一种处理村落面源污水的复合生态沟渠的制作方法
【专利摘要】一种处理村落面源污水的复合生态沟渠，包括格栅、沉淀调节池、单元式生态沟渠、植物栅篱和回用装置，所述单元式生态沟渠包括生态沟渠单元⑴和湿地沟渠单元⑵，两种单元交替设置，生态沟渠单元⑴和湿地沟渠单元⑵的出水处均设有拦截跌水坝⑶，所述拦截跌水坝⑶上端设有三角溢流堰，下端开设出水口并设置控水阀⑺。其优点是：本实用新型通过引入潜流式湿地沟渠单元、氮磷拦截箱、跌水溢流坝和植物栅篱等形成复合生态沟渠系统，克服现有技术中的缺陷，可稳定去除COD，提高氮磷污染物的去除率，并且防止二次污染。
【专利说明】一种处理村落面源污水的复合生态沟渠
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及农业水土工程和污水处理领域，具体的说是一种处理村落面源污水的复合生态沟渠。
【背景技术】
[0002]面源污水其具有面源污染的典型特点，即“排放分散、总量巨大、情况复杂”。从“十一五”阶段开始，我国投入大量财力人力展开对面源污水控制的研究和试点，在滇池、太湖、巢湖和北京地区建立起数个大型示范工程并获得大量经验和结论。在大量的研究和试点中，面源污水收集技术主要包括硬化沟渠、生态草沟和其他沟渠管路；面源污水处理工艺则包括生态塘、人工湿地、土地渗滤、生态滴滤和生态沟渠等；氮磷拦截方面则扩展出生态透水坝和前置库等技术。这些技术共同构成了我国的面源污水控制技术体系。
[0003]在集中面源污水处理技术中，生态塘和人工湿地处理效率较高但占地面积较大且氮磷拦截能力不突出，造价相对较高；土地渗滤技术处理能力较强，氮磷拦截效果效果出色但是却受到堵塞和寿命较短的困扰；生物滴滤效果优良但是建设耗资大、运行费用高，性价比较低而不适宜推广；生态沟渠和其他技术相比，具有较高的处理效率和较小的占地面积、低廉的造价，还兼具水利和生态景观价值，最重要的是生态沟渠改进前景和拓展性良好，近年来得到深入的研究和发展。
[0004]目前我国已经有大量新建的和经改造而成的生态沟渠，这些生态沟渠在面源污水拦截处理中起到了巨大的作用，但是在实际使用中发现了如下问题:
[0005](I)普通生态沟渠对COD的去除率可以达到75%以上，但是处理效率不稳定，温度和水量对处理效率的影响很大，当温度较低时生化和吸附去除效率普遍不足50%，而当暴雨、洪水来临时则几乎无法处理污水；
[0006](2)普通生态沟渠对氮磷污染物去除效率不高，普通生态沟渠主要依靠渠内的挺水植物和底泥微生物圈对氮磷污染物进行吸附和吸收，由于植物量、接触面积、反应效率和停留时间的限制，总氮(TN)、总磷(TP)去除率一般维持在75%和60%左右，而且在系统吸附饱和之后处理效率还会逐渐下降；
[0007](3)生态沟渠中生长的植物在吸收了大量氮磷污染物后没有得到有效的处置，在冬季或者暴雨时会将吸收的污染物以淋溶或异化的形式反释进入水体，造成二次污染。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的是提供一种稳定去除C0D、提高氮磷污染物的去除率并且防止二次污染的处理村落面源污水的复合生态沟渠。
[0009]一种处理村落面源污水的复合生态沟渠，包括格栅、沉淀调节池、单元式生态沟渠、植物栅篱和回用装置，所述单元式生态沟渠包括生态沟渠单元I和湿地沟渠单元2，两种单元交替设置，生态沟渠单元I和湿地沟渠单元2的出水处均设有拦截跌水坝3，所述拦截跌水坝3上端设有三角溢流堰，下端开设出水口并设置控水阀7。[0010]所述生态沟渠单元I，其边壁和池底种植有湿生挺水植物9，在渠底每隔l_3m错杂布设氮磷拦截箱8。
[0011]所述氮磷拦截箱8内部填有钢渣，外表面为塑料或金属土工格网。
[0012]所述湿地沟渠单元2，包括多层生态滤料5，生态滤料5上表面种植有湿地植物4 ；所述生态滤料5的各层滤料按照从上至下粒径逐渐减小的顺序设置。
[0013]所述单元式生态沟渠左右两侧设有植物栅篱，植物栅篱包括卵石带10、湿生草本挺水植物11和湿地乔灌木12，所述卵石带10具有3-10%的坡度，卵石带10向外2米范围内密植湿生草本挺水植物11和湿地乔灌木12。
[0014]所述湿生挺水植物9和湿生草本挺水植物11，包括但不限于芦苇、香蒲、水菖蒲、
美人蕉。
[0015]所述湿地乔灌木12，包括但不限于蒲棒、木槿、凤尾兰、紫藤。
[0016]本实用新型是这样实现的:污水依次交替经过单元式生态沟渠中的生态沟渠单元和湿地沟渠单元，在这一过程中完成对污水主要污染物的去除。
[0017]污水在生态沟渠单元中呈现满流状态，由于沟渠水平构筑无落差和氮磷拦截箱、渠底挺水植物的拦挡和黏滞作用，污水在该单元内流速缓慢而均匀。通过沉淀作用，污水中的悬浮颗粒物(SS)进一步携带颗粒有机污染物沉淀、凝聚在渠底和侧壁的挺水植物群落和底泥上。底泥中和水中的的活性菌胶团、水栖微生物通过较大的比表面积吸附有机污染物并在好氧环境下通过新陈代谢将有机污染物吸收、转化、同化为生物质完成对生化需氧量(BOD)的去除；而挺水植物和依附其生长的根际生物圈则通过根系吸附、协同作用吸附水中的含氮污染物和部分含磷污染物，并分别通过硝化反应、反硝化反应、吸磷释磷反应转化为氮气和有机磷完成去除；水中的氮磷拦截箱内部填充钢渣，首先通过钢渣的多孔结构吸附污水中的小颗粒污染物，再通过钢渣中大量的氧化钙(CaO)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)等活性成分快速与污水中的无极磷形成羟基磷酸钙等稳定的磷化物并沉积于钢渣表面，仅需15min即可完成强化除磷的化学过程，在钢渣吸附饱和后，拦截箱仍旧保有较大的比表面积和多孔结构，仍可作为生物滤料通过微生物附着完成污水黏滞和处理，同时表面沉积大量磷化物有助于生物稳定生长和繁盛。该单元出水通过溢流跌水坝进入湿地沟渠单元。
[0018]污水在跌水进入湿地沟渠单元前通过形成水幕和冲击鼓泡完成复氧过程，随后直接淋入生态滤料中。污水在生态滤料层中呈现水平、垂直复合潜流态。首先通过各层生态滤料的阻截和筛除作用分别拦截不同粒径的有机污染物颗粒，再由滤料和滤料中附生的微生物吸附并通过微生物新陈代谢将其转化去除。在这一过程中，滤料表面的湿地植物群落一方面可以通过发达的根系强化复氧和扩大湿地总生物量，另一方面根系生物圈可以完成对氮磷污染物的吸附、吸收、转化并补充深层滤料中的生物量，使得该单元形成“挺水植物-微型水栖动物-微生物群落”的完善生态圈。该单元出水由溢流跌水坝下端的出水口处水，进入下一单元。
[0019]本实用新型处理村落面源污水的复合生态沟渠的优点是:本发明通过引入潜流式湿地沟渠单元、氮磷拦截箱、跌水溢流坝和植物栅篱等形成复合生态沟渠系统，克服现有技术中的缺陷；
[0020]交替式设置普通生态沟渠单元和湿地沟渠单元，不仅可以通过调节不同单元出水方式强化系统对水质水量冲击的适应性，而且保证污水通过两个相邻单元时，依次处于好氧和贫氧的状态，这种氧含量的交替变化有利于氮磷污染物的脱除。同时通过跌水和植物根系的复氧和普通生态沟渠单元的沉淀作用，保证复合生态沟渠单元不易堵塞，降低系统故障率。同时，两个单元构筑形态相同，可以根据季节、温度、水量水质的变化自由更换各种单元配置以达到最佳处理效果；
[0021]植物栅篱沿生态沟渠建设，卵石带和密植植物带紧邻生态沟渠设置，一方面充当生态护坡保护生态沟渠，同时当生态沟渠水量满溢或洪水到来时，植物栅篱可以与生态沟渠形成湿地缓冲带，固土防洪并阻止污水外流造成二次污染；而在暴雨时，植物栅篱不仅可以通过卵石带和植物根系茎叶的拦阻作用避免暴雨夹带异物进入沟渠造成堵塞或污染，也可以均匀缓冲暴雨水量，保护生态沟渠系统。植物栅篱和生态沟渠单元组成的伴生系统可以形成较为高等的生态群落，强化污水处理的同时还可以形成良好的沿岸生态景观，调节当地水土气候。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型处理村落面源污水的复合生态沟渠的结构示意图。
[0023]图2为湿地沟渠单元的截面结构示意图。
[0024]图中，I为生态沟渠单元，2为湿地沟渠单元，3为拦截跌水坝，4为湿地植物，5为生态滤料，6为防渗混凝土，7为控水阀，8为氮磷拦截箱，9为湿生挺水植物，10为卵石带，11为湿生草本挺水植物，12为湿地乔灌木。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图，对本实用新型进行进一步说明:
[0026]本实用新型处理村落面源污水的复合生态沟渠，包括格栅、沉淀调节池、单元式生态沟渠、植物栅篱和回用装置，经过管渠收集的村湾污水和灌溉排水等进入系统，依次经过格栅、沉淀调节池、单元式生态沟渠和回用装置后回用或排放。
[0027]所述格栅、沉淀调节池由混凝土构筑为一体化方形池，格栅栅距2-10mm，沉淀调节池深度1.5m，铺设HDPE防渗膜。格栅通过滤除作用出去污水中的漂浮物和大颗粒垃圾。沉淀调节池一方面稳定污水水质水量，悬浮物(SS)得以沉淀，同时通过较长的停留时间形成兼性厌氧的条件，通过兼性微生物的生化作用将污水中的大颗粒有机污染物水解酸化为小颗粒有机物，降低污水生化需氧量(BOD)并提升污水可生化性，完成与处理的污水通过溢流堰进入复合生态沟渠单元进行净化处理。
[0028]所述单元式生态沟渠，包括生态沟渠单元I和湿地沟渠单元2 (如图1所示)，两种单元交替连接。每个单元末端设置拦截跌水坝3，上端修筑三角溢流堰，下端开出水口并设置控水阀7 ;如有必要，拦截跌水坝3中部也可以开出水口。
[0029]生态沟渠单元I由防渗混凝土 6构筑，截面为上大下小的倒梯形，渠下端宽
0.5-1.0m,渠深0.5m,边壁倾角60°,敷设环保花砖。渠长度根据当地地势变化取3_10m不
坐寸o
[0030]生态沟渠单元1，在边壁和池底人工种植土著湿生挺水植物9，在渠底每隔1.5m错杂布设内填钢洛的格笼形成氮磷拦截箱8 ;氮磷拦截箱8尺寸为0.5mX0.5mX0.3m的长方体结构。
[0031]氮磷拦截箱8表面为塑料或金属土工格网，内部可填充钢渣或改性钢渣174kg。按照生态沟渠系统日处理水量50m3，水中含磷量20mg/L并去除90%，钢渣吸附饱和量为
2.5mg/L来计算，每只拦截箱使用约2年达到吸附饱和。在达到饱和之后可以立即更换拦截箱，亦可使其沉滞水中作为生态填料作为微生物营养基使用。
[0032]所述湿地沟渠单元2，如附图2所示:填满砾石、陶粒和煤渣组成的多层生态滤料
5,由上至下粒径由15mm减小至3mm。
[0033]生态滤料5表面种植土著湿地植物4，如有必要可以使用人工营养基。
[0034]植物栅篱截面图如附图2所示:卵石带10宽度0.5m,使用粒径3-lOcm卵石铺设，并保持3%-10%的坡度。由包括卵石带10向外2m范围内密植湿生草本挺水植物11和湿地乔灌木12，共同构成植物栅篱。植物栅篱沿生态沟渠建设，卵石带10和密植植物带紧邻生态沟渠设置，一方面充当生态护坡保护生态沟渠，同时当生态沟渠水量满溢或洪水到来时，植物栅篱可以与生态沟渠形成湿地缓冲带，固土防洪并阻止污水外流造成二次污染；而在暴雨时，植物栅篱不仅可以通过卵石带和植物根系茎叶的拦阻作用避免暴雨夹带异物进入沟渠造成堵塞或污染，也可以均匀缓冲暴雨水量，保护生态沟渠系统。植物栅篱和生态沟渠单元组成的伴生系统可以形成较为高等的生态群落，强化污水处理的同时还可以形成良好的沿岸生态景观，调节当地水土气候。
[0035]特别的，本实用新型中的挺水植物包括芦苇、香蒲、水菖蒲、美人蕉及当地土著植物，灌木则包括蒲棒、木槿、凤尾兰、紫藤等。选种尽量增加土著植物比例并避免引入湿地植物破坏当地现有生态平衡，种植比例根据当地条件确定。
[0036]本实用新型处理村落面源污水的复合生态沟渠可末端设置溢流堰，分别连接值农田灌溉塘渠和收纳水体并设置分流堰，在旱季时尾水排入塘渠回用，雨季时直接排放进入自然水体。有条件的地区亦可增设人工湿地、前置库系统进行对污水深度处理。
[0037]在每年秋季，需要将复合生态沟渠单元和植物栅篱的植物进行收割，并通过厌氧堆肥、禽畜喂养、经济植物深加工将植物进行处置，以防止氮磷污染物二次污染，同时实现环境经济效益回馈于民。
【权利要求】
1.一种处理村落面源污水的复合生态沟渠，包括格栅、沉淀调节池、单元式生态沟渠、植物栅篱和回用装置，其特征在于:所述单元式生态沟渠包括生态沟渠单元⑴和湿地沟渠单元⑵，两种单元交替设置，生态沟渠单元⑴和湿地沟渠单元⑵的出水处均设有拦截跌水坝⑶，所述拦截跌水坝⑶上端设有三角溢流堰，下端开设出水口并设置控水阀(7)。
2.如权利要求1所述的处理村落面源污水的复合生态沟渠，其特征在于:所述生态沟渠单元⑴，其边壁和池底种植有湿生挺水植物(9)，在渠底每隔l-3m错杂布设氮磷拦截箱(8)。
3.如权利要求2所述的处理村落面源污水的复合生态沟渠，其特征在于:所述氮磷拦截箱⑶内部填有钢渣，外表面为塑料或金属土工格网。
4.如权利要求1所述的处理村落面源污水的复合生态沟渠，其特征在于:所述湿地沟渠单元⑵，包括多层生态滤料(5)，生态滤料(5)上表面种植有湿地植物⑷；所述生态滤料(5)的各层滤料按照从上至下粒径逐渐减小的顺序设置。
5.如权利要求1所述的处理村落面源污水的复合生态沟渠，其特征在于:所述单元式生态沟渠左右两侧设有植物栅篱，植物栅篱包括卵石带(W)、湿生草本挺水植物(11)和湿地乔灌木(12)，所述卵石带(W)具有3-10%的坡度，卵石带(W)向外2米范围内密植湿生草本挺水植物(11)和湿地乔灌木(12)。
【文档编号】C02F3/32GK203451288SQ201320536042
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】胡将军, 余芃飞, 霍子平 申请人:武汉大学