一種處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠的制作方法
【專利摘要】一種處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠，包括格柵、沉淀調(diào)節(jié)池、單元式生態(tài)溝渠、植物柵籬和回用裝置，所述單元式生態(tài)溝渠包括生態(tài)溝渠單元⑴和濕地溝渠單元⑵，兩種單元交替設(shè)置，生態(tài)溝渠單元⑴和濕地溝渠單元⑵的出水處均設(shè)有攔截跌水壩⑶，所述攔截跌水壩⑶上端設(shè)有三角溢流堰，下端開設(shè)出水口并設(shè)置控水閥⑺。其優(yōu)點(diǎn)是：本實(shí)用新型通過(guò)引入潛流式濕地溝渠單元、氮磷攔截箱、跌水溢流壩和植物柵籬等形成復(fù)合生態(tài)溝渠系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，可穩(wěn)定去除COD，提高氮磷污染物的去除率，并且防止二次污染。
【專利說(shuō)明】一種處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)水土工程和污水處理領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠。
【背景技術(shù)】
[0002]面源污水其具有面源污染的典型特點(diǎn)，即“排放分散、總量巨大、情況復(fù)雜”。從“十一五”階段開始，我國(guó)投入大量財(cái)力人力展開對(duì)面源污水控制的研究和試點(diǎn)，在滇池、太湖、巢湖和北京地區(qū)建立起數(shù)個(gè)大型示范工程并獲得大量經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論。在大量的研究和試點(diǎn)中，面源污水收集技術(shù)主要包括硬化溝渠、生態(tài)草溝和其他溝渠管路；面源污水處理工藝則包括生態(tài)塘、人工濕地、土地滲濾、生態(tài)滴濾和生態(tài)溝渠等；氮磷攔截方面則擴(kuò)展出生態(tài)透水壩和前置庫(kù)等技術(shù)。這些技術(shù)共同構(gòu)成了我國(guó)的面源污水控制技術(shù)體系。
[0003]在集中面源污水處理技術(shù)中，生態(tài)塘和人工濕地處理效率較高但占地面積較大且氮磷攔截能力不突出，造價(jià)相對(duì)較高；土地滲濾技術(shù)處理能力較強(qiáng)，氮磷攔截效果效果出色但是卻受到堵塞和壽命較短的困擾；生物滴濾效果優(yōu)良但是建設(shè)耗資大、運(yùn)行費(fèi)用高，性價(jià)比較低而不適宜推廣；生態(tài)溝渠和其他技術(shù)相比，具有較高的處理效率和較小的占地面積、低廉的造價(jià)，還兼具水利和生態(tài)景觀價(jià)值，最重要的是生態(tài)溝渠改進(jìn)前景和拓展性良好，近年來(lái)得到深入的研究和發(fā)展。
[0004]目前我國(guó)已經(jīng)有大量新建的和經(jīng)改造而成的生態(tài)溝渠，這些生態(tài)溝渠在面源污水?dāng)r截處理中起到了巨大的作用，但是在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)了如下問(wèn)題:
[0005](I)普通生態(tài)溝渠對(duì)COD的去除率可以達(dá)到75%以上，但是處理效率不穩(wěn)定，溫度和水量對(duì)處理效率的影響很大，當(dāng)溫度較低時(shí)生化和吸附去除效率普遍不足50%，而當(dāng)暴雨、洪水來(lái)臨時(shí)則幾乎無(wú)法處理污水；
[0006](2)普通生態(tài)溝渠對(duì)氮磷污染物去除效率不高，普通生態(tài)溝渠主要依靠渠內(nèi)的挺水植物和底泥微生物圈對(duì)氮磷污染物進(jìn)行吸附和吸收，由于植物量、接觸面積、反應(yīng)效率和停留時(shí)間的限制，總氮(TN)、總磷(TP)去除率一般維持在75%和60%左右，而且在系統(tǒng)吸附飽和之后處理效率還會(huì)逐漸下降；
[0007](3)生態(tài)溝渠中生長(zhǎng)的植物在吸收了大量氮磷污染物后沒有得到有效的處置，在冬季或者暴雨時(shí)會(huì)將吸收的污染物以淋溶或異化的形式反釋進(jìn)入水體，造成二次污染。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的是提供一種穩(wěn)定去除C0D、提高氮磷污染物的去除率并且防止二次污染的處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠。
[0009]一種處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠，包括格柵、沉淀調(diào)節(jié)池、單元式生態(tài)溝渠、植物柵籬和回用裝置，所述單元式生態(tài)溝渠包括生態(tài)溝渠單元I和濕地溝渠單元2，兩種單元交替設(shè)置，生態(tài)溝渠單元I和濕地溝渠單元2的出水處均設(shè)有攔截跌水壩3，所述攔截跌水壩3上端設(shè)有三角溢流堰，下端開設(shè)出水口并設(shè)置控水閥7。[0010]所述生態(tài)溝渠單元I，其邊壁和池底種植有濕生挺水植物9，在渠底每隔l_3m錯(cuò)雜布設(shè)氮磷攔截箱8。
[0011]所述氮磷攔截箱8內(nèi)部填有鋼渣，外表面為塑料或金屬土工格網(wǎng)。
[0012]所述濕地溝渠單元2，包括多層生態(tài)濾料5，生態(tài)濾料5上表面種植有濕地植物4 ；所述生態(tài)濾料5的各層濾料按照從上至下粒徑逐漸減小的順序設(shè)置。
[0013]所述單元式生態(tài)溝渠左右兩側(cè)設(shè)有植物柵籬，植物柵籬包括卵石帶10、濕生草本挺水植物11和濕地喬灌木12，所述卵石帶10具有3-10%的坡度，卵石帶10向外2米范圍內(nèi)密植濕生草本挺水植物11和濕地喬灌木12。
[0014]所述濕生挺水植物9和濕生草本挺水植物11，包括但不限于蘆葦、香蒲、水菖蒲、
美人蕉。
[0015]所述濕地喬灌木12，包括但不限于蒲棒、木槿、鳳尾蘭、紫藤。
[0016]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:污水依次交替經(jīng)過(guò)單元式生態(tài)溝渠中的生態(tài)溝渠單元和濕地溝渠單元，在這一過(guò)程中完成對(duì)污水主要污染物的去除。
[0017]污水在生態(tài)溝渠單元中呈現(xiàn)滿流狀態(tài)，由于溝渠水平構(gòu)筑無(wú)落差和氮磷攔截箱、渠底挺水植物的攔擋和黏滯作用，污水在該單元內(nèi)流速緩慢而均勻。通過(guò)沉淀作用，污水中的懸浮顆粒物(SS)進(jìn)一步攜帶顆粒有機(jī)污染物沉淀、凝聚在渠底和側(cè)壁的挺水植物群落和底泥上。底泥中和水中的的活性菌膠團(tuán)、水棲微生物通過(guò)較大的比表面積吸附有機(jī)污染物并在好氧環(huán)境下通過(guò)新陳代謝將有機(jī)污染物吸收、轉(zhuǎn)化、同化為生物質(zhì)完成對(duì)生化需氧量(BOD)的去除；而挺水植物和依附其生長(zhǎng)的根際生物圈則通過(guò)根系吸附、協(xié)同作用吸附水中的含氮污染物和部分含磷污染物，并分別通過(guò)硝化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)、吸磷釋磷反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂陀袡C(jī)磷完成去除；水中的氮磷攔截箱內(nèi)部填充鋼渣，首先通過(guò)鋼渣的多孔結(jié)構(gòu)吸附污水中的小顆粒污染物，再通過(guò)鋼渣中大量的氧化鈣(CaO)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鐵(Fe2O3)等活性成分快速與污水中的無(wú)極磷形成羥基磷酸鈣等穩(wěn)定的磷化物并沉積于鋼渣表面，僅需15min即可完成強(qiáng)化除磷的化學(xué)過(guò)程，在鋼渣吸附飽和后，攔截箱仍舊保有較大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，仍可作為生物濾料通過(guò)微生物附著完成污水黏滯和處理，同時(shí)表面沉積大量磷化物有助于生物穩(wěn)定生長(zhǎng)和繁盛。該單元出水通過(guò)溢流跌水壩進(jìn)入濕地溝渠單元。
[0018]污水在跌水進(jìn)入濕地溝渠單元前通過(guò)形成水幕和沖擊鼓泡完成復(fù)氧過(guò)程，隨后直接淋入生態(tài)濾料中。污水在生態(tài)濾料層中呈現(xiàn)水平、垂直復(fù)合潛流態(tài)。首先通過(guò)各層生態(tài)濾料的阻截和篩除作用分別攔截不同粒徑的有機(jī)污染物顆粒，再由濾料和濾料中附生的微生物吸附并通過(guò)微生物新陳代謝將其轉(zhuǎn)化去除。在這一過(guò)程中，濾料表面的濕地植物群落一方面可以通過(guò)發(fā)達(dá)的根系強(qiáng)化復(fù)氧和擴(kuò)大濕地總生物量，另一方面根系生物圈可以完成對(duì)氮磷污染物的吸附、吸收、轉(zhuǎn)化并補(bǔ)充深層濾料中的生物量，使得該單元形成“挺水植物-微型水棲動(dòng)物-微生物群落”的完善生態(tài)圈。該單元出水由溢流跌水壩下端的出水口處水，進(jìn)入下一單元。
[0019]本實(shí)用新型處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明通過(guò)引入潛流式濕地溝渠單元、氮磷攔截箱、跌水溢流壩和植物柵籬等形成復(fù)合生態(tài)溝渠系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷；
[0020]交替式設(shè)置普通生態(tài)溝渠單元和濕地溝渠單元，不僅可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同單元出水方式強(qiáng)化系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)水量沖擊的適應(yīng)性，而且保證污水通過(guò)兩個(gè)相鄰單元時(shí)，依次處于好氧和貧氧的狀態(tài)，這種氧含量的交替變化有利于氮磷污染物的脫除。同時(shí)通過(guò)跌水和植物根系的復(fù)氧和普通生態(tài)溝渠單元的沉淀作用，保證復(fù)合生態(tài)溝渠單元不易堵塞，降低系統(tǒng)故障率。同時(shí)，兩個(gè)單元構(gòu)筑形態(tài)相同，可以根據(jù)季節(jié)、溫度、水量水質(zhì)的變化自由更換各種單元配置以達(dá)到最佳處理效果；
[0021]植物柵籬沿生態(tài)溝渠建設(shè)，卵石帶和密植植物帶緊鄰生態(tài)溝渠設(shè)置，一方面充當(dāng)生態(tài)護(hù)坡保護(hù)生態(tài)溝渠，同時(shí)當(dāng)生態(tài)溝渠水量滿溢或洪水到來(lái)時(shí)，植物柵籬可以與生態(tài)溝渠形成濕地緩沖帶，固土防洪并阻止污水外流造成二次污染；而在暴雨時(shí)，植物柵籬不僅可以通過(guò)卵石帶和植物根系莖葉的攔阻作用避免暴雨夾帶異物進(jìn)入溝渠造成堵塞或污染，也可以均勻緩沖暴雨水量，保護(hù)生態(tài)溝渠系統(tǒng)。植物柵籬和生態(tài)溝渠單元組成的伴生系統(tǒng)可以形成較為高等的生態(tài)群落，強(qiáng)化污水處理的同時(shí)還可以形成良好的沿岸生態(tài)景觀，調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)厮翚夂颉?br> 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為濕地溝渠單元的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中，I為生態(tài)溝渠單元，2為濕地溝渠單元，3為攔截跌水壩，4為濕地植物，5為生態(tài)濾料，6為防滲混凝土，7為控水閥，8為氮磷攔截箱，9為濕生挺水植物，10為卵石帶，11為濕生草本挺水植物，12為濕地喬灌木。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明:
[0026]本實(shí)用新型處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠，包括格柵、沉淀調(diào)節(jié)池、單元式生態(tài)溝渠、植物柵籬和回用裝置，經(jīng)過(guò)管渠收集的村灣污水和灌溉排水等進(jìn)入系統(tǒng)，依次經(jīng)過(guò)格柵、沉淀調(diào)節(jié)池、單元式生態(tài)溝渠和回用裝置后回用或排放。
[0027]所述格柵、沉淀調(diào)節(jié)池由混凝土構(gòu)筑為一體化方形池，格柵柵距2-10mm，沉淀調(diào)節(jié)池深度1.5m，鋪設(shè)HDPE防滲膜。格柵通過(guò)濾除作用出去污水中的漂浮物和大顆粒垃圾。沉淀調(diào)節(jié)池一方面穩(wěn)定污水水質(zhì)水量，懸浮物(SS)得以沉淀，同時(shí)通過(guò)較長(zhǎng)的停留時(shí)間形成兼性厭氧的條件，通過(guò)兼性微生物的生化作用將污水中的大顆粒有機(jī)污染物水解酸化為小顆粒有機(jī)物，降低污水生化需氧量(BOD)并提升污水可生化性，完成與處理的污水通過(guò)溢流堰進(jìn)入復(fù)合生態(tài)溝渠單元進(jìn)行凈化處理。
[0028]所述單元式生態(tài)溝渠，包括生態(tài)溝渠單元I和濕地溝渠單元2 (如圖1所示)，兩種單元交替連接。每個(gè)單元末端設(shè)置攔截跌水壩3，上端修筑三角溢流堰，下端開出水口并設(shè)置控水閥7 ;如有必要，攔截跌水壩3中部也可以開出水口。
[0029]生態(tài)溝渠單元I由防滲混凝土 6構(gòu)筑，截面為上大下小的倒梯形，渠下端寬
0.5-1.0m,渠深0.5m,邊壁傾角60°,敷設(shè)環(huán)?；ùu。渠長(zhǎng)度根據(jù)當(dāng)?shù)氐貏?shì)變化取3_10m不
坐寸o
[0030]生態(tài)溝渠單元1，在邊壁和池底人工種植土著濕生挺水植物9，在渠底每隔1.5m錯(cuò)雜布設(shè)內(nèi)填鋼洛的格籠形成氮磷攔截箱8 ;氮磷攔截箱8尺寸為0.5mX0.5mX0.3m的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。
[0031]氮磷攔截箱8表面為塑料或金屬土工格網(wǎng)，內(nèi)部可填充鋼渣或改性鋼渣174kg。按照生態(tài)溝渠系統(tǒng)日處理水量50m3，水中含磷量20mg/L并去除90%，鋼渣吸附飽和量為
2.5mg/L來(lái)計(jì)算，每只攔截箱使用約2年達(dá)到吸附飽和。在達(dá)到飽和之后可以立即更換攔截箱，亦可使其沉滯水中作為生態(tài)填料作為微生物營(yíng)養(yǎng)基使用。
[0032]所述濕地溝渠單元2，如附圖2所示:填滿礫石、陶粒和煤渣組成的多層生態(tài)濾料
5,由上至下粒徑由15mm減小至3mm。
[0033]生態(tài)濾料5表面種植土著濕地植物4，如有必要可以使用人工營(yíng)養(yǎng)基。
[0034]植物柵籬截面圖如附圖2所示:卵石帶10寬度0.5m,使用粒徑3-lOcm卵石鋪設(shè)，并保持3%-10%的坡度。由包括卵石帶10向外2m范圍內(nèi)密植濕生草本挺水植物11和濕地喬灌木12，共同構(gòu)成植物柵籬。植物柵籬沿生態(tài)溝渠建設(shè)，卵石帶10和密植植物帶緊鄰生態(tài)溝渠設(shè)置，一方面充當(dāng)生態(tài)護(hù)坡保護(hù)生態(tài)溝渠，同時(shí)當(dāng)生態(tài)溝渠水量滿溢或洪水到來(lái)時(shí)，植物柵籬可以與生態(tài)溝渠形成濕地緩沖帶，固土防洪并阻止污水外流造成二次污染；而在暴雨時(shí)，植物柵籬不僅可以通過(guò)卵石帶和植物根系莖葉的攔阻作用避免暴雨夾帶異物進(jìn)入溝渠造成堵塞或污染，也可以均勻緩沖暴雨水量，保護(hù)生態(tài)溝渠系統(tǒng)。植物柵籬和生態(tài)溝渠單元組成的伴生系統(tǒng)可以形成較為高等的生態(tài)群落，強(qiáng)化污水處理的同時(shí)還可以形成良好的沿岸生態(tài)景觀，調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)厮翚夂颉?br> [0035]特別的，本實(shí)用新型中的挺水植物包括蘆葦、香蒲、水菖蒲、美人蕉及當(dāng)?shù)赝林参?，灌木則包括蒲棒、木槿、鳳尾蘭、紫藤等。選種盡量增加土著植物比例并避免引入濕地植物破壞當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有生態(tài)平衡，種植比例根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件確定。
[0036]本實(shí)用新型處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠可末端設(shè)置溢流堰，分別連接值農(nóng)田灌溉塘渠和收納水體并設(shè)置分流堰，在旱季時(shí)尾水排入塘渠回用，雨季時(shí)直接排放進(jìn)入自然水體。有條件的地區(qū)亦可增設(shè)人工濕地、前置庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)污水深度處理。
[0037]在每年秋季，需要將復(fù)合生態(tài)溝渠單元和植物柵籬的植物進(jìn)行收割，并通過(guò)厭氧堆肥、禽畜喂養(yǎng)、經(jīng)濟(jì)植物深加工將植物進(jìn)行處置，以防止氮磷污染物二次污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益回饋于民。
【權(quán)利要求】
1.一種處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠，包括格柵、沉淀調(diào)節(jié)池、單元式生態(tài)溝渠、植物柵籬和回用裝置，其特征在于:所述單元式生態(tài)溝渠包括生態(tài)溝渠單元⑴和濕地溝渠單元⑵，兩種單元交替設(shè)置，生態(tài)溝渠單元⑴和濕地溝渠單元⑵的出水處均設(shè)有攔截跌水壩⑶，所述攔截跌水壩⑶上端設(shè)有三角溢流堰，下端開設(shè)出水口并設(shè)置控水閥(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠，其特征在于:所述生態(tài)溝渠單元⑴，其邊壁和池底種植有濕生挺水植物(9)，在渠底每隔l-3m錯(cuò)雜布設(shè)氮磷攔截箱(8)。
3.如權(quán)利要求2所述的處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠，其特征在于:所述氮磷攔截箱⑶內(nèi)部填有鋼渣，外表面為塑料或金屬土工格網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠，其特征在于:所述濕地溝渠單元⑵，包括多層生態(tài)濾料(5)，生態(tài)濾料(5)上表面種植有濕地植物⑷；所述生態(tài)濾料(5)的各層濾料按照從上至下粒徑逐漸減小的順序設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的處理村落面源污水的復(fù)合生態(tài)溝渠，其特征在于:所述單元式生態(tài)溝渠左右兩側(cè)設(shè)有植物柵籬，植物柵籬包括卵石帶(W)、濕生草本挺水植物(11)和濕地喬灌木(12)，所述卵石帶(W)具有3-10%的坡度，卵石帶(W)向外2米范圍內(nèi)密植濕生草本挺水植物(11)和濕地喬灌木(12)。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK203451288SQ201320536042
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】胡將軍, 余芃飛, 霍子平 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)