专利名称：一种山区村镇分散生活污水生态净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及生活污水净化技术体系，属于环境工程和环境科学领域，用于山区村 镇分散生活污水的处理与净化。
背景技术：
随着社会和经济的不断发展，水污染问题日益严重，污水治理已经成为了人类 迫切需要解决的关键问题。据调查，水污染在中国造成的经济损失约占GDP的1.46% 2. 84%，水体富营养化造成的后果尤为严重，其突出特征表现为溶解氧降低，水生生物大量 死亡。近年来尽管国家和地方每年都投入巨资，例如“十五”期间用于包括水污染治理的环 境整治的投资规划为7000亿元，已达到中国⑶P的1 %，但到目前为止水体富营养化的程度 仍然有增无减。城乡结合部的集镇及村落生活废水基本处于无序排放的状态，已经成为了 我国大多数流域水体富营养化的主要来源之一。随着农村经济社会的不断发展，越来越多 的农村集镇涌现出来。但是，这些农村集镇的基础设施建设与环境管理严重滞后，污、废水 集中处理困难，降雨径流冲刷沟道累积的污染物，产生瞬时高污染负荷，极大地影响了受纳 水体的水质。因此，对农村集镇及村落生活污水的治理是我国目前水体富营养化治理与控 制的关键。但是，由于技术条件、建设成本及运行费用的限制，农村生活污水处理困难，已经 成为当今水污染治理的难点与瓶颈，而且成为水污染问题的焦点。传统的污水处理主要依靠建设污水处理厂来进行处理，但是污水处理厂的建设不 仅需要较大的资金投入，占用较大的平地，而且运行成本相当高。在一些欠发达地区，难以 承担建造曝氧系统来处理污水的成本及运行费用，特别值得指出的是，在欠发达的山区，地 貌以山丘为主，难以找到适合建设污水处理系统的大面积平地。利用沟渠的自然净化功能 来处理生活污水是一种行之有效的方法，目前也有相关研究出现，但大多数研究侧重于平 原水网沟渠的研究，山区沟渠生态净化技术的研究缺乏，环保、高效的山区沟渠生态净化技 术体系尚未形成。如何利用山区沟渠所存在的自然净化机制处置村镇分散生活污水，是目 前迫切需要解决的关键问题，也正是本发明的着眼点。综上所述，村镇分散生活污水的治理已经迫在眉睫，但是限于建设费用和运行成 本，传统的处理技术很难在山区村镇大面积推广。因此，利用自然沟渠的自净功能建立起来 的村落分散生活污水生态净化体系的发明，不仅能为国家节约污水治理费用，而且对保护 水环境具有重要的理论意义和现实价值。
发明内容
本发明的目的在于针对现有城市生活污水处理技术建设成本昂贵、运行费用高 的缺点，提供一种山区村镇分散生活污水生态净化系统，该系统利用自然沟渠的生态净化 功能，因地制宜的处理分散生活污水；结构简单，具有处理效率高，建设、运行成本低等特 点，可为山区农村分散生活污水处置与净化提供技术支撑。本发明以上目的可以通过以下措施实现一种村镇生活污水生态净化体系，由自然汇流与沟道沉沙池子系统、跌落曝氧子系统、洪污分流子系统、强化介质处理子系统和沟 渠植被拦截子系统构成；所述自然汇流与沟道沉沙池子系统以自然径流沟为汇流体系，等 间距修建沉沙池，拦截沟渠泥沙，泥沙沉降后的生活污水到达跌落曝氧子系统；所述跌落 曝氧子系统根据山丘区地势，人为构建或利用自然跌落，进行污水跌落曝氧，可多级跌落 曝氧，跌落总落差至少5m，提高生活污水中溶解氧含量，氧化分解主要还原性污染物，降低 BOD, COD含量；经跌落曝氧后的污水或洪水、污水和泥沙的混和物进入洪污分流子系统；所 述洪污分流子系统将小流量(0-10m3/h)、低含沙(0-1000mg/L)的生活污水与大流量(> 10m3/h)、高含沙(> 1000mg/L)的洪水分流、过滤，分流后的污水进入强化介质处理子系 统；所述污水在强化介质处理子系统中通过高吸持性能的强化介质的过滤系统，污染物经 过吸附、固定和微生物降解后，主要污染物含量大幅降低，经强化介质处理子系统处理后的 污水进入沟渠植被拦截子系统；所述沟渠植被拦截子系统通过沟渠植被降低处理污水的流 速、延长滞留时间，同时高富集植被系统对水中的养分及其它污染物进一步吸收和净化，使 出水达到排放标准；分流后的洪水通过沟渠植被拦截子系统降低流速、拦截泥沙，同时进一 步通过植被吸收对污染物进行吸收和净化，使系统出水达标排放。所述自然汇流与沟道沉沙池子系统由自然汇流沟道和以自然径流沟为汇流体系， 在自然汇流沟道中等间距修建的沉沙池组成；在沉沙池中预先填入填料；分散的生活污水 经自然汇流沟道后，在沉沙池中初步混合吸持，并起到消能的作用。所述跌落曝氧子系统由跌落入口、跌落断面、消力池、回水潭组成；跌落入口宽为 1. 0-3. 0米，平直、光滑，以形成高速水流；跌落断面垂直，亦可多级跌落，落差不低于5m ；跌 落断面下方为消力池，消力池内随机填充直径为3-lOcm的碎石，碎石厚度为30cm ；消力池 与回水潭相连，回水潭中水流出口与入口不在一条直线上以形成回水，进一步降低跌落下 方水流的速度。所述洪污分流子系统由洪污分流导流槽、过滤网和泄洪槽组成；导流槽为喇叭形， 入口宽，出口窄，深30cm ；导流槽出口端装有过滤网，过滤网为竹制品，孔径为2mm，放置于 泄洪槽下端挡墙内，容许污水和细小泥沙流过，大粒径泥沙被拦截并沉淀泄洪槽内；泄洪槽 位于导流槽两端，三面有挡水墙，挡水墙高lm，厚24cm，用于洪水泄流。所述强化介质处理子系统由过滤层、上层强化介质填料层、下层强化介质填料层、 反滤层和强化介质处理池导流管组成。反滤层、下层强化介质填料层、上层强化介质填料层 和过滤层自下而上依次填装；强化介质处理池导流管，位于反滤层下方和子系统出口，用作 处理污水的排水管。所述过滤层由粒径为5-10mm的卵石填装，厚度10-20cm ；上层强化介质填料层上 层由粒径0. 5-2. Omm的紫色石骨子(HWR-I)填充，厚度为20-30cm ；下层强化介质填料层由 粒径0.01-0. 03mm的蒙脱石(MTM-I)与高岭石(GLS-I)混合填装，混合比例为3 1，厚度 10-20cm ；反滤层由粒径10-30mm的卵石(LS_1、LS_2)填装，厚度15_20cm。所述沟渠植被拦截子系统由藤本植物、草本矮杆植物、高杆植物、小型挡水坝、小 型沟渠湿地组成；藤本植物种植在沟渠边坡或底部以控制冲刷，与草本矮秆植物和高秆植 物形成高低植被组合，增加覆盖，降低水流速度，提高污染物吸收量；沟渠植被拦截子系统 分成多段，每段宽0. 5-1. 5m，长10-20m，用小型挡水坝隔开，小型拦水坝可降低水流，增加 抗冲能力；在沟渠地势低洼处，每2-3段植被选择洼坑构筑小型沟渠湿地，用高矮植物搭配构建湿地植被，用小型挡水坝形成20-30cm水深。本发明与现有技术相比的优点在于(1)本发明建立了山区村镇分散生活污水生态净化技术体系，利用山区自然条件， 依据自然净化原理，强化生态净化功能，因地制宜地设计各处理子系统，能够高效净化村镇 生活污水，达到生活污水处理排放标准。(2)本发明利用自然跌落曝氧，处理污水能耗低，同时利用乡土植物恢复冲沟植 被，因此该发明在净化废水的同时，还兼顾了节能减排与生态恢复效益。(3)本发明主要利用山区自然沟渠，构筑生态净化系统，具有占地少、建设和运行 成本低的特点，克服了传统的污水处理技术建设成本昂贵、运行费高的缺点，适合在山区进 行推广。(4)本发明主要利用自然净化和生态净化原理，采用乡土植物重建沟渠植被，系统 管理简便，易于掌握和操作。总之，本发明依据生态净化理论，结合生活污水处理的设计原理，因地制宜地设计 具有集汇流、分流、沉淀、拦截、吸收、氧化、稀释等功能的生态净化系统，并且建设成本低、 运行成本少，管理简便易行。
图1为本发明的整体结构与功能示意图；图2为本发明的自然汇流与沟道沉沙池子系统结构示意图；图3为本发明的跌落曝氧子系统结构示意图；图4为本发明的洪污分流子系统结构示意图；图5为本发明的强化介质处理子系统结构示意图；图6为本发明的沟渠植被拦截子系统结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的一种山区村镇分散生活污水生态净化系统由自然汇流与沟 道沉沙池子系统1、跌落曝氧子系统2、洪污分流子系统3、强化介质处理子系统4和沟渠植 被拦截子系统5构成。自然汇流与沟道沉沙池子系统1以自然径流沟为汇流体系，等间距修 建沉沙池，拦截沟渠泥沙，泥沙沉降后的生活污水到达跌落曝氧子系统2。跌落曝氧子系统 2根据山丘区地势，人为构建或利用自然跌落，进行污水自然曝氧，可多级曝氧，跌落总落差 至少5m，提高生活污水中溶解氧含量，氧化分解主要还原性污染物，降低BOD、COD含量；经 跌落曝氧后的污水或洪水、污水和泥沙的混和物进入洪污分流子系统3。所述洪污分流子系 统3将小流量、低含沙的生活污水与大流量、高含沙的洪水分流和过滤，分流和过滤后的污 水进入强化介质处理子系统4。污水在强化介质处理子系统4首先通过过滤，随后污染物 经过吸附、固定和微生物降解后，污染物含量大幅降低，经强化介质处理子系统4处理后的 污水进入沟渠植被拦截子系统5。沟渠植被拦截子系统5通过沟渠植被降低处理污水的流 速、延长滞留时间，同时植被系统对水中的养分及其它污染物进一步吸收和净化，使出水达 到排放标准；分流后的洪水通过沟渠植被拦截子系统5降低流速、拦截泥沙，同时进一步通 过植被吸收对污染物进行吸收和净化，使系统出水达标排放。
如图2所示，本发明自然汇流与沟道沉沙池子系统1 (其中，a为1. 5m，b为lm，c为 0. 2m, d为0. 5m，e为0. 3m, f为0. 3m，g为Im)利用山丘区自然径流冲沟汇流、集流至沟口， 根据村落、村镇特点可形成或建立自然汇流沟道6，在自然汇流沟道6的沟口建沉沙池，沉 沙池长1. 5m、宽lm、深lm，池内预先填30cm厚半风化紫色粗骨土。自然汇流沟道内每IOOm 建立类似的沉沙池7。沉沙池7中预先填入填料的厚度不低于30cm，但不超过50cm。如图3所示，本发明跌落曝氧子系统2 (其中，h为5m，i为8m，j为0. 3m)由跌落 入口 8、跌落断面9、消力池10、回水潭11组成。跌落断面9依据山丘区地势，人为建立，总 落差达5-10m，跌落入口宽1. 0-3. 0m，平直、光滑，以形成薄层高速水流。跌落下端设置消力 池10，消力池规格4. 0-5. Om(长)X2. 0-3. Om(宽)XO. 5m(深)，池内就地选用大小、形状 不一的碎石，随机排列填充，碎石厚0. 2-0. 3m(如图3中k)；消力池下方紧接回水潭11，回 水潭入水口与出水口错位排列，形成回水，降低水流速度。如图4所示，本发明的洪污分流子系统3 (其中，1为2m，m为lm，η为0. 5m, ο为 0. 15m，ρ为0. 8m，q为0. 2m，r为0. 2m)由洪污分流导流槽12、过滤网13和泄洪槽14组成。 其中导流槽12为主要组件，为喇叭形，入口宽，出口窄，宽度分别为50、15cm，深30cm ；导流 槽出口端装有过滤网13，过滤网为方形，滤网孔径2mm，竹制品，成本低且坚硬，置于泄流槽 挡水墙内，导流槽穿过挡水墙；泄流槽14位于导流槽两边，三面有挡水墙，挡水墙高lm，厚 24cm,泄流槽入口比导流槽高5cm，宽50-100cm，泄流槽有2个出水口，宽50cm，出水口挡墙 高 20cmo如图5所示，强化介质处理子系统4为强化介质处理池(其中，s为1. 5m，t为2m， u为0. lm，ν为0. 2m, w为0. 15m, χ为2. 5m)，它由过滤层15、上层强化介质填料层16、下层 强化介质填料层17、反滤层18和强化介质处理池导流管19组成。强化处理池池底设有排 水口，安装排水管。强化介质处理池由自下而上填充反滤层18、下层强化介质填料层17、 上层强化介质填料层16、过滤层15 ；反滤层18由粒径10-30mm的卵石(LS_1、LS_2)填装， 厚度10-20cm ；强化介质处理池导流管19，位于反滤层18下方和子系统出口，用作处理污 水的排水管。导流管19前端装有尼龙网，导流管19的直径为10cm。下层强化介质填料层 17由粒径0. 01-0. 03mm的蒙脱石(MTM-I)与高岭石(GLS-I)混合填装，比例为3 1，厚度 10-20cm;上层强化介质填料层16由粒径0. 5_2. Omm的紫色石骨子(HWR-I)填充，厚度为 20-30cm ；在介质填料层上方填装过滤层15，过滤层15由粒径为5_10mm的卵石填装，厚度 15-20cm。如图6所示，沟渠植被拦截子系统5由藤本植物20、草本矮杆植物21、高杆植物 22、小型挡水坝23、小型沟渠湿地24组成。藤本植物20种植在沟渠边坡或底部以控制冲刷， 与草本矮秆植物21和高秆植物22形成高低植被组合，增加覆盖，降低水流速度，提高污染 物吸收量；沟渠植被拦截子系统5分成多段，每段宽0. 5-1. 5m，长10-20m，沟渠植被用小型 挡水坝23隔开，小型拦水坝23可降低水流，增加抗冲能力，挡水坝宽与沟宽相同，高30cm ； 在沟渠地势低洼处，每2-3段植被选择洼坑构筑小型沟渠湿地24，用高矮植物搭配构建湿 地植被，用小型挡水坝23形成20-30cm水深，增加污水的滞留时间，由此构建沟渠植被拦截 子系统，并逐渐形成稳定的生态沟渠拦截体系。沟渠植被春夏季每2月刈割收获一次，秋冬 季共收获一次，全年可收获3-5次。收获植被回收利用作饲料或绿肥，避免二次污染。总之，本发明结构合理、建设成本少、管理容易、运行成本低，为环境基础建设滞后的山区、丘陵区村镇生活污水提供有效的净化技术系统，在广大山区村镇、村落的生活污水 净化领域有较大的推广应用价值。
权利要求
1.一种山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于由自然汇流与沟道沉沙池 子系统(1)、跌落曝氧子系统(2)、洪污分流子系统(3)、强化介质处理子系统(4)和沟渠植 被拦截子系统(5)构成；所述自然汇流与沟道沉沙池子系统(1)以自然径流沟为汇流体系， 等间距修建沉沙池，拦截沟渠泥沙，沉降泥沙后的生活污水到达跌落曝氧子系统(2)；所述 跌落曝氧子系统(2)根据山丘区地势，人为构建或利用自然跌落，进行污水跌落曝氧，可多 级跌落曝氧，跌落总落差至少5m，以提高生活污水中溶解氧含量，氧化分解还原性污染物， 降低BOD、COD含量；经跌落曝氧后的污水或洪水、污水和泥沙的混和物进入洪污分流子系 统(3)；所述洪污分流子系统(3)将小流量、低含沙的生活污水与大流量、高含沙的洪水分 流和过滤，分流和过滤后的污水进入强化介质处理子系统(4)；所述污水在强化介质处理 子系统(4)通过过滤，污染物经过吸附、固定和微生物降解后，污染物含量大幅降低，经强 化介质处理子系统(4)处理后的污水进入沟渠植被拦截子系统(5)；所述沟渠植被拦截子 系统(5)通过沟渠植被降低处理污水的流速、延长滞留时间，同时植被系统对水中的养分 及其它污染物进一步吸收和净化，使出水达到排放标准；分流后的洪水通过沟渠植被拦截 子系统(5)降低流速、拦截泥沙，同时进一步通过植被吸收对污染物进行吸收和净化，使系 统出水达标排放。
2.根据权利要求1所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述自 然汇流与沟道沉沙池子系统(1)由自然汇流沟道(6)和以自然径流沟(6)为汇流体系，在 自然汇流沟道(6)中等间距修建的沉沙池(7)组成；在沉沙池(7)中预先填入填料；分散生 活污水经自然汇流沟道(6)后，在沉沙池(7)中初步混合吸持，并起到消能的作用。
3.根据权利要求2所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述的 沉沙池(7)间隔距离为IOOm0
4.根据权利要求2所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述的 沉沙池(7)中预先填入填料的厚度不低于30cm，但不超过50cm。
5.根据权利要求1所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述跌 落曝氧子系统⑵由跌落入口(8)、跌落断面(9)、消力池(10)、回水潭(11)组成；跌落入 口(8)宽为1.0-3.0米，平直、光滑，以形成高速水流；跌落断面(9)垂直，亦可多级跌落，落 差不低于5m;跌落断面下方为消力池(10)，消力池(10)内随机填充直径为3-lOcm的碎石， 碎石厚度为30cm ；消力池(10)与回水潭(11)相连，回水潭(11)中水流出口与入口不在一 条直线上以形成回水，进一步降低跌落下方水流的速度。
6.根据权利要求1所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述洪 污分流子系统⑶由洪污分流导流槽(12)、过滤网(13)和泄洪槽(14)组成；导流槽(12) 为喇叭形，入口宽，出口窄，深30cm;导流槽(12)出口端装有过滤网(13)，过滤网为竹制品， 孔径为2mm，放置于泄洪槽(14)下端挡墙内，容许污水和细小泥沙流过，大粒径泥沙被拦截 并沉淀泄洪槽(14)内；泄洪槽(14)位于导流槽(12)两端，三面有挡水墙，挡水墙高lm，厚 24cm，用于洪水泄流。
7.根据权利要求1所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述强 化介质处理子系统(4)由过滤层(15)、上层强化介质填料层(16)、下层强化介质填料层 (17)、反滤层(18)和强化介质处理池导流管(19)组成；反滤层(18)、下层强化介质填料层 (17)、上层强化介质填料层(16)和过滤层(15)自下而上依次填装；强化介质处理池导流管(19)，位于反滤层(18)下方和子系统出口，用作处理污水的排水管。
8.根据权利要求7所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述过 滤层(15)由粒径为5-10mm的卵石填装，厚度10-20cm;上层强化介质填料层上层(16)由粒 径0. 5-2. Omm的紫色石骨子(HWR-I)填充，厚度为20-30cm ；下层强化介质填料层(17)由 粒径0.01-0. 03mm的蒙脱石(MTM-I)与高岭石(GLS-I)混合填装，混合比例为3 1，厚度 10-20cm ；反滤层(18)由粒径10_30mm的卵石(LS_1、LS_2)填装，厚度15_20cm。
9.根据权利要求7所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述强 化介质处理池导流管(19)直径为10cm。
10.根据权利要求1所述的山区村镇分散生活污水生态净化系统，其特征在于所述 沟渠植被拦截子系统(5)由藤本植物(20)、草本矮杆植物(21)、高杆植物(22)、小型挡水 坝(23)、小型沟渠湿地(24)组成；藤本植物(20)种植在沟渠边坡或底部以控制冲刷，与草 本矮秆植物(21)和高秆植物(22)形成高低植被组合，增加覆盖，降低水流速度，提高污染 物吸收量；沟渠植被拦截子系统(5)分成多段，每段宽0. 5-1. 5m，长10-20m，用小型挡水坝 (23)隔开，小型拦水坝(23)可降低水流，增加抗冲能力；在沟渠地势低洼处，每2-3段植被 选择洼坑构筑小型沟渠湿地(24)，用高矮植物搭配构建湿地植被，用小型挡水坝(23)形成 20-30cm 水深。
全文摘要
一种山区村镇分散生活污水生态净化系统，由自然汇流与沟道沉沙池子系统、跌落曝氧子系统、洪污分流子系统、强化介质处理子系统和沟渠植被拦截子系统构成；自然汇流与沟道沉沙池子系统以自然径流沟为汇流体系，等距修建沉沙池，拦截沟渠泥沙；依据地势利用山涧自然落差构建跌落曝氧子系统，落差5m，跌落曝氧子系统上方沟渠畅通；随后污水经洪污分流子系统过滤分流；洪水和泥沙进入沟渠植被拦截子系统，强化介质处理子系统以强吸附粘土材料和砂质填料为主要介质；经强化介质处理子系统处理后的污水进入沟渠植被拦截子系统，经过处理后可排放。本发明构造简单合理、运行成本低，在广大山区村镇、村落的生活污水净化领域有较大的推广应用价值。
文档编号C02F9/14GK102107991SQ20101061760
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者刘伟龙, 唐家良, 朱波, 汪涛, 罗贵生 申请人:中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所, 朱波