專利名稱：一種可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及河浜水環(huán)境治理及生態(tài)修復領域，特別涉及一種適用于靠近受農田面源污染較重的溝渠(河浜)在正常水位下具有反沖洗功能的組合式物理-生物生態(tài)農田面源污染截流凈化系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，農業(yè)面源污染已成為我國重大的水環(huán)境問題，化肥的過量施用導致了氮磷等營養(yǎng)物質的大量流失，造成湖泊等水體的富營養(yǎng)化，使之失去生產和生活的使用價值，并可能造成地下水污染甚至食品污染。農業(yè)面源C0D、N、P的污染負荷已占水體污染負荷中的1/2 2/3。據報道，錢塘江流域水體污染負荷中工業(yè)水污染源占6.38%，生活污染源15.61%，農業(yè)面源占78.01%。我國農田化肥平均施用水平375公斤/公頃，大大超出發(fā)達國家設置的225公斤/公頃的安全上限；加之施肥結構不合理，化肥利用率不高，導致在降雨和排灌后流失嚴重，含有大量氮磷養(yǎng)分的徑流直接排入溝渠河道或湖庫，加劇湖庫富營養(yǎng)化程度。而由于氮磷是植物生長的營養(yǎng)元素，水體中氮磷含量的大量增加，勢必引起水生生物和某些藻類的過度生長和繁殖，從而造成水體中溶解氧含量下降，引發(fā)水生動物和水生植物的大量死亡，而腐敗的生物體又會加劇水體的污染，給環(huán)境帶來很大風險。太湖藍藻事件暴發(fā)后，關于農田面源徑流、滲漏養(yǎng)分的生態(tài)攔截技術的研究興起。長期以來，專家學者針對溝渠(河浜)岸、溝渠(河浜)床以及溝渠(河浜)道水體三者的不同特點提出了眾多面源污染原位攔截和生態(tài)修復的技術與方法，其中以生態(tài)緩沖岸坡、水生植物強化修復、生態(tài)透水壩等較為突出。然而這些實施方案中均不同程度存在著弊端:一方面，對于緩沖岸坡或其他不使用基質填料的方案，由于水力條件的先天不足，在過水流速較快的情況下(如降雨徑流)，其對污染物的攔截凈化效果較差；而對于使用基質填料的方案，盡管基質填料的疏松多孔性質的存在使得水利條件大大改善，物理過濾吸附作用也使得其對污染物尤其是顆粒態(tài)污染物的攔截效果有著明顯提升，但隨著使用時間的推進，顆粒態(tài)物質對基質填料空隙的堵塞將逐漸嚴重，使得整體凈化效果逐漸降低，如果不能及時的進行人工清理，將有可能因為徹底堵塞而最終完全失效；同時，對于類似于生態(tài)透水壩結構的攔截凈化系統(tǒng)，其填料的安置裝填體積通常較大，人工清理、管理也十分的不便和低效。
發(fā)明內容本實用新型的目的，在于針對現有技術的上述缺陷，提供一種能夠適用于水位變化的、可反沖洗的組合式物理-生物生態(tài)農田面源污染截流凈化系統(tǒng)，它通過利用部分溝渠(河浜)床構建導流溢流堰、可反沖洗立式填料、生態(tài)沉降坑等結構，梯度配置挺水植物和藻類，形成物理-植物-微生物的三元立體凈化體系，在減輕人工管理作業(yè)的情況下，有效的攔截溝渠(河浜)上游而來的污染物質；同時在大雨量徑流或洪水位情況下，該凈化系統(tǒng)不影響溝渠(河浜)行洪。本實用新型通過如下技術方案予以實現。[0006]一種可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)，包括渠壁或者河堤以及填料，其特征在于，所述渠壁或者河堤沿下游夾角為40° 60°處設置有導流溢流堰1，導流溢流堰I整體垂直水流橫向投影長度為渠道或者河道寬度的1/3-1/2，厚度為30 50cm，為鋼筋混凝土結構，其堰頂高程高于渠道或者河道正常水位10-25cm，但不高于大雨量徑流水位和行洪水位；沿導流溢流堰I遠離渠壁或者河堤一端所指方向的垂直距離40 60cm的對岸設置有第一級生態(tài)沉降坑4，坑深為40 60cm，長度為渠道或者河道寬度的1/3 1/2，寬度為沿水流方向40 60cm，坑內鋪設粒徑I 2mm的細質沙石填料6，鋪設厚度為坑深的一半；在第一級生態(tài)沉降坑4的下游設置有第二級生態(tài)沉降坑5，第二級生態(tài)沉降坑5的結構和幾何尺寸與第一級生態(tài)沉降坑4相同；所述兩生態(tài)沉降坑之間設置有可反沖洗立式填料A2，所述可反沖洗立式填料A2為立方體結構，外表面設置有金屬絲網加以固定包裹，其長度與生態(tài)沉降坑長度相同，內部填充粒徑為2-3cm的碎石或爐渣，填料的厚度粒徑比為5 15，厚度控制在15 40cm，填料頂高程與導流溢流堰I相同；在第二級生態(tài)沉降坑5的下游設置有可反沖洗立式填料B3，可反沖洗立式填料B3的結構和幾何尺寸與可反沖洗立式填料A2相同；所有生態(tài)沉降坑與可反沖洗立式填料相鄰的內壁與填料外表面均處于同一鉛垂面內，即生態(tài)沉降坑與可反沖洗立式填料呈緊密排列，間距為O ;在可反沖洗立式填料A2與可反沖洗立式填料B3之間設置有可拆卸固定桿9 ；在第一級生態(tài)沉降坑4和第二級生態(tài)沉降坑5內的沙石填料中均勻設置有植株較為高大的挺水植物7，該挺水植物的植株頂部高于所述可反沖洗立式填料A2和可反沖洗立式填料B3的頂部；在第一級生態(tài)沉降坑4和第二級生態(tài)沉降坑5內的沙石填料中還均勻設置有沉水藻類植物8 ；該凈化系統(tǒng)可以由兩個以上可反沖洗立式填料和相應的生態(tài)沉降坑組成。該凈化系統(tǒng)在實際應用中采用沿渠道或者河道由兩個以上凈化系統(tǒng)對稱串連使用，使得水體能得到多級凈化。所述可拆卸固定桿9為硬質PVC實心桿。本實用新型的有益效果是:(I)凈化系統(tǒng)通過導流溢流堰將上游來水集中有效的導入生態(tài)沉降坑-可反沖洗立式填料區(qū)，在節(jié)省材料和施工費用的情況下使得更多渠(河)水在正常水位下即可以得到有效凈化，水力條件大為改善。(2)當攜帶泥沙的面源污染水流進入主凈化區(qū)時，大顆粒污染物于開始階段即可被第一級填料攔截、沉降入坑中；對于小顆粒污染物，由于兩級填料之間形成了相對穩(wěn)流沉降區(qū)，這就使得顆粒污染物的沉降時間都有所延長，進而增強了攔截的效果；而對于細微顆粒污染物，填料本身的吸附作用即可將其去除。(3)由于水生挺水植物、沉水藻類植物的存在，使得生態(tài)沉降坑內的微環(huán)境趨于好氧環(huán)境，這不僅便于好氧微生物生存，也使得沉降下來的顆粒態(tài)污染物在植物-微生物的協同作用下最終被分解凈化；同時由于生態(tài)沉降坑有著蓄水作用，能夠有效地延長水體的水力停留時間，這也有助于植物-微生物對占總污染物比例較小的溶解態(tài)污染物的去除。(4)每過一定使用時間，將可反沖洗立式填料反向放置使用，由于其內部填料粒徑較大、孔隙率較大，且厚度較小，因此先前被大顆粒污染物堵塞的迎水面可被水流反向沖開，此設計不僅節(jié)省了人工管理作業(yè)，還使填料過濾攔截作用得以長期高效保持。(5)凈化系統(tǒng)利用渠(河)道的橫向自然空間，沒有過多的構筑物，投資小，效果好，在充分原位凈化水體的同時營造了獨特的景觀效果。(6)根據具體的渠(河)道的具體地形地勢，可以將這種截流凈化系統(tǒng)串連使用，使得水體能得到多級凈化。

圖1為可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)平面示意圖；圖2為可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)主體凈化區(qū)剖面示意圖。本實用新型附圖標記如下:I—導流溢流堰2—可反沖洗立式填料A3—可反沖洗立式填料B4—第一級生態(tài)沉降坑5——第二級生態(tài)沉降坑6——細質沙石填料7-挺水植物8-沉水藻類植物9——可拆卸固定桿
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做作進一步描述。圖1是可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)平面示意圖，由圖中可以看出，沿渠壁或者河堤下游夾角為40° 60°處設置有導流溢流堰1，導流溢流堰I整體垂直水流橫向投影長度為渠道或者河道寬度的1/3-1/2，厚度為30 50cm，；沿導流溢流堰I遠離渠壁或者河堤一端所指方向的垂直距離40 60cm的對岸設置有第一級生態(tài)沉降坑4，在第一級生態(tài)沉降坑4的下游 設置有第二級生態(tài)沉降坑5，第二級生態(tài)沉降坑5的結構和幾何尺寸與第一級生態(tài)沉降坑4相同；所述兩沉降坑之間設置有可反沖洗立式填料A2，其長度為渠道或者河道寬度的1/3 1/2,厚度為15 40cm (兩生態(tài)沉降坑間距與其厚度相同，即與反沖洗立式填料A2均為O距離);在第二級生態(tài)沉降坑5的下游設置有可反沖洗立式填料B3，可反沖洗立式填料B3的結構和幾何尺寸與可反沖洗立式填料A2相同，與第二級生態(tài)沉降坑5為O距離；在可反沖洗立式填料A2與可反沖洗立式填料B3之間設置有可拆卸固定桿9。該凈化系統(tǒng)在實際應用中采用沿渠道或者河道由兩個以上凈化系統(tǒng)對稱串連使用，使得水體能得到多級凈化。圖2是可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)主體凈化區(qū)剖面示意圖，可以看出，導流溢流堰I的堰頂高程高于渠道或者河道正常水位，第一級生態(tài)沉降坑4及第二級生態(tài)沉降坑5的坑內鋪設粒徑I 2mm的細質沙石填料6，鋪設厚度為坑深的一半；兩生態(tài)沉降坑的結構和幾何尺寸相同；在第一級生態(tài)沉降坑4和第二級生態(tài)沉降坑5內的沙石填料中均勻設置有植株較為高大的挺水植物7，該挺水植物的植株頂部高于所述可反沖洗立式填料A2和可反沖洗立式填料B3的頂部；在第一級生態(tài)沉降坑4和第二級生態(tài)沉降坑5內的沙石填料中還均勻設置有沉水藻類植物8。實施本實用新型時，首先，在擬建該凈化系統(tǒng)所在位置的溝渠上下游設置圍堰，抽取圍堰內的水體。然后，在清理淤泥的基礎上，構造導流溢流堰I并挖掘第一級生態(tài)沉降坑4和第二級生態(tài)沉降坑5，兩生態(tài)沉降坑之間間距預留為20cm ;導流溢流堰I的一端與溝渠一側的渠岸連接，其整體與渠道水流方向呈45°，另一端指向第一級生態(tài)沉降坑4，堰頂高程高于溝渠正常水位IOcm左右。每套凈化系統(tǒng)中生態(tài)沉降坑數量設置為2個，長度設置為溝渠寬度的一半，深度60cm，寬度50cm。兩生態(tài)沉降坑之間設置有可反沖洗立式填料A2，在第二級生態(tài)沉降坑5的下游設置有可反沖洗立式填料B3(與第二級生態(tài)沉降坑5為O距離)，可反沖洗立式填料B3的結構和幾何尺寸與可反沖洗立式填料A2相同；填料頂高程與導流溢流堰I堰頂高程相一致，長度為溝渠寬度一半，厚度為20cm(兩生態(tài)沉降坑間距與其厚度相同，即與反沖洗立式填料A2均為O距離)，于金屬網罩中緊密裝填平均粒徑2cm左右的爐渣。在可反沖洗立式填料A2與可反沖洗立式填料B3之間設置有可拆卸固定桿9，為連接固定，也可以額外增加可拆卸固定桿9的數量。在第一級生態(tài)沉降坑4和第二級生態(tài)沉降坑5內裝填平均粒徑2_左右的細質沙石填料6，層厚為30cm左右，并均勻培植一種或多種當地優(yōu)勢挺水植物7和沉水藻類植物8，挺水植物7頂部應高于可反沖洗立式填料的填料頂。另外，根據具體溝渠的具體地形地勢，將兩個以上凈化系統(tǒng)對稱串連使用，使水體能夠得到多級過濾凈化。每隔一段使用時間，將可反沖洗立式填料沿水流方向前后兩面對調一次，可在水流的沖洗下，將先前迎水面孔隙中堵塞的泥沙或大顆粒污染物自行沖擊脫落，以實現多次使用、減少人工管理作業(yè)的目的。本實用新型的截流凈化系統(tǒng)的構建，不但能保證正常水位下水體得到全斷面凈化，同時不妨礙大雨量期溝渠、河道的正常排水泄洪功能。
權利要求1.一種可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)，包括渠壁或者河堤以及填料，其特征在于，所述渠壁或者河堤沿下游夾角為40° 60°處設置有導流溢流堰(1)，導流溢流堰(I)整體垂直水流橫向投影長度為渠道或者河道寬度的1/3-1/2，厚度為30 50cm，為鋼筋混凝土結構，其堰頂高程高于渠道或者河道正常水位10-25cm，但不高于大雨量徑流水位和行洪水位；沿導流溢流堰(I)遠離渠壁或者河堤一端所指方向的垂直距離40 60cm的對岸設置有第一級生態(tài)沉降坑(4),坑深為40 60cm,長度為渠道或者河道寬度的1/3 1/2，寬度為沿水流方向40 60cm，坑內鋪設粒徑I 2mm的細質沙石填料￠)，鋪設厚度為坑深的一半；在第一級生態(tài)沉降坑(4)的下游設置有第二級生態(tài)沉降坑(5)，第二級生態(tài)沉降坑(5)的結構和幾何尺寸與第一級生態(tài)沉降坑(4)相同；所述兩生態(tài)沉降坑之間設置有可反沖洗立式填料A (2)，所述可反沖洗立式填料A (2)為立方體結構，外表面設置有金屬絲網加以固定包裹，其長度與生態(tài)沉降坑長度相同，內部填充粒徑為2-3cm的碎石或爐渣，填料的厚度粒徑比為5 15，厚度控制在15 40cm，填料頂高程與導流溢流堰(I)相同；在第二級生態(tài)沉降坑(5)的下游設置有可反沖洗立式填料B (3)，可反沖洗立式填料B (3)的結構和幾何尺寸與可反沖洗立式填料A (2)相同；所有生態(tài)沉降坑與可反沖洗立式填料相鄰的內壁與填料外表面均處于同一鉛垂面內，即生態(tài)沉降坑與可反沖洗立式填料呈緊密排列，間距為O;在可反沖洗立式填料A (2)與可反沖洗立式填料B (3)之間設置有可拆卸固定桿(9); 在第一級生態(tài)沉降坑(4)和第二級生態(tài)沉降坑(5)內的沙石填料中均勻設置有植株較為高大的挺水植物(7)，該挺水植物的植株頂部高于所述可反沖洗立式填料A (2)和可反沖洗立式填料B (3)的頂部；在第一級生態(tài)沉降坑(4)和第二級生態(tài)沉降坑(5)內的沙石填料中還均勻設置有沉水藻類植物(8)。
2.根據權利要求1的一種可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)，其特征在于，該凈化系統(tǒng)可以由兩個以上可反沖洗立式填料和相應的生態(tài)沉降坑組成。
3.根據權利要求1的一種可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)，其特征在于，該凈化系統(tǒng)在實際應用中采 用沿渠道或者河道由兩個以上凈化系統(tǒng)對稱串連使用，使得水體能得到多級凈化。
4.根據權利要求1的一種可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述可拆卸固定桿(9)為硬質PVC實心桿。
專利摘要本實用新型公開了一種可反沖洗組合式農田面源污染截流凈化系統(tǒng)，它通過利用部分溝渠(河浜)床構建導流溢流堰、可反沖洗立式填料、生態(tài)沉降坑等結構，梯度配置挺水植物和藻類，形成物理-植物-微生物的三元立體凈化體系，使得溝渠(河浜)內水力條件大為改善，水力停留時間得以延長，農田面源污染物得到有效攔截與沉降，并最終在生物協同作用下于生態(tài)沉降坑內被分解凈化；每隔一段使用時間，將可反沖洗立式填料反向放置，即可自行清除淤堵，繼續(xù)發(fā)揮攔截功效，人工管理作業(yè)得以減輕，同時在大雨量徑流或洪水位情況下，該凈化系統(tǒng)不影響溝渠(河浜)行洪。根據具體地形地勢，可以將這種截流凈化系統(tǒng)串連使用，使得水體能得到多級凈化。
文檔編號E02B7/16GK202936287SQ20122064244
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權日2012年11月27日
發(fā)明者孫井梅, 李陽, 任炳昱, 王曉玲, 鄭毅 申請人:天津大學