CN101985377A - 一种污水处理用生态沟渠及其构建方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理用生态沟渠及其构建方法和应用，该方法包括(1)支沟的构建：将支沟的两堤与底坡整平，在沟底间隔修建生态拦截基堰将支沟分段；在靠近农田出水口的第一段支沟的两堤种植生长茂密株高的植物，在其它几段支沟的底部种植水生植物，边坡种植2～3排耐污植物；(2)干渠的构建：将干渠的边坡与底坡整平，在整平的边坡上铺满空心砖，空心砖内部填充石子，砖埋深为空心砖实际厚度减去填充石子的厚度；淹水边坡种植挺水植物，上部边坡种植根系发达的景观植物。由本方法构建的生态沟渠可以适用于农村生活污水以及农业生产活动所产生的污水；本发明构建方法简单，日常维护简单，成本低廉，易于推广应用。

Description

一种污水处理用生态沟渠及其构建方法和应用

技术领域

本发明属于污水处理领域，特别涉及一种污水处理生态沟渠及其构建方法和应用。

背景技术

在排水技术和环保技术的共同作用下，城市生活污水已经得到了良好的处理，使得城市环境卫生，水体景观等都有很大的提高。但是，农村生活污水由于其日均量小，浓度高，难于收集等难点，一直未能得到良好的处理，给农村居民的生活健康以及农村环境卫生造成很坏的影响。大多农村居民将农村生活污水只是经过简单的化粪池处理后就直接排入农田支沟和干渠。而污水顺着支沟、干渠流入下游河道和湖泊。因此沟渠成为了农村生活污水污染物的最初的汇聚地，同时也成为了河道和湖泊污染物质的输入源。

农村现有沟渠都有一定的生态功能和水处理功能，从生态学和物理学的角度上来看，沟渠系统是具有河流以及线性湿地特征的独特的工程生态系统。因此沟渠系统不仅仅可以作为灌溉排水的通道，同时由于其具有线性湿地的特征，还可以成为治理农业面源污染的场所。但是现有沟渠都是处于未管理状态，植物茂密时可以拥有一定的处理效果，但是到了植物枯萎或少量时污水经过时不仅得不到一定的处理而且还会带走植物残渣以及一些污染沉积物，从而使得沟渠成为农村污染的纳污排污场所，丧失了净水功能。

沟渠主要的净水功能是由沟渠中的植物、底栖动物、腐殖细菌以及微生物等所形成的生态系统所提供的。因此，沟渠中的生物量是净化功能大小的决定因素，生物量越大，表明沟渠所能截留和吸收的污染物质越多。另外就是要考虑水力条件，由于净化功能主要由生物提供，其处理效率较低，所以需要创造适应生态处理方法的水力条件。减缓水流流速，提高污水在沟渠内的停留时间，将提高沟渠的处理效率。

在专利号为200610097846.7的《农田生态干渠-人工湿地水质改善与生态系统重建方法》中公开了一种生态沟渠的构建方式，此法将农村污水和农田排水通过沟渠收集，并进行一定的处理后经集水生物塘调控水量并流入人工湿地中进一步强化净化。此法虽然在尾端提供了良好的水力条件，但是需要使用额外的土地资源，而且干渠中的水力条件没有得到改变。与此同时，此法生物量主要增加量是通过尾端生物塘以及人工湿地提供的，干渠中本身的生物量没有得到改善。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种构造简单，易于维护，污水处理效率高的污水处理用生态沟渠的构建方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述方法构建而成的污水处理用生态沟渠。

本发明的再一目的在于提供上述污水处理用生态沟渠在处理农村污染水中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种污水处理用生态沟渠的构建方法，包括支沟构建和干渠构建，具体如下：

(1)支沟的构建：将支沟的两堤与底坡整平，在沟底间隔修建生态拦截基堰将支沟分段；在靠近农田出水口的第一段支沟的两堤种植生长茂密株高的植物，在其它几段支沟的底部种植水生植物，边坡种植2～3排耐污植物；

(2)干渠的构建：将干渠的边坡与底坡整平，在整平的边坡上铺满空心砖，空心砖内部填充石子，为使整个坡面较为平整，空心砖埋深以空心砖实际厚度减去填充石子的厚度；淹水边坡种植挺水植物，上部边坡种植根系发达的景观植物。

步骤(1)所述生态拦截基堰为3～4座；所述生态拦截基堰采用当地的泥土夯实筑成，底宽15～25cm，上宽10～15cm。

步骤(1)所述生态拦截基堰的高度高度首先满足不高于农田排水口，其次高度根据沟渠的水量而确定，如果依据水量的确定的高度低于沟渠高度一半则直接按第一条件构筑生态基堰，即按照以下公式计算得到：

$h=\frac{Q\×0.6}{L\×b}$

其中：h——堰高

Q——沟渠日均水量

L——沟渠总长(进水口到最后一座基堰的距离)

b——沟渠宽度。

说明：上述公式适用于沟渠断面为矩形断面的情况，如断面为梯形则以0.6倍日均水量除以沟渠长度得出拦截面积后经过试算确定堰高。

试算方法描述如下：

现已知拦截梯形面积和断面底宽，上宽随高度变化而变化。先以沟渠农田排水口所在高度以及对应的上宽代入梯形面积公式，如果得出的面积小于拦截面积，则以农田排水口所在高度作为堰高，如果得出的面积大于拦截面积则代入沟渠一半高度以及对应的上宽代入梯形面积公式，如果面积大于拦截面积则仍然以农田排水口所在高度作为堰高，如果小于拦截面积则在农田排水口所在高度和二分之一沟渠高度之间取不同的高度以及对应的上宽代入梯形面积公式，直到试算面积减去拦截面积小于试算面积的10％，此时所得高度为堰高。

在靠近农田出水口的第一段支沟所接纳的水质较差，而且因为生态基堰的存在，造成局部静止水流，从而会产生一定的异味且景观较差。有鉴于此，第一段底部不种植植物，两堤种植生长茂密株高的植物，通过植物景观来掩盖污水以及阻止异味传播。

步骤(1)所述生长茂密株高的植物为美人蕉、风车草、再力花或纸莎草；所述水生植物为水生空心菜、水芹菜或水花生；所述耐污植物为灯芯草或鸢尾；也可选择当地适宜的植物进行栽种；植株达到成熟期后需要收割，收割后的植株可以用来喂猪或者晒干后用于制沼气或者还田；每年需要清理一到两次沟渠中的底泥，这些底泥可以作为一部分肥料，直接撒入农田中。

步骤(2)所述空心砖为菱形空心砖；所述空心砖的规格为：内径长度0.8～1.2m，宽度0.6～0.8m，外径为长0.85～1.25m，宽度0.65～0.85m，厚度为16～24cm；所述石子的规格为10～15cm。空心砖厚度减去石子规格最大直径要在5cm～10cm范围内。

步骤(2)所述挺水植物为水葱、梭鱼草或风车草；所述植根系发达的景观植物为马蹄莲或美人蕉；所中植物都可以选择当地适宜的植物进行栽种，植株间距为10cm，也可根据植物本身所需空间来确定；所种植株每次成熟后需要收割一次，可以晒干后用作制沼气或作为秸秆还田以及其他用途。

一种由上述方法构建得到的污水处理用生态沟渠。

该污水处理用生态沟渠可适用于农村生活污水以及农业生产活动所产生的污水处理。

本发明沟渠处理污水的作用机理是：在支沟通过构建生态基堰，在雨季起到一定的蓄水作用，而平常使得沟渠中水流局部静止，为沟渠的生态系统处理污水提供场所和良好的水力条件。由于干渠还具有防洪排涝的责任，因此沟渠底部不能种植植物以及放置填料，有鉴于此，本发明对边坡进行改造，首先为微生物提供更多的附着场所，另外通过增加边坡糙度系数，从而提高水流的紊态程度，使得水流与微生物更好的接触，从而提高污水处理效率。于此同时，通过重建支沟与干渠的生态系统，使得新生的沟渠生态系统既能够适应当地的气候条件良好发展，又能有良好的污水处理效果，同时达到一定的景观效果。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本构建方法所用材料为石头，植物，以及空心砖，来源易得，成本低廉。构建方法简单，没有复杂工艺，日常维护简单，易于实现以及推广。

(2)本发明能够达到平时处理污水，雨洪时调蓄径流并削减污染物浓度。

(3)本构建方法不会产生二次污染，其运行过程中产生的底泥以及植物都可以作为肥料还田或者沼气制备原料，不仅可以减少肥料施用也可减少能源消耗。

(4)本构建方法不占有任何其他资源，运行过程中无动力系统，建成费用以及维护费用比较低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

于海南省文昌市双龙坡村农田区内选择三条农村生活污水排放支沟以及支沟所连干渠进行对其进行上述构建方法的改造，三条支沟为梯形断面，下宽50cm，上宽80cm，高度35cm，长度70m，由此，总共修建基堰三座，第一座修于离进水口20m处，后每隔15m修建基堰一座；所述生态拦截基堰采用当地的泥土夯实筑成，底宽15cm，上宽10cm；由于这三条支沟分别对应一户居民，因此由日均水量计算出的基堰高度很小，因此以农田出水口为准，高度为20cm；第一段支沟边坡种植美人蕉，后两段支沟底部种植水生空心菜，边坡种植灯芯草；干渠长100m，边坡与底坡整平，在边坡上铺满菱形空心砖，其规格为：内径长度0.8m，宽度0.6m，外径为长0.85m，宽度0.65m，厚度为16cm，此砖埋深为5cm，空心砖内部填充10～15cm规格的石子；干渠的淹水边坡中种植风车草，上部边坡种植美人蕉；改造前进行了本地监测，生态系统构建成功后进行沟渠出水监测，监测结果如下(以TN去除率为例，结果见表1)。

表1生态沟渠的构建前后TN去除率的结果比较

	支沟一	支沟二	支沟三	干渠
					构建前雨洪时	32.1％	34.7％	29.5％	23.4％
构建后雨洪时	43.3％	45.1％	42.1％	37.5％
					提高数	11.2％	10.4％	13.6％	14.1％
构建前平时	41.5％	47.2％	44.8％	43.9％
					构建后平时	59.3％	62.5％	57.5％	60.6％
提高数	17.8％	15.3％	12.7％	16.7％

实施例2：

于云南省昆明市城郊农田中选取两条支沟以及一条干渠进行生态改造，其中支沟为梯形断面，下宽15cm，上宽25cm，高度20cm，长30m；第一座基堰修于离进水口12m处，后每隔8m修建一座，总共修建基堰三座；所述生态拦截基堰采用当地的泥土夯实筑成，底宽25cm，上宽15cm；支沟上游为农村居民聚集区，生活污水量较大，支沟日均水量为10m³，经过试算得出生态堰高度约为5cm，但是农田出水口离沟底约12cm，因此以农田出水口为参照指标降低2cm，由此堰高10cm；第一段支沟边坡种植再力花，第二三段支沟底部种植水芹菜，边坡种植鸢尾；干渠长100m，边坡与底坡整平，在边坡上铺满菱形空心砖，其规格为：内径长度1.2m，宽度0.8m，外径为长1.25m，宽度0.85m，厚度为24cm，此砖埋深为5cm，空心砖内部填充10～15cm规格的石子；干渠的淹水边坡中种植再力花，上部坡种植马蹄莲；改造前进行了本地监测，生态系统构建成功后进行沟渠出水监测，监测结果如下表(以TN平均去除率为例，结果见表2)。

表2生态沟渠的构建前后TN去除率的结果比较

	支沟一	支沟二	干渠
				构建前雨洪时	25.1％	23.3％	26.4％
构建后雨洪时	45.3％	48.6％	52.3％
				提高数	20.2％	25.3％	25.9％
构建前平时	31.3％	32.7％	33.9％
				构建后平时	58.3％	57.2％	60.6％
提高数	27.0％	24.5％	26.7％

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污水处理用生态沟渠的构建方法，包括支沟构建和干渠构建，其特征在于：

(1)支沟的构建：将支沟的两堤与底坡整平，在沟底间隔修建生态拦截基堰将支沟分段；在靠近农田出水口的第一段支沟的两堤种植生长茂密株高的植物，在其它几段支沟的底部种植水生植物，边坡种植2～3排耐污植物；

(2)干渠的构建：将干渠的边坡与底坡整平，在整平的边坡上铺满空心砖，空心砖内部填充石子，砖埋深度为空心砖实际厚度减去填充石子的厚度；淹水边坡种植挺水植物，上部边坡种植根系发达的景观植物。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理用生态沟渠的构建方法，其特征在于：步骤(1)所述生态拦截基堰为3～4座；所述生态拦截基堰采用当地的泥土夯实筑成，底宽15～25cm，上宽10～15cm。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理用生态沟渠的构建方法，其特征在于：步骤(1)所述生态拦截基堰的高度低于农田排水口。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理用生态沟渠的构建方法，其特征在于：当步骤(1)所述支沟的沟渠断面为矩形断面，生态拦截基堰的高度根据支沟沟渠的日均水量，按照以下公式计算得到：

$h=\frac{Q\×0.6}{L\×b}$

其中：h——堰高

Q——沟渠日均水量

L——沟渠总长

b——沟渠宽度。

5.根据权利要求4所述的一种污水处理用生态沟渠的构建方法，其特征在于：所述沟渠总长为进水口到最后一座基堰的距离。

6.根据权利要求1所述的一种污水处理用生态沟渠的构建方法，其特征在于：步骤(1)所述生长茂密株高的植物为美人蕉、风车草、再力花或纸莎草；所述水生植物为水生空心菜、水芹菜或水花生；所述耐污植物为灯芯草或鸢尾。

7.根据权利要求1所述的一种污水处理用生态沟渠的构建方法，其特征在于：步骤(2)所述空心砖为菱形空心砖；空心砖的规格为：内径长度0.8～1.2m，宽度0.6～0.8m，外径为长0.85～1.25m，宽度0.65～0.85m，厚度为16～24cm；所述石子的规格为10～15cm。空心砖厚度减去石子规格最大直径在4cm～7cm范围内，以便空心砖固定。

8.根据权利要求1所述的一种污水处理用生态沟渠的构建方法，其特征在于：步骤(2)所述挺水植物为水葱、梭鱼草或风车草；所述植根系发达的景观植物为马蹄莲或美人蕉。

9.一种由权利要求1～8任一项所述方法构建而成的污水处理用生态沟渠。

10.权利要求9所述的污水处理用生态沟渠在处理农村生活污水中的应用。