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CN109160611B - 一种适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统 - Google Patents

一种适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统，多级生态塘系统沿着河流走向构建于河道的一侧，多级生态塘系统包括集水单元和多级生态塘单元，集水单元包括集水池、河水连接沟渠、污水收集沟渠和生态引水沟渠，河水连接沟渠的两端分别与河道和集水池连通，污水收集沟渠依山自上而下布设，污水收集沟渠下端与集水池连通，多级生态塘单元包括沉淀池、砾石床和多级串联稳定塘单元，生态引水沟渠的两端分别与集水池和沉淀池连通，沉淀池与砾石床连通，砾石床与多级串联稳定塘单元连通，多级串联稳定塘单元与河道连通。该系统简单，建造灵活，无需动力驱动系统的运行，实现了对山区小流域周边非点源污染进行有效地净化。

Description

一种适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘 系统
技术领域
本发明涉及山区水污染防治技术领域，具体涉及一种适用于山区小流域非点源污染 收集处理的多级生态塘系统。
背景技术
小流域非点源污染是水体污染的重要原因，研究表明，山区河流中的污染物约有一 半以上来自周边农村非点源，包括农业污染、分散的养殖业污染和间歇排放的居民生活污染等，它们通过降雨径流或天然沟渠进入水体，污染负荷随着农民生产和生活水平的 提高正在迅速加大，而能截留污染的湿地和岸边植被却在迅速退化。山区河流多呈现季节性水流，在枯、平、丰水期水量差异极大，一旦在枯、平水期持续受到污染，其结果 往往十分严重，沦为黑臭河流，即使经过洪水冲刷，也再难觅鱼虾踪迹，河流失去活力。
我国对农村非点源污染治理技术研究相对较晚，近年来，逐步认识到该问题的重要 性。目前，国内许多研究者针对小流域非点源污染防治都做过有效的研究，形成了一些不错的处理方案。如：《一种处理村落面源污水的复合生态沟渠》(中国专利申请号201320536042.8)通过引入潜流式湿地沟渠单元、氮磷拦截箱、跌水溢流坝和植物篱等形成复合生态沟渠系统，可稳定去除COD，提高氮磷污染物的去除率；《一种农村分散 式污水的生态组合处理方法及其装置》(中国专利申请号201410148248.2)针对农村分 散式污水处理水平低下、农业面源污染日益严重问题，提出利用管网集中、栅格池、调 节池、水平流生物滤池、垂直流生物滤池和两级表面流人工湿地、稳定塘构建生态组合 处理系统，实现农村分散式生活和养殖污水的有效处理；《控源(集中)-截污(输导- 资源化处理农村非点源污染工艺)》(中国专利申请号201010130931)提出利用植物缓冲 带、沼气池、天然沟渠、田间沟坑、鱼塘、人工湿地对污染进行集中、输导和处理，同 时通过沼气发酵等方式实现资源化。上述处理方案各有特点，且均具有一定针对性，但如何有效收集、处理小流域散排生活污水、地表径流，仍然是一个需要长期关注、研究 的技术难题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于山区小流域非点源污 染收集处理的多级生态塘系统，该系统构造简单，建造灵活，无需动力驱动系统的运行，建造和运行成本低，不仅具有一定的景观效果和经济效益，而且实现了对山区小流域周 边非点源污染进行有效地净化。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：一种适用于山区小流域非点源污染收集 处理的多级生态塘系统，所述的多级生态塘系统沿着河流走向构建于河道的一侧，且多级生态塘系统紧挨河道，多级生态塘系统包括集水单元和多级生态塘单元，集水单元包 括集水池、河水连接沟渠、污水收集沟渠和生态引水沟渠，河水连接沟渠进水端与河道连通，河水连接沟通出水端与集水池连通，河水连接沟渠上设有阀闸，污水收集沟渠依 山自上而下布设，污水收集沟渠下部出水端与集水池连通，生态引水沟渠进水端与集水 池连通，多级生态塘单元包括沉淀池、砾石床和多级串联稳定塘单元，生态引水沟渠出 水端与沉淀池入口连通，沉淀池出口与砾石床入口连通，砾石床出口与多级串联稳定塘 单元入口连通，多级串联稳定塘单元出口与河道连通，河水连接沟渠、集水池、生态引 水沟渠、沉淀池、砾石床和多级串联稳定塘单元沿着河流走向从后到前依次布设。
所述的生态引水沟渠由原农田排水沟渠经拓宽和加固改建而成，水力停留时间为4～6h，生态引水沟渠的横断面呈倒等腰梯形状，生态引水沟渠包括两边坡和沟底，两边 坡的顶部分别设有压顶，两边坡、两压顶和沟底上分别种植有匍匐茎耐淹草本植物， 两压顶上还种植有具有经济价值的灌木。
所述的匍匐茎耐淹草本植物为狗牙根和/或牛鞭草，所述的灌木为桑，所述的桑为果 桑和/或饲料桑。
其中一压顶与河道的一河岸连接，压顶靠近河道河岸的一侧种植有一排垂柳。
所述的沉淀池与砾石床之间设有渗滤坝，沉淀池和砾石床通过渗滤坝连接。
所述的渗滤坝为石笼，渗滤坝包括笼体和砾石填料，笼体包括钢筋骨架和丝网，钢筋骨架为框体结构，且丝网连接于钢筋骨架上，砾石填料填充于笼体内，沉淀池与砾石 床通过渗滤坝隔开。
所述的沉淀池水深60-80cm，水力停留时间6～10h，所述的砾石床水深60-80cm，水力停留时间9～15h，砾石床上栽种有第一水生植物，第一水生植物为美人蕉和/或黄花鸢尾。
所述的多级串联稳定塘单元由原沿河道构建的鱼塘或水池改建而成，多级串联稳定 塘单元包括一级生物净化塘、二级生物净化塘和三级生物净化塘，一级生物净化塘、二级生物净化塘和三级生物净化塘沿着河流走向从后到前依次布设，且一级生物净化塘、 二级生物净化塘和三级生物净化塘依次串联，一级生物净化塘内栽种有第二水生植物，二级生物净化塘内种植有第三水生植物，二级生物净化塘周边吊养有河蚌，吊养密度约1.5个/m2，三级生物净化塘内种植有第四水生植物，三级生物净化塘内放养有鲢鱼和鳙 鱼，鲢鱼和鳙鱼的放养比例为3:1，鲢鱼和鳙鱼的放养密度为15-25g/m3，三级生物净化 塘出口与河道连通。
所述的一级生物净化塘水深60-80cm，水力停留时间9～12h，第二水生植物为梭鱼草、美人蕉和/或鸢尾，二级生物净化塘水深80-150cm，水力停留时间14～18h，第二水 生植物为鸢尾、苦草、水蜡烛和/或美人蕉，三级生物净化塘水深80-150cm，水力停留 时间48～60h，第二水生植物为鸢尾、再力花、梭鱼草、美人蕉、水蜡烛、水棕竹和/或 睡莲。
与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：
1、该系统中的生态引水沟渠位于小流域河道一侧，沿河流走向布设，其可对该区域的地表径流所携带的农业污染以及沿天然污水收集沟渠无序排放的居民生活和养殖 污染水实现有效地收集，生态引水沟渠中种植狗牙根、牛鞭草等匍匐茎耐淹草本植物， 其庞大密实的根系产生的机械滤清效应和植株生长可去除污水中的大部分悬浮物和少部分营养物质，发挥缓冲作用，为后续生态塘阶段减轻了冲击负荷，提高了整个系统的 稳定性。
2、该系统中的多级生态塘单元，逐级去除泥沙、悬浮物、有机污染物和氮磷营养物质，起到深度处理的作用。
3、该系统中设置了河水连接沟渠，整个系统通过河水连接沟渠与河水保持连接，设置闸阀，当收集不到污染或污染物很少时，可通过引入河水对系统进行养护，使其保 持活力，当收集污染物主要为养殖或生活污染，污染物浓度较高时，亦可通过引入河水 对其进行稀释，避免水质差异过大对系统造成冲击。
附图说明
图1为适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统的布局图。
图2为适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统的剖面结构示意图。图3为生态引水沟渠的横断面的示意图。
图4为渗滤坝的结构示意图
其中，1-集水池、2-河水连接沟渠、3-污水收集沟渠、4-生态引水沟渠、5-阀闸、6-沉淀池、7-渗滤坝、8-砾石床、9-一级生物净化塘、10-二级生物净化塘、11-三级生物净 化塘、13-边坡、14-沟底、15-压顶、16-头道河、17-河岸、18-农户、19-地表径流、20- 钢筋骨架、21-铁丝网、22-砾石填料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提供的适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统的布局和结 构如图1和图2所示，本实施例中，多级生态塘系统构建于重庆市开县头道河小流域局部区域，具体位于镇东街道金果村四组。多级生态塘系统沿着河流走向构建于头道河小 流域局部区域的一侧，且多级生态塘系统紧挨头头道河小流域局部区域。
所述的多级生态塘系统包括集水单元和多级生态塘单元。集水单元的作用是收集污 水和对污水进行预处理，多级生态塘单元的作用是对污水进行深度处理，大幅度减少污水对头道河的污染。
所述的集水单元包括集水池1、河水连接沟渠2、污水收集沟渠3和生态引水沟渠4。河水连接沟渠2进水端与头道河16连通，河水连接沟渠2通出水端与集水池1连通， 河水连接沟渠2上设有阀闸5，河水连接沟渠用于引入整个系统的调节养护用水。污水 收集沟渠3依山自上而下布设，污水收集沟渠3下部出水端与集水池1连通，污水收集 沟渠汇集了山区上部地区的部分农户18的生活污染水和养殖污染水。
所述的生态引水沟渠4主要由原农田排水沟渠经拓宽和加固改建而成，水力停留时 间为4～6h，其长度为150m。如图3所示，生态引水沟渠4的横断面呈倒等腰梯形状， 生态引水沟渠4包括两边坡13和沟底14，边坡13与沟底14的夹角为60°，沟底14的 长度为35cm，两边坡13顶部之间的距离为60cm。两边坡13的顶部分别设有压顶15，其中一压顶15与头道河16的一河岸17连接。沟底14和两边坡13上种植狗牙根和牛 鞭草等对氮、磷营养元素具有较强吸收能力的匍匐茎耐淹草本植物，狗牙根和牛鞭草等 为匍匐茎植物，其生长过程中错综、密实的植株根茎体系可产生拦截、过滤效应，去除 部分悬浮物，且植物生长过程中可吸收部分营养物质，可去除少量营养物质氮、磷等。两压顶上均种植有狗牙根和牛鞭草等匍匐茎耐淹草本植物，还种植有具有一定经济价值 的果桑或饲料桑，压顶靠近河道河岸的一侧种植有一排垂柳，生态引水沟渠内部及外部 两侧种植植被，不仅可以吸收污水中的部分氮、磷营养元素，而且可以起到固定的作用， 还可以起到景观和经济盈收的作用，一举多得。生态引水沟渠不仅可以收集收集池中聚 集的上游农户的生活和养殖污水，还可以收集地表径流19带来的各种污水。
所述的多级生态塘单元包括沉淀池6、砾石床8和多级串联稳定塘单元。沉淀池6和砾石床8通过对原水田进行挖空、防渗处理和填充砾石等处理构建形成，总面积约500m2。沉淀池6水深60～80cm，水力停留时间6～10h。砾石床8内填充的砾石直径为2-4cm，砾石床水8深60～80cm，水力停留时间9～15h，砾石床8上栽种有美人蕉、黄 花鸢尾等水生生物。
沉淀池6与砾石床8之间设有渗滤坝7，所述的渗滤坝为石笼，渗滤坝包括笼体和砾石填料22，笼体包括钢筋骨架20和铁丝网21，钢筋骨架20为框体结构，且铁丝网 21连接于钢筋骨架20上，砾石填料22填充于笼体内，沉淀池6与砾石床8通过渗滤坝 隔开。
生态引水沟渠4进水端与集水池1连通，生态引水沟渠4出水端与沉淀池6入口连通。
所述的多级串联稳定塘单元由原沿头道河构建的鱼塘或水池改建而成，多级串联稳 定塘单元包括一级生物净化塘9、二级生物净化塘10和三级生物净化塘11，且一级生 物净化塘9、二级生物净化塘10和三级生物净化塘11依次串联。
所述的一级生物净化塘9面积为200m2，平均水深70cm，水力停留时间9～12h，内部栽种梭鱼草、美人蕉和鸢尾等水生植物。
所述的二级生物净化塘10面积为300m2，平均水深120cm，水力停留时间14～18h，内部栽种鸢尾、苦草、水蜡烛和美人蕉等水生植物。二级生物净化塘10周边吊养(用 笼子等吊养)1龄蚌河蚌，体重约为100g/个，吊养密度约1.5个/m2。
所述的三级生物净化塘11面积为1000m2，平均水深120cm，水力停留时间48～60h，内部栽种鸢尾、再力花、梭鱼草、美人蕉、水蜡烛、水棕竹和睡莲等水生植物。三级生 物净化塘11内放养有鲢鱼和鳙鱼，鲢鱼和鳙鱼的放养比例为3:1，鲢鱼和鳙鱼的放养密度为20g/m3。
河水连接沟渠2、集水池1、生态引水沟渠4、沉淀池6、砾石床8、一级生物净化 塘9、二级生物净化塘10和三级生物净化塘11沿着河流走向从后到前依次布设，三级 生物净化塘出口与头道河连通。
对上述的多级生态塘系统进行效果评估，由于地表径流的产生受天气因素影响，且 难以形成连续排放，故效果评估通过污水收集沟渠收集的污水(可收集20余户居民生活污水)进行，污水经集水池进入生态引水沟渠和多级串联稳定塘单元，连续运行2个 月，结果表明，流经该系统的污水黑臭消失，浊度下降，出水DO饱和度达到65％以上，进水SS、NH3-N、TN、TP、CODcr的平均去除效率分别达到84％、70％、49％、44％ 和80％。可见，该系统用于山区小流域非点源污染治理的可行性较高，具有一定的推广 和应用前景。

Claims (4)

1.一种适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统，其特征在于：所述的多级生态塘系统沿着河流走向构建于河道的一侧，且多级生态塘系统紧挨河道，多级生态塘系统包括集水单元和多级生态塘单元，集水单元包括集水池、河水连接沟渠、污水收集沟渠和生态引水沟渠，河水连接沟渠进水端与河道连通，河水连接沟通出水端与集水池连通，河水连接沟渠上设有阀闸，污水收集沟渠依山自上而下布设，污水收集沟渠下部出水端与集水池连通，生态引水沟渠进水端与集水池连通，多级生态塘单元包括沉淀池、砾石床和多级串联稳定塘单元，生态引水沟渠出水端与沉淀池入口连通，沉淀池出口与砾石床入口连通，砾石床出口与多级串联稳定塘单元入口连通，多级串联稳定塘单元出口与河道连通，河水连接沟渠、集水池、生态引水沟渠、沉淀池、砾石床和多级串联稳定塘单元沿着河流走向从前到后依次布设；
所述的生态引水沟渠由原农田排水沟渠经拓宽和加固改建而成，水力停留时间为4~6h，生态引水沟渠的横断面呈倒等腰梯形状，生态引水沟渠包括两边坡和沟底，两边坡的顶部分别设有压顶，两边坡、两压顶和沟底上分别种植有匍匐茎耐淹草本植物，两压顶上还种植有具有经济价值的灌木，其中一压顶与河道的一河岸连接，该压顶靠近河道河岸的一侧种植有一排垂柳，生态引水沟渠不仅可以收集集水池中聚集的上游农户的生活和养殖污水，还可以收集地表径流带来的各种污水；
所述的沉淀池与砾石床之间设有渗滤坝，沉淀池和砾石床通过渗滤坝连接；所述的渗滤坝为石笼，渗滤坝包括笼体和砾石填料，笼体包括钢筋骨架和丝网，钢筋骨架为框体结构，且丝网连接于钢筋骨架上，砾石填料填充于笼体内，沉淀池与砾石床通过渗滤坝隔开；
所述的多级串联稳定塘单元由原沿河道构建的鱼塘或水池改建而成，多级串联稳定塘单元包括一级生物净化塘、二级生物净化塘和三级生物净化塘，一级生物净化塘、二级生物净化塘和三级生物净化塘沿着河流走向从前到后依次布设，且一级生物净化塘、二级生物净化塘和三级生物净化塘依次串联，一级生物净化塘内栽种有第二水生植物，二级生物净化塘内种植有第三水生植物，二级生物净化塘周边吊养有河蚌，吊养密度约1.5个/m2，三级生物净化塘内种植有第四水生植物，三级生物净化塘内放养有鲢鱼和鳙鱼，鲢鱼和鳙鱼的放养比例为3:1，鲢鱼和鳙鱼的放养密度为15-25g/m3，三级生物净化塘出口与河道连通。
2.根据权利要求1所述的适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统，其特征在于：所述的匍匐茎耐淹草本植物为狗牙根和/或牛鞭草，所述的灌木为桑，所述的桑为果桑和/或饲料桑。
3. 根据权利要求1所述的适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统，其特征在于：所述的沉淀池水深60-80cm，水力停留时间6~10h，所述的砾石床水深60-80cm，水力停留时间9~15h，砾石床上栽种有第一水生植物，第一水生植物为美人蕉和/或黄花鸢尾。
4.根据权利要求1所述的适用于山区小流域非点源污染收集处理的多级生态塘系统，其特征在于：所述的一级生物净化塘水深60-80cm，水力停留时间9~12h，第二水生植物为梭鱼草、美人蕉和/或鸢尾，二级生物净化塘水深80-150cm，水力停留时间14~18h，第三水生植物为鸢尾、苦草、水蜡烛和/或美人蕉，三级生物净化塘水深80-150cm，水力停留时间48~60h，第四水生植物为鸢尾、再力花、梭鱼草、美人蕉、水蜡烛、水棕竹和/或睡莲。
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