CN209797582U - 一种基质空间改进型人工湿地系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基质空间改进型人工湿地系统，包括进水装置、出水装置和用于过滤和净化污水的基质层，基质层包括至少两层功能区，功能区内设置有用于过滤污水的填料，各功能区之间设置有用于分隔各层填料的分隔装置，实现人工湿地基质空间的优化，有助于保障系统长期、高效、安全地运行；本实用新型还提供了一种基质空间改进型人工湿地系统的污水净化方法，将污水通入基质层下层的功能区，污水上行逐一流经各个功能区，并通过设置在上层功能区的出水装置排出到指定区域，使污水的逐层过滤和净化，实现对污染物质的转化、固定和转移。

Description

一种基质空间改进型人工湿地系统

技术领域

本实用新型涉及环境水体净化领域，尤其涉及一种基质空间改进型人工湿地系统。

背景技术

人工湿地作为典型的生态处理技术，具有投资及维护费用低、出水水质好、二次污染小等特点，迄今为止被广泛应用于世界各地的各类污水处理。

然而，人工湿地作为一门新型技术仍然面临许多挑战，从目前已有的工程实践来看，现有工艺人工湿地大量使用砂石等高密度硬质填料作基质，而且填料坚硬不具弹性，所形成的孔隙空间有限且固定，增加了日后维护的难度和花费，并且维护过程会影响系统的运作；另一方面，单纯的植物收割并不能完全将人工湿地所净化的污染物移除，净化衍生的固态衍生物，如微生物残体、胞外聚合物、未来得及降解或分解的有机物、化学沉淀物等会被截滤在过滤基质中，形成占据基质空隙间的淤积物，在现有系统构建下很难被移除，其存在会逐渐导致过滤基质的物理堵塞和湿地净化功能的丧失。

所以，现有人工湿地构建模式下基质空间的理化生条件是不能长期保持稳定的，使湿地系统的长期安全运行缺乏保障，运行后期易因堵塞，净化功能退化，甚至泄漏污染物等现象。

因此，需要针对上述现有技术中存在的问题，提供一种技术改进方案使人工湿地的基质空间得以维持相对稳定的理化生条件，保持污水净化效率，保障系统长期、高效、安全地运行。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基质空间改进型人工湿地系统,以优化人工湿地的基质空间，解决人工湿地堵塞现象，提高人工湿地污水净化效率。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

提供了一种基质空间改进型人工湿地系统，包括进水装置、出水装置和用于过滤和净化污水的基质层，所述基质层包括至少两层功能区，所述功能区内设置有用于过滤和净化污水的填料，所述功能区之间设置有分隔装置。

作为上述技术方案的改进，所述基质层包括两层功能区，分别为位于下层的第一功能区和位于上层的第二功能区，所述分隔装置为可透水的透水分隔装置；所述进水装置与第一功能区的底部连通，所述出水装置与第二功能区的顶部连通；污水通过所述进水装置输入所述第一功能区的底部并向上流动，穿过所述透水分隔装置从而进入第二功能区的底部，并从第二功能区底部向上流动到达第二功能区的顶部，使第二功能区填料处于饱和状态，再由所述出水装置排出。

作为上述技术方案的进一步改进，所述基质层包括两层功能区，分别为位于下层的第一功能区和位于上层的第二功能区，所述分隔装置为不透水的防渗透分隔装置，所述防渗透分隔装置上设置有穿透管，所述穿透管穿透所述防渗透分隔装置，所述穿透管下端置于第一功能区中，上端向上延伸至第一功能区上部；所述进水装置与第一功能区的底部连通，所述出水装置与第二功能区的底部连通，污水通过所述进水装置输入所述第一功能区的底部并向上流动，从所述穿透管下端进入穿透管，污水在穿透管内继续上行，并从穿透管上端将污水分配到第二功能区的上部，并在重力作用下向下渗流到第二功能区底部，由所述出水装置排出，使第二功能区填料处于不饱和状态。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一功能区设置软式填料或 /和漂浮填料，用于形成生物膜或为微生物提供附着载体；所述软式填料包括多空隙填料、可形成颗粒悬浊液的絮凝体填料的至少一种；所述可形成颗粒悬浊液的絮凝体填料包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、聚丙烯酰胺、硅藻土、粘土、活性炭颗粒、污泥、藻体、菌体、植物纤维碎屑、絮凝剂、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁的任意一种或其组合；所述漂浮填料漂浮在第一功能区内的水体上方，包括密度比水小的颗粒填料、片状填料体或搭配浮体以漂浮的其它类型填料。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一功能区为结构分隔的完全独立空间，或局部分隔形成的相对空间，所述第一功能区设置结构支撑骨架以支撑所述第二功能区的压力，所述结构支撑骨架为金属、塑料、碳纤维、砖混或砼造的支撑结构。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二功能区内设置硬质过滤填料，包括砾石、砂石、金属、树脂、陶粒、活性炭、生物炭，所述硬质过滤填料中混合有轻质填料。

作为上述技术方案的进一步改进，湿地基质层的第一、第二功能区内设置有多个水平或/和垂直的子功能区，使污水按设定路径流经各子功能区。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括至少一个补充功能装置，用于向不同区域的基质空间输入溶液、气体、固体等调节物质以调节基质空间内组分的理化生性质；所述调节物质包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、聚丙烯酰胺、硅藻土、粘土、活性炭颗粒、污泥、藻体、菌体、植物纤维碎屑、絮凝剂、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、酸碱溶液、空气、甲烷、发酵产气体、糖类、油脂、有机酸、有机酸酯、小分子醇的任意一种或其组合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述补充功能装置包括气体补充装置，所述气体补充装置包括布气装置、输气管和气源，所述布气装置设置在基质层中；所述输气管上设置有物质补充口，布气装置包括布气通道，通过布气管道向基质层补充所述调节物质。

作为上述技术方案的进一步改进，所述基质层内设置有振动源，其发出的振动带动水体发生相应的振动，使得污水与填料之间产生相对运动，从而促进填料上附着的微生物与水体内营养物质的有效接触，同时促进生物膜更新。

作为上述技术方案的进一步改进，设置有排淤装置，包括泥水泵、排淤管和固液分离器，用于排出沉积在所述基质层底部的沉积物和更新絮凝体填料，所述泥水泵将第一功能区底部的沉积物或/和絮凝体填料通过排淤管抽至固液分离器中分离。

作为上述技术方案的进一步改进，使用截留干化池作为所述固液分离器，用于收集并过滤所述排淤装置排出的沉积固体，所述截留干化池使用开顶容器构建，内部设有过滤填料或/和过滤袋，所述容器内种植植物，所述容器底部设置有污水回流装置，用于将过滤出的污水回流至设定区域，所述截留干化池放置于第二功能区填料上部或湿地外部。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种基质空间改进型人工湿地系统，包括进水装置、出水装置和用于过滤和净化污水的基质层，所述基质层包括至少两层功能区，所述功能区内设置有用于过滤污水的填料，所述功能区之间设置有用于分隔各层填料的分隔装置，实现人工湿地基质空间的优化，有助于保障系统长期、高效、安全地运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要实用的附图做简单说明：

图1是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第一个实施例的截面及结构示意图；

图2是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第二个实施例的截面及结构示意图；

图3是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第三个实施例的截面及结构示意图。

图4是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第四个实施例的截面及结构示意图。

图5是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第五个实施例的截面及结构示意图。

图6是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第一个实施例中软式填料的结构示意图；

图7是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第一个实施例中截留干化池的结构示意图。

图中标号说明：进水管1，出水管2，泥水泵3，过滤填料4，溶液罐5，漂浮填料6，纤维束填料7，絮凝体填料8，振动源9，气源10，排污管11，截留干化池12，输气管13，纤维束浮体14，污水回流分布管15，分隔装置16，漂浮层湿地浮体17，穿透管18，防渗膜19，生态袋护围20，植物21，省略符22，水流方向23，沉积池24，固液分离器 25，布气装置26，溶液阀门27，透水框架28，封闭框架29，生态袋护坡面30，水位调节管31，浮岛框架32，驱动泵33，浮岛浮体34，过渡支撑填料层35，底层支撑填料36，水面37。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本实用新型中所涉及的上、下、左、右等方位描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的。本实用新型中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例1：

图1是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第一个实施例的截面及结构示意图，参考图1，一种基质空间改进型人工湿地系统包括：进水装置、出水装置、用于过滤和净化污水的基质层、补充功能装置和排淤装置，人工湿地表面种植有植物21，基质层包括至少两层功能区，其设置有用于过滤污水的填料，且功能区之间设置有分隔装置，将各功能区隔开。

本实施例中，人工湿地系统的基质层包括下、上两层功能区，分别为第一功能区和第二功能区，第一功能区在下，第二功能区在上，两个功能区之间设置分隔装置，该分隔装置为可透水的透水分隔装置，具体为透水隔板16，其固定在基质层中，透水隔板上分布有可透水的空隙，进水装置具体为布设在第一功能区底部的进水管1，其管壁上分布有若干可透水的空隙，使得进水管中的污水可透过该空隙进入第一功能区中，出水装置设置在第二功能区上部，具体为与第二功能区的上部连通的出水管2。

基质层中设置用于过滤和净化污水的填料，第一功能区内设置软式填料，所谓软式填料，为与坚硬砾石等填料相区分的具有一定弹性或柔韧性的基质填料，用于形成生物膜或为微生物提供吸附载体，软式填料包括但不限于植物纤维、化纤、碳纤维编织成的纤维束填料7和可形成颗粒悬浊液的絮凝体填料8中的至少一种；第二功能区内设置硬质过滤填料4，包括砾石、砂石等传统密度较大且硬质的填料，同时可搭配陶瓷粒、棕榈丝，椰壳纤维等优化上层填料。

本实施例中，该第一功能区内填置纤维束填料7一端固定有纤维束浮体14，另一端可固定在进水管1上，使得纤维束填料7竖直悬浮在第一功能区中，其在水中的相对晃动，有利于吸附在其纤维束上的老化的生物膜脱落；

在本方案的其他实施例中，第一功能区内可设置絮凝体填料8，所述絮凝体填料包括但不限于可形成颗粒悬浊液的硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、聚丙烯酰胺、硅藻土、粘土、活性炭颗粒、污泥、藻体、菌体、植物纤维碎屑、絮凝剂、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁等可细颗粒填料的任意一种或其组合。

在本方案的其他实施例中，还可以将纤维束填料7和絮凝体填料8 组合设置在第一功能区内。

第一功能区内还设置有漂浮填料6，可为但不限于各类密度比水小的颗粒填料、片状填料体或搭配浮体以漂浮的其它类型填料，如轻质陶瓷粒填料及各类塑制填料，该漂浮填料6漂浮在第一功能区内水体的上方，有利于增加污水的流经界面，当水位变化时，漂浮填料6随着水位变化产生晃动，漂浮填料6的颗粒之间产生相对运动，颗粒之间的相互碰撞与揉搓有利于将附着在其表面的生物膜脱落，为新的微生物提供附着点位，从而促进生物膜的更新。

补充功能装置，包括气体补充装置和/或液体补充装置，本实施例中，系统设置有气体补充装置和液体补充装置，可通过该气体补充装置向基质层中补充用于调节基质空间的氧含量或其它气体成分；通过该液体补充装置向基质层中补充用于调节污水理化生性质的液体。

气体补充装置包括微孔曝气装置26、输气管13和气源10，布气装置26包括但不限于开孔布气管、微孔曝气管、曝气盘等，其输气壁上分布有曝气孔，装置内的气体可通过该孔到达曝气分布到装置外；本实施例中，该布气装置设置在第一功能区内，具体为固定在第一功能区内的纤维束浮体14上，从而悬浮在第一功能区内水体上部，包括两根输气管13，分别连通固定在纤维束浮体14上和设置在第一功能区底部的微孔曝气装置，两根输气管上分布设置有输气管阀门，两个通气阀门之间单独工作互不影响，输气管将微孔曝气装置26与气源10连通，气源 10通过鼓风机或空压机将气体通过输气管13通入微孔曝气装置26，实现对第一功能区内曝气，即对第一功能区内补充气体，且固定在纤维束浮体上的微孔曝气装置在曝气过程会增加纤维束浮体14及纤维束填料7 的晃动，有助于纤维束上发送好氧生化，使生物膜脱落，从而为微生物提供新的附着点，促进纤维束上生物膜的更新换代；设置在第一功能区底部的微孔曝气装置可促进底部的有氧生化和吹脱附着在填料上的老化生物膜。

液体补充装置包括溶液罐5和液体补充管，在溶液罐内可配置水溶性的调节液，用以调节湿地基质层的理化生条件，该水溶性调节液可为但不限于碳源溶液、pH调节液等，溶液罐5内的溶液还可配置为上述絮凝体悬浊液。溶液罐5通过液体补充管将溶液输入到特定基质层，溶液罐5内的液体在其自身重力的作用下或气源10的压力下通过液体补充管进入特定区域中。

本实施例中，溶液罐5串接在气体补充装置的输气管13上，通过设置在与其串接的输气管上的溶液阀门27的开关实现溶液的通断，溶液罐5内的溶液可在重力作用下或气源10的气压下通过布气装置26布入基质空间，其通过其中一根输气管13输入到底部的进水管或底层空间，不同输气管13的启用由不同的输气管阀门控制。

在第一功能区中还设置有振动源9，其可为声波发生器或机械振动发生器，其发出的振动带动水体发生相应的振动，使得水体与填料之间产生相对运动，从而促进填料上附着的微生物与水体内营养物质发生有效接触，可促使水体中的絮凝体填料均质化，增加水体与填料的相对运动，促进高密度物质沉积到底部；将其安装在纤维束浮体14上，还可加强纤维束填料在水中产生的相对晃动，有利于老化的生物膜脱落，促进纤维束上生物膜的更新换代。

第一功能区底部设置有沉积池24，用于收集絮凝体填料、生化衍生的固体沉积物。

人工湿地还设置有排淤装置，排淤装置包括泥水泵3、排污管11、固液分离器25或截留干化池12，排污管11将泥水泵和固液分离器25 或截留干化池12连通，泥水泵3可为但不限于潜污泵、电/气动隔膜泵、提升泵等，用于将第一功能区底部沉积池24内沉积的沉积物沿排污管11排出到固液分离器25或截留干化池12；固液分离器25与污水回流分布管15连通，经过其截滤出来的液体可通过污水回流分布管15回流至人工湿地的设定区域，截留干化池12用于收集排淤装置排出的淤泥并对其进行过滤干化，其底部与污水回流管15接通，其过滤出的液体可通过污水回流分布管15回流至人工湿地的设定区域，截留干化池12 为由开放容器承托的小型湿地，其可叠放于现有湿地上层，容器内有过滤填料并种植植物，所述过滤填料由底至表为10-60mm粒径颗粒，5-20mm 粒径颗粒，以及细沙层，其厚度依实际需要调配，容器内亦可设置过滤袋。

控制终端，可按照程序设置对上述进水装置、出水装置、补充功能装置和排淤装置进行统一控制，从而控制进水、出水、补充添加物和排出沉积物的过程。将调节调控均设置为电气化结构，并结合各类传感器的反馈，通过控制终端实现高自动化调控，所述控制终端用于控制系统内电器装置的运作，其可为但不限于PLC(Programmable Logic Controller/可编程逻辑控制器)、单片机、运动控制器、时控开关及微型处理终端等。

排淤系统(泥水泵3、排泥管11、层叠污泥截留干化池12、固液分离器25)定时或通过基质空间内部积淤情况，启动排淤流程，依据情况转移层叠污泥截留干化池12或/和固液分离器25中的截留物，必要时通过系统进水或调控调节系统(加液罐5、气源10、输气管阀门27)补充絮凝体。

依据水质情况，设置悬浮曝气装置(纤维束浮体14、气源10、布气装置26、输气管阀门27、控制终端)的曝气量和频率。

依据水质情况或传感器反馈，调控调节系统(加液罐5、气源10、输气管阀门27)的输入液体种类、量和输入位置。

依据下层基质空间絮凝体的状况，设置振动源9的振动频率、振幅和振动时长。

具体实施时，污水的进水水头需高于湿地系统的出水水头驱动，或通过泵抽持续从第二功能区的出水装置抽离净化后的水驱动，使污水由通过进水管1进入第一功能区，并随压力上行，穿过絮凝体填料8或/ 和纤维束填料7，透过穿孔透水隔板16进入第二功能区内的硬质过滤填料4，污水在各种填料、微生物及植物根系间的物理、化学、生物综合作用下而得到净化，并从第二功能区上部的出水管2排出。

泥水泵3从底层的沉积池24将净化衍生的沉积物抽出系统外处理，沉积物抽出后可排入层叠污泥截留干化池12或固液分离器25处理，截留干化池12和固液分离器25底部都有污水回流分布管15将分离后的污水输回湿地系统的设定区域。

实施例2：

图2是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第二个实施例的截面结构示意图，参考图4，本实施例与第一个实施例的不同之处在于：使用非固定式透水分隔装置将湿地基质层分隔成下、上结构的第一功能区和第二功能区，下层为第一功能区，上层为第二功能区，透水分隔装置具体为四周封闭、底层透水的透水框架28，透水框架的四周及内的基质中镶嵌有多个浮体17，使湿地的上层基质(即第一功能区)可漂浮于水上，形成漂浮湿地层，透水框架28上沿高于湿地水位，污水由进水管1进入第一功能区，并从透水框架28底部透水到第二功能区，从而从基质上部的出水管2出水；该实施例中，湿地基质空间在原地挖开后，对原土进行夯实后再铺设防渗膜19，下沉空间的坡面可用生态袋做护坡面30或降低坡面坡度，湿地上沿可用生态袋做护围20。

该实施例亦可为利用江、河、湖、塘、水池等水体的全部或局部分隔形成的相对水下空间为所述第一功能区，利用泵循环处理水体水质。

本实施例除了上述区别以外，其他设置均与第一个实施例基本相同，基质空间内部的调节调控方案与第一实施例的调节方案基本相同。

实施例3：

图3是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第三个实施例的截面及结构示意图，以上第一个、第二个实施例均为上行流态系统，运行时水体占满湿地系统的基质空间为饱和运行，本实施例将上层滤过吸收层改为下行不饱和流，参考图3，本实施例与第一、第二个实施例的不同之处在于：湿地的第二功能区由底层和四周均不透水的封闭框架29 所围成，封闭框架的四周及内的基质中镶嵌有多个浮体17，使湿地的上层基质(即第一功能区)可漂浮于水上，形成漂浮湿地层，第二功能区中有均匀镶嵌有穿透管18，其穿透封闭框架29的底层并延至湿地表面，封闭框架29的上沿高出第二功能区的水位，湿地的出水管2设置于第二功能区的底部并与其连通，出水管2的出水口设置有一段软管作水位调节管31，可通过调节31的弯曲高度从而调节污水在上层基质空间的饱和度，实现基质内的复氧、落干、浸水等状态的调节，水位调节管31 的弯曲高度调节可通过伺服电机控制，实现自动控制；污水通过进水管 1进入第一功能区，上行通过穿透管18引至第二功能区上表面溢出，进行再布水，经过第二功能区过滤填料4的过滤后从设置与第二功能区底部的出水管2排出。

该实施例亦可为利用江、河、湖、塘、水池等水体的全部或局部分隔形成的相对水下空间为所述第一功能区，利用泵循环处理水体水质。

本实施例除了上述区别以外，其他设置均与第一个实施例基本相同，基质空间内部的调节调控方案与第一实施例的调节方案基本相同。

实施例4：

本方案的第四个实施例，与实施例1相比，下层基质空间可用大粒径的填料作为底层支撑36，穿孔透水分隔装置16可改为过渡支撑填料层35，絮凝体填料8游离于下层的大粒径填料36间。

本实施例除了上述区别以外，其他设置均与第一个实施例基本相同，基质空间内部的调节调控方案与第一实施例的调节方案基本相同。

实施例5：

参考图5，本方案的第五个实施例与实施例1相比，将实施例1中的上层滤过填料层改为下行不饱和流，所述第二功能区底部和四周均不透水的封闭框架可改为防渗膜构建，穿透管18穿透防渗膜并延伸至第二功能区表层，第一功能区内填充大粒径的填料作为底层支撑36，絮凝体填料8游离于下层的大粒径填料36间。

本实施例除了上述区别以外，其他设置均与第一个实施例基本相同，基质空间内部的调节调控方案与第一实施例的调节方案基本相同。

实施例6：

本技术方案除了上述陆基构建的实施例应用方案外，本技术方案还可用于构建漂浮性的净化浮岛，如图5所示，上述实施例1-5及其变形设计可构建于浮岛框架32内，借助于浮岛浮体34形成漂浮在水体中的净化浮岛，通过上层空间的驱动泵33吸水抽去上层空间的净化后水体来驱动水体持续从外部流入净化浮岛，并流经浮岛内各净化区，或通过外部输水，实现水体循环流动和净化。

其他设置均与第一个实施例基本相同，基质空间内部的调节调控方案与第一实施例的调节方案基本相同。

图6是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第一个实施例中软式填料的结构示意图，参考图6，纤维束填料7一端固定在纤维束浮体 14上，另一端固定在进水管1上，使得纤维束填料竖直悬浮在第一功能区内，微孔曝气装置26固定在纤维束浮体14上，曝气过程会增加纤维束浮体14及纤维束填料7的晃动，促进纤维束上生物膜的更新换代。

图7是本实用新型基质空间改进型人工湿地系统第一个实施例中截留干化池的结构示意图，参考图7，层叠污泥截留干化池12为由开放容器承托的小型湿地，其可叠放于现有湿地上层，容器内有过滤填料和植物21，所述过滤填料由底至表为10-60mm粒径颗粒，5-20mm粒径颗粒，以及细沙层，其厚度依实际需要调配，层叠污泥截留干化池12容器和固液分离器25底部都有污水回流分布管15将分离后的污水输回湿地系统的设定区域。

有上述实施例可知，第一功能区可为有防渗膜、金属板、塑料板/ 膜、砖混或砼造结构分隔的完全独立空间，也可以为江、河、湖、塘、水池等水体的全部局部分隔形成的相对空间，第一功能区亦可设置结构支撑骨架以支撑第二功能区的压力，结构支撑骨架可以为金属、塑料、碳纤维、砖混或砼造等的支撑结构。

基于上述基质空间改进型人工湿地系统，其污水净化步骤如下：

S10：将人工湿地基质层设置为至少下上两层功能区，进水装置位于下层功能区，出水装置位于上层功能区，各功能区内设置用于过滤污水的填料，并设置分隔装置将各功能区隔开；

S20：启动进水，使污水通入下层功能区的进水装置；

S30：污水逐一流经各个功能区，在各功能区的作用下进行过滤和净化；

S40：污水到达上层功能区，逐一流经各个功能区，在各功能区的作用下进行过滤和净化，并通过设置在上层功能区的出水装置输出净化后的水；

S50：启动振动源，促进水体与填料之间产生相对运动，提高填料上附着的微生物与水体内营养物质的有效接触，并促进生物膜更新；

S60：定期启动泥水泵，将下层功能区的沉积物抽至固液分离器或/ 和污泥截留干化池中分离，并依据情况转移分离出的固体沉积物。其污水净化调控优化方法包括但不限于：

M10：启动振动源，促进水体与填料之间产生相对运动，提高填料上附着的微生物与水体内营养物质的有效接触，并促进生物膜更新；

M20：启动泥水泵，将第一功能区的沉积物抽至固液分离器中分离，并转移分离出的固体沉积物；

M30：通过溶液补充装置输入新的絮凝体填料，向基质空间输入调节药剂；

M40：开启气体补充装置，调节湿地基质空间的气态物质成份或/和输入调节物质。

在实施步骤S10时，在下层功能区内填充软式填料，所述软式填料包括由植物纤维、化纤、碳纤维编织成的纤维束填料和可形成颗粒悬浊液的絮凝体填料中的至少一种。

在实施步骤S10时，湿地基质层的下上功能区内可设置多个水平或 /和垂直的子功能区，使污水按设定路径流经各子功能区。

在实施步骤S10时，污水从上层功能区的底部进入该功能区并向上流，到达上层功能区上部，然后从设置在上层功能区上部的出水装置排出。

在实施步骤S10时，污水从上层功能区上部进入该层功能区并向下流，到达上层功能区下部，然后从设置在上层功能区下部的出水装置排出。

在实施步骤S20过程中，可使污水的进水水头需高于湿地系统的出水水头驱动系统进水，或通过泵抽持续从第二功能区的出水装置抽离净化后的水驱动系统进水。

在实施步骤S20过程中，向相应的功能区内补充用于调节污水理化生性质的溶液补充物和/或用于调节基质空间的氧含量的气体补充物。

在实施步骤S20时或/和S30前，开启气体补充装置，调节湿地基质空间的氧含量或其它气体成分。

在实施步骤S20时或/和S30前，开启启动振动源，促进水体与填料之间产生相对运动，提高填料上附着的微生物与水体内营养物质的有效接触，并促进生物膜更新。

在实施步骤S30后，通过系统进水或调控调节系统(加液罐5、气源 10、输气管阀门27)补充絮凝体填料。

在实施步骤S20时和S30时，利用控制终端设定程序对上述进水、出水、调节功能和排淤功能进行统一控制，从而控制各过程的量、频率、启闭点及进行反馈。

在实施步骤S20时和S30时，利用各类传感器的反馈反映系统内各因素情况，作为控制终端调控的依据参数，实现系统自动化、智能化的运作。

在实施步骤S30过程中，向相应的功能区内补充用于调节污水理化生性质的调节物质。

在实施步骤S40时，污水通过透水分隔装置从上层功能区的底部进入该功能区并向上流，到达上层功能区上部，上层功能区处于饱和状态，然后从设置在上层功能区上部的出水装置排出；或在实施步骤S40时，污水通过防渗透分隔装置的穿透管分布至上层功能区上部，并在重力作用下向下渗流，使上层功能区处于不饱和状态，到达上层功能区下部，然后从设置在上层功能区下部的出水装置排出。

上述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型创造并不限制于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可以做出多种等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (12)

1.一种基质空间改进型人工湿地系统，其特征在于：包括进水装置、出水装置和用于过滤和净化污水的基质层，所述基质层包括位于下层的第一功能区和位于上层的第二功能区，所述第一功能区设置软式填料或/和漂浮填料，用于形成生物膜或为微生物提供附着载体；所述第二功能区内设置硬质过滤填料，所述第一功能区和所述第二功能区之间设置有分隔装置。

2.根据权利要求1所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征在于：所述分隔装置为可透水的透水分隔装置；所述进水装置与第一功能区的底部连通，所述出水装置与第二功能区的顶部连通；污水通过所述进水装置输入所述第一功能区的底部并向上流动，穿过所述透水分隔装置从而进入第二功能区的底部，并从第二功能区底部向上流动到达第二功能区的顶部，使第二功能区填料处于饱和状态，再由所述出水装置排出。

3.根据权利要求1所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征在于：所述分隔装置为不透水的防渗透分隔装置，所述防渗透分隔装置上设置有穿透管，所述穿透管穿透所述防渗透分隔装置，所述穿透管下端置于第一功能区中，上端向上延伸至第一功能区上部；所述进水装置与第一功能区的底部连通，所述出水装置与第二功能区的底部连通，污水通过所述进水装置输入所述第一功能区的底部并向上流动，从所述穿透管下端进入穿透管，污水在穿透管内继续上行，并从穿透管上端将污水分配到第二功能区的上部，并在重力作用下向下渗流到第二功能区底部，由所述出水装置排出，使第二功能区填料处于不饱和状态。

4.根据权利要求2或3所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征在于：所述软式填料包括多空隙填料、可形成颗粒悬浊液的絮凝体填料的至少一种；所述漂浮填料漂浮在第一功能区内的水体上方，包括密度比水小的颗粒填料、片状填料体或搭配浮体以漂浮的填料。

5.根据权利要求4所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征在于：所述第一功能区为结构分隔的完全独立空间，或局部分隔形成的相对空间，所述第一功能区设置结构支撑骨架以支撑所述第二功能区的压力，所述结构支撑骨架为金属、塑料、碳纤维、砖混或砼造的支撑结构。

6.根据权利要求2或3所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征在于：所述硬质过滤填料包括砾石、砂石、金属、树脂、陶粒、活性炭、生物炭，所述硬质过滤填料中混合有轻质填料。

7.根据权利要求1所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征在于：湿地基质层的第一、第二功能区内设置有多个水平或/和垂直的子功能区，使污水按设定路径流经各子功能区。

8.根据权利要求1所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征还在于：还包括至少一个补充功能装置，用于向不同区域的基质空间输入溶液、气体或固体调节物质以调节基质空间内组分的理化生性质。

9.根据权利要求8所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征在于：所述补充功能装置包括气体补充装置，所述气体补充装置包括布气装置、输气管和气源，所述布气装置设置在基质层中；所述输气管上设置有物质补充口，布气装置包括布气通道，通过布气管道向基质层补充所述调节物质。

10.根据权利要求1所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征还在于：所述基质层内设置有振动源，其发出的振动带动水体发生相应的振动，使得污水与填料之间产生相对运动，从而促进填料上附着的微生物与水体内营养物质的有效接触，同时促进生物膜更新。

11.根据权利要求1所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征还在于：设置有排淤装置，包括泥水泵、排淤管和固液分离器，用于排出沉积在所述基质层底部的沉积物和更新絮凝体填料，所述泥水泵将第一功能区底部的沉积物或/和絮凝体填料通过排淤管抽至固液分离器中分离。

12.根据权利要求11所述的基质空间改进型人工湿地系统，其特征还在于：使用截留干化池作为所述固液分离器，用于收集并过滤所述排淤装置排出的沉积固体，所述截留干化池使用开顶容器构建，内部设有过滤填料或/和过滤袋，所述容器内种植植物，所述容器底部设置有污水回流装置，用于将过滤出的污水回流至设定区域，所述截留干化池放置于第二功能区填料上部或湿地外部。