可以起到蓄水缓释的作用，
防止绿化植物倒伏，可以控制肥效和肥度。纯植物降解物是按比例混合经十五天高
温腐熟而得，整体密度≤600kg/m3；农作物秸秆加秸秆专用腐熟剂后可以快速
腐熟，秸秆专用腐熟剂为发酵复合菌制剂，环保无污染，有利于秸秆的循环利用；
食用菌废渣富含有机质、氮、磷、钾等元素，与其他原料混合腐熟后是很好的植物
肥料，养分含量高，疏松透气；碎木块是本技术的关键原料，碎木块经15天高温
腐熟并不会腐烂，其只有表层部分被腐熟，作为原料混合在基质内，前期1-2年
内不会产生太多肥效，植物主要利用腐熟的农作物秸秆和食用菌废渣的肥效生长，
经过长时间的腐熟分解后，碎木块的肥效逐步发挥，可以为植物提供长达6-8年
的肥力。火山岩表面亲水强，粗糙多孔，有利于生物膜生长，是生物膜很好的载体，
对所固定的微生物元素，无抑制性作用，不影响微生物的活性。糠醛渣是玉米芯、
玉米秆、稻壳、棉籽壳以及农副产品加工下脚料中的聚戊糖成分水解生产糠醛(呋
喃甲醛)产生的生物质类废弃物，富含维生素、木质素和少量的硫酸，这些有机物
质有利于植物生长。高温发酵动物粪便无臭味，无虫无菌，肥力强。蛭石为经高温
焙烧的膨胀蛭石，具有疏松基质，吸附肥力，透气吸水力强，温度变化小等特点，
有利于植物的生长。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、采用优化设计的生态滤层，其肥效长，肥效适应立体绿化植物的长期生长，
可保植物6-8年不施肥，质量轻；绿色环保无公害；具有有排、蓄水功能，在降
水适中的地区，无需大量人工浇水。
2、在河流中设置人工浮岛，在浮岛下面悬挂生物填料，将河流底泥中的部分
土著微生物迁移到生物填料上，这样河道净化空间从单纯的水土界面可以增加到河
道的过水断面上，净化容积能够得到有效的提高。
3、复合垂直流人工湿地单元的生态滤层可以有效地解决湿地基质表层堵塞问
题，滞留与分解污水中的颗粒状有机物污染物，显著增加湿地系统中氨化细菌、硝
化细菌、反硝化细菌及脲酶的数量及活性；基质床采用两种高性能填料可以有效去
除污水中的有机污染物、氮和磷。
4、本发明结合不同类型的湿地系统，利用这些湿地上植物种类的差异性对污
水进行多重净化，提高净化效果并扩大对污水水质的适用范围。
附图说明
图1为本发明多段组合式人工湿地净化系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种多段组合式人工湿地净化系统，如图1所示，包括河流净化单元、设在河
流两侧的复合垂直流人工湿地单元。
河流净化单元1包括河流11、位于河流表面的人工浮岛12，以及位于河流底
部的基质层13和过滤层14，在基质层13上种植沉水植物，沉水植物为苦草或黑
藻。人工浮岛12下面悬挂生物填料15，生物填料15提供土著微生物的附着生长
空间。
复合垂直流人工湿地单元2包括三级串联并逐级水平降低的第一垂直流处理
池21、第二垂直流处理池22和第三垂直流处理池23，所述第一垂直流处理池21、
第二垂直流处理池22和第三垂直流处理池23的底部相连通，每个垂直流处理池均
包括距离地表0～20cm的生态滤层201、位于所述生态滤层201下方的吸附层202
及底部碎石层203，生态滤层201上种植陆生植物205，陆生植物205为乔木或灌
木。
吸附层202自上而下依次包括沸石层206和粉煤灰层207。沸石层对铵态氮具
有极强的选择吸附性，可快速截留污水中的铵态氮，但并不能作为氨氮去除的最终
途径。由于沸石具有巨大的比表面积，是一种理想的微生物载体，且本发明生态滤
层的存在为沸石层提供大量的溶解氧，因此在沸石层中存在大量的硝化细菌和氨化
细菌，能够促进铵态氮的硝化。其次，未经过生态滤层拦截的有机污染物再次进入
沸石层时，经过氨化细菌和消化细菌的生化反应，会进一步促进铵态氮的消化作用。
另一方面，经过沸石层处理过的污水含有大量的硝态氮和磷，在本发明的底层由于
溶解氧浓度的逐渐降低，存在大量的反硝化细菌，促进了污水中氮的去除，其次由
于粉煤灰层对磷的吸附作用极强，能够有效地去除了污水中的磷。
每个垂直流处理池的底部均设有防渗层208，由此可以防止本发明复合垂直流
人工湿地内的污染物产生外渗。所述吸附层202和防渗层208之间设有碎石层203。
相邻的垂直流处理池之间设有隔离层204，相邻两个垂直流处理池之间的隔离
层204与所述碎石层203相连接或至少部分位于碎石层203中。
第三垂直流处理池23距离河流11最近，第一垂直流处理池21距离河流最远，
在第三垂直流处理池23与河流11之间设有过渡带3，第三垂直流处理池23的碎
石层203设有向过渡带3出水的出水口209。
过渡带3上种植有挺水性植物31，挺水性植物31为芦苇、菖蒲、茭白或灯芯
草。
生态滤层201由以下重量份的原料组成：膨胀珍珠岩10-20份、纯植物降解
物55-65份、火山岩4-6份、糠醛渣4-6份、高温发酵动物粪便8-12份、蛭石
4-6份。纯植物降解物是由按重量份计的以下原料制成：农作物秸秆33份、食用
菌废渣33份、碎木块33份、秸秆专用腐熟剂1份。
生态滤层201中的各原料成分功能如下：膨胀珍珠岩采用开孔型，开孔型膨胀
珍珠岩为亲水无机盐矿物，吸水后重量是原来的4-9倍，可以起到蓄水缓释的作
用，防止绿化植物倒伏，可以控制肥效和肥度。纯植物降解物是按比例混合经十五
天高温腐熟而得，整体密度≤600kg/m3；农作物秸秆加秸秆专用腐熟剂后可以
快速腐熟，秸秆专用腐熟剂为发酵复合菌制剂，环保无污染，有利于秸秆的循环利
用；食用菌废渣富含有机质、氮、磷、钾等元素，与其他原料混合腐熟后是很好的
植物肥料，养分含量高，疏松透气；碎木块是本技术的关键原料，碎木块经15天
高温腐熟并不会腐烂，其只有表层部分被腐熟，作为原料混合在基质内，前期1-2
年内不会产生太多肥效，植物主要利用腐熟的农作物秸秆和食用菌废渣的肥效生
长，经过长时间的腐熟分解后，碎木块的肥效逐步发挥，可以为植物提供长达6-8
年的肥力。火山岩表面亲水强，粗糙多孔，有利于生物膜生长，是生物膜很好的载
体，对所固定的微生物元素，无抑制性作用，不影响微生物的活性。糠醛渣是玉米
芯、玉米秆、稻壳、棉籽壳以及农副产品加工下脚料中的聚戊糖成分水解生产糠醛
(呋喃甲醛)产生的生物质类废弃物，富含维生素、木质素和少量的硫酸，这些有
机物质有利于植物生长。高温发酵动物粪便无臭味，无虫无菌，肥力强。蛭石为经
高温焙烧的膨胀蛭石，具有疏松基质，吸附肥力，透气吸水力强，温度变化小等特
点，有利于植物的生长。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发
明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此
说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限
于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改
进和修改都应该在本发明的保护范围之内。