CN103073161B

CN103073161B - 多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统

Info

Publication number: CN103073161B
Application number: CN201310041039.3A
Authority: CN
Inventors: 周正印; 任炳昱; 王晓玲; 涂佳敏; 敖雪菲
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: CN103073161A

Abstract

本发明公开了一种多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统，该系统的入水口设置有节制闸及格栅，四周岸坡及底部设置有防渗砌块，防渗砌块的中央设置有凹槽并种植植物；通过两折流墙将生态塘分割为好氧区、浮床区和沉床区，所述浮床区和沉床区组成兼氧区，三个区域为阶梯式，具有不同水深；出水口设置有出水堰；浮床区的水面设置有生态浮床，其上面种植挺水植物；沉床区的水中设置生态沉床，其上面种植沉水植物。本发明提供了一种占地面积小、处理效率高、多模块组合的生物、化学一体化的水生动植物复合型生态塘系统。

Description

多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统

技术领域

本发明属于农业污水处理、环境保护技术领域，具体涉及一种应用于农业面源氮磷污染的复合型生态塘处理系统。

背景技术

太湖是我国第三大淡水湖，位于长江三角洲南冀坦荡的平原之上，全湖面积2338km²，流域面积36500km²，是我国经济最发达地区之一。近十几年来，随着太湖地区工农业的快速发展，排入太湖的氮、磷等营养物质不断增多，特别是在农业生产中过量地使用化肥、农药而引发的农业面源污染，已成为该地区水体最重要的污染源。据统计，我国化肥利用率平均只有30%左右，使用的农药通常只有10%-20%的农药附着在农作物上，在灌水与降水等作用下，农业生产中的大量肥料和农药进入附近的河流并最终汇流至太湖，造成了太湖水体的富营养化和藻类水华频繁暴发。2003年太湖梅梁湾蓝藻大规模爆发，影响了居民的正常生活。2007年太湖蓝藻再次爆发，数百万居民饮用水出现危机。

目前，太湖流域水质以V类为主,水体富营养化严重。农业农村面源污染输出量占太湖流域总污染量比重最大，实为太湖水质恶化的主要来源，而氮、磷作为水污染与水体富营养化的关键影响因素，自然也应该成为太湖水质重点治理和防治的最重要对象。

当前，农业面污染源氮磷流失拦截主要包括生态沟渠技术，拦截坝技术、ET造流生化技术以及生态塘/人工湿地处理技术等，适用于不同地形、地貌的面源氮磷流失生态拦截，其中以生态塘/人工湿地处理技术为主要的农业面源污染氮磷拦截手段。生态塘是利用天然水中存在的微生物、藻类，对有机废水进行好氧、厌氧生物处理的天然或人工池塘，它可以通过天然的生化自净作用，在自然条件下完成废水的生物处理，具有投资少、运行费用低、运行管理简单的优点。生态塘处理系统已在许多国家包括一些发达国家广泛应用，我国从20世纪50年代末开始进行生态塘系统处理污水的试验研究；60-70年代一些城市利用坑塘淀洼或废旧河道整修成废水塘库，陆续形成了一批初级生态塘污水处理系统；80年代以来是我国生态塘系统污水处理迅速发展的时期，在全国各地区兴建了示范工程和实验基地，在生态塘系统的生物强化处理机理、设施运行规律、设计优化等方面取得了许多有价值的研究成果。近几年，我国工作者在原有生态塘技术的基础上，发展了很多新型塘和组合塘工艺，进行了生态塘中氮磷处理机理的研究。但与国外先进的塘处理系统相比,从设计、建造、运行、美学及生态学上，都是比较粗糙和落后的。

生态塘技术也有其固有的缺点：水力停留时间较长、效率低下、占地面积大、基建费用高等，限制了生态塘处理工艺的推广应用。目前,生态塘的处理工艺正在向着正规化、系统化、资源化、生态化、美学化的方向发展。筛选、培育高效水生净化植物，组合曝气、水生植物、水产养殖等多个生物处理单元的综合功能，营建生物、化学一体化的水生动植物的复合生态体系，将成为生态塘处理工艺的发展方向。

发明内容

本发明的目的是针对农田非点源污染问题，结合当前生态塘系统的发展方向，提供一种美观、占地面积小、处理效率高、多个模块组合、主要针对农业污染物氮磷的多级阶梯式农业面源“好氧—兼氧”复合型生态塘系统。利用本发明提供的农田面源污染生态塘拦截净化系统，采用折流墙分割塘体从而增加了水力停留时间，好氧-兼氧分区以增加氮磷处理效率、提高生态塘稳定性及抗冲击负荷能力，采用生态浮床和生态沉床组合方式提高植物总量，进一步提高污染物处理能力，通过合理配置生态塘中的植物、动物，增加生态塘美观及娱乐性，建立生物、化学一体化的水生动植物的复合生态塘系统。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统，包括塘体、节制闸和折流墙，其特征在于，该生态塘系统的入水口设置有节制闸1及格栅2；生态塘的四周岸坡及底部设置有防渗砌块9；生态塘中设置有第一折流墙3-1和第二折流墙3-2，两折流墙将生态塘分割为好氧区、浮床区和沉床区，所述浮床区和沉床区组成兼氧区，三个区域为阶梯式，具有不同水深；第一折流墙3-1和第二折流墙3-2长度为与折流墙相平行的生态塘墙壁长度的0.8～0.9，厚度为0.24m，第一折流墙3-1的高度为1.2m，第二折流墙3-2的高度为1.5m，两折流墙采用普通砖砌，混凝土抹面；生态塘系统的出水口设置在与进水口成斜对角的沉床区位置，出水口设置有出水堰7；

好氧区的宽度为生态塘宽度的0.3～0.4，深度为0.7m，在好氧区设置折流墙A4-1和折流墙B4-2，两折流墙将好氧区边界划分为3等份，两折流墙的长度为好氧区宽度的0.7-0.8，高度为0.7m，厚度为0.24m；折流墙A4-1设置在靠近水流的进口入水口一侧；

浮床区设置在生态塘的中间位置，其宽度为生态塘宽度的0.3～0.4，深度为1.2m，浮床区的水面设置有生态浮床5，生态浮床5的上面种植挺水植物11，生态浮床5的面积为浮床区总面积的0.5～0.7；

沉床区的宽度为塘体宽度的0.2～0.4，深度为1.5m，沉床区的水中设置生态沉床6，生态沉床6通过浮力构件8固定在水中，生态沉床6的上面种植挺水植物11或者沉水植物10；生态沉床6的面积为沉床区总面积的0.5-0.7之间；

兼氧区的底部种植沉水植物10。

所述防渗砌块9为中央设置有正六边形凹槽的混凝土结构砌块，凹槽内填充土壤及营养基质并种植植物。

所述挺水植物11为黄花鸢尾、香根草、香蒲、水芹和空心菜。

所述沉水植物10为狐尾藻、伊乐藻。

本发明的有益效果：

1、坡壁及塘底部均铺设带有正六边形槽的防渗砌块，该砌块的正六边形槽不但可以种植植物，而且砌块能有效防止污水的渗透。

2、折流墙将塘体分为好氧区、浮床区、沉床区三个区域，折流的设计不但增加了塘体的水力停留时间，而且根据氮磷的处理机理，分为好氧区-兼性区域（兼性区包括浮床区和沉床区），充分发挥各阶段对于水中污染去除的优势，提高了氮磷的处理效率。

3、生态浮床与生态沉床组合系统增加了生态塘的植物密度，有利于合理布置挺水植物、沉水植物等，达到各种植物的最优化组合，能够更加高效的去除水中污染物质。

4、各种高效水处理植物通过沉床与浮床组合系统布置于水体的整个断面上，并与水底的挺水、沉水植物，藻类及微生物有机结合，达到对全断面水体的净化，提高了污染处理效率，生态浮床与沉床上的挺水、沉水植物合理安排布置，构建了多样化的景观。

5、好氧区设置的折流墙可以提高水流在好氧区的水力停留时间，加强复氧，有助于动植物对有机物的好氧处理。

6、利用地形高差和塘体的阶梯式设计，实现水流在塘体的完全自流，能耗少、运行费用低，好氧区水深设置较浅，有助于动植物的复氧及光合作用，提高好氧处理效率，水流流速由好氧区进入兼氧区变慢，且兼氧区水深增大，有利于形成氮磷微生物的生存环境，有助于氮磷的吸收及颗粒物的沉淀。

7、生态塘的折流及阶梯设计还能节省占地面积，并养殖鱼类等水生生物，营建生化一体化的水生动植物的复合生态体系，生态环境效益高。

附图说明

图1为多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统的俯视图；

图2为图1的1-1剖面示意图。

本发明附图标记为：

1————节制闸 2————格栅

3-1————第一折流墙 3-2————第二折流墙

4-1————折流墙A 4-2————折流墙B

5————生态浮床 6————生态沉床

7————出水堰 8————沉床浮力构件

9————防渗砌块 10————沉水植物

11————挺水植物

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

图1是本发明多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统的俯视图。由图1可以看到，农业面源污染物随径流水经过沟渠汇集进入生态塘系统，在生态塘的入水口处设置节制闸1及格栅2，节制闸用于控制入塘水流的流量，格栅用以去除大颗粒固体物质；在生态塘的四周岸坡及塘底部均铺设防渗砌块9，防渗砌块9为中央设置有正六边形凹槽的混凝土结构砌块，凹槽内填充土壤及营养基质并种植沉水或者挺水植物。塘体由第一折流墙3-1和第二折流墙3-2分割为三个部分，分别为好氧区、浮床区和沉床区，三个区域底部为阶梯式，水深不同，所述浮床区和沉床区组成兼氧区；第一折流墙3-1和第二折流墙3-2一端与塘体墙壁相交，另一端与塘体墙壁留一定开口，长度为与折流墙相平行的生态塘墙壁长度的0.8～0.9，两折流墙开口端交错布置，如图1所示，厚度均为0.24m，第一折流墙3-1的高度为1.2m，第二折流墙3-2的高度为1.5m，两折流墙采用普通砖块砌成，混凝土抹面；生态塘系统的出水口设置在与进水口成斜对角的沉床区位置，出水口设置有出水堰7；

好氧区的宽度为生态塘宽度的0.3～0.4，深度为0.7m，在好氧区设置有折流墙A4-1和折流墙B4-2，以利于增加水力停留时间和复氧，两折流墙将好氧区边界划分为3等份，一端与塘体墙壁相交，另一端与好氧区墙壁留一定开口，开口端交错布置，如图1所示，长度为与折流墙相平行的好氧区墙壁长度的0.7～0.8，两折流墙开口端交错布置，高度为0.7m，厚度为0.24m；折流墙A4-1设置在靠近入水口一侧；

生态塘的中间位置设置有浮床区，其宽度为生态塘宽度的0.3～0.4，深度为1.2m，浮床区的水面设置有生态浮床5，生态浮床5的上面种植挺水植物11（如图2所示），所述挺水植物11为黄花鸢尾、香根草、香蒲、水芹、空心菜，生态浮床5的面积为浮床区总面积的0.5～0.7；

沉床区的宽度为生态塘宽度的0.2～0.4，深度为1.5m，沉床区的水中设置生态沉床6，生态沉床6通过浮力构件8固定在水中，生态沉床6的上面种植沉水植物10；生态沉床6的面积为沉床区总面积的0.5～0.7；所述沉水植物10为狐尾藻、伊乐藻；

兼氧区即沉床区和浮床区的底部种植沉水植物10。

Claims

1.一种多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统，包括格栅、塘体、节制闸和折流墙，其特征在于，该生态塘系统的入水口设置有节制闸（1）及格栅（2）；生态塘的四周岸坡及底部设置有防渗砌块（9）；生态塘中设置有第一折流墙（3-1）和第二折流墙（3-2），两折流墙将生态塘分割为好氧区、浮床区和沉床区，所述浮床区和沉床区组成兼氧区，三个区域为阶梯式，具有不同水深；第一折流墙（3-1）和第二折流墙（3-2）长度为与折流墙相平行的生态塘墙壁长度的0.8～0.9，厚度均为0.24m，第一折流墙（3-1）的高度为1.2m，第二折流墙（3-2）的高度为1.5m，均采用普通砖砌，混凝土抹面；生态塘系统的出水口设置在与进水口成斜对角的沉床区位置，出水口设置有出水堰（7）；

好氧区的宽度为生态塘宽度的0.3～0.4，深度为0.7m，在好氧区设置折流墙A（4-1）和折流墙B（4-2），两折流墙将好氧区边界划分为3等份，两折流墙的长度为好氧区宽度的0.7～0.8，高度为0.7m，厚度为0.24m；折流墙A（4-1）设置在靠近水流的进口入水口一侧；

浮床区设置在生态塘的中间位置，其宽度为生态塘宽度的0.3～0.4，深度为1.2m，浮床区的水面设置有生态浮床（5），生态浮床（5）的上面种植挺水植物（11），生态浮床（5）的面积为浮床区总面积的0.5～0.7；

沉床区的宽度为塘体宽度的0.2～0.4，深度为1.5m，沉床区的水中设置生态沉床（6），生态沉床（6）通过浮力构件（8）固定在水中，生态沉床（6）的上面种植挺水植物（11）或者沉水植物（10）；生态沉床（6）的面积为沉床区总面积的0.5～0.7之间；

兼氧区的底部种植沉水植物（10）。

2.根据权利要求1的多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统，其特征在于，所述防渗砌块（9）为中央设置有正六边形凹槽的混凝土结构砌块，凹槽内填充土壤及营养基质并种植植物。

3.根据权利要求1的多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统，其特征在于，所述挺水植物（11）为黄花鸢尾、香根草、香蒲、水芹和空心菜。

4.根据权利要求1的多级阶梯式农业面源“好氧-兼氧”生态塘系统，其特征在于，所述沉水植物（10）为狐尾藻和伊乐藻。