專利名稱：一種利用坡岸治理農(nóng)業(yè)徑流污染的方法及治理徑流污染的復(fù)合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及徑流污染處理技術(shù)，具體指一種利用坡岸治理農(nóng)業(yè)徑流污染的方法及基于該方法設(shè)計(jì)的治理徑流污染的復(fù)合系統(tǒng)，屬于市政環(huán)保及農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
徑流污染指在降雨徑流的淋溶和沖刷作用下，大氣、地面和土壤中的污染物擴(kuò)散性地進(jìn)入地表水和地下水中而造成水環(huán)境污染，主要起源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中大量使用化肥和農(nóng)藥，土壤侵蝕，牲畜糞便，城市地表徑流以及森林采伐活動(dòng)。降雨徑流污染物包括農(nóng)業(yè)徑流中的化肥、殺蟲劑、除草劑等；城市地表徑流石油類、有毒化學(xué)物質(zhì)；建筑用地、農(nóng)用地的水土顆粒物；廢棄尾礦的鹽類、酸性物質(zhì)以及來自畜禽污染的細(xì)菌、氮磷等。滲濾系統(tǒng)是一種在人工濕地和生物濾槽的基礎(chǔ)上衍生出來的徑流污染治理的新技術(shù)，其研究和應(yīng)用近年來在國(guó)內(nèi)外日益受到重視，其突出特點(diǎn)是操作管理方便，無能耗， 費(fèi)用低，且凈化效果較好。傳統(tǒng)的滲濾系統(tǒng)自誕生以來，一直存在以下不足之處①水力負(fù)荷低在高水力負(fù)荷下，滲濾系統(tǒng)對(duì)污染物的去除效果十分有限，一般而言為達(dá)到較好的處理效果，應(yīng)保持較低的水力負(fù)荷。而在降雨或農(nóng)田灌溉中，徑流污染往往水質(zhì)水量變化較大，致使水力負(fù)荷高低起伏，限制了該工藝的發(fā)展和應(yīng)用。②流態(tài)單一目前大部分滲濾系統(tǒng)均采用單一流態(tài)，如水平流或垂直流等，但徑流污染多發(fā)生在山地和丘陵地形中，污染大多沿坡地順勢(shì)而下，流態(tài)既不是水平流也非垂直流。忽略徑流污染流態(tài)特征來衡量滲濾系統(tǒng)控制徑流污染效果的方法是不充分的。③易堵塞由于滲濾系統(tǒng)中裝填了大量填料，在攔截顆粒污染物、 為微生物提供生長(zhǎng)載體的同時(shí)，填料的空隙不斷被顆粒物堵塞。大量研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)行初期滲濾系統(tǒng)的處理效果往往較高，而隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)，處理效果逐漸下降。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種水力負(fù)荷高、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、無能耗、不易堵塞的利用坡岸治理農(nóng)業(yè)徑流污染的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種利用坡岸治理農(nóng)業(yè)徑流污染的方法，在農(nóng)業(yè)徑流匯水溝渠下端順著坡岸自上而下構(gòu)建多級(jí)滲濾床，所述滲濾床由位于上部的水生植物和位于下部的填料構(gòu)成，所述填料由上層填料和下層填料構(gòu)成，水生植物栽種在上層填料上；在每級(jí)滲濾床前面設(shè)沉砂緩沖池以沉積泥砂，徑流經(jīng)沉砂處理后再進(jìn)入滲濾床進(jìn)行滲濾處理，沉砂緩沖池和滲濾床構(gòu)成一級(jí)“沉砂_滲濾”系統(tǒng)，經(jīng)過多級(jí)“沉砂_滲濾”系統(tǒng)處理的徑流最后通過系統(tǒng)尾部的出水區(qū)排入土壤或水體中。本方法每級(jí)沉砂緩沖池長(zhǎng)0. 5 1. Om,寬0. 8 1. Om,高0. 8 1. 4m ；滲濾床長(zhǎng)1. 5 2. Om,寬0. 8 1. Om,高0. 5 1. Om ；出水區(qū)長(zhǎng)0. 5 1. Om,寬0. 8 1. Om,高0. 5 1. Om ；采取間歇運(yùn)行方式，運(yùn)行濕干比為8 12h :12 24h，進(jìn)水流量為0. 20πι3ΑΓ . 0 m3/h。本發(fā)明還根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)了一種治理農(nóng)業(yè)徑流污染的多級(jí)坡岸“沉砂-滲濾” 復(fù)合系統(tǒng)，它包括滲濾床和出水區(qū)，所述滲濾床由順著坡岸自上而下的多級(jí)滲濾床構(gòu)成，出水區(qū)位于最下一級(jí)滲濾床之后，在每級(jí)滲濾床前面設(shè)有沉砂緩沖池，滲濾床和相鄰沉砂緩沖池之間以及最下一級(jí)滲濾床和出水區(qū)之間均設(shè)有隔墻，在隔墻上設(shè)有過水孔；在出水區(qū)底部設(shè)有排水管。進(jìn)一步地，所述沉砂緩沖池由連為一體的位于上部的沉砂區(qū)和位于下部的沉砂斗構(gòu)成，沉砂斗底部設(shè)有排砂管，隔墻上的過水孔位于沉砂區(qū)上；所述沉砂緩沖池總高度為 0. 8 1. 4m，其中沉砂區(qū)高度為0. 5 1. 0m，沉砂斗高度為0. 3 0. 4m。更進(jìn)一步地，所述滲濾床由位于上部的水生植物和位于下部的填料構(gòu)成，所述填料由上層填料和下層填料構(gòu)成，水生植物栽種在上層填料上；上層填料為礫石且粒徑為 5 10mm，上層填料高度為0. 05 0. Im,下層填料高度為0. 4 0. 9m。所述下層填料為粒徑4(T60mm的廢磚、粒徑2(T40mm的卵石或者粒徑5 IOmm的碎石中的任意一種，或者任意兩種或三種任意比例的混合物。所述水生植物為空心菜或美人蕉，植物栽種密度為1(Γ20株/m2。除具有普通滲濾系統(tǒng)的構(gòu)筑簡(jiǎn)單、操作管理方便、費(fèi)用少等傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)外，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)復(fù)合系統(tǒng)具有無能耗、不易堵塞的優(yōu)點(diǎn)。由于復(fù)合系統(tǒng)沿坡岸修建，通過利用坡岸原有坡度，徑流污染靠重力流的方式進(jìn)入系統(tǒng)處理后排放，系統(tǒng)阻力小，不需采用推流、攪拌等設(shè)備，無能耗。該系統(tǒng)采用沉砂緩沖池和滲濾床結(jié)合的方式，農(nóng)業(yè)徑流中顆粒性污染物先經(jīng)沉砂緩沖池沉砂后進(jìn)入滲濾床處理，減少了進(jìn)入滲濾床的顆粒性物質(zhì)，使?jié)B濾床不易堵塞。(2)投資少、運(yùn)行管理方便。該系統(tǒng)的附加投資僅限于滲濾床填料系統(tǒng)和植物系統(tǒng)，而系統(tǒng)中的填料和植物均為當(dāng)?shù)匾滓?，方便就近取材，且不?huì)威脅當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的廢磚填料不僅具有較強(qiáng)的氮磷吸附能力，其表面多孔隙的特性有利于微生物的附著生長(zhǎng)，利于提高濕地系統(tǒng)的污染物去除能力，還可以變廢為寶。系統(tǒng)中的空心菜和美人蕉除具有較好的除污效果，還具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和景觀價(jià)值。該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中也無需較高的管理水平，具有較為穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，是一項(xiàng)管理運(yùn)行方便的技術(shù)。(3)抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。復(fù)合系統(tǒng)中的沉砂緩沖池對(duì)進(jìn)入復(fù)合系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)徑流起到沉砂、消能蓄水和均勻配水的作用。滲濾床采用坡向設(shè)計(jì)，不破壞原有農(nóng)業(yè)徑流形成和流動(dòng)方向，減緩對(duì)系統(tǒng)的沖擊作用。滲濾床下層填料粒徑第一級(jí)最大、最后一級(jí)最小的設(shè)計(jì)也進(jìn)一步減緩農(nóng)業(yè)徑流的水力負(fù)荷和污染物負(fù)荷沖擊。 本復(fù)合系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有坡岸，減緩水流沖擊能力，均化進(jìn)水水質(zhì)，提高徑流污染物的凈化效果。


圖1-本發(fā)明的平面示意圖(以三級(jí)為例)。圖2-圖1俯向結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-圖IA-A剖面圖。圖中1-沉砂區(qū)，2-沉砂斗，3-上層填料，4-下層填料，5-滲濾床，6_沉砂緩沖池， 7-過水孔，8-水生植物，9-隔墻，10-出水區(qū)，11-排水管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明利用坡岸治理農(nóng)業(yè)徑流污染的方法，在農(nóng)業(yè)徑流匯水溝渠下端順著坡岸自上而下構(gòu)建多級(jí)滲濾床，所述滲濾床由位于上部的水生植物和位于下部的填料構(gòu)成，所述填料由上層填料和下層填料構(gòu)成，水生植物栽種在上層填料上；在每級(jí)滲濾床前面設(shè)沉砂緩沖池以沉積泥砂，徑流經(jīng)沉砂處理后再進(jìn)入滲濾床進(jìn)行滲濾處理，沉砂緩沖池和滲濾床構(gòu)成一級(jí)“沉砂_滲濾”系統(tǒng)，經(jīng)過多級(jí)“沉砂_滲濾”系統(tǒng)處理的徑流最后通過系統(tǒng)尾部的出水區(qū)排入土壤或水體中。為了達(dá)到較好的治理效果，本發(fā)明每級(jí)沉砂緩沖池長(zhǎng)0. 5^1. Om,寬0. 8^1. Om, 高0. 8 1. 4m ；滲濾床長(zhǎng)1. 5 2. Om,寬0. 8 1. Om,高0. 5 1. Om ；出水區(qū)長(zhǎng)0. 5 1. Om,寬 0. 8 1. Om,高0. 5 1. Om ；且采取間歇運(yùn)行方式，運(yùn)行濕干比為8 12h :12 24h，進(jìn)水流量為 0. 20m7h l. 0 m3/h。參見圖1、圖2和圖3，從圖上可以看出，本發(fā)明治理農(nóng)業(yè)徑流污染的多級(jí)坡岸“沉砂-滲濾”復(fù)合系統(tǒng)，它包括滲濾床5和出水區(qū)10，所述滲濾床5由順著坡岸自上而下的多級(jí)滲濾床構(gòu)成，出水區(qū)10位于最下一級(jí)滲濾床5之后，在每級(jí)滲濾床5前面設(shè)有沉砂緩沖池6，滲濾床5和相鄰的沉砂緩沖池6之間以及最下一級(jí)滲濾床5和出水區(qū)10之間均設(shè)有隔墻9，在隔墻9上設(shè)有過水孔7，見圖3。在出水區(qū)10底部設(shè)有排水管11以將處理后的徑流從本系統(tǒng)排掉。所述沉砂緩沖池6由連為一體的位于上部的沉砂區(qū)1和位于下部的沉砂斗2構(gòu)成，沉砂斗底部可設(shè)排砂管進(jìn)行排砂或者由人為定期排砂，隔墻上的過水孔7位于沉砂區(qū)所在高度上。所述沉砂緩沖池6總高度為0. 8^1. 4m，其中沉砂區(qū)1高度為0. 5^1. 0m，沉砂斗2高度為0. 3 0. 4m。所述滲濾床5由位于上部的水生植物8和位于下部的填料構(gòu)成，所述填料由上層填料3和下層填料4構(gòu)成，水生植物8栽種在上層填料3上。上層填料3為礫石且粒徑為 5 10mm，上層填料3高度為0. 05 0. Im,下層填料4高度為0. 4 0. 9m。所述下層填料4為粒徑4(T60mm的廢磚、粒徑2(T40mm的卵石或者粒徑5 IOmm的
碎石三者之一，或者三者中任意兩種或三種任意比例的混合。所述水生植物8選用有較高污染物富集性能兼有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和景觀價(jià)值的空心菜或美人蕉。植物栽種密度控制在1(Γ20株/m2。本系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)
沉砂緩沖池長(zhǎng)0. 5 1. Om,寬0. 8 1. Om,總高0. 8 1. 4m，其中沉砂區(qū)高0. 5 1. Om,沉砂斗高0. 3 0. 4m ；滲濾床長(zhǎng)1. 5 2. Om,寬0. 8 1. Om,高0. 5 1. Om ；滲濾床上層填料為礫石填料 (粒徑5 10mm)，高度0. 05m,下層填料高度為0. 9m,可根據(jù)具體情況分別采用不同類型和粒徑的填料，包括廢磚(粒徑4(T60mm)，卵石(粒徑2(T40mm)，碎石(粒徑5 IOmm)。滲濾床植物采用具有較高污染物富集性能兼有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和景觀價(jià)值的空心菜、美人蕉，栽種密度均為10 20株/m2。出水區(qū)長(zhǎng)0. 5 1. Om,寬0. 8 1. Om，高0. 5 1. Om ；沉砂緩沖池、滲濾床和出水區(qū)之間采用穿孔花墻連通，系統(tǒng)出水由DN5(TDm50 UPVC管經(jīng)出水區(qū)底部排放。系統(tǒng)采取間歇式的運(yùn)行方式，運(yùn)行濕干比為8 12h :12 24h，水力負(fù)荷控制0. 20πι3ΑΓ . O m3/h 之間。下面給出一個(gè)實(shí)施例本實(shí)施例應(yīng)用于某農(nóng)業(yè)徑流處理中，復(fù)合系統(tǒng)依托當(dāng)?shù)匾粭l農(nóng)業(yè)徑流匯水溝渠，修建于溝渠末端，整體為磚混結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)6. 5m，寬0. 8m，高0. 5m，坡度 20°。系統(tǒng)共設(shè)為三級(jí)，每級(jí)滲濾床長(zhǎng)1.5m，下層填料厚0.45m，考慮到植物的生長(zhǎng)需要，每級(jí)上層填料為0. 05m的礫石(粒徑為5 10mm)。三級(jí)下層填料分別采用不同類型和粒徑的填料，分別為第一級(jí)廢磚(粒徑4(T60mm)，第二級(jí)卵石(粒徑2(T40mm)，第三級(jí)碎石(粒徑5 10mm)。三級(jí)栽種的植物分別為空心菜(栽種密度12株/m2)，空心菜(栽種密度12 株/m2)，美人蕉(栽種密度12株/m2)。每級(jí)滲濾床之前設(shè)有沉砂緩沖池，該池長(zhǎng)0. 5m,寬 0. 8m,高0. 5m，沉砂斗高0. 3m。在系統(tǒng)末端(最后一級(jí)滲濾床)設(shè)置出水區(qū)，出水區(qū)長(zhǎng)0. 5m, 寬0. 8m,高0. 5m,出水區(qū)底部設(shè)置排水管DN50 UPVC0系統(tǒng)底部和四周均以水泥墻封閉，并進(jìn)行防滲處理。系統(tǒng)采取間歇式的運(yùn)行方式，每個(gè)周期24小時(shí)，進(jìn)水12小時(shí)，間歇12小時(shí)。期間系統(tǒng)的進(jìn)水流量控制在0. 20m7tT0. 80 m3/h之間。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明進(jìn)入三級(jí)“沉砂-滲濾”復(fù)合系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)徑流中高錳酸鹽指數(shù) (COD)的進(jìn)水濃度在5. 39 26. 52mg/L之間，氨氮(NH4+_N)的進(jìn)水濃度在0. 3廣1. 87mg/ L之間，總氮(TN-N)的進(jìn)水濃度在1. 35、. 44mg/L之間，總磷(TP-P)的進(jìn)水濃度在 0. 09 1. 04mg/L之間。經(jīng)過復(fù)合系統(tǒng)處理后，出水中COD的出水濃度在3. 53 18. 19mg/L之間，NH4+-N的出水濃度在0. 09 0. 46mg/L之間，TN-N的出水濃度在0. 84 2. 89mg/L之間， TP-P的出水濃度在0. 03 0. 66mg/L之間。系統(tǒng)對(duì)COD的去除率在21% 50%之間，NH4+_N的去除率在63°/Γ87%范圍之間，對(duì)TN的去除率在18°/Γ48%范圍之間，TP的去除率在31% 77% 之間。系統(tǒng)對(duì)COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分別為35%、73%、37%和54%。在低進(jìn)水流量時(shí)，各污染物出水濃度相對(duì)恒定，尤其是COD、 NH4+-N和TP-P最為明顯。在高進(jìn)水流量時(shí)，各污染物出水濃度表現(xiàn)不穩(wěn)定。系統(tǒng)能夠穩(wěn)定去除COD、NH4+-N、TN-N和TP-P的進(jìn)水污染物負(fù)荷，分別為
500-1000 g*(m2'd)-l, 50-100 g*(m2'd)-L 150-200 g"(m2-d)-l 和 3CK60 g'(m>d)-L·
在該進(jìn)水流量范圍下限，系統(tǒng)污染物出水濃度基本能夠滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB3838-2002) III類標(biāo)準(zhǔn)；在該進(jìn)水流量范圍上限，系統(tǒng)污染物出水濃度基本能夠滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002) IV類標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用坡岸治理農(nóng)業(yè)徑流污染的方法，其特征在于在農(nóng)業(yè)徑流匯水溝渠下端順著坡岸自上而下構(gòu)建多級(jí)滲濾床，所述滲濾床由位于上部的水生植物和位于下部的填料構(gòu)成，所述填料由上層填料和下層填料構(gòu)成，水生植物栽種在上層填料上；在每級(jí)滲濾床前面設(shè)沉砂緩沖池以沉積泥砂，徑流經(jīng)沉砂處理后再進(jìn)入滲濾床進(jìn)行滲濾處理，沉砂緩沖池和滲濾床構(gòu)成一級(jí)“沉砂-滲濾”系統(tǒng)，經(jīng)過多級(jí)“沉砂-滲濾”系統(tǒng)處理的徑流最后通過系統(tǒng)尾部的出水區(qū)排入土壤或水體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用坡岸治理農(nóng)業(yè)徑流污染的方法，其特征在于每級(jí)沉砂緩沖池長(zhǎng)0. 5 1. Om,寬0. 8 1. Om,高0. 8 1. 4m ；滲濾床長(zhǎng)1. 5 2. Om,寬0. 8 1. Om,高 0. 5 1. Om ；出水區(qū)長(zhǎng)0. 5 1. Om,寬0. 8 1. Om,高0. 5 1. Om ；采取間歇運(yùn)行方式，運(yùn)行濕干比為8 12h :12 24h，進(jìn)水流量為0. 20m7h l· 0 m3/h。
3.—種治理農(nóng)業(yè)徑流污染的多級(jí)坡岸“沉砂-滲濾”復(fù)合系統(tǒng)，它包括滲濾床(5)和出水區(qū)(10)，其特征在于所述滲濾床由順著坡岸自上而下的多級(jí)滲濾床構(gòu)成，出水區(qū)位于最下一級(jí)滲濾床之后，在每級(jí)滲濾床(5)前面設(shè)有沉砂緩沖池(6)，滲濾床(5)和相鄰的沉砂緩沖池(6 )之間以及最下一級(jí)滲濾床(5 )和出水區(qū)(10 )之間均設(shè)有隔墻(9 )，在隔墻(9 ) 上設(shè)有過水孔(7)；在出水區(qū)(10)底部設(shè)有排水管(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于所述沉砂緩沖池(6)由連為一體的位于上部的沉砂區(qū)(1)和位于下部的沉砂斗(2)構(gòu)成，沉砂斗底部設(shè)有排砂管，隔墻上的過水孔(7)位于沉砂區(qū)(1)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于所述沉砂緩沖池總高度為0.8^1. 4m, 其中沉砂區(qū)高度為0. 5^1. 0m，沉砂斗高度為0. 3^0. 4m。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于所述滲濾床(5)由位于上部的水生植物(8)和位于下部的填料構(gòu)成，所述填料由上層填料(3)和下層填料(4)構(gòu)成，水生植物(8)栽種在上層填料(3)上，上層填料(3)為礫石且粒徑為5 10mm，上層填料(3)高度為0. 05 0. lm，下層填料(4)高度為0. 4 0. 9m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于所述下層填料(4)為粒徑4(T60mm的廢磚、粒徑2(T40mm的卵石或者粒徑5 10mm的碎石中的任意一種，或者任意兩種或三種任意比例的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于所述水生植物為空心菜或美人蕉，植物栽種密度為1(Γ20株/m2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用坡岸治理農(nóng)業(yè)徑流污染的方法及治理徑流污染的復(fù)合系統(tǒng)，在農(nóng)業(yè)徑流匯水溝渠下端順著坡岸自上而下構(gòu)建多級(jí)滲濾床，所述滲濾床由位于上部的水生植物和位于下部的填料構(gòu)成，在每級(jí)滲濾床前面設(shè)沉砂緩沖池以沉積泥砂，徑流經(jīng)沉砂處理后再進(jìn)入滲濾床進(jìn)行滲濾處理，經(jīng)過多級(jí)“沉砂-滲濾”系統(tǒng)處理的徑流最后通過系統(tǒng)尾部的出水區(qū)排入土壤或水體中。本發(fā)明充分利用現(xiàn)有坡岸，減緩水流沖擊能力，均化進(jìn)水水質(zhì)，提高徑流污染物的凈化效果。除具有構(gòu)筑簡(jiǎn)單、操作管理方便、費(fèi)用少等傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明還具有無能耗、不易堵塞、投資少、運(yùn)行管理方便和抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102219337SQ20111008812
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者劉明, 李哲, 謝偉丹, 郭勁松, 馬曉霞, 高旭, 黃磊 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)