申請日2015.06.24

　　公開(公告)日2015.09.30

　　IPC分類號C02F3/32; C02F9/14; C02F3/34; C02F3/30

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠及其面源污水處理工藝，該多層階梯滲流渠包括格柵和設(shè)置在相鄰格柵之間的生態(tài)溝渠，格柵為間隔設(shè)置的多層帶孔墻體且沿水流方向帶孔墻體高度和孔徑依次遞減，生態(tài)溝渠包括上層生物膜處理單元和下層生物膜處理單元，上層生物膜處理單元包括至少一種生物膜載體，下層生物膜處理單元包括至少一種生態(tài)濾料;該多層階梯滲流渠的設(shè)計結(jié)構(gòu)及處理工藝使面源污水在進入水壩之前的流向、縱深方向上和沿渠道方向呈現(xiàn)三維化面源污水處理趨勢，同時具有處理效率高和占地面積小、造價低廉的特點以及水利和生態(tài)景觀價值。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠，包括格柵和設(shè)置在相鄰格柵之 間的生態(tài)溝渠，其特征在于，所述格柵為間隔設(shè)置的至少三層帶孔墻體(1)且 沿水流方向所述帶孔墻體(1)高度和孔徑依次遞減，所述生態(tài)溝渠包括上層生 物膜處理單元(2)和下層生物膜處理單元(3)，所述上層生物膜處理單元(2) 包括至少一種生物膜載體，所述下層生物膜處理單元(3)包括至少一種生態(tài)濾 料。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠，其特征在于， 所述下層生物膜處理單元(3)包括多層生態(tài)濾料(4)且多層濾料按從上至下粒 徑逐漸減小的順序設(shè)置，所述生態(tài)濾料為生態(tài)礫石或者生態(tài)混凝土。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠，其特征在于， 所述上層生物膜處理單元(2)的生物膜載體為纖維草填料、挺水植物中的至少 一種，所述生物膜載體種植在所述生態(tài)濾料上表面。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠，其特征在于， 所述帶孔墻體(1)為三層，所述帶孔墻體(1)由穿孔花墻、開孔磚或滲流墻形 成。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠，其特征在于， 所述生態(tài)溝渠還包括至少一個氮磷過濾箱，所述氮磷過濾箱設(shè)置在所述生態(tài)溝渠 的所述帶孔墻體(1)的邊壁處。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠，其特征在于， 所述氮磷過濾箱為金屬土工格網(wǎng)箱，所述金屬土工格網(wǎng)箱內(nèi)填充有質(zhì)量比1:1:1 的鋼渣、蛭石和粉煤灰的混合物。

　　7.一種根據(jù)權(quán)利要求6所述的農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠的農(nóng)村面 源污水處理工藝，其特征在于，所述處理工藝包括如下步驟：

　　(i)匯集面源污水并通過第一道帶孔墻體對面源污水中的大粒徑的碎石和泥 沙進行攔截，去除碎石和泥沙的面源污水流入生態(tài)溝渠I區(qū);

　　(ii)所述生態(tài)溝渠I區(qū)包括上層生物膜處理單元和下層生物膜處理單元， 面源污水通過所述上層生物膜處理單元中種植的纖維草填料和/或挺水植物進行 攔擋和黏滯，面源污水流動緩慢和均勻，挺水植物和依附其生長的根際生物圈通 過根系吸附、協(xié)同作用吸附水中的含氮污染物和部分含磷污染物，并分別通過硝 化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)、吸磷釋磷反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮氣和有機磷完成去除，與此同時， 部分面源污水自然沉降并下滲進入所述下層生物膜處理單元中的生態(tài)礫石和/或 者生態(tài)混凝土的間隙，污水中的懸浮物、有機污染物、寄生蟲卵等沉淀、凝聚在 間隙處或渠底，間隙處或渠底的活性菌膠團、水棲微生物吸附懸浮物、有機污染 物并通過新陳代謝將有機污染物吸收、轉(zhuǎn)化;

　　(iii)對經(jīng)生態(tài)溝渠I區(qū)處理過的面源污水通過第二道帶孔墻體進行小粒徑 泥沙和懸浮物的過濾，去除泥沙和懸浮物的面源污水流入生態(tài)溝渠II區(qū);

　　(iv)所述生態(tài)溝渠II區(qū)包括與所述生態(tài)溝渠I區(qū)相同的上層生物膜處理單 元和下層生物膜處理單元，對流入生態(tài)溝渠II區(qū)的面源污水進行第二次處理;

　　(v)經(jīng)生態(tài)溝渠II區(qū)第二次處理的面源污水通過第三道帶孔墻體滲流排入 進入水庫中。

　　說明書

　　一種處理農(nóng)村面源污水的多層階梯滲流渠及其面源污水處理工藝

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)水土工程和污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種處理農(nóng) 村面源污水的多層階梯滲流渠及面源污水處理工藝。

　　背景技術(shù)

　　水環(huán)境質(zhì)量惡化態(tài)勢的加劇，對污水處理率及處理程度提出了更高的標準; 與此同時，隨著城市化進程的加快，對污水處理程度、處理設(shè)施的用地、及其建 成后對周邊環(huán)境的不利影響都提出了更為嚴格的要求。

　　其中，面源污水其具有排放分散、總量巨大、情況復(fù)雜的典型特點。在大量 的研究和試點中，面源污水收集技術(shù)主要包括硬化溝渠、生態(tài)草溝和其他溝渠管 路;面源污水處理工藝則包括生態(tài)塘、人工濕地、土地滲濾、生態(tài)滴濾和生態(tài)溝 渠等;氮磷攔截方面則擴展出生態(tài)透水壩和前置庫等技術(shù)。這些技術(shù)共同構(gòu)成了 我國的面源污水控制技術(shù)體系。

　　在現(xiàn)有面源污水防治技術(shù)中，生態(tài)塘和人工濕地處理效率較高但占地面積較 大，且對氮、磷攔截能力不突出，造價相對較高;土地滲濾技術(shù)處理能力雖然較 強，氮磷攔截效果出色但易堵塞且壽命短;生物滴濾效果優(yōu)良但是建設(shè)耗資大、 運行成本高，性價低，不適宜推廣;而生態(tài)溝渠不僅具有處理效率高和占地面積 小、造價低廉的特點，還兼具水利和生態(tài)景觀價值，相對于其他技術(shù)具有良好的 拓展和研究前景。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種有效處理面源水污染的的面源水污染處理工藝。

　　本發(fā)明的另一個目的是提供一種不僅具有處理效率高和占地面積小、造價低 廉的特點，還兼具水利和生態(tài)景觀價值的農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠。

　　為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

　　一種農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠，包括格柵和設(shè)置在相鄰格柵之間的 生態(tài)溝渠，所述格柵為間隔設(shè)置的多層帶孔墻體且沿水流方向所述帶孔墻體高度 和孔徑依次遞減，所述生態(tài)溝渠包括上層生物膜處理單元和下層生物膜處理單 元，所述上層生物膜處理單元包括至少一種生物膜載體，所述下層生物膜處理單 元包括至少一種生態(tài)濾料。

　　所述下層生物膜處理單元包括多層生態(tài)濾料且多層濾料按從上至下粒徑逐 漸減小的順序設(shè)置，所述生態(tài)濾料為生態(tài)礫石或者生態(tài)混凝土。

　　所述下層生物膜處理系統(tǒng)是通過開挖基坑，放入生態(tài)礫石或者生態(tài)混凝土， 作為生物膜附著的載體。對匯集的面源污水中的氮磷以及有機物進行預(yù)處理。

　　所述上層生物膜處理單元的生物膜載體為纖維草填料、挺水植物中的至少一 種，所述生物膜載體種植在所述生態(tài)濾料上表面。

　　所述上層生物膜處理單元優(yōu)選為纖維草填料和挺水植物組合。初始流入生態(tài) 溝渠的面源污水中，氮磷以較高濃度的有機態(tài)形式存在，挺水植物和依附其生長 的根際生物圈則通過根系吸附、協(xié)同作用吸附水中的含氮污染物和部分含磷污染 物，并分別通過硝化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)、吸磷釋磷反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮氣和有機磷完成 去除。

　　所述挺水植物包括但不限于美人蕉、蘆葦或菖蒲等大型挺水植物。

　　所述帶孔墻體至少為三層，所述帶孔墻體由穿孔花墻、開孔磚或滲流墻形成。 所述首層帶孔墻體用于攔截大粒徑碎石和泥沙，中間的帶孔墻體用于攔截小粒徑 懸浮物、泥沙和有機物質(zhì)，最后一層帶孔墻體用于滲流和再過濾，水流速度減慢， 使生態(tài)渠蓄水。多層帶孔墻體的孔徑依次遞減形成多道攔截的同時生態(tài)渠道內(nèi)密 植型大型挺水植物墻和/或纖維草填料相當于又增加兩道防護林，有效防治水土泥 沙流失。

　　所述生態(tài)溝渠還包括氮磷過濾箱，所述氮磷過濾箱設(shè)置在所述帶孔墻體的邊 壁處。所述氮磷過濾箱為內(nèi)部填充有質(zhì)量比1:1:1的鋼渣、蛭石和粉煤灰的混合 物的金屬土工格網(wǎng)箱。首先通過鋼渣、蛭石和粉煤灰的多孔結(jié)構(gòu)吸附污水中的小 顆粒污染物，再通過混合物中大量的氧化鈣、氧化鋁和氧化鐵等活性成分快速完 成強化除磷的化學(xué)過程，當附飽和后，過濾箱仍可作為生物濾料通過微生物附著 完成污水黏滯和處理，同時表面沉積大量磷化物有助于生物穩(wěn)定生長和繁盛。

　　該層階梯滲流渠的農(nóng)村面源污水處理工藝包括如下步驟：

　　(i)匯集面源污水并通過第一道帶孔墻體對面源污水中的大粒徑的碎石和泥 沙進行攔截，去除碎石和泥沙的面源污水流入生態(tài)溝渠I區(qū);

　　(ii)所述生態(tài)溝渠I區(qū)包括上層生物膜處理單元和下層生物膜處理單元， 面源污水通過所述上層生物膜處理單元中種植的纖維草填料和/或挺水植物進行 攔擋和黏滯，面源污水流動緩慢和均勻，挺水植物和依附其生長的根際生物圈通 過根系吸附、協(xié)同作用吸附水中的含氮污染物和部分含磷污染物，并分別通過硝 化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)、吸磷釋磷反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮氣和有機磷完成去除，與此同時， 部分面源污水自然沉降并下滲進入所述下層生物膜處理單元中的生態(tài)礫石和/或 者生態(tài)混凝土的間隙，污水中的懸浮物、有機污染物、寄生蟲卵等沉淀、凝聚在 間隙處或渠底，間隙處或渠底的活性菌膠團、水棲微生物吸附懸浮物、有機污染 物并通過新陳代謝將有機污染物吸收、轉(zhuǎn)化;

　　(iii)對經(jīng)生態(tài)溝渠I區(qū)處理過的面源污水通過第二道帶孔墻體進行小粒徑 泥沙和懸浮物的過濾，去除泥沙和懸浮物的面源污水流入生態(tài)溝渠II區(qū);

　　(iv)所述生態(tài)溝渠II區(qū)包括與所述生態(tài)溝渠I區(qū)相同的上層生物膜處理單 元和下層生物膜處理單元，對流入生態(tài)溝渠II區(qū)的面源污水進行第二次處理;

　　(v)經(jīng)生態(tài)溝渠II區(qū)第二次處理的面源污水通過第三道帶孔墻體滲流排入 進入水庫中

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，該處理農(nóng)村面源污水的多層階梯滲流渠及其面源污水處理 工藝：

　　(1)通過帶孔墻體高度依次階梯狀遞減，產(chǎn)生不同梯度的水躍，增強系統(tǒng) 抗沖擊負荷能力，對于暴雨期可以保證后續(xù)工藝;而所述帶孔墻體孔徑依次遞減 形成對懸浮物和泥沙的多道攔截，有效防治水土泥沙流失;

　　(2)通過生態(tài)溝渠內(nèi)的上層生物膜系統(tǒng)和下層生物膜系統(tǒng)同步對初期有機 態(tài)高濃度氮磷進行及時的植物吸收和降解，氮磷過濾箱有效對未吸收的氮磷進行 再吸收，同時表面沉積大量磷化物有助于生物穩(wěn)定生長和繁盛。

　　綜上所述，該農(nóng)村面源污水處理多層階梯滲流渠及其處理工藝同時具有處理 效率高和占地面積小、造價低廉的特點以及水利和生態(tài)景觀價值。