CN115367883A

CN115367883A - 折流式生态沟渠的截污系统

Info

Publication number: CN115367883A
Application number: CN202210965412.3A
Authority: CN
Inventors: 朱联东; 代典; 屈明祥
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2022-08-12
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2042-08-12
Also published as: CN115367883B

Abstract

本申请公开了折流式生态沟渠的截污系统。该截污系统主要由双介质生物基质层和生态种植层两个部分组成，其中由砾石、天然沸石、沉水陶粒、河沙和活性炭组成双介质生物基质层中的附着层，与污泥挂膜法形成的生物质层共同完成双介质生物基质层铺设。生态种植层上种植水生植物。整个系统通过不同的填料比和水生植物被划分为5类不同的功能区，包括悬浮物镇定区、脱氮区、脱磷区、农药及重金属去除区、综合降解区。建立适宜的生物栖息环境，形成“污染物‑微生物‑浮游生物‑水生植物”的良性微生态演替结构，从而强化对农村农业废水氮磷等面源污染物的控制。

Description

折流式生态沟渠的截污系统

技术领域

本申请农业废水生态处理的技术领域，尤其涉及折流式生态沟渠的截污系统。

背景技术

农业是国民经济的重要支柱产业，农业的发展平衡关系到国家和社会的稳定发展。近年来，农村生态环境恶化引起了人们的重视，例如灌溉尾水、生活污水以及化肥使用等引起的面源污染，已经成为水体污染的重要来源之一。农业废水主要是指在农业种养生产过程中，畜禽养殖产生的污染，农地中的土粒、氮、磷、农药及其它有害物质，在降水或者灌溉过程中，通过地表径流进入受纳水体所造成的污染，包括畜禽粪便流失，种养化肥和农药污染，秸秆污染，还包括未经收集处理的生活垃圾，未能收纳和管理的生活污水和农地水土流失等造成的水土污染。

目前我国已经有一些废弃和新建的生态沟渠，这些生态沟渠在实际应用中还存在一些亟待解决的问题：

1)普通的生态沟渠对污染物的去除效率不高；

2)生物多样性比较单一，稳定性不足。

因此，为了减少农业废水所带来的污染以及当前生态环境美观的要求，通过优化生态沟渠的布局，希望能设计一种具备生态功能性、节能环保且兼具景观效应的折流式多功能生态沟渠截污系统，实现针对农业废水中氮磷等有害物质的净化，以此降低氮磷流失对水环境造成的污染。

发明内容

有鉴于此，本申请提供折流式生态沟渠的截污系统，能够提高对污染物的去除效率。

本申请提供一种生态沟渠的截污系统，包括沟渠主体，所述沟渠主体在其延伸方向被划分多个功能区，任意二相邻功能区中一者的排出口、另一者的进入口在垂直于所述延伸方向上存在明显间距以使所述沟渠主体的污水流动整体上呈现折线状；

其中，所述功能区在垂直于所述延伸方向上包括双介质生物基质层和生态种植层，所述双介质生物基质层在垂直于所述延伸方向上包括由吸附颗粒填充形成的附着层和生物去除层。

可选地，不同所述功能区的双介质生物基质层的构成均不相同，不同所述功能区的生态种植层种植生物不相同。

可选地，所述吸附颗粒为砾石、天然沸石、沉水陶粒、河沙、活性炭中的一种或多种。

可选地，所述砾石的粒径为1-3cm，天然沸石的粒径为1-2cm，沉水陶粒的粒径为0.5-1cm，河沙的粒径为0.1-0.2cm，活性炭为柱高0.5-1cm的柱状椰壳生物炭。

可选地，所述砾石：天然沸石：沉水陶粒：河沙：活性炭的体积分数＝0-10％:0-15％：0-15％：0-5％:0-2％

可选地，所述生物去除层采用活性污泥挂膜材料。

可选地，所述活性污泥挂膜材料的活性污泥的培养条件为：20-30℃下，使用搅拌的方式补充水中溶解氧，水力停留时间为3d。

可选地，所述生态种植层的植物为菖蒲、龙根、水芹菜、鸢尾中的一种或多种。

以上提供的折流式生态沟渠的截污系统，将各具特点的功能处理单元按照一定方式组合成具有污水净化和资源化双重功能的折流式生态沟渠截污系统，农业废水中的污染物经生态沟渠不同功能单元中基质的截留、植物滞留和水中营养盐吸收、微生物代谢等过程，实现生态拦截氮、磷、重金属、农药以及高效降解COD的功能，从而实现农业废水中污染物的净化。从设计上折流式的生态沟渠系统占地面积小，有效截污路径长，同时降低了水流速度，保证污染物有足够的水力停留时间与生态沟渠系统发生交互，促进了流动中的悬浮物质及颗粒物沉积，有利于污染物的降解，由此提高了对污染物的去除效率。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的截污系统的污水流动示意图。

10-沟渠主体；20-功能区。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

实施例1

本发明所述的一种折流式多功能生态沟渠截污系统运行方法，包括以下步骤：

(1)构建沟渠主体10的不同功能区20：所述功能区20由不同基质按照一定比例组成，具体来说，悬浮物镇定区中砾石∶河沙体积比为1∶1，脱氮区中砾石∶沸石∶河沙体积比为3∶6∶1，脱磷区中砾石∶陶粒∶河沙体积比为3∶6∶1，农药及重金属去除区中砾石∶沸石∶活性炭体积比为1∶1∶1，综合降解区中砾石∶沸石∶陶粒∶河沙体积比为1∶1∶1∶1，所述功能区20中基质组成的沟渠主体10横截面为梯形。

(2)构建沟渠主体10的种植层：悬浮物镇定区和脱氮、脱磷区中主要以菖蒲和龙根草为主，农药及重金属去除区和综合降解区中植物主要以水芹菜和鸢尾为主。

实施例2

为了验证实施例1的技术效果，本实验选择模拟人工废水研究截污系统的净化能力，废水水质如下表所示。

表1人工合成废水水质

污染物类型	TN	NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	TP	COD	Cu<sup>2+</sup>	吡虫啉
							浓度(mg/L)	30-35	15-20	0.5-0.8	110-130	1.5-2	0.01

采用间歇式运行模式，水力停留时间为12h，连续运行一个月，测量出水口水质，TN平均去除率为93.3％，NH₄ ⁺-N平均去除率为98.0％，TP平均去除率为55.0％，COD平均去除率为93.8％，Cu²⁺平均去除率为73.2％，吡虫啉平均去除率为54.8％。

实施例3

在实施例1的基础上，采用流动式运行模式，水力停留时间为12h，连续运行一个月，测量出水口水质，TN平均去除率为89.3％，NH₄ ⁺-N平均去除率为95.5％，TP平均去除率为53.4％，COD平均去除率为89.7％，Cu²⁺平均去除率为69.7％，吡虫啉平均去除率为54.4％。

本申请生态沟渠的截污系统，对相关技术明显产生了以下智慧贡献：

将各具特点的功能处理单元按照一定方式组合成具有污水净化和资源化双重功能的折流式生态沟渠截污系统，农业废水中的污染物经生态沟渠不同功能单元中基质的截留、植物滞留和水中营养盐吸收、微生物代谢等过程，实现生态拦截氮、磷、重金属、农药以及高效降解COD的功能，从而实现农业废水中污染物的净化。从设计上折流式的生态沟渠系统占地面积小，有效截污路径长，同时降低了水流速度，保证污染物有足够的水力停留时间(HRT)与生态沟渠系统发生交互，促进了流动中的悬浮物质及颗粒物沉积，有利于污染物的降解。从功能上看，农业废水经进水管进入系统，尾水中的总悬浮物质及颗粒物在镇定区中被沙土和砾石截留，随后进入由不同体积比的沸石陶粒组成的两段式脱氮脱磷区，微生物可以将有机氮在碱性条件下通过胺化作用和矿化作用转为氨氮，随后通过植物吸收以及微生物的硝化和反硝化作用作用可有效去除90％以上的氮素，同时微生物可以将有机磷通过微生物作用转化为无机磷后，实现磷富集，继而被植物吸收利用，以降低水体中氮磷的浓度和比例。

对示范工程实施地的植物种植情况进行前期实地调研之后，调研相关文献发现灌溉尾水水质变化受季节性影响较大,存在非灌溉期再生水和灌溉期灌溉尾水排入环境的风险，灌溉尾水中有机物含量低、氮磷含量高的特点,水质指标如下：TN的浓度范围在2.65-101.30mg/L，平均TN浓度为34.56mg/L，其中氮的形态以NH₄ ⁺-N为主，其在TN中的平均比例为67.5％，TP的浓度范围在0.10-1.20mg/L，平均TP浓度为0.631mg/L，COD的浓度范围变化在20-130mg/L。采用单一的物种去除富营养化存在抗逆性和抗虫性差等问题，系统波动较大，水质净化效果不稳定。挺水植物具有发达的根系，可以为微生物提供附着基质和栖息场所，发达的根系有利于微生物的生长，从而可以加速根系周围有机胶体的分解。因此，本生态沟渠采用多种挺水植物混合栽种的方式。整体设备投资成本低，工程实施简单，处理过的农业废水可以循环使用，适用于农业废水污染的防控，具有减少环境污染和节约水资源的双重价值。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种折流式生态沟渠的截污系统，其特征在于，包括沟渠主体，所述沟渠主体在其延伸方向被划分多个功能区，任意二相邻功能区中一者的排出口、另一者的进入口在垂直于所述延伸方向上存在明显间距以使所述沟渠主体的污水流动整体上呈现折线状；

2.根据权利要求1所述截污系统，其特征在于，不同所述功能区的双介质生物基质层的构成均不相同，不同所述功能区的生态种植层种植生物不相同。

3.根据权利要求1所述截污系统，其特征在于，所述吸附颗粒为砾石、天然沸石、沉水陶粒、河沙、活性炭中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述截污系统，其特征在于，所述砾石的粒径为1-3cm，天然沸石的粒径为1-2cm，沉水陶粒的粒径为0.5-1cm，河沙的粒径为0.1-0.2cm，活性炭为柱高0.5-1cm的柱状椰壳生物炭。

5.根据权利要求3所述截污系统，其特征在于，所述砾石：天然沸石：沉水陶粒：河沙：活性炭的体积分数＝0-10％:0-15％：0-15％：0-5％:0-2％

6.根据权利要求1所述截污系统，其特征在于，所述生物去除层采用活性污泥挂膜材料。

7.根据权利要求6所述截污系统，其特征在于，所述活性污泥挂膜材料的活性污泥的培养条件为：20-30℃下，使用搅拌的方式补充水中溶解氧，水力停留时间为3d。

8.根据权利要求1所述截污系统，其特征在于，所述生态种植层的植物为菖蒲、龙根、水芹菜、鸢尾中的一种或多种。