申请日2015.06.24
公开(公告)日2015.09.30
IPC分类号C02F3/32; C02F9/14; C02F3/34; C02F3/30
摘要
本发明公开了一种农村面源污水处理多层阶梯渗流渠及其面源污水处理工艺，该多层阶梯渗流渠包括格栅和设置在相邻格栅之间的生态沟渠，格栅为间隔设置的多层带孔墙体且沿水流方向带孔墙体高度和孔径依次递减，生态沟渠包括上层生物膜处理单元和下层生物膜处理单元，上层生物膜处理单元包括至少一种生物膜载体，下层生物膜处理单元包括至少一种生态滤料;该多层阶梯渗流渠的设计结构及处理工艺使面源污水在进入水坝之前的流向、纵深方向上和沿渠道方向呈现三维化面源污水处理趋势，同时具有处理效率高和占地面积小、造价低廉的特点以及水利和生态景观价值。
摘要附图
权利要求书
1.一种农村面源污水处理多层阶梯渗流渠，包括格栅和设置在相邻格栅之 间的生态沟渠，其特征在于，所述格栅为间隔设置的至少三层带孔墙体(1)且 沿水流方向所述带孔墙体(1)高度和孔径依次递减，所述生态沟渠包括上层生 物膜处理单元(2)和下层生物膜处理单元(3)，所述上层生物膜处理单元(2) 包括至少一种生物膜载体，所述下层生物膜处理单元(3)包括至少一种生态滤 料。
2.根据权利要求1所述的农村面源污水处理多层阶梯渗流渠，其特征在于， 所述下层生物膜处理单元(3)包括多层生态滤料(4)且多层滤料按从上至下粒 径逐渐减小的顺序设置，所述生态滤料为生态砾石或者生态混凝土。
3.根据权利要求2所述的农村面源污水处理多层阶梯渗流渠，其特征在于， 所述上层生物膜处理单元(2)的生物膜载体为纤维草填料、挺水植物中的至少 一种，所述生物膜载体种植在所述生态滤料上表面。
4.根据权利要求3所述的农村面源污水处理多层阶梯渗流渠，其特征在于， 所述带孔墙体(1)为三层，所述带孔墙体(1)由穿孔花墙、开孔砖或渗流墙形 成。
5.根据权利要求4所述的农村面源污水处理多层阶梯渗流渠，其特征在于， 所述生态沟渠还包括至少一个氮磷过滤箱，所述氮磷过滤箱设置在所述生态沟渠 的所述带孔墙体(1)的边壁处。
6.根据权利要求5所述的农村面源污水处理多层阶梯渗流渠，其特征在于， 所述氮磷过滤箱为金属土工格网箱，所述金属土工格网箱内填充有质量比1:1:1 的钢渣、蛭石和粉煤灰的混合物。
7.一种根据权利要求6所述的农村面源污水处理多层阶梯渗流渠的农村面 源污水处理工艺，其特征在于，所述处理工艺包括如下步骤：
(i)汇集面源污水并通过第一道带孔墙体对面源污水中的大粒径的碎石和泥 沙进行拦截，去除碎石和泥沙的面源污水流入生态沟渠I区;
(ii)所述生态沟渠I区包括上层生物膜处理单元和下层生物膜处理单元， 面源污水通过所述上层生物膜处理单元中种植的纤维草填料和/或挺水植物进行 拦挡和黏滞，面源污水流动缓慢和均匀，挺水植物和依附其生长的根际生物圈通 过根系吸附、协同作用吸附水中的含氮污染物和部分含磷污染物，并分别通过硝 化反应、反硝化反应、吸磷释磷反应转化为氮气和有机磷完成去除，与此同时， 部分面源污水自然沉降并下渗进入所述下层生物膜处理单元中的生态砾石和/或 者生态混凝土的间隙，污水中的悬浮物、有机污染物、寄生虫卵等沉淀、凝聚在 间隙处或渠底，间隙处或渠底的活性菌胶团、水栖微生物吸附悬浮物、有机污染 物并通过新陈代谢将有机污染物吸收、转化;
(iii)对经生态沟渠I区处理过的面源污水通过第二道带孔墙体进行小粒径 泥沙和悬浮物的过滤，去除泥沙和悬浮物的面源污水流入生态沟渠II区;
(iv)所述生态沟渠II区包括与所述生态沟渠I区相同的上层生物膜处理单 元和下层生物膜处理单元，对流入生态沟渠II区的面源污水进行第二次处理;
(v)经生态沟渠II区第二次处理的面源污水通过第三道带孔墙体渗流排入 进入水库中。
说明书
一种处理农村面源污水的多层阶梯渗流渠及其面源污水处理工艺
技术领域
本发明涉及农业水土工程和污水处理技术领域，具体而言，涉及一种处理农 村面源污水的多层阶梯渗流渠及面源污水处理工艺。
背景技术
水环境质量恶化态势的加剧，对污水处理率及处理程度提出了更高的标准; 与此同时，随着城市化进程的加快，对污水处理程度、处理设施的用地、及其建 成后对周边环境的不利影响都提出了更为严格的要求。
其中，面源污水其具有排放分散、总量巨大、情况复杂的典型特点。在大量 的研究和试点中，面源污水收集技术主要包括硬化沟渠、生态草沟和其他沟渠管 路;面源污水处理工艺则包括生态塘、人工湿地、土地渗滤、生态滴滤和生态沟 渠等;氮磷拦截方面则扩展出生态透水坝和前置库等技术。这些技术共同构成了 我国的面源污水控制技术体系。
在现有面源污水防治技术中，生态塘和人工湿地处理效率较高但占地面积较 大，且对氮、磷拦截能力不突出，造价相对较高;土地渗滤技术处理能力虽然较 强，氮磷拦截效果出色但易堵塞且寿命短;生物滴滤效果优良但是建设耗资大、 运行成本高，性价低，不适宜推广;而生态沟渠不仅具有处理效率高和占地面积 小、造价低廉的特点，还兼具水利和生态景观价值，相对于其他技术具有良好的 拓展和研究前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种有效处理面源水污染的的面源水污染处理工艺。
本发明的另一个目的是提供一种不仅具有处理效率高和占地面积小、造价低 廉的特点，还兼具水利和生态景观价值的农村面源污水处理多层阶梯渗流渠。
为此，本发明的技术方案如下：
一种农村面源污水处理多层阶梯渗流渠，包括格栅和设置在相邻格栅之间的 生态沟渠，所述格栅为间隔设置的多层带孔墙体且沿水流方向所述带孔墙体高度 和孔径依次递减，所述生态沟渠包括上层生物膜处理单元和下层生物膜处理单 元，所述上层生物膜处理单元包括至少一种生物膜载体，所述下层生物膜处理单 元包括至少一种生态滤料。
所述下层生物膜处理单元包括多层生态滤料且多层滤料按从上至下粒径逐 渐减小的顺序设置，所述生态滤料为生态砾石或者生态混凝土。
所述下层生物膜处理系统是通过开挖基坑，放入生态砾石或者生态混凝土， 作为生物膜附着的载体。对汇集的面源污水中的氮磷以及有机物进行预处理。
所述上层生物膜处理单元的生物膜载体为纤维草填料、挺水植物中的至少一 种，所述生物膜载体种植在所述生态滤料上表面。
所述上层生物膜处理单元优选为纤维草填料和挺水植物组合。初始流入生态 沟渠的面源污水中，氮磷以较高浓度的有机态形式存在，挺水植物和依附其生长 的根际生物圈则通过根系吸附、协同作用吸附水中的含氮污染物和部分含磷污染 物，并分别通过硝化反应、反硝化反应、吸磷释磷反应转化为氮气和有机磷完成 去除。
所述挺水植物包括但不限于美人蕉、芦苇或菖蒲等大型挺水植物。
所述带孔墙体至少为三层，所述带孔墙体由穿孔花墙、开孔砖或渗流墙形成。 所述首层带孔墙体用于拦截大粒径碎石和泥沙，中间的带孔墙体用于拦截小粒径 悬浮物、泥沙和有机物质，最后一层带孔墙体用于渗流和再过滤，水流速度减慢， 使生态渠蓄水。多层带孔墙体的孔径依次递减形成多道拦截的同时生态渠道内密 植型大型挺水植物墙和/或纤维草填料相当于又增加两道防护林，有效防治水土泥 沙流失。
所述生态沟渠还包括氮磷过滤箱，所述氮磷过滤箱设置在所述带孔墙体的边 壁处。所述氮磷过滤箱为内部填充有质量比1:1:1的钢渣、蛭石和粉煤灰的混合 物的金属土工格网箱。首先通过钢渣、蛭石和粉煤灰的多孔结构吸附污水中的小 颗粒污染物，再通过混合物中大量的氧化钙、氧化铝和氧化铁等活性成分快速完 成强化除磷的化学过程，当附饱和后，过滤箱仍可作为生物滤料通过微生物附着 完成污水黏滞和处理，同时表面沉积大量磷化物有助于生物稳定生长和繁盛。
该层阶梯渗流渠的农村面源污水处理工艺包括如下步骤：
(i)汇集面源污水并通过第一道带孔墙体对面源污水中的大粒径的碎石和泥 沙进行拦截，去除碎石和泥沙的面源污水流入生态沟渠I区;
(ii)所述生态沟渠I区包括上层生物膜处理单元和下层生物膜处理单元， 面源污水通过所述上层生物膜处理单元中种植的纤维草填料和/或挺水植物进行 拦挡和黏滞，面源污水流动缓慢和均匀，挺水植物和依附其生长的根际生物圈通 过根系吸附、协同作用吸附水中的含氮污染物和部分含磷污染物，并分别通过硝 化反应、反硝化反应、吸磷释磷反应转化为氮气和有机磷完成去除，与此同时， 部分面源污水自然沉降并下渗进入所述下层生物膜处理单元中的生态砾石和/或 者生态混凝土的间隙，污水中的悬浮物、有机污染物、寄生虫卵等沉淀、凝聚在 间隙处或渠底，间隙处或渠底的活性菌胶团、水栖微生物吸附悬浮物、有机污染 物并通过新陈代谢将有机污染物吸收、转化;
(iii)对经生态沟渠I区处理过的面源污水通过第二道带孔墙体进行小粒径 泥沙和悬浮物的过滤，去除泥沙和悬浮物的面源污水流入生态沟渠II区;
(iv)所述生态沟渠II区包括与所述生态沟渠I区相同的上层生物膜处理单 元和下层生物膜处理单元，对流入生态沟渠II区的面源污水进行第二次处理;
(v)经生态沟渠II区第二次处理的面源污水通过第三道带孔墙体渗流排入 进入水库中
与现有技术相比，该处理农村面源污水的多层阶梯渗流渠及其面源污水处理 工艺：
(1)通过带孔墙体高度依次阶梯状递减，产生不同梯度的水跃，增强系统 抗冲击负荷能力，对于暴雨期可以保证后续工艺;而所述带孔墙体孔径依次递减 形成对悬浮物和泥沙的多道拦截，有效防治水土泥沙流失;
(2)通过生态沟渠内的上层生物膜系统和下层生物膜系统同步对初期有机 态高浓度氮磷进行及时的植物吸收和降解，氮磷过滤箱有效对未吸收的氮磷进行 再吸收，同时表面沉积大量磷化物有助于生物稳定生长和繁盛。
综上所述，该农村面源污水处理多层阶梯渗流渠及其处理工艺同时具有处理 效率高和占地面积小、造价低廉的特点以及水利和生态景观价值。
