CN109574391A - 补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水净化技术领域，具体公开了补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，包括以下步骤：(1)统一收集城镇的面源污水、雨水送到污水厂进行初步处理，得到再生水，储存收集再生水；(2)将一天的时间划分为流通期和静置期两个时间段；(3)在每次的流通期，使储存收集的再生水通过生态沟渠最终流向次级河流、湖库；所述生态沟渠沿再生水的流动方向依次设有布水区、物理过滤区、微生物处理区、反硝化区和植物吸收区。本方案使再生水经过生态沟渠的净化处理后排入次级河流、湖库，有效解决了次级河流和湖库补给水量少，导致部分流域水质出现反复的问题，且实现了废水的有效利用。

Description

补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法
技术领域
本发明属于污水净化技术领域，尤其涉及一种补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法。
背景技术
随着城市化的进程不断加快，城镇人口急剧增多，城镇环境污染与经济发展之间的矛盾变得日益突出，其中水质污染已经成为城镇可持续发展的公害。水体污染的来源，可以分为点源污染和面源污染两大类，大、中型企业排放形成的点源污染，属于企业内部的治理范围；而城镇生活污水、小型企业排放的少量污水和农业施肥和使用农药形成的面源污染，其来源广泛，治理难度更大。目前我国绝大部分城乡正遭受不同程度的面源污水污染，包括城镇生活污水、小企业排放的污水和农田面源污水的污染等。
“水是生命之源、生产之要、生态之基”，以水为核心的流域是人类社会生存的根基、文明的摇篮、发展的基础，水环境质量的优劣关系到整个城市的可持续发展。《水污染防治行动计划》(国发〔2015〕17号)要求“紧紧围绕2020年水环境质量阶段性改善、2030年总体改善的战略目标，推进水环境保护各项重点任务。”，提出“到2020年，长江流域水质优良(达到或优于Ⅲ类)比例总体达到70％以上”，该行动计划的实施标志着新时期中国水环境保护进入以质量改善为核心的阶段。
近年来，重庆不断加大次级河流和湖库综合整治力度，流域水环境得到较大程度改善。但由于次级河流和湖库补给水量少，初期雨水污染严重，缺乏有效的运维管理措施，部分流域水质出现反复，影响流域综合整治成效。2017年，重庆114条长江支流196个监测点位(含湖库)水质总体为良好，但是Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面分别占8.7％、3.6％和4.0％，主要污染指标为TP(总磷)、COD(化学需氧量)和高锰酸盐指数，断面超标率分别为15.8％、 13.8％、6.1％。因此，加快研究次级河流和湖库水质保障与运维技术，是打赢水污染防治攻坚战的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，以解决次级河流和湖库补给水量少，导致部分流域水质出现反复的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，包括以下步骤：
(1)统一收集城镇的面源污水、雨水送到污水厂进行初步处理，得到再生水，储存收集再生水；
(2)将一天的时间划分为流通期和静置期两个时间段；
(3)在每次的流通期，使储存收集的再生水通过生态沟渠最终流向次级河流、湖库；所述生态沟渠沿再生水的流动方向依次设有布水区、物理过滤区、微生物处理区、反硝化区和植物吸收区。
本基础方案的有益效果在于：
1、城镇的面源污水、雨水中含有大量的化学元素，即便经过初步处理后排放仍对环境有较大不良影响。本方案中将经过初步处理的再生水收集，在流通期时将再生水通入生态沟渠，再生水依次流经物理过滤区、微生物处理区、反硝化区和植物吸收区后，污染物浓度大大减少，流入次级河流、湖库不会带来污染的问题。
2、在每一天的流通期内，再生水在生态沟渠内发生流动，流动的水能够有效预防水体富营养化以及发生黑臭现象。
3、使废水经过生态沟渠的净化处理后排入次级河流、湖库，有效解决了次级河流和湖库补给水量少，导致部分流域水质出现反复的问题，实现了废水的有效利用。
进一步，布水区从下到上依次包括土壤层、细沙层和沸石层；布水区的上方设有机架，机架上设有用于使再生水进入布水区的布水车，布水车包括转动连接在机架上的水轮和多个固定在水轮周向上的水斗。流通期布水时，再生水落在布水车的水斗上，布水车发生转动，布水车转动过程中将水斗上的水逐渐流入布水区。布水区内的土壤层、细沙层和沸石层对进入的再生水有一个初步过滤的作用，可除去水中的一些杂质。
进一步，物理过滤区沿再生水的流动方向依次设有粗过滤部和精过滤部，粗过滤部和精过滤部均包括固定在生态沟渠底部并沿生态沟渠宽度方向分布的滑动槽和滑动连接在滑动槽内的筛盒，筛盒的内部中空且装有能与筛盒的内壁进行摩擦的砾石；粗过滤部的筛盒朝向再生水流动方向的两个相对侧面上均开有第一筛孔，精过滤部的筛盒朝向再生水流动方向的两个相对侧面上均开有孔径小于第一筛孔的第二筛孔；水轮的偏心位置上铰接有连杆，连杆远离水轮的一端铰接在粗过滤部的筛盒上；粗过滤部和精过滤部之间设有传动杆，传动杆的一端铰接在粗过滤部的筛盒上，另一端铰接在精过滤部的筛盒上，传动杆的杆身铰接在物理过滤区沿上。
再生水从布水区流向粗过滤部的筛盒(以下简称为粗筛盒)时，再生水中粒径较大的固体杂质被阻挡在粗筛盒外，然后在重力作用下沉淀；再生水从粗过滤部流向精过滤部的筛盒 (以下简称为精筛盒)时，再生水中粒径较小的固体杂质被阻挡在精筛盒外，然后在重力作用下沉淀。最后从物理过滤区流向微生物处理区的再生水基本不含固体杂质。
布水车上的水轮、连杆、粗过滤部的筛盒(以下简称为粗筛盒)构成了曲柄滑块机构。流通期时的布水车在再生水的作用下不断转动，水轮通过连杆驱动粗筛盒不断往复运动，在这个过程中，粗筛盒内的砾石与粗筛盒内壁发生摩擦，砾石的部分边角能够伸出第一筛孔，将堵塞在第一筛孔上的杂质挤出，有效防止杂质堵塞第一筛孔导致粗过滤部的过滤失效。粗筛盒往复运动时通过传动杆驱动精筛盒一同往复运动，精筛盒内的砾石与精筛盒内壁发生摩擦，同样也能有效避免第二筛孔堵塞，防止精过滤部失效。
进一步，微生物处理区的底部设有内部中空的曝气板，曝气板的上表面开有多个通孔；精过滤部的筛盒滑动且密封连接在滑动槽内，精过滤部的滑动槽上连接有进气管和排气管，进气管的进气端伸出生态沟渠并与外界连通，排气管的排气端与曝气板连通；进气管上设有单向进气阀，排气管上设有单向排气阀。
流通期时，精筛盒不断往复运动，精筛盒下行时挤压精过滤部的滑动槽(以下简称为第二滑动槽)，第二滑动槽内的压强增大，单向排气阀打开，第二滑动槽内的空气通过排气管进入曝气板，最后从曝气板的通孔排出，进入微生物处理区中，为微生物的硝化反应提供氧气。
进一步，精过滤部与微生物处理区之间设有挡水板，挡水板的下部开有通水口；微生物处理区从下到上依次设有焦炭层、生物沸石层，生物沸石层表面种植有挺水植物；挺水植物可为再生花、风车草、黑麦草、梭鱼草中的一种或多种。
再生水通过通水口流入微生物处理区后依次流经焦炭层、生物沸石层，焦炭层除去再生水中的固体悬浮物，生物沸石层中的生物沸石快速吸收再生水中的氨氮，在氧、微生物的作用下生成硝酸盐氮，硝酸盐氮随再生水流动进入反硝化区。
进一步，微生物处理区与反硝化区之间设有隔水板，隔水板上开有位于生物沸石层上方的流水口；反硝化区内设有外加碳源，外加碳源为经过包埋处理的含水率为35-45％的干化污泥；包埋处理采用丝瓜络作为包埋材料，将干化污泥填充到丝瓜络中，再封住丝瓜络的两端。
外加碳源为反硝化反应提供碳源，促进脱氮。干化污泥能够释放碳源，而且将干化污泥作为外加碳源还可实现污泥的资源化、减量化和无害化，具有良好的效果。
进一步，植物吸收区与反硝化区之间设有间隔板，间隔板的下部开有进水口；植物吸收区的侧边上种植有护坡植物，底部种植有能够吸收氮、磷元素的净化植物。
进一步，护坡植物为芦苇；净化植物沿再生水的流动方向依次包括水生美人蕉、梭鱼草、狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉。申请人经过长时间的研究发现，选用芦苇作为护坡植物不但能够起到防止边坡受冲刷的作用，还能吸收再生水中的氮磷。净化植物的布置包括水生美人蕉、梭鱼草、狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉，这样设置，净化植物吸收氮磷的效果极佳。
进一步，布水区、物理过滤区的纵截面设置为矩形，植物吸收区的纵截面设置为上宽下窄的等腰梯形。
进一步，生态沟渠的底部设置有底板，底板由混凝土浇筑而成；生态沟渠的边坡上堆砌有混凝土层，混凝土层上固定有护坡砖。护坡砖能够有效防止生态沟渠的边坡受冲刷作用。
附图说明
图1为本发明实施例生态沟渠的主视方向的剖视图；
图2是图1中A部分的放大图；
图3是图1中植物吸收区的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图1-3中的附图标记包括：水轮10、水斗11、连杆12、物理过滤区20、沸石层21、细沙层22、土壤层23、砾石层24、筛盒25、砾石251、传动杆26、微生物处理区 30、焦炭层31、挺水植物32、生物沸石层33、曝气板34、挡水板40、通水口41、隔水板 50、流水口51、反硝化区60、外加碳源61、隔板70、进水口71、植物吸收区80、净化植物81、护坡植物82、滑动槽90、排气管91、单向排气阀911、进气管92、单向进气阀921。
本实施例提供一种补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，包括以下步骤：
(1)统一收集城镇的面源污水、雨水送到污水厂进行初步处理，得到再生水，控制所得再生水的PH值在6-8，储存收集初步处理后的再生水；
(2)将一天的时间划分为流通期和静置期两个时间段，流通期的时间约为1-2.5h；
(3)在每次的流通期，使储存收集的再生水通过生态沟渠最终流向次级河流、湖库；所述生态沟渠沿再生水的流动方向依次设有布水区、物理过滤区20、微生物处理区30、反硝化区60和植物吸收区80。
生态沟渠的深度设置在1.2-1.8m之间(在本实施中为1.6m)，生态沟渠的底部设置有底板，底板由混凝土浇筑而成；生态沟渠的边坡上堆砌有混凝土层，混凝土层上固定有护坡砖。布水区、物理过滤区20的纵截面设置为矩形，这两个区的宽度在1-1.3m；植物吸收区80的纵截面设置为上宽下窄的等腰梯形。
如图1所示，布水区从下到上依次包括土壤层23、细沙层22和沸石层21，布水区内的土壤层23、细沙层22和沸石层21对进入的再生水有一个初步过滤的作用，可除去水中的一些杂质。布水区的上方固定有机架，机架上设有布水车，布水车包括水轮10和多个水斗11，水轮10转动连接在机架上，多个水斗11沿水轮10的周向均匀分布。流通期布水时，通过泵等设备使收集的再生水落在布水车的水斗11上，再生水驱动布水车发生转动。
物理过滤区20沿再生水的流动方向依次设有粗过滤部和精过滤部，粗过滤部和精过滤部均包括滑动槽90和滑动连接在滑动槽90内的筛盒25，滑动槽90的高度设置在0.4-0.6m 之间(在本实施中为1.6m)，滑动槽90固定在生态沟渠的底部并沿生态沟渠的宽度方向分布。两个滑动槽90之间设有砾石层24，砾石层24的高度矮于滑动槽90的高度，砾石层24包括粒径为2-4mm的砾石251和粒径为6-10mm的砾石251。筛盒25滑动连接在滑动槽90 内，筛盒25的内部中空且装有的砾石251。粗过滤部的筛盒25(下文简称为粗筛盒)朝向再生水流动方向的两个相对侧面上均开有第一筛孔，精过滤部的筛盒25(下文简称为精筛盒) 朝向再生水流动方向的两个相对侧面上均开有第二筛孔，第二筛孔的孔径小于第一筛孔。水轮10的偏心位置上铰接有连杆12，连杆12的左端铰接在粗筛盒上，水轮10、连杆12、粗筛盒构成了曲柄滑块机构。粗过滤部和精过滤部之间设有两根传动杆26，两根传动杆26分别铰接在物理过滤区20的两个相对侧壁上，传动杆26与物理过滤区20侧壁之间的铰接点位于传动杆26的中部位置；传动杆26的右端铰接在粗筛盒上，左端铰接在精筛盒上。
微生物处理区30与精过滤部之间固定有挡水板40，挡水板40的下部开有通水口41。微生物处理区30的底部设有内部中空的曝气板34，曝气板34的上表面开有多个通孔。微生物处理区30从下到上依次设有焦炭层31、生物沸石层33，焦炭层31的厚度设置在0.3-0.5m，生物沸石层33的厚度设置在0.4-0.6m。生物沸石层33表面种植有挺水植物32，挺水植物 32可为再生花、风车草、黑麦草、梭鱼草中的一种或多种。结合图2所示，精过滤部的筛盒25滑动且密封连接在滑动槽90内，精过滤部的滑动槽90上连接有进气管92和排气管91，进气管92的进气端伸出生态沟渠并与外界连通，排气管91的排气端与曝气板34连通。进气管92上设有单向进气阀921，排气管91上设有单向排气阀911。
反硝化区60与微生物处理区30之间固定有隔水板50，隔水板50上开有位于生物沸石层33上方0.05-0.1m的流水口51.反硝化区60内设有外加碳源61，该外加碳源61为经过包埋处理的含水率为35-45％的干化污泥。包埋处理采用丝瓜络作为包埋材料，将干化污泥填充到丝瓜络中，再封住丝瓜络的两端。生态沟渠每运行一个月，更换反硝化区60内的外加碳源61。
植物吸收区80与反硝化区60之间设有间隔板70，间隔板70的下部开有进水口71。结合图3所示，植物吸收区80的侧边上种植有护坡植物82，底部种植净化植物81，护坡植物82为芦苇，净化植物81沿再生水的流动方向依次包括水生美人蕉、梭鱼草、狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉。
测量步骤(1)再生水的COD值、总氮、总磷浓度，得到COD值＝189mg/L，总氮＝95mg/L，总磷＝13mg/L。测量经生态沟渠处理后的再生水的COD值、总氮、总磷浓度，得到COD值＝41mg/L，总氮＝13mg/L，总磷＝0.02mg/L，该再生水符合排放到河流、湖泊的标准，可以直接排放到次级河流、湖库中，对环境无不良影响。

Claims (10)

1.补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)统一收集城镇的面源污水、雨水送到污水厂进行初步处理，得到再生水，储存收集再生水；
(2)将一天的时间划分为流通期和静置期两个时间段；
(3)在每次的流通期，使储存收集的再生水通过生态沟渠最终流向次级河流、湖库；所述生态沟渠沿再生水的流动方向依次设有布水区、物理过滤区、微生物处理区、反硝化区和植物吸收区。
2.根据权利要求1所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：布水区从下到上依次包括土壤层、细沙层和沸石层；布水区的上方设有机架，机架上设有用于使再生水进入布水区的布水车，布水车包括转动连接在机架上的水轮和多个固定在水轮周向上的水斗。
3.根据权利要求2所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：物理过滤区沿再生水的流动方向依次设有粗过滤部和精过滤部，粗过滤部和精过滤部均包括固定在生态沟渠底部并沿生态沟渠宽度方向分布的滑动槽和滑动连接在滑动槽内的筛盒，筛盒的内部中空且装有能与筛盒的内壁进行摩擦的砾石；粗过滤部的筛盒朝向再生水流动方向的两个相对侧面上均开有第一筛孔，精过滤部的筛盒朝向再生水流动方向的两个相对侧面上均开有孔径小于第一筛孔的第二筛孔；水轮的偏心位置上铰接有连杆，连杆远离水轮的一端铰接在粗过滤部的筛盒上；粗过滤部和精过滤部之间设有传动杆，传动杆的一端铰接在粗过滤部的筛盒上，另一端铰接在精过滤部的筛盒上，传动杆的杆身铰接在物理过滤区沿上。
4.根据权利要求3所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：微生物处理区的底部设有内部中空的曝气板，曝气板的上表面开有多个通孔；精过滤部的筛盒滑动且密封连接在滑动槽内，精过滤部的滑动槽上连接有进气管和排气管，进气管的进气端伸出生态沟渠并与外界连通，排气管的排气端与曝气板连通；进气管上设有单向进气阀，排气管上设有单向排气阀。
5.根据权利要求1-4任一项所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：精过滤部与微生物处理区之间设有挡水板，挡水板的下部开有通水口；微生物处理区从下到上依次设有焦炭层、生物沸石层，生物沸石层表面种植有挺水植物；挺水植物可为再生花、风车草、黑麦草、梭鱼草中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：微生物处理区与反硝化区之间设有隔水板，隔水板上开有位于生物沸石层上方的流水口；反硝化区内设有外加碳源，外加碳源为经过包埋处理的含水率为35-45％的干化污泥；包埋处理采用丝瓜络作为包埋材料，将干化污泥填充到丝瓜络中，再封住丝瓜络的两端。
7.根据权利要求6所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：植物吸收区与反硝化区之间设有间隔板，间隔板的下部开有进水口；植物吸收区的侧边上种植有护坡植物，底部种植有能够吸收氮、磷元素的净化植物。
8.根据权利要求7所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：护坡植物为芦苇；净化植物沿再生水的流动方向依次包括水生美人蕉、梭鱼草、狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉。
9.根据权利要求8所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：布水区、物理过滤区的纵截面设置为矩形，植物吸收区的纵截面设置为上宽下窄的等腰梯形。
10.根据权利要求9所述的补水水系异位生态沟渠污染拦截净化方法，其特征在于：生态沟渠的底部设置有底板，底板由混凝土浇筑而成；生态沟渠的边坡上堆砌有混凝土层，混凝土层上固定有护坡砖。
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