申请日2013.10.08
公开(公告)日2015.02.11
IPC分类号C02F9/14; E02B13/00; E02B11/00
摘要
本发明公开了一种适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，包括缓冲段、截污段以及强化区，缓冲段包括第一沟渠以及设置在第一沟渠中的V形挡板，第一沟渠分为第一段和至少一个第二段，在第一段沟底的前部铺设有粒径为3-8cm大砾石，在第一段沟底的后部和第二段沟底的前部铺设有粒径为1-3cm的中砾石，在第二段沟底的后部铺设有0.2-1cm的小砾石;截污段包括第二沟渠以及设置在第二沟渠内的涵洞，在第二沟渠的沟底铺设有两层砾石;强化区包括一蓄水池，该蓄水池从下至上依次为粗砾石层、细砾石层以及土壤层，本发明彻底解决环境卫生状况，既保证污染物去除效率，同时也要防止和解决渠道长期运行发生冲刷和堵塞的问题，使系统具有较好的排水去污能力。
权利要求书
1.一种适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，其特征在于：包括缓冲段、截污段以及强化区，
所述的缓冲段包括第一沟渠以及设置在第一沟渠中的V形挡板，所述V形挡板的两边与第一沟渠的沟壁连接，在V形挡板的中间形成水流通道，所述第一沟渠分为第一段和至少一个第二段，在所述第一沟渠的沟壁上设置有土工格栅和土工布，在第一段沟底的前部铺设有粒径为3-8cm大砾石，在第一段沟底的后部铺设有粒径为1-3cm的中砾石，在第二段沟底的前部铺设有1-3cm的中砾石，在第二段沟底的后部铺设有0.2-1cm的小砾石;
所述的截污段包括第二沟渠以及设置在第二沟渠内的涵洞，所述的第二沟渠与第一沟渠相连，在第二沟渠的沟壁上也设置有土工格栅和土工布，在第二沟渠的沟底铺设有两层砾石，其中底层的厚度为10-20cm，上层的厚度为10-20cm，底层为粒径0.4-0.8cm的细砾石，上层为粒径1.6-3.2cm的粗砾石;
所述强化区包括一蓄水池，所述的第二沟渠连接至该蓄水池，该蓄水池从下至上依次为粗砾石层、细砾石层以及土壤层，其中，粗砾石层砾石粒径为1.6-3.2cm，粗砾石层厚度为20-40cm;细砾石层砾石粒径为0.4-0.8cm，细砾石层厚度为20-40cm;土壤层厚度为0-15cm，在所述的粗砾石层内设置有穿孔出水管，在蓄水池的上端设置有溢流槽，在蓄水池底部和细砾石层上部设置有土工布。
2.根据权利要求1所述的适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，其特征在于：所述V形挡板的间距为1-5米，V形挡板的两支上顶面宽度均为10-20cm，V形挡板上端低于田埂0.15-0.2米。
3.根据权利要求1所述的适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，其特征在于：所述涵洞的间距为30-50米。
4.根据权利要求1所述的适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，其特征在于：所述缓冲段的长度为20-200米，所述的截污段长度为100-500米，所述蓄水池直径为5-20米，第一沟渠的上顶宽为1-5米，第二沟渠的上顶宽为1-5米。
5.根据权利要求4所述的适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，其特征在于：所述缓冲段的长度为20-40米，所述的截污段长度为100-180米，所述蓄水池直径为5-8米，第一沟渠的上顶宽为1-1.5米，第二沟渠的上顶宽为1-1.5米。
6.根据权利要求4所述的适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，其特征在于：所述缓冲段的长度为40-100米，所述的截污段长度为180-300米，所述蓄水池直径为8-15米，第一沟渠的上顶宽为1.2-2.5米，第二沟渠的上顶宽为1.2-2.5米。
7.根据权利要求4所述的适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，其特征在于：所述缓冲段的长度为100-200米，所述的截污段长度为300-500米，所述蓄水池直径为15-20米，第一沟渠的上顶宽为2.5-5米，第二沟渠的上顶宽为2.5-5米。
说明书
一种适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统
技术领域
本发明涉及雨污处理技术领域，具体是一种雨污混合污水处理的生态滞留渠沟改进。
背景技术
沟渠作为农田的毛细管，也是农田与水体之间的一个过渡带，已成为新农村建设的重点任务，目前农田沟渠基本都是土沟形式，多因冲刷的泥土和枯萎的植物堆积而淤塞，人们的普遍观念就是将沟渠建造成硬质驳岸形式(水泥浆砌石块)。虽然这种做法有其整洁性和便于清理的特点，但是乡村沟渠排水量较少、流速缓，在硬质水陆交界面常常造成藻类过度繁殖、蚊虫滋生、臭气熏天，完全忽视了对自然环境的影响，也没能充分发挥沟渠的自净功能，寻求一种整洁美观，又能充分发挥沟渠自净功能从而降解污染物的生态沟渠，是解决农田径流面源污染，创造良好的农田生活环境的关键。
生态沟渠的发明和构建可以很好的解决人、地、自然环境三者之间的矛盾，但由于农业径流面源污染区域的差异性和地区经济发展水平的不同，很难将生态沟渠的发明做到适应不同农业耕作区。ZL201220093602.2公开了一种原位处理农村生活污水的梯级生态滞留沟渠，其将农村生活污水集收集和处理于一体，生活污水依次经过化粪池、格栅后经过梯级生态滞留沟渠系统净化处理后可排放或回用，梯级生态滞留沟渠系统主要包括防渗层、填料、植物和复合生态基，沟渠充分利用碎石填料、复合生态基、水生植物及微生物的综合作用，强化农村生活污水的生态净化过程，达到有效去除水中污染物的目的。CN202610035U公开了一种氮磷拦截治理农业污染的生态沟渠，其包括生态沟渠、竹制浮床和渔网层。竹制浮床为毛竹编织成的网口状结构，渔网层位于竹制浮床下方。其以水生植物的种植为核心，构建生态沟渠，从而有效处理农业非点污染源，进而达到净化水质的效果。这些发明虽在一定程度上能达到水质净化的目的，但其不能很好的结合农村现有的土地现状(居住密集度相对较低，产污量少)、径流量(雨日和非雨日径流量波动较大)等合理调整规模，生活污水往往在前60米左右就因下渗和蒸发而断流，具体运行可行性不高，也不利于沟渠原貌修复和重建，运行和管理成本较高。
我国大部分地区9月至次年5月月降雨量在60mm以下，期间降雨强度用降雨等级来进行划分基本都属于小到中雨，农田处于空闲和小麦生长期，沟渠保持干湿交替输水状态(下雨期间输水)，沟渠内部储水深度小于0.3米，流速小于6.8cm/s。此外在6月至8月，我国大部分地区(中东部地区较显著)月降雨量基本都在60-300mm范围内，期间降雨强度用降雨等级来进行划分基本都属于中雨以上，大到暴雨居多。农田处于水稻生长期，沟渠保持满水状态，常规0.5米深的沟渠储水深度为0.2-0.4米，除大降雨及灌溉期间(排水泄洪5-10天/月)流速变化幅度很大，其他时间沟渠内部水流表观上基本处于静止状态。
农村生活污水主要产生于居民生活过程中粪便及其冲洗水、洗浴污水和厨房污水等。在新农村建设中，农村生活污水主要通过小规模的无/微动力处理站或湿地处理，但往往因入户改造难、进水水量小、运行费用高等因素停止运行或仅仅只是面子工程。农村污水单独处理难，归纳起来主要有以下几个原因：(1)污水成分日益复杂，各种污染成分浓度较低，波动性很大，难以正确评估生活污水的污染负荷及其昼夜、季节性变化;(2)人口少，用水量标准较低，污水处理规模小，造成工程建设费及运行费用过高;(3)污水处理工艺与技术的选择，受到当地社会、经济发展水平的制约和地方保护主义或其他人文因素的抵制;(4)当地自然与生态条件(气温、降水、风向和土壤等)对所选择的处理工艺与处理技术有负面影响，使其不能正常发挥效力;(5)维护管理技术人员及运行管理经验严重缺乏。
申请人在宜兴市高塍镇塍西村、梅家渎村，大塍镇茭渎村、苏阳村，大浦镇浦北村，无锡市漕桥镇陈家塘村等几十个村通过9个月的调查研究发现，现有的农村多以3到8户为一个聚集点，周围环绕农田，分布在网状结构的水系空隙中，98%以上的分散农户居民生活污水未接管，而是直接阴沟排放或通过化粪池后再排放，沿河居住农户大多直接排放入河。而农村雨水则并未统一收集处理，除蓄水塘，也未设置任何其他雨水回用设施。非降雨期间，雨污合流沟渠进水量较少，且以生活污水为主，有机物浓度较高，总氮(TN)进水浓度基本在7-20mg/L范围内，总磷(TP)进水浓度基本在2-4mg/L范围内，而降雨日，因雨量而进水量波动较大，由于径流雨水的汇入，颗粒态物质浓度增加，其他污染物浓度因稀释而降低，TN进水浓度基本在3-10mg/L范围内，TP进水浓度基本在0.8-3mg/L范围内。 在农村实施雨污合流体系，既能充分利用农村现有的沟渠闲置土地，又能对雨污水进行有效的处理，是农村水环境建设中即经济又合理的方案。综上所述，利用滞留沟渠系统，在沟渠原位基础上充分发挥其自净功能，综合处理农村雨污合流水体，将在农村水环境治理、出水回用等技术方面发挥重要的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种结合农村雨污特点，在现有沟渠的基础上进行改进从而对雨污同时进行净化处理的生态滞留沟渠系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种适用于农村雨污混合污水处理的生态滞留沟渠系统，其特征在于：包括缓冲段、截污段以及强化区，
所述的缓冲段包括第一沟渠以及设置在第一沟渠中的V形挡板，所述V形挡板的两边与第一沟渠的沟壁连接，在V形挡板的中间形成水流通道，所述第一沟渠分为第一段和至少一个第二段，在所述第一沟渠的沟壁上设置有土工格栅和土工布，在第一段沟底的前部铺设有粒径为3-8cm大砾石，在第一段沟底的后部铺设有粒径为1-3cm的中砾石，在第二段沟底的前部铺设有1-3cm的中砾石，在第二段沟底的后部铺设有0.2-1cm的小砾石;
所述的截污段包括第二沟渠以及设置在第二沟渠内的涵洞，所述的第二沟渠与第一沟渠相连，在第二沟渠的沟壁上也设置有土工格栅和土工布，在第二沟渠的沟底铺设有两层砾石，其中底层的厚度为10-20cm，上层的厚度为10-20cm，底层为粒径0.4-0.8cm的细砾石，上层为粒径1.6-3.2cm的粗砾石;
所述强化区包括一蓄水池，所述的第二沟渠连接至该蓄水池，该蓄水池从下至上依次为粗砾石层、细砾石层以及土壤层其中，粗砾石层砾石粒径为1.6-3.2cm，粗砾石层厚度为20-40cm;细砾石层砾石粒径为0.4-0.8cm，细砾石层厚度为20-40cm;土壤层厚度为0-15cm，在所述的粗砾石层内设置有穿孔出水管，在蓄水池的上端设置有溢流槽，在蓄水池底部和细砾石层上部设置有土工布。
所述V形挡板的间距为1-5米，V形挡板的两支上顶面宽度均为10-20cm，V形挡板上端低于田埂0.15-0.2米。
所述涵洞的间距为30-50米。
所述缓冲段的长度为20-200米，所述的截污段长度为100-500米，所述蓄水池直径为5-20米，第一沟渠的上顶宽为1-5米，第二沟渠的上顶宽为1-5米。
所述缓冲段的长度为20-40米，所述的截污段长度为100-180米，所述蓄水池直径为5-8米，第一沟渠的上顶宽为1-1.5米，第二沟渠的上顶宽为1-1.5米。
所述缓冲段的长度为40-100米，所述的截污段长度为180-300米，所述蓄水池直径为8-15米，第一沟渠的上顶宽为1.2-2.5米，第二沟渠的上顶宽为1.2-2.5米。
所述缓冲段的长度为100-200米，所述的截污段长度为300-500米，所述蓄水池直径为15-20米，第一沟渠的上顶宽为2.5-5米，第二沟渠的上顶宽为2.5-5米。
本发明生态滞留系统以廉价、取材方便的砾石为截留过滤介质，由土工格栅、土工布和挡板等辅助材料结合构成。砾石填料具有较大的比表面积，对污染物的吸附性能较好，同时，随着系统的运行，砾石填料表面富集微生物形成生物膜，可有效提高污染物的去除率。缓冲段的V形挡板形成跌落曝氧，使水流在跌落过程中与空气接触充氧，强化微生物去除污染物的效能。植物根系从水流中吸取营养物质加以吸收和利用，降低N、P浓度，植物通过光合作用和茎秆的运输，将氧输送至根部，在根部周围形成好氧区，在根部较少或达不到的地方和砾石底层形成兼性厌氧和厌氧区，有利于硝化和反硝化的进行，从而达到脱氮除磷的目的。其在农田沟渠原位的基础上，发挥了沟渠排灌水和湿地的双重功效，对农业径流面源污染中的氮、磷等物质进行拦截、吸附、沉积、转化及吸收利用，从而对农田流失的养分进行有效拦截，达到控制养分流失，实现养分再利用，减轻水体污染的目的。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
(1)针对农村径流雨水水质、水量波动皆较大的特征，设计一种适应这种波动特征的滞留系统，其不仅满足了防冲刷的要求，也达到了脱氮除磷的效果。
(2)沟渠系统独特的结构铺设方式和材料增加了系统微生物量，尤其是硝化和反硝化菌群的滋生量，使得脱氮效果更加明显。
(3)本发明将村庄排水渠(尤其是农田沟渠通往河流水体的过渡段)改造为生态滞留系统，彻底解决环境卫生状况，既保证污染物去除效率，同时也要防 止和解决渠道长期运行发生冲刷和堵塞的问题，使系统具有较好的排水去污能力。
(4)本发明根据农田面积及周边住户的多少，合理配置生态系统中缓冲段、截污段以及强化区的长度及大小，从而在最小造价下达到最优化的沟渠系统利用率。