用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于改善受纳水体面源污染治理的技术，具体说是一种生态沟渠技术。

背景技术：

近年来由于我国农业生产活动和城市化进程的加快，城市硬质屋面、路面的雨水径流、生活污水、农用化肥、农药的大量使用及畜禽粪便污染，随着降水或灌溉过程，对受纳水体造成了严重污染，面源来水带来的过量氮、磷等引起受纳水体的富营养化，不仅给群众带来了极差的感官体验，也是直接影响群众生产生活的突出水环境问题。

国务院颁布实施的《水污染防治行动计划》(“水十条”)明确，城市人民政府是整治城市黑臭水体的责任主体，由住房城乡建设部牵头，会同环境保护部、水利部、农业部等部委指导地方落实并提出目标：2017年年底前，地级及以上城市实现河面无大面积漂浮物，河岸无垃圾，无违法排污口，直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体；2020年年底前，地级以上城市建成区黑臭水体均控制在10％以内；到2030年，全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。为贯彻落实《水污染防治行动计划》，2015年住房城乡建设部牵头，会同环境保护部、水利部、农业部等部委编制了《城市黑臭水体整治工作指南》，对城市黑臭水体整治工作的目标、原则、工作流程等做出了明确规定，并对城市黑臭水体的识别、分级、整治方案编制方法以及整治技术的选择和效果评估、政策机制保障提出了明确的要求。

在《城市黑臭水体整治工作指南》明确了具体治理黑臭水体的技术，主要包括控源截污技术、内源治理技术、生态修复技术和其它治理措施。控源截污技术主要包括截污纳管和面源污染控制两项技术，生态沟渠是面源污染控制技术的一种，在工程中主要应用是水体面源污染的处理净化。

专利CN102094407A(农田径流污染生态拦截沟渠)中公开了一种农田径流污染生态拦截沟渠，沟渠的横断面为梯形，沟渠的两壁和底部采用其上分布有多个长方形孔的混凝土板材硬质化，并在孔中种植对氮磷具有较强吸收能力的植物，沟渠中设有若干节制闸，沟渠的底部设有若干呈S形排列、四壁布满孔、内充对氮磷具有较强吸附能力的吸附材料的过滤箱，并在过滤箱中种植对氮磷具有较强吸收能力的植物。利用本实用新型提供的农田径流污染生态拦截沟渠，一是能有效拦截农田排水中的氮磷，拦截率分别达50％和60％以上；二是能有效拦截农田排水中的悬浮物，拦截率达到95％以上；三是能充分利用原有农田排水沟渠，解决了生态工程占用较多耕地的问题；以上研究，结构复杂，应用投入成本较高，推广难度大。

综上可知，针对受纳水体面源污染情况，如何有效的利用生态沟渠技术措施，对面源污染进行处理，减少污染物对受纳水体的污染负荷。实际应用中需解决的问题如下：

(1)生态沟渠简单高效性、易于维护、占地少问题。

(2)生态沟渠内吸附填料选择问题，通过改善吸附填料附着微生物能力，增强水质改善能力。

(3)生态沟渠内，拦截杂质方便清除问题。

(4)生态沟渠内，水利条件及污水停留时间问题。

有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种设计简单高效，易于维护，占地少，投入成本低，使用范围广，填充吸附填料可重复回收利用的用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统。

本实用新型用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统，包括在面源来水流经方向上依次布置的用于沉淀面源来水携带的泥沙等固体物质的沉淀池、用于去除面源来水中部分污染物质的生态净化区，所述沉淀池上方设有用于拦截水中悬浮物的提篮格栅装置，面源来水进过提篮格栅装置之后进入沉淀 池，沉淀池与生态净化区之间通过砖砌结构的配水花墙连接，配水花墙上设有确保水力条件的预留孔洞，所述生态净化区内填充有作为微生物载体的生物吸附填料。

进一步地，所述提篮格栅装置包括由4个面积为0.25m²的正方形立面、1个面积为0.25m²的正方形底面，共5个栅拦面拼接组成的正方体提篮结构，所述正方体提篮结构的顶面敞开，所述正方体提篮结构的两侧立面分别各自设置有一用于提出清掏的弧形把手，在所述正方体提篮结构其中一个立面上设置两个直角挂钩，所述直角挂钩伸出格栅正方体提篮结构200mm后向下弯90°延伸250mm，挂在沉淀池水池侧壁上；

所述正方体提篮结构的各格栅面的长、宽、高均为500mm，各格栅面包括由30×30×5角钢焊接而成的框架、以及设置在所述框架内的多根平行、间距设置的栅条，所述栅条的直径为10mm的圆钢，栅条的材质为304不锈钢，相邻两根栅条间隙为3mm。

进一步地，所述沉淀池为长1m，宽1m，深1.5m的砖砌构筑物，所述沉淀池底部设有采用填土夯实的地基，所述地基上方铺设有700g土工膜，所述土工膜上方由下至上依次铺设有厚150mm、粒径30-80m的粗砂层，所述粗砂层的厚200mm、粒径30-80mm的砾石，厚100mm、粒径8-10mm的砾石，100mm厚的粗砂层,200mm厚的种植土层，所述种植层上生长有湿生植物。

优选地，所述湿生植物至少包括芦苇、香蒲、茭白。

具体地，所述生态净化区内填充的生物吸附填料为粒径20-30mm、密度0.8至1.2g/cm3的火山岩。

进一步地，所述生态净化区内火山岩填充体积为生态净化区整体体积的80％-90％。

于一具体实施例中，所述配水花墙深1.5m，宽1m，每间隔60-120mm设有1预留个孔洞，所述预留孔洞的直径大小为10-15mm。

于一具体实施例中，所述生态净化区出水墙根据溢流水位为1.3m。

进一步地，生态沟净化区结构尺寸为长2m，宽1m，深1.5m，砖砌构筑物。

特别地，所述正方体提篮结构上设有盖板。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

(1)本实用新型结构设计简单高效，能够有效拦截面源径流中的颗粒、悬浮物质，消减污水中一定量的氮、磷，达到面源污染净化的目的。

(2)生态净化区内填充微生物载体火山岩，稳定高效，耐用性持久，无需更换，可循环利用，成本价格低。

(3)格栅采用方便提拿的提篮格栅，便于后期清理与维护。

(4)本实用新型均采用砖砌结构，可利用现有沟渠改造，成本低，施工简单方便。

(5)沉淀池内地基中填充石块可就地取材，根据现场实际情况自行选择。

(6)沉淀池和净水区之间的配水花墙可有效改善水力条件，确保水力停留时间。

(7)应用广泛，可适用于农田、城市硬质地面雨水径流、含禽类粪便水、生活污水等面源污水。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统的平面图；

图2用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统的剖面图；

图3用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统的提篮格栅装置的结构示意图；

图4用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统的配水花墙结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

本实施例用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统，包括在面源来 水流经方向上依次布置的用于沉淀面源来水携带的泥沙等固体物质的沉淀池、用于去除面源来水中部分污染物质的生态净化区，所述沉淀池上方设有用于拦截水中悬浮物的提篮格栅装置，面源来水进过提篮格栅装置之后进入沉淀池，沉淀池与生态净化区之间通过砖砌结构的配水花墙连接，配水花墙上设有确保水力条件的预留孔洞，所述生态净化区内填充有作为微生物载体的生物吸附填料。

本实施例，在生态沟渠内分别构建格栅拦截装置区、沉淀区和净化区3个处理单元，提高面源污染处理净化功能，降低面源污染对受纳水体水质负荷影响。生态沟渠设计简单高效，易于维护，占地少，投入成本低，使用范围广，填充吸附填料可重复回收利用。生态沟渠进水端设置提篮式格栅拦截装置，格栅可轻便提出，方便定期清理，以保证水体流速。生态沟渠沉淀区通过植物恢复形成塘坑形式，使面源污染的杂质沉积在植被根系处，通过植物根系代谢作用去除部分污染物。植物修复方法以自然恢复为主，人工种植为辅，植物种植以芦苇、香蒲、茭白等湿生植物为主。生态沟渠净化区内部填充吸附填料，作为微生物载体，通过微生物的净化作用，对面源污染进行处理，改善面源来水水质，达到水生态环境修复的目的。

实施例2

如图1至4所示，本实施例用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统，包括在面源来水流经方向上依次布置的用于沉淀面源来水携带的泥沙等固体物质的沉淀池2、用于去除面源来水中部分污染物质的生态净化区3，所述沉淀池上方设有用于拦截水中悬浮物的提篮格栅装置1，面源来水进过提篮格栅装置之后进入沉淀池，沉淀池与生态净化区之间通过砖砌结构的配水花墙连接，配水花墙上设有确保水力条件的预留孔洞，所述生态净化区内填充有作为微生物载体的生物吸附填料。

本实施例中，所述提篮格栅装置包括由4个面积为0.25m²的正方形立面、1个面积为0.25m²的正方形底面，共5个栅拦面拼接组成的正方体提篮结构11，所述正方体提篮结构的顶面敞开，方便来水进入及定期清理栏内杂质。所述正 方体提篮结构的两侧立面分别各自设置有一用于提出清掏的弧形把手12，在所述正方体提篮结构其中一个立面上设置两个直角挂钩13，所述直角挂钩伸出格栅正方体提篮结构200mm后向下弯90°延伸250mm，挂在沉淀池水池侧壁上。

所述正方体提篮结构的各格栅面的长、宽、高均为500mm，各格栅面包括由30×30×5角钢焊接而成的框架、以及设置在所述框架内的多根平行、间距设置的栅条，所述栅条的直径为10mm的圆钢，栅条的材质为304不锈钢，相邻两根栅条间隙为3mm。

所述沉淀池为长1m，宽1m，深1.5m的砖砌构筑物，所述沉淀池底部设有采用填土夯实的地基21，所述地基上方铺设有700g土工膜22，所述土工膜上方由下至上依次铺设有厚150mm、粒径30-80m的粗砂层23，所述粗砂层的厚200mm、粒径30-80mm的砾石，厚100mm、粒径8-10mm的砾石，100mm厚的粗砂层24,200mm厚的种植土层25，所述种植层上生长有湿生植物。

植被修复方法以自然恢复为主，人工种植为辅，植物种植以芦苇、香蒲、茭白等湿生植物为主。面源污染等带来的泥沙及悬浮物质作为沉淀物沉积在植物底部根系处，通过植物的根系代谢作用去除部分污染物质。

本实施例中，生态沟净化区结构尺寸为长2m，宽1m，深1.5m，砖砌构筑物，在生态沟渠净化区内填充生物吸附填料，作为微生物的载体，利用微生物的代谢作用去除部分面源污染物质。生物吸附填料采用质地轻、化学稳定性好、强度适宜、表面粗糙易挂膜的火山岩，可重复利用，无二次污染。火山岩填料孔隙发达，分布合理，非常适合微生物的接种、驯化、繁殖生长。耐冲洗、不堵塞，具有良好的物理、化学和水力特性,可适应于不同污水净化的要求。比表面积大，可积累高浓度的微生物量，单位体积污水处理效率比常规滤料提高5-7倍。

本实施例中火山岩规格要求：粒径：主要为20-30mm。密度：密度约为1g/cm3。

本实施例中采用的火山岩生物填料，具有以下作用:

(1)活水

火山岩可以使水中的离子活跃(主要是增加了氧离子的含量)，并且可以轻微释放a射线和红外线。

(2)稳定水

这里又包含了两个部分：PH的稳定，它可以适当的调节过于酸或者过于碱的水自动调整到接近中性；矿物质含量的稳定，火山石有释放矿物质元素和吸收矿物质元素的双重特性，当过少或过多的时候，它的释放和吸附作用就产生了。

(3)吸附

火山岩具有多孔，表面积大的特点，可以吸附水中的有害细菌和对生物体产生影响的重金属离子如铬、砷等，甚至包括一些水中残留的氯。

(4)硝化细菌的培养

火山岩的高表面积同样是培养水中硝化细菌的良好温床，并且其表面是正电荷有利于微生物固着生长，亲水性强，把水中各种原因产生的对脊椎动物巨毒的NO2和NH4转化成毒性相对小的NO3。

(5)除臭

水体流过火山岩的同时气味物质先被滤料吸收，然后被滤料上的微生物氧化分解，完成河水的除臭过程。

(6)生物过滤系统

主要是在适宜的条件下，利用载体填料表面积上生长的微生物的作用，污染物质通过填料时，先被填料表面附着的微生物膜吸附，然后被氧化分解，从而完成过滤过程。

生态沟渠沿着水流方向依次构建了如下面源污水净化区：格栅拦截装置区、沉淀区和净化区3个处理单元，面源污水进入格栅拦截装置区，通过提篮格栅截留较大的悬浮物及杂质，同时保证后续处理单元的稳定运行，为了提拿清理操作的便宜性，提篮格栅外形尺寸设计为长宽高各500mm，可根据面源来水点实际需求并列使用多个格栅，可随时提出格栅进行倾倒。沉淀区起到调节水量和沉降泥沙等颗粒物质的作用，使后续处理区获得稳定的水量，同时沉淀区池底经处理后种植湿水植物，通过植物根系代谢作用去除部分污染物质。净化区填充生物吸附填料火山岩，通过填料表面的微生物新陈代谢作用降解面源污水中的污染物，附着的微生物通过池面的好氧、池底的厌氧、池中间兼氧作用， 去除水中有机物、氨氮等污染物，火山岩填充体积一般为80％-90％，可根据实际要求进行调整。

沉淀区与净化区之间通过配水花墙连接，配水花墙采用砖砌结构，通过合理的预留孔洞确保水力条件，保证水力停留时间，配水花墙深1.5m，宽1m，间隔每60-120mm预留1个孔洞，大小为φ10-15mm，净化区出水墙根据溢流水位需求设计为1.3m，，直接溢流进入受纳水体。

本实施例中，所述湿生植物至少包括芦苇、香蒲、茭白。

进一步地，所述生态净化区内火山岩填充体积为生态净化区整体体积的80％-90％。

上述各实施例中，所述配水花墙深1.5m，宽1m，每间隔60-120mm设有1预留个孔洞，所述预留孔洞的直径大小为10-15mm。

上述各实施例中，所述生态净化区出水墙根据溢流水位为1.3m。

上述各实施例作为面源污染控制措施，不仅可以拦截面源径流带来的土壤等颗粒物质，还可通过植物、微生物的净化作用去除一部分氮、磷，达到改善水质的作用，同时可降低雨水径流带来的水土流失问题。

生态沟渠整体构筑物均为砖混结构，施工难度小，建筑材料成本低，植物种植可利用当地现有植物进行移栽或自然恢复，砾石可采用工程点附近不同级别的石头，填充的吸附填料为火山岩，稳定高效，耐用性持久，无需更换，可循环利用，成本价格低。通常情况下，生态沟渠可利用自然沟渠改造而成，占地省，工程造价较低。

根据相关水力计算，合理设计水力停留时间，保证植物、微生物代谢所需周期，达到净化水质效果稳定的目的。

涉及的生态沟渠采用砖砌结构，沿着水流方向依次构建：格栅拦截装置区、沉淀区和净化区3个处理单元。

选址可取靠近受纳水体堤岸处或自然沟壑处，作地基处理，在100mm砂垫层下素土夯实即可，在地基上修建长3m宽1m的砖砌构筑物，预留配水花墙孔洞，依次做好格栅安装、植物种植及填料填充。

净化区火山岩填料应人工码放，避免机械倾倒引起的填料毁坏及填充不均 等情况。

本实用新型应用广泛，可适用于农田、城市硬质底面雨水径流、含禽类粪便水、生活污水等面源污水，可单独用于沟渠或管网末端来水，亦可并连设计多个生态沟渠或调整各处理单元尺寸，用于片面源径流来水。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。