CN110776106A - 一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，适用于农村各种雨污合流制排污沟渠或空地。该生态处理系统分一级与二级，一级生态处理系统由一级LID新型生态沟渠或生态园地和蓄水池组成，其出水水质为农田灌溉标准。二级生态处理系统由一级生态处理系统和二级LID新型生态沟渠或生态园地所组成，其出水水质为一级A。一级与二级LID新型生态沟渠或生态园地的垂向结构由上到下均包含蓄滞初期雨水径流的蓄水层、种植木本植物的复合滤料层、以及防渗层。本发明具有“渗、蓄、滞、净、排”多重功能，不仅可治理农村生活污水和雨水问题，还可美化环境，实现治污、治水以及生态环境建设三者的协调统一。
Description
技术领域
本发明属于水利工程、市政工程、环境工程技术领域，具体而言，是一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统。
背景技术
农村生活污水通常经村中大大小小的排污沟渠直接排入受纳水体，传统的农村排污沟渠又称臭水沟，不仅又脏又臭，而且含有大量污染物的生活污水未经处理直接通过臭水沟排入受纳水体，还会极大地污染水环境。
为了治理农村生活污水，目前越来越多的农村效仿城市雨污分流的做法，废弃农村现有的排污沟渠去新建管网进行污水收集。然而，在农村简单效仿城市雨污分流的做法其实会带来一些问题。具体而言，农村一些土沟渠本来平常排污水、遇雨天时即排污水又排雨水径流，沟渠因终年有水流动而能保持良好的输水功能。但随着农村新建排污管网进行污水整治，土沟渠成了排放雨水径流的专门渠道，由于土沟渠平日再无污水流动，草籽随风飘落土沟渠后极易落地生根，土沟渠慢慢变成长满荒草的荒废之地，遇汛期大雨时这些土沟渠难以排放雨水径流导致村庄内涝。再者，现有一些研究结果表明初期雨水径流其污染程度甚至比生活污水更为严重，如广东省东江上游某住宅商业区初期雨水径流的COD值最高达到了1136mg/L，天津典型居民区菜市场的初期雨水径流COD最高值达到了1450mg/L，是PVC管道排放的典型生活污水其COD值的5～7倍。虽然针对农村地区的初期雨水径流水质调查结果目前鲜见报道，但农村通常散养鸡鸭，堆放各种烂菜叶，其初期雨水径流污染程度预估比城市商业区与居民区菜市场的污染更为严重。雨污分流的旨意本在于保证设计处理吨数有限的污水处理设施能够抓大放小，即抓住污染最大的农村生活污水进行处理，忽视污染小的雨水径流进行直接排放。但实际上与农村生活污水相比，农村初期雨水径流才是更大的污染源
此外，目前不少农村分散式污水处理设施简单套用城市污水处理厂常采用的AO、A2O、MBR等有动力处理工艺。这不仅带来日后的运行费用问题，更因设施分散农村各地，在广阔的农村地区巡查人员难以全天候进行运行监管而带来诸多问题。如农村常发生断电，管养单位采用间歇性的设施巡查方式无法及时恢复设施的供电，导致好氧池、兼氧池及MBR池等易发生停运，时间一长好氧菌与兼氧菌纷纷死亡，重新供电后菌群难以立即恢复正常生长。
另一方面，2018年9月生态环境部、住房和城乡建设部联合印发了《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》，该通知鼓励采用生态处理工艺，要求加强生活污水源头减量和尾水回收利用。而农田灌溉就是一种十分适合于农村的污水回收利用方式。2019年7月水利部等九部门联合印发了《关于推进农村生活污水治理的指导意见》，意见要求按照因地制宜、利用为先、就地就近、生态循环等基本思路进行农村生活污水处理。因此，针对目前农村污水治理工作中普遍简单套用城市治污方法所存在的弊病，探讨符合上述通知与意见精神的治污新策略极为必要。
在此背景下，我们研发了“一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统”。该发明专利将农村传统的臭水沟或荒地、空地改建成具有生态景观功能与“渗、蓄、净、用、排”功能相结合的LID新型生态沟渠/园地，使污水流入生态沟渠/园地后能够一边净化一边排放。采用LID新型生态沟渠/园地的农村生活污水生态处理系统，由一级LID新型生态沟渠/园地、蓄水池、二级LID新型生态沟渠/园地、扩散渗漏系统(非必需)所组成。农村生活污水流入一级LID新型生态沟渠/园地，经渗滤净化后达到农田灌溉标准，流入蓄水池，经农田灌溉系统回用于农田灌溉，余水经过蓄水池溢流口流入二级LID新型生态沟渠/园地，进一步渗滤净化后达到一级A排放标准后，或直接排入受纳水体，或借鉴美国农村生活污水分散式处理方式，经地埋式扩散渗漏系统渗入土壤，补给地下水，形成良好的生态循坏。该系统不仅能处理农村生活污水，还能处理雨水面源污染和减少暴雨径流量。此外，沟渠内种植耐水耐污木本植物，还可美化周围环境，从而将治污、治水以及生态景观建设三者高度协调统一起来，有力推进美丽乡村的建设。
该发明专利核心技术之一在于采用耐湿耐污且净化能力良好的木本植物而非草本植物。草本植物不适合粗放管理，不适合应用于农村。经过查新，目前尚未发现有研究针对木本植物同时开展耐湿、耐污的研究、更未见有针对木本植物的耐湿、耐污与净化能力三种同时开展研究。我们经过3年的植物试验研究，遴选出了若干种等适合种植在LID型生态沟渠/园地的若干种南方木本植物。该发明专利的核心技术之二在于根据一级与二级LID新型排污沟渠/园地出水水质标准的不同，选用合适的滤料。一级LID新型排污沟渠/园地的出水水质标准是农田灌溉标准，而氮磷等营养物质是植物所需要的，因此一级LID新型排污沟渠/园地所选用的滤料与二级LID新型排污沟渠的滤料全然不同，一级的滤料特性是对有机污染物具有高去除率，而对氮磷营养物质的去除率越低越好。二级的滤料则需对有机污染物与氮磷营养物质同时具备良好的去除率。经过3年试验研究，我们所研发出的由若干种基质所组成的二级复合滤料，查新结果表明，目前尚未见有相关报道。
虽然现有的人工快渗系统、土壤渗滤系统、垂直潜流人工湿地等一系列生态处理技术设施可以处理农村生活污水。但这些设施存在如下弊病：
1)未能将技术措施直接建设在农村的臭水沟上，需要另外占地建设。
2)所采用的植物均为草本植物，不适合粗放管理，难以应用于农村。很多采用草本植物的这类生态处理设施在农村运行一段时间后因维护成本高而荒废。其次，草本植物若种植在生态沟渠中，遇到雨天，沟渠中茂密的草本植物将极大影响沟渠的行洪。
2)这些传统设施的滤料层通常采用沸石、铁粒、火山岩、贝岩、石灰石、活性碳、麦秆、炉渣、活性陶粒等各种基质组合成滤料，缺少结合农田灌溉回用的需求，基于分级净化的理念来进行滤料遴选，所采用的由若干基质组合起来的滤料通常连农作物所需的氮磷也一并大量去除，即浪费了滤料费用更浪费了污水中的营养资源。
3)这些传统设施的构造普遍采用了如下分层结构：一般分成种植土壤层，土壤层下面铺设布水层、布水层下面再铺设滤料层。这种层结构带来如下问题：种植土壤层中的植物通常是草皮、美人蕉、菖蒲，香蒲等水陆两栖植物，这些植物的根系分布较浅，主要分布在土壤层内难以越过布水层进入滤料层，特别是难以深入到滤料层的中下部。也因此植物无法吸收走被滤料层特别是滤料层中下部所吸附的氮、磷等营养物质，无法将这些营养物质及时转至外界，即转化成植物的茎叶花。如此一来，污水中的氮磷等营养物质不断进入，而转移到外界的途径有限，仅靠一些土壤微生物的作用，特别是磷更是缺少途径转移到外界，因此，设施运行一段时间后，滤料的吸附作用就会达到饱和，带来需要定时更换滤料、运行维护管理不易的问题。
4)现有的采用最上层为种植土壤层结构的人工快渗系统、土壤渗滤系统、垂直潜流人工湿地等处理设施，由于土壤层的下渗能力有限，遇到暴雨天气，大量流入该设施的雨水径流也难以快速下渗进入滤料层进行净化，含有大量污染物的初期雨水径流无法得到处理而绝大部分直接流走。因此只能用于生活污水处理的用途，无法发挥双重作用，即平日里处理生活污水，雨天还能有效处理还有大量污染物的初期雨水径流。
6)现有的人工快渗系统、土壤渗滤系统、垂直潜流人工湿地等处理设施通常采用在种植土壤层上种植草本植物，若将这些技术措施直接应用于农村排污沟渠，则草本植物一来不容易维护管理，不适合运用于农村，二来下暴雨时，这些低矮的草本植物还会严重阻碍沟渠的行洪。
为了解决现有人工快渗系统、土壤渗滤系统、垂直潜流人工湿地等一系列生态处理技术设施所存在的上述弊端，我们研发了本发明。
对现有所有专利和受保护的技术资料查询，目前与本发明最接近最密切的专利或专利申请有4个：
第一个专利是中国发明专利申请号200620003976.5、申请日2006.2.15、授权公告号CN2866592Y、授权公告日2007.2.7、专利名称为：沟渠型湿地床。该专利将沟渠建成湿地以减少水土流失和雨水污染物质，其主要不足之处：1)首先该专利的处理对象是雨水，故不太适用于农村生活污水的处理。2)即使是应用于仅排放雨水的沟渠，也不适用于排水量大、排水速度快的排水沟，首先暴雨期间当排水量大流速快时湿地表面的土壤介质很容易被冲走；其次水流在湿地植物之间穿梭而行，遭受阻力大，难于顺畅排水，容易造成壅水漫出湿地床。
第二个专利是中国发明专利申请号CN201310555523.8、申请日2013.11.11、公告号CN103603320A、公告日2014.2.26、专利名称为“一种LID型雨水沟渠及其设计计算方法”，该专利是针对雨水问题而提出的，无法适用于农村生活污水的治理。
第三个专利是中国发明专利申请号201610016399.1、申请日2016.01.11、公开号CN105621797A、专利名称为“利用闲置的沟渠和农田处理污水方法”，该专利虽然也利用了沟渠进行污水处理，但其沟渠处理污水的结构设计完全不同。其农田处理污水方式采用了通常的湿地结构，从上到下的层结构为土壤层、滤料层、砾石垫层、防渗层。土壤层上种植常用的李氏禾、芦苇等草本植物。这种采用土壤层与滤料层分开、种植草本植物的结构设计，存在前面所述的问题点，故即使只应用于生活污水处理也存在不足，更难以同时应用于雨水处理，不适用于农村现存的大量雨污合流制的明渠式排污沟渠的改建。此外，该专利缺少分级净化的理念，未考虑农田灌溉回用时农作物对氮磷营养物质的需求，滤料的去除性能不清。
第四个专利是是中国发明专利申请号200920229997.2、申请日2009.11.18、公开号CN201554013U、专利名称为“一种生态减污型排水沟渠”，该专利是采用蜂窝状混凝土预制板上设有多个孔洞，孔洞内栽种有沉水植物。其主要不足之处是：1)污水积在设施表面上，臭气容易散发到周围的空气中，环境不友好。2)暴雨天气时，沟渠内茂密的沉水植物阻碍雨水排放，容易引起内涝。3)未考虑农田灌溉回用的需求，缺少采用不同类型的滤料进行分级净化的理念。对于出水水质为农田灌标准时，氮、磷不是污染物而是农作物的营养物质，净化时应尽量避免去除。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，使其能够在平日一边排放污水一边净化农村生活污水，通过采用不同类型的滤料，使经该分级生态处理系统排出的污水可满足第一级的农田灌溉标准和第二级的一级A排放标准。同时在雨天还能将污染最大的初期雨水径流蓄在新型生态沟渠沿程一系列蓄水池中或生态园地蓄水池中，经渗滤净化后再排出。这不仅可大量削减初期雨水径流污染，而且通过一系列蓄水池贮蓄雨水径流还可削减暴雨径流量，减少暴雨期间河流等受纳水体的行洪压力。此外，这种LID新型生态沟渠/园地还具有生态景观性，是一种具有生态景观功能与“渗、蓄、滞、净、排”功能相结合的LID新型生态处理系统，可实现治污、治水和生态环境建设三者的协调统一。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种处理农村生活污水及雨污的分级生态处理系统，当出水水质要求为农田灌溉标准时，该生态处理系统由一级LID新型生态沟渠园地、蓄水池所组成，称为一级生态处理系统。一级生态处理系统的出水流入蓄水池，蓄水池中的水经农田灌溉系统回用于农田。当出水水质要求为一级A排放标准时，则在一级生态处理系统的基础上，进一步追加二级LID新型生态沟渠/园地，形成二级生态处理系统。一级LID新型生态沟渠/园地的出水首先通过农田灌溉系统回用于农田，灌溉取水剩余的余水通过蓄水池的溢流口进入二级LID新型生态沟渠/园地进一步渗滤净化，出水水质达到一级A排放标准，然后，出水直接排入受纳水体，或通过铺设在地表下的扩散渗透管网下渗补给地下水，形成良好的水文循环。
所述一级LID新型生态沟渠/园地的垂向结构自上而下由蓄水层、种有耐湿耐污木本植物的火山岩滤料层、以及防渗层组成。滤料层厚度以30～50cm为佳，具体层厚可根据进水水质与现场施工条件有所调整。
所述二级LID新型生态沟渠/园地的垂向结构自上而下由蓄水层、种植耐湿耐污木本植物的复合滤料层、防渗层组成。其中，复合滤料层是由火山岩、沸石、海绵铁按体积比3：2：1组成的复合滤料层。该体积比还可根据实地的进水水质适当调整。当进水水质COD与BOD5含量较高时可增加火山岩的占比，当氨氮、总氮含量较高时可适当调高活化沸石的占比，当总磷的含量较高时则可适当调高海绵铁的占比。复合滤料层总层厚以30～60cm为佳。
所述二级LID新型生态沟渠/园地，为了节省滤料成本，可采用人工改良土壤对复合滤料层的上层或中层或下层进行部分置换。人工改良土壤由土壤与砂子按质量比50～70％：30～50％均匀混拌而成。此时，复合滤料层与人工改良土壤层的总层厚以30～60cm为佳。
所述一级与二级LID新型生态沟渠/园地，当设计排洪流量较大时，为了雨天时滤料不会因雨水冲刷而流失，可在滤料层上增设一层覆盖层(材料为块石或鹅卵石或砾石)，在滤料层底下增设排水层。
所述一级与二级LID新型生态沟渠/园地，当设计污水水力负荷较大时，为了平日沟渠能保持干爽，可在最表层的填料层中布设穿孔污水布水管，在最底层的填料层底部布设穿孔集水管。这里的填料层包括覆盖层、滤料层、人工改良层、排水层。当生态沟渠/园地未设置覆盖层时，最表层的填料层就是滤料层，以此类推。
所述一级与二级LID新型生态沟渠/园地，其纵向结构为沿程存在坡降，即进水处沟渠/园地的底部高程高于出水处的底高，此外对于LID新型生态沟渠，还可每隔一段距离在生态沟渠的最上层的填料层表面上沿横断面方向放置若干大块石，沿程形成若干道干砌石挡水堰以便雨天贮蓄初期雨水径流进行渗滤净化(非必需)，挡水堰顶部高程低于沟渠两岸的高程，以便多余的雨水从堰顶排泄至沟渠下游。
所述的一级与二级LID新型排污沟渠，其沟渠内种植耐湿耐污木本植物。在南方地区可种植樟树、枇杷树、鸡蛋花、夹竹桃、散尾葵、扶桑。
采用上述方案后，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明所述的LID新型生态处理系统具有“渗、蓄、滞、净、排”等多重功能，与现有技术相比，该生态沟渠具有如下优点：
(1)采用分级净化，一级净化中尽量保留了污水中的氮磷营养物质并回用于农田灌溉，回用剩余的余水再通过二级净化进一步净化至一级A，这种分级处理流程使污水得到资源化又保护了水环境。
(2)采用木本植物，而不是草本植物，使得该LID新型生态处理系统能够适合农村的粗放管理。所种植的耐涝耐污木本植物可形成生态景观带，呼应美丽乡村生态景观建设的需要。此外，本发明通过在滤料层中种植木本植物，发达的根系微生物可强化对有机污染物的分解，此外植发达的物根系还可更多地吸收、转化该层中的氮磷营养物质，化污染物质为植物营养源，形成良好的生态循环，保障了滤料可持续的净化功能，无须时不时进行滤料的更换。目前潜流式湿地及各类土壤渗滤系统其垂向结构通常是从上到下为种植土壤层、污水布水层、滤料层，排水层。植物由于是种植在最上面的土壤层中，且都是采用草本植物，草本植物的根系较浅，无法越过布水层进入滤料层，从而无法将滞留在滤料层中的营养物质进行吸收转化，根系微生物也无法进入滤料层去协助分解有机污染物。导致滤料层的滤料运行多年后容易因为吸附达到饱和而失去净化效果，不得不进行滤料更换。
(3)不仅可以净化生活污水与初期雨水径流，削减污染物质从而保护受纳水体的水环境，而且通过贮蓄初期雨水径流，还可削减一部分暴雨径流量，从而可减少暴雨期间河流的行洪压力，实现治污与治水的协调统一。
(4)当排污量较大时，由于污水是通过埋在覆盖层表面下的布水管迅速下渗，沟渠表面不会产生污水积水，沟渠表面平日可保持干爽美观。
(5)本发明的挡水堰是通过在沟渠覆盖层表面上简单放置若干块大石头，形成有缝隙的粗糙原始的干砌石挡水堰，不仅施工比较简单，而且生态景观性更加良好。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的LID新型生态沟渠的横断面示意图；
图2为本发明实施例1提供的LID新型生态沟渠的纵断面示意图；
图3为本发明实施例2提供的LID新型生态沟渠的横断面示意图；
图4为本发明实施例2提供的LID新型生态沟渠的纵断面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
本实施例是建设一级生态处理系统。该实施例的进水水质：COD:200mg/L,BOD5:75.1mg/L,总磷：1.77mg/L，总氮：10.9mg/L，氨氮：5.17mg/L，pH:7.51；出水水质设计标准为达到农田灌溉标准，实际出水水质检测结果为：COD:54.56,BOD5:7.90mg/L,总磷：1.65mg/L，总氮：8.21mg/L，氨氮：4.93mg/L，pH:7.78；出水水质满足设计要求的农田灌溉标准，包括旱作、水作、蔬菜的农田灌溉标准。
一级生态系统由一级LID新型生态沟渠，蓄水池所组成。一级LID新型生态沟渠如图1～2所示。
所述一级LID新型生态沟渠包括沟渠体1、挡水堰2、溢流口3、蓄水池4、覆盖层5、滤料层6、排水层7、穿孔集水管8、防渗面9、穿孔污水布水管10、耐湿耐污木本植物11、生态护坡12。
沟渠体1是指所开挖的下为矩形上为梯形的下凹体(如图1短斜线所围成的断面形状的下凹体)，沟渠体内从上到下由蓄水层、覆盖层、滤料层、排水层组成。蓄水层(池)4位于上下游两个挡水堰之间，挡水堰2位于覆盖层5上方，覆盖层5以上的两岸内侧为生态护坡12。穿孔污水布水管10位于覆盖层5之中，穿孔集水管8位于排水层7的底部。为了防止滤料中的细颗粒落到排水层7底部，排水层7的填料从上到下颗粒逐步由细变粗。
沟渠体1的纵向结构与通常的排污沟渠一样，沿程存在坡降(图2中左侧稍高于右侧)；沿沟渠纵向每隔一段距离连续设置干砌石形成挡水堰2，使沟渠沿程形成一系列连续分布的蓄水池4，以蓄贮污染负荷最大的初期雨水径流进行渗滤，而超出的雨水径流通过挡水堰2的溢流口及堰顶排走。
平日晴天时，农村生活污水经埋在覆盖层5中的穿孔污水布水管10，渗漏至滤料层6，经该层滤料吸附、微生物分解、植物根系吸收作用得到净化，然后渗入排水层，经埋设在该层内的穿孔集水管8后排出。出水进入蓄水池，并通过农田灌溉系统进行灌溉回用。
雨天时，当雨水径流流入所述生态沟渠时，一部分雨水径流会通过覆盖层5、滤料层6、下渗至排水层7，最后经埋设在排水层底部的穿孔集水管8排出；而来不及下渗的雨水径流会暂时贮蓄在蓄水池4中，再慢慢被渗滤并经底层穿孔集水管8排出。当雨水径流蓄满沟渠最上游的蓄水池4后，多余的雨水径流会通过挡水堰2的溢流口3或堰顶流入下一个蓄水池，直到沿程所有蓄水池都蓄满，此时再有雨水径流流入所述排污沟渠时，就会通过各个蓄水堰的溢流口及堰顶直接排走。由于污染负荷最大的初期雨水径流能够贮蓄在所述排污沟渠的蓄水池4中，并慢慢得到渗滤净化，因此所述排污沟渠不仅能够削减暴雨径流量，减少受纳水体如河流的行洪压力，而且能大量削减雨水面源污染。
本发明所述的一级LID新型生态系统的施工过程为：首先建设一级LID新型生态沟渠；其次建设蓄水池，蓄水池近池底设有取水口，取水口上设有开关阀门或闸门，此外蓄水池顶部设有溢流口。生态沟渠的出水流入蓄水池，蓄水池里的水经蓄水池取水口流入农田灌溉系统。其中，一级LID新型生态沟渠的施工过程为：
第一步：首先对农村现有排污沟渠进一步挖深，形成如图1中短斜线所围成的矩形加梯形断面形状的沟渠体1。
第二步：在开挖完成后的沟渠体底部床面上铺上不透水土工布，作为防渗面9，然后在土工布上铺设管径为8cm的两根穿孔集水管8；
第三步：由下往上逐层填入排水层下、中、上三层填料。首先填入粒径为8～16mm的大石子，填入厚度为10cm；然后，再填入4～8cm的石子，厚度同样为10cm；最后，填入2～5mm的小石子，厚度也是10cm；
第三步：填入1-3mm的火山岩，填充厚度40cm；
第四步：在滤料层6中种植耐污耐涝木本植物夹竹桃与枇杷树；
第五步：在滤料层6上面先填入8cm厚度、粒径为16～32mm的砾石；然后铺设管径为4cm的穿孔污水布水管10，布水管要均匀分布，最后填入粒径为16～32mm的砾石，直至形成总厚度达20cm的覆盖层5；
第7步：每隔25m纵向距离在覆盖层5上放置若干块大石头，大石头与大石头之间沿沟渠横断面紧密相挨，形成一堵低矮的干砌石挡水堰2，中间的块石高度低于其他块石，形成挡水堰2的溢流口，堰顶高程低于沟渠两侧岸的岸顶15cm。遇暴雨天气，大量流入这种新型沟渠的雨水径流，来不及下渗的雨水会蓄在上下游两个挡水堰所形成的蓄水池4中，当然一小部分雨水会通过干砌石挡水堰2的缝隙、挡水堰溢流口流向下游，此外当雨水径流蓄满蓄水池4后，会通过挡水堰溢流口或堰顶流向沟渠下游。
第8步：在沟渠覆盖层5以上的两侧坡面上种植草皮，形成生态斜坡12。
实施例2
该实施例为二级LID新型生态系统，系统的进水水质COD:200mg/L,BOD5:75.1mg/L,总磷：1.77mg/L，总氮：10.9mg/L，氨氮：5.17mg/L，pH:7.51；出水水质设计标准为一级A，实际出水水质检测结果为：COD:16mg/L,BOD5:3.76mg/L,总磷：0.16，总氮：1.38mg/L，氨氮：0.82mg/L，pH:7.98，该出水水质满足设计要求的一级A。
二级LID新型生态系统由前述实施例1的一级LID新型生态系统和二级LID新型生态沟渠组成。二级LID新型生态沟渠如图3～4所示。
所述二级LID新型生态沟渠包括沟渠体1、挡水堰2、溢流口3、蓄水池4、覆盖层5、滤料层6、人工改良土壤层7、排水层8、穿孔集水管9、防渗面10、穿孔污水布水管11、耐湿耐污木本植物12、生态护坡13。
沟渠体1是指所开挖的梯形下凹体(如图1短斜线所围成的断面形状的下凹体)，沟渠体内从上到下由蓄水层、覆盖层、滤料层、人工改良土壤层、排水层组成。蓄水层(池)4位于上下游两个挡水堰之间，挡水堰2位于覆盖层5上方，覆盖层5以上的两岸内侧为生态护坡13。穿孔污水布水管10位于覆盖层5之中，穿孔集水管9位于排水层8的底部。为了防止滤料中的细颗粒落到排水层8底部，排水层8的填料分成三层，从上到下颗粒逐层由细变粗。
二级LID新型生态沟渠的施工过程为：
第一步：首先对农村现有排污沟渠进一步挖深，形成如图3中短斜线所围成的梯形断面形状的沟渠体1。
第二步：在开挖完成后的沟渠体底部床面与坡面铺设浆砌石形成防渗面10，然后铺设管径为8cm的两根穿孔集水管9；
第三步：由下往上逐层填入排水层8的下、中、上三层填料。首先填入粒径为4～8mm的大石子，填入厚度为10cm；然后，再填入2～5cm的石子，厚度同样为10cm；最后，填入1～3mm的小石子，厚度也是10cm；
第四步：填入人工改良土壤30cm，人工改良土壤由红壤土与砂子按照质量比1：1均匀混拌而成。
第五步：填充复合滤料层，填充厚度30cm；复合滤料层是由火山岩1～3mm、沸石1～2mm、海绵铁1-3mm按体积比3：2：1均匀混拌后进行填充而形成的复合滤料层，或从下到上按海绵铁层、活化沸石层、火山岩层分层填充，形成复合了三层的复合滤料层。
第六步：在滤料层6中种植耐污耐涝木本植物夹竹桃与枇杷树；
第七步：在滤料层6上面先填入8cm厚度、粒径为8～16mm的砾石；然后铺设管径为4cm的穿孔污水布水管11，布水管要均匀分布，最后填入粒径为8～16mm的砾石，直至形成总厚度达20cm的覆盖层5；
第八步：每隔25m纵向距离在覆盖层5上放置若干块大石头，大石头与大石头之间沿沟渠横断面紧密相挨，形成一堵低矮的干砌石挡水堰2，中间的块石高度低于其他块石，形成挡水堰2的溢流口，堰顶高程低于沟渠两侧岸的岸顶15cm。
第九步：在沟渠覆盖层5以上的两侧坡面上种植草皮，形成生态斜坡13。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。如一级与二级LID新型生态沟渠在设计排洪量不大的情况下可省去覆盖层和排水层，二级LID新型生态沟渠中的人工改良层可设可不设，布水管与集水管也是根据实际情况可设可不设等，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具可体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，其特征在于：当出水水质要求为农田灌溉标准时，该生态处理系统由一级LID新型生态沟渠/园地和蓄水池所组成，称为一级生态处理系统；其中，一级LID新型生态沟渠/园地的垂向结构自上而下由蓄水层、种植了耐湿耐污木本植物的火山岩滤料层、以及防渗层组成；滤料层厚度为30～60cm，具体层厚可根据进水水质与现场施工条件适当调整；蓄水池设有取水口和溢流口，农田灌溉系统连接蓄水池取水口；一级LID新型生态沟渠/园地的纵向结构为沿程存在坡降，即生态沟渠/园地进水这一侧的底部高程高于出水那一侧的底部高程。
2.根据权利要求1所述的一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，其特征在于：当出水水质要求为一级A排放标准时，该生态处理系统在一级生态处理系统的基础上，还包括二级LID新型生态沟渠/园地，形成二级生态处理系统；一级LID新型沟渠/园地的出水进入蓄水池后通过农田灌溉系统回用于农田灌溉，灌溉用剩的余水通过蓄水池的溢流口进入二级LID新型生态沟渠/园地进一步渗滤净化，出水水质达一级A排放标准；二级LID新型生态沟渠/园地的垂向结构自上而下由蓄水层、种植耐湿耐污木本植物的复合滤料层和防渗层组成；其中，复合滤料层是由火山岩、沸石、海绵铁三种基质组成的复合滤料进行填充；复合滤料层的层厚为30～60cm，具体可视现场进水水质条件与具体施工条件有所调整；二级LID新型生态沟渠/园地的纵向结构为沿程存在坡降，即生态沟渠/园地进水这一侧的底部高程高于出水那一侧的底部高程。
3.根据权利要求2所述的一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，其特征在于：为了节省滤料成本，采用人工改良土壤对复合滤料层的上层或中层或下层进行部分置换；优选地，人工改良土壤由土壤与砂子按质量比50～70％：30～50％均匀混拌而成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，其特征在于：在滤料层上增设一层覆盖层，所述覆盖层的材料为块石或鹅卵石或砾石；在滤料层底下增设排水层。
5.根据权利要求4所述的一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，其特征在于：在最上层的填料层中布设穿孔污水布水管，在最底层的填料层底部布设穿孔集水管；所述填料层指生态沟渠/园地垂向结构中填充了填料的所有层，包括覆盖层、滤料层、人工改良土壤层、排水层；当生态沟渠/园地未设置覆盖层时，最表层的填料层就是滤料层，以此类推。
6.根据权利要求1或2所述的一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，其特征在于：所述的一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，还每隔一段距离在沟渠的填料最表层上沿横断面方向放置若干大块石，沿程形成若干道干砌石挡水堰以便雨天贮蓄初期雨水径流进行渗滤净化，所述干砌石挡水堰是非必需的，挡水堰顶部高程低于沟渠两岸的高程，以便多余的雨水从堰顶排泄至沟渠下游。
7.根据权利要求1或2所述的一种处理农村生活污水与雨污的分级生态处理系统，其特征在于：生态沟渠/园地内种植的耐湿耐污木本植物在南方地区采用樟树、枇杷树、鸡蛋花、夹竹桃、散尾葵或扶桑。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200211 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |