CN110002579B - 一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业面源污染治理与生态修复领域，公开一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，净化槽装置埋装于农田排水沟渠的沟底，净化槽本体(1)分隔成第一净化槽(11)和第二净化槽(12)；第二净化槽(12)内由下至上依次设有第一隔空层(124)、第一支撑隔网(125)、生物接触氧化床(126)、第二支撑隔网(127)、鸟粪石镁源填料床(128)和鸟粪石晶种网筛(129)。本发明集成优化了沉淀分离、生物接触氧化、鸟粪石结晶和植物净化等四种技术方法对农田退水进行拦截净化处理，净化效率高，并对流失的养分进行了回收，实现了污染治理和循环利用的双赢。
Description
技术领域
本发明涉及农业面源污染治理与生态修复领域，尤其涉及一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置。
背景技术
近年来，随着工业废水和城镇生活污水等点源污染治理力度的持续加大，农田面源氮、磷输入已成为流域地表水体污染和富营养化的主要原因。不同于工业、城镇生活等点源污染，农业农村污染通常受水文、气象、土壤、地形、土地利用、耕作管理和农村生活污染治理等因素的综合影响，具有不确定性、时空变异性、迁移途径多样、迁移过程复杂等特点，因而治理难度相对更大，也不宜采用传统点源污染治理方式进行集中处理。
农田沟渠是农田排水及地表径流汇入河流、水库、湖泊等天然水体的必经通道，对农业非点源污染的削减起着十分重要的作用。大量研究已表明，在农田沟渠中设置一定数量的基质过滤拦截带、植物拦截带、生态净化池等设施，可明显改善沟渠对农田退水的拦截净化效果，但现有技术基本上都是将净化设施直接设置在沟底上(如中国专利申请CN201310428024.2和CN201410564156.2)，或者设置在沟渠的外侧(如中国专利申请CN201410607312.9和CN201410216755.5)，这些技术措施在实际应用上面临不少问题：(1)若将净化设施直接设置在沟底上，影响沟渠排水，暴雨时沟渠的输水能力很难满足国家《农田排水工程技术规范》(SL4)的排涝要求，设施也容易出现堵塞；(2)若将净化设施设置在沟渠的外侧，需要局部扩宽沟道，占用土地或道路，另外还需要配置分水配水等设施将沟渠流水引入到净化设施中，因而构造较为复杂，投资成本较高。
此外，现有技术措施基本上是依靠水生植物吸收、基质吸附和微生物降解转化中的一种或几种途径来实现对农田退水的拦截净化，但众所周知，当农田退水氮、磷浓度较高时(如施肥后1周内)，水生植物的吸收净化效果十分有限，基质吸附因吸附饱和而失去持续净化能力，也极易出现堵塞，而微生物降解转化又难以去除磷物质。
发明内容
本发明针对现有技术中设施容易堵塞、投资成本较高的缺点，提供一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，净化槽装置埋装于农田排水沟渠的沟底，净化槽装置包括净化槽本体和活动隔板，净化槽本体通过活动隔板分隔成第一净化槽和第二净化槽，第一净化槽的底部设有凹槽，凹槽中安装有泥斗；第二净化槽的水面上设有生态浮床，第二净化槽的槽底靠近活动隔板位置设有第一支撑立管，第二净化槽的槽底中间设有第二支撑立管，第二支撑立管穿过生态浮床，第二净化槽内由下至上依次设有第一隔空层、第一支撑隔网、生物接触氧化床、第二支撑隔网、鸟粪石镁源填料床和鸟粪石晶种网筛，生态浮床的中心固定有套环。将净化槽装置采用下沉式安装在沟底，不占用耕地，而通过活动隔板、滑轮、牵拉绳、支撑立管和生态浮床的优化配合和净化槽的分隔，既不影响沟渠排涝，也不会出现装置堵塞问题；如当降雨量较大、沟渠水位上涨时，生态浮床随之上浮，活动隔板由牵拉绳下牵而降至槽体底部，避免活动隔板挡水，并阻断过急水流及其所携带的泥砂进入净化槽而导致堵塞破坏，而当沟渠水流平稳、水位下降时，生态浮床随之下浮，活动隔板由牵拉绳上拉而上移挡水，迫使水流由第一净化槽下部流向第二净化槽，发挥净化槽的拦截净化功能。第一净化槽的底部凹槽中安装的泥斗可以移出，设有凹槽和泥斗的第一净化槽沉淀分离出泥沙、悬浮物及其携带的污染物质，特别是不溶性磷，同时有效地避免了第二净化槽出现堵塞。
作为优选，鸟粪石镁源填料床上设有多个筒状填料袋，筒状填料袋内填装有含镁化合物，含镁化合物为氧化镁、氢氧化镁和氯化镁中的一种或多种；筒状填料袋由土工膜缝合而成，筒状填料袋的侧面设有多个用于释放含镁化合物的针孔。设置可缓慢释放镁源的筒状填料袋和鸟粪石晶种网筛，鸟粪石结晶反应效率高，只需取出鸟粪石晶种网筛，然后将鸟粪石结晶物直接清理到农田中作为肥料利用，因此鸟粪石结晶物容易分离回收；鸟粪石镁源的供应可控且操作简单方便，如待镁源释放反应完后取出袋子补加新的鸟粪石镁源填料袋；针孔确保了含镁化合物缓慢释放。
作为优选，第一隔空层的高度为10-20cm，第一支撑隔网的孔径大于或等于30mm，第二支撑隔网的孔径大于或等于30mm，生物接触氧化床内填充有渗排水网垫，渗排水网垫厚度为5-20cm。设置了以渗排水网垫填料的生物接触氧化床，该床层不仅可以进一步拦截泥沙和悬浮物，还可以利用附着在渗排水网垫的微生物降解转化可溶性有机物和氮物质。
作为优选，鸟粪石晶种网筛由不锈钢材料制成的，鸟粪石晶种网筛设有多个筛孔，筛孔的孔径为2-4mm。
作为优选，第一支撑立管的顶端安装有第一滑轮，第一支撑立管的底端安装有第二滑轮，第二支撑立管的顶端安装有第三滑轮，第二支撑立管的底端安装有第四滑轮。
作为优选，活动隔板的顶端固定有牵拉绳，牵拉绳依次穿过第一滑轮、第三滑轮、第四滑轮和第二滑轮，牵拉绳与套环固定连接。
作为优选，第一支撑立管和第二支撑立管的外径都为25-50mm，第一支撑立管和第二支撑立管的长度都为净化槽本体的深度和沟渠最高水位时的水深之和。
作为优选，套环的内径大于第二支撑立管的外径。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本发明集成优化了沉淀分离、生物接触氧化、鸟粪石结晶和植物净化等四种技术方法对农田退水进行拦截净化处理，净化效率高，并对流失的养分进行了回收，实现了污染治理和循环利用的双赢。
附图说明
图1是发明的结构示意图。
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1—净化槽本体、2—活动隔板、11—第一净化槽、12—第二净化槽、21—牵拉绳、111—泥斗、121—生态浮床、122—第一支撑立管、123—第二支撑立管、124—第一隔空层、125—第一支撑隔网、126—生物接触氧化床、127第二支撑隔网、128—鸟粪石镁源填料床、129—鸟粪石晶种网筛、1211—套环、1221—第一滑轮、1222—第二滑轮、1231—第四滑轮、1232—第三滑轮。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，如图1所示，净化槽装置埋装于农田排水沟渠的沟底，净化槽装置包括净化槽本体1和活动隔板2，净化槽本体1通过活动隔板2分隔成第一净化槽11和第二净化槽12，第一净化槽11的底部设有凹槽，凹槽中安装有泥斗111；第二净化槽12的水面上设有生态浮床121，第二净化槽12的槽底靠近活动隔板2位置设有第一支撑立管122，第二净化槽12的槽底中间设有第二支撑立管123，第二支撑立管123穿过生态浮床121，第二净化槽12内由下至上依次设有第一隔空层124、第一支撑隔网125、生物接触氧化床126、第二支撑隔网127、鸟粪石镁源填料床128和鸟粪石晶种网筛129，生态浮床121的中心固定有套环1211。
鸟粪石镁源填料床128上设有多个筒状填料袋，筒状填料袋内填装有含镁化合物，含镁化合物为氧化镁、氢氧化镁和氯化镁中的一种或多种；筒状填料袋由土工膜缝合而成，筒状填料袋的侧面设有多个用于释放含镁化合物的针孔。
第一隔空层124的高度为10cm，第一支撑隔网125的孔径大于或等于30mm，第二支撑隔网127的孔径大于或等于30mm，生物接触氧化床126内填充有渗排水网垫，渗排水网垫厚度为5cm；
鸟粪石晶种网筛129由不锈钢材料制成的，鸟粪石晶种网筛129设有多个筛孔，筛孔的孔径为2mm。
第一支撑立管122的顶端安装有第一滑轮1221，第一支撑立管122的底端安装有第二滑轮1222，第二支撑立管123的顶端安装有第三滑轮1232，第二支撑立管123的底端安装有第四滑轮1231。
活动隔板2的顶端固定有牵拉绳21，牵拉绳21依次穿过第一滑轮1221、第三滑轮1232、第四滑轮1231和第二滑轮1222，牵拉绳21与套环1211固定连接。
第一支撑立管122和第二支撑立管123的外径都为25mm，第一支撑立管122和第二支撑立管123的长度都为净化槽本体1的深度和沟渠最高水位时的水深之和。
套环1211的内径大于第二支撑立管123的外径。
实施例2
一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，如图1所示，净化槽装置埋装于农田排水沟渠的沟底，净化槽装置包括净化槽本体1和活动隔板2，净化槽本体1通过活动隔板2分隔成第一净化槽11和第二净化槽12，第一净化槽11的底部设有凹槽，凹槽中安装有泥斗111；第二净化槽12的水面上设有生态浮床121，第二净化槽12的槽底靠近活动隔板2位置设有第一支撑立管122，第二净化槽12的槽底中间设有第二支撑立管123，第二支撑立管123穿过生态浮床121，第二净化槽12内由下至上依次设有第一隔空层124、第一支撑隔网125、生物接触氧化床126、第二支撑隔网127、鸟粪石镁源填料床128和鸟粪石晶种网筛129，生态浮床121的中心固定有套环1211。
鸟粪石镁源填料床128上设有多个筒状填料袋，筒状填料袋内填装有含镁化合物，含镁化合物为氧化镁、氢氧化镁和氯化镁中的一种或多种；筒状填料袋由土工膜缝合而成，筒状填料袋的侧面设有多个用于释放含镁化合物的针孔。
第一隔空层124的高度为20cm，第一支撑隔网125的孔径大于或等于30mm，第二支撑隔网127的孔径大于或等于30mm，生物接触氧化床126内填充有渗排水网垫，渗排水网垫厚度为20cm；
鸟粪石晶种网筛129由不锈钢材料制成的，鸟粪石晶种网筛129设有多个筛孔，筛孔的孔径为4mm。
第一支撑立管122的顶端安装有第一滑轮1221，第一支撑立管122的底端安装有第二滑轮1222，第二支撑立管123的顶端安装有第三滑轮1232，第二支撑立管123的底端安装有第四滑轮1231。
活动隔板2的顶端固定有牵拉绳21，牵拉绳21依次穿过第一滑轮1221、第三滑轮1232、第四滑轮1231和第二滑轮1222，牵拉绳21与套环1211固定连接。
第一支撑立管122和第二支撑立管123的外径都为50mm，第一支撑立管122和第二支撑立管123的长度都为净化槽本体1的深度和沟渠最高水位时的水深之和。
套环1211的内径大于第二支撑立管123的外径。
实施例3
一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，如图1所示，净化槽装置埋装于农田排水沟渠的沟底，净化槽装置包括净化槽本体1和活动隔板2，净化槽本体1通过活动隔板2分隔成第一净化槽11和第二净化槽12，第一净化槽11的底部设有凹槽，凹槽中安装有泥斗111；第二净化槽12的水面上设有生态浮床121，第二净化槽12的槽底靠近活动隔板2位置设有第一支撑立管122，第二净化槽12的槽底中间设有第二支撑立管123，第二支撑立管123穿过生态浮床121，第二净化槽12内由下至上依次设有第一隔空层124、第一支撑隔网125、生物接触氧化床126、第二支撑隔网127、鸟粪石镁源填料床128和鸟粪石晶种网筛129，生态浮床121的中心固定有套环1211。
鸟粪石镁源填料床128上设有多个筒状填料袋，筒状填料袋内填装有含镁化合物，含镁化合物为氧化镁、氢氧化镁和氯化镁中的一种或多种；筒状填料袋由土工膜缝合而成，筒状填料袋的侧面设有多个用于释放含镁化合物的针孔。
第一隔空层124的高度为15cm，第一支撑隔网125的孔径大于或等于30mm，第二支撑隔网127的孔径大于或等于30mm，生物接触氧化床126内填充有渗排水网垫，渗排水网垫厚度为12cm；
鸟粪石晶种网筛129由不锈钢材料制成的，鸟粪石晶种网筛129设有多个筛孔，筛孔的孔径为3mm。
第一支撑立管122的顶端安装有第一滑轮1221，第一支撑立管122的底端安装有第二滑轮1222，第二支撑立管123的顶端安装有第三滑轮1232，第二支撑立管123的底端安装有第四滑轮1231。
活动隔板2的顶端固定有牵拉绳21，牵拉绳21依次穿过第一滑轮1221、第三滑轮1232、第四滑轮1231和第二滑轮1222，牵拉绳21与套环1211固定连接。
第一支撑立管122和第二支撑立管123的外径都为37mm，第一支撑立管122和第二支撑立管123的长度都为净化槽本体1的深度和沟渠最高水位时的水深之和。
套环1211的内径大于第二支撑立管123的外径。
实施例4
同实施例3，其不同之处在于经中试规模的处理效果测试，采用本发明的农田沟渠下沉式一体化净化槽装置处理模拟农田排水，水力负荷为32m3/(m2·d)时，氨氮、总氮和总磷拦截净化率分别达到62％、56％和87％。
实施例5
同实施例2，应用于处理金华市某粮食生产功能区农田排水沟渠，水力负荷为36-42m3/(m2·d)时，氨氮、总氮和总磷拦截净化率分别达到36-42％、31-37％和62-70％。
实施例6
同实施例1，应用于处理天台县某粮食生产功能区农田排水沟渠，水力负荷为28-30m3/(m2·d)时，氨氮、总氮和总磷拦截净化率分别达到43-51％、35-46％和68-82％。
实施例7
安装时，将生态浮床121穿过第二支撑立管123置于第二净化槽12上，然后将活动隔板2上的牵拉绳21依次穿过第一滑轮1221、第三滑轮1232、第四滑轮1231和第二滑轮1222后固定在生态浮床121的套环1211上，当沟渠水流过急、水位上涨时，生态浮床121上浮，活动隔板2由牵拉绳21下牵而降至第二净化槽12的底部，以阻断水流进入净化槽本体1；当沟渠水流平稳、水位下降时，生态浮床121随之下浮，活动隔板2由牵拉绳21上拉而上移挡水，水流由第一净化槽11下部流向第二净化槽12。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，其特征在于：净化槽装置埋装于农田排水沟渠的沟底，净化槽装置包括净化槽本体（1）和活动隔板（2），净化槽本体（1）通过活动隔板（2）分隔成第一净化槽（11）和第二净化槽（12），第一净化槽（11）的底部设有凹槽，凹槽中安装有泥斗（111）；第二净化槽（12）的水面上设有生态浮床（121），第二净化槽（12）的槽底靠近活动隔板（2）位置设有第一支撑立管（122），第二净化槽（12）的槽底中间设有第二支撑立管（123），第二支撑立管（123）穿过生态浮床（121），第二净化槽（12）内由下至上依次设有第一隔空层（124）、第一支撑隔网（125）、生物接触氧化床（126）、第二支撑隔网（127）、鸟粪石镁源填料床（128）和鸟粪石晶种网筛（129），生态浮床（121）的中心固定有套环（1211）；鸟粪石镁源填料床（128）上设有多个筒状填料袋，筒状填料袋内填装有含镁化合物，含镁化合物为氧化镁、氢氧化镁和氯化镁中的一种或多种；筒状填料袋由土工膜缝合而成，筒状填料袋的侧面设有多个用于释放含镁化合物的针孔；第一隔空层（124）的高度为10-20cm，第一支撑隔网（125）的孔径大于或等于30 mm，第二支撑隔网（127）的孔径大于或等于30 mm，生物接触氧化床（126）内填充有渗排水网垫，渗排水网垫厚度为5-20cm；鸟粪石晶种网筛（129）由不锈钢材料制成，鸟粪石晶种网筛（129）设有多个筛孔，筛孔的孔径为2-4 mm。
2.根据权利要求1所述的一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，其特征在于：第一支撑立管（122）的顶端安装有第一滑轮（1221），第一支撑立管（122）的底端安装有第二滑轮（1222），第二支撑立管（123）的顶端安装有第三滑轮（1232），第二支撑立管（123）的底端安装有第四滑轮（1231）。
3.根据权利要求2所述的一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，其特征在于：活动隔板（2）的顶端固定有牵拉绳（21），牵拉绳（21）依次穿过第一滑轮（1221）、第三滑轮（1232）、第四滑轮（1231）和第二滑轮（1222），牵拉绳（21）与套环（1211）固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，其特征在于：第一支撑立管（122）和第二支撑立管（123）的外径都为25-50mm，第一支撑立管（122）和第二支撑立管（123）的长度都为净化槽本体（1）的深度和沟渠最高水位时的水深之和。
5.根据权利要求1所述的一种农田排水沟渠下沉式一体化净化槽装置，其特征在于：套环（1211）的内径大于第二支撑立管（123）的外径。
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