專利名稱：農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理、環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于農(nóng)田面源氮磷污染的生態(tài)攔截凈化溝渠系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上最大的化肥和農(nóng)藥使用國(guó)。近年來，以高量化肥投入為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式以及施肥結(jié)構(gòu)的不合理導(dǎo)致肥料在降雨和排灌后流失嚴(yán)重，含大量氮磷養(yǎng)分的徑流直接排入溝渠河道或河湖，農(nóng)業(yè)面源污染形成了從水體、土壤、生物到大氣的“農(nóng)村立體污染”，成為我國(guó)水環(huán)境問題的重要因素。農(nóng)業(yè)面源C0D、N、P的污染負(fù)荷已占水體污染負(fù)荷中的1/2 2/3，其中農(nóng)田氮、磷等污染物的流失造成河流湖泊等水體的富營(yíng)養(yǎng)化，引起水生生物和藻類的過度生長(zhǎng)和繁殖，同時(shí)因滲流造成地下水污染。因此，研究制定有效的農(nóng)田非點(diǎn)源污染物攔截措施，消減農(nóng)田排水中氮磷等污染物負(fù)荷，遏制水體富營(yíng)養(yǎng)化，成為控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染研究方面的重要內(nèi)容。70年代，美國(guó)頒布了一系列法規(guī)，要求評(píng)價(jià)非點(diǎn)源污染對(duì)水質(zhì)的影響，這期間主要是計(jì)算污染負(fù)荷量。國(guó)內(nèi)關(guān)于非點(diǎn)源污染的研究由80年代開始，如武漢市東湖流域山地和農(nóng)田區(qū)域氮磷流失、安徽巢湖流域氮磷流失及江蘇太湖農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染及其控制對(duì)策研究等。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果，目前生物一生態(tài)修復(fù)技術(shù)被公認(rèn)為是人與自然和諧相處的治污思路和創(chuàng)新的技術(shù)路線，如植被緩沖區(qū)、濕地系統(tǒng)等。然而構(gòu)建人工濕地、緩沖帶、生態(tài)交錯(cuò)帶等生態(tài)工程需要占用大量土地，難以滿足我國(guó)人多地少的國(guó)情。王建國(guó)等(2010年)設(shè)計(jì)的農(nóng)田徑流污染生態(tài)攔截溝渠，趙建寧等(2011年)設(shè)計(jì)的生態(tài)溝渠氮磷攔截潛流壩結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)筑物體型龐大，僅適用于大型溝渠的改造利用，對(duì)于基質(zhì)填料的堵塞問題較難進(jìn)行人工清理與管理，不便于大面積推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是針對(duì)目前農(nóng)田面源污染的治污過程中存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種集污水輸送、攔截及凈化于一體的階梯式潛流透水壩生態(tài)溝渠系統(tǒng)。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，包括潛流壩和基質(zhì)填料，其特征在于，該系統(tǒng)的溝渠兩側(cè)的溝壁及溝底設(shè)置有防滲砌塊5，所述溝壁的坡度為45°，溝體深度為Im,溝體長(zhǎng)度為60m,溝體的斷面為梯形形狀,其上底為1.8m,下底為0.5m ;所述防滲砌塊5為中間設(shè)置有六邊形孔的混凝土結(jié)構(gòu)，六邊形孔中設(shè)置有土壤或者植物碎渣，其上種植有植物6 ;在溝底的防滲砌塊5的上面設(shè)置有卵石及纖維7 ；溝體內(nèi)每間隔10 20m的位置設(shè)置有潛流壩8，潛流壩8呈階梯狀，其長(zhǎng)度為2 5m,高度為50 70cm，壩頂高程高于溝渠正常水位10 20cm，但不高于大雨量徑流水位和行洪水位；潛流壩8的斷面為梯形形狀，與溝體的斷面相吻合；所述潛流壩8的壩基設(shè)置在溝底以下的30cm水平面上；潛流壩8的數(shù)量為3 5個(gè)；
在距離潛流壩8的上游Im的位置設(shè)置有攔截板I，該為混凝土梯形結(jié)構(gòu)，其高度為50 70cm，厚度為20 25cm，其梯形形狀與溝體的斷面相吻合，其下部設(shè)置有孔徑為2cm的小孔；潛流壩8的壩體迎水一面設(shè)置有細(xì)格濾網(wǎng)2，潛流壩8的下部設(shè)置有填料層4，所述填料層4采用礫石、陶粒為填料，礫石沿水流方向的顆粒逐漸變細(xì)；填料層4的上面設(shè)置有粘土層3，粘土層3的上面設(shè)置有植物6。所述植物6為挺水或者沉水植物。所述防滲砌塊5的兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)置凸塊和凹槽，用于連接各個(gè)防滲砌塊。所述潛流壩8為小型潛流壩。所述沿水流方向顆粒逐漸 變細(xì)的礫石，其上游方向粒徑為7至10cm，下游方向粒徑為I至3cm。所述填料層4的厚度為30-40cm。所述粘土層3的厚度為20_30cm。也可將該凈化溝渠系統(tǒng)串連起來，使水體能夠得到多級(jí)過濾凈化。本發(fā)明的有益效果:(I)防滲砌塊通過凸塊和凹槽的聯(lián)結(jié)緊密排列于溝渠底部，有效防止?jié)B漏，中間設(shè)置六邊形孔種植植物可以有效攔截農(nóng)田徑流中的顆粒物，延長(zhǎng)水利停留時(shí)間，增加污染物去除效率；(2)攔截板下方穿小孔來控制水流，與潛流透水壩一起增加停留時(shí)間，攔截大顆粒物質(zhì)，增加排水在潛流壩下部滲濾的水量；(3)壩體呈階梯設(shè)置，利用落差自然跌水強(qiáng)化復(fù)氧，實(shí)現(xiàn)充氧過程的無(wú)能耗；(4)壩體迎水面設(shè)置的細(xì)格濾網(wǎng)可攔截部分固體污染物，減輕礫石、陶粒等填料的堵塞問題；(5)在潛流壩設(shè)置處加大溝渠深度，可減小潛流壩對(duì)小型農(nóng)田排水溝渠的排水阻礙，兼顧減緩水速、延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，使流水?dāng)y帶的顆粒物質(zhì)和養(yǎng)分等得以沉淀和去除。(6)溝渠底部鋪設(shè)卵石、纖維等利于生物膜的形成與生長(zhǎng)。壩體及砌塊均填土層種植植物，構(gòu)成植物-微生物系統(tǒng)提高了凈水能力。本發(fā)明充分利用農(nóng)田現(xiàn)有溝渠解決了生態(tài)工程占用耕地過多的問題，具有處理效能高、應(yīng)用范圍廣、景觀效果好等特點(diǎn)。


圖1為農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)的縱向結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為防滲砌塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為攔截板的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記如下:1-攔截板2-細(xì)格濾網(wǎng)3-粘土層4-填料層5-防滲砌塊6-植物7-卵石及纖維8-潛流壩
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1為農(nóng)田面源污染階梯式潛流透水壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)的縱向結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)的溝渠兩側(cè)的溝壁及溝底設(shè)置有防滲砌塊5，所述溝壁的坡度為45°，溝體深度為lm，溝體長(zhǎng)度為60m ;所述防滲砌塊5為中間設(shè)置有六邊形孔的混凝土結(jié)構(gòu)，防滲砌塊5的兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)置凸塊和凹槽，用于連接各個(gè)防滲砌塊，如圖2所示；六邊形孔中設(shè)置有土壤或者植物碎渣，其上種植有植物6，所述植物6為挺水植物或者沉水植物，植物6可以有效攔截農(nóng)田徑流中的顆粒物；在溝底的防滲砌塊5的上面還鋪設(shè)卵石及纖維7，以利于生物膜的形成與生長(zhǎng)；溝體內(nèi)每間隔10 20m的位置設(shè)置有小型潛流壩8，潛流壩8呈階梯形狀以便于自然跌水，其長(zhǎng)度為2 5m，高度為50 70cm，壩頂高程高于溝渠正常水位10 20cm，但不高于大雨量徑流水位和行洪水位，潛流壩8的斷面為梯形形狀，與溝體的斷面相吻合；潛流壩8的數(shù)量為3 5個(gè)；所述潛流壩8的壩基設(shè)置在溝底以下的30cm水平面上，以減小潛流壩對(duì)小型農(nóng)田排水溝渠的排水阻礙；根據(jù)農(nóng)田現(xiàn)有溝渠的具體地形地勢(shì)，將這種凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式串連起來，使水體能夠得到多級(jí)過濾凈化。在距離潛流壩8的上游I米的位置設(shè)置有攔截板1，該攔截板為混凝土結(jié)構(gòu)，其高度為50 70cm，厚度為20 25cm，其梯形形狀與溝體的斷面相吻合，其下部設(shè)置有若干個(gè)孔徑為2cm的小孔，小孔的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要確定；潛流壩8的壩體迎水一面設(shè)置有細(xì)格濾網(wǎng)2，潛流壩8的下部設(shè)置有填料層4，所述填料層4采用礫石、陶粒為填料，礫石沿水流方向的顆粒逐漸變細(xì)，其上游方向粒徑為7至10cm，下游方向粒徑為I至3cm，填料層4的厚度為30_40cm ;填料層4的上面設(shè)置有粘土層3，粘土層3的厚度為20-3 0cm ;粘土層3的上設(shè)置有植物6。本發(fā)明的農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，不但能夠保證正常水位下水體得到全斷面的凈化，同時(shí)也不妨礙大雨量期間溝渠的正常排水泄洪功能。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，包括潛流壩和基質(zhì)填料，其特征在于，該系統(tǒng)的溝渠兩側(cè)的溝壁及溝底設(shè)置有防滲砌塊(5)，所述溝壁的坡度為45°，溝體深度為Im,溝體長(zhǎng)度為60m,溝體的斷面為梯形形狀,其上底為1.8m,下底為0.5m ;所述防滲砌塊(5)為中間設(shè)置有六邊形孔的混凝土結(jié)構(gòu)，六邊形孔中設(shè)置有土壤或者植物碎渣，其上種植有植物(6);在溝底的防滲砌塊(5)的上面設(shè)置有卵石及纖維(7)； 溝體內(nèi)每間隔10 20m的位置設(shè)置有潛流壩(8)，潛流壩(8)呈階梯狀，其長(zhǎng)度為2 5m,高度為50 70cm，壩頂高程高于溝渠正常水位10 20cm，但不高于大雨量徑流水位和行洪水位；潛流壩(8)的斷面為梯形形狀，與溝體的斷面相吻合；所述潛流壩(8)的壩基設(shè)置在溝底以下的30cm水平面上；潛流壩(8)的數(shù)量為3 5個(gè)； 在距離潛流壩(8)的上游Im的位置設(shè)置有攔截板(1)，該為混凝土梯形結(jié)構(gòu)，其高度為50 70cm，厚度為20 25cm，其梯形形狀與溝體的斷面相吻合，其下部設(shè)置有孔徑為2cm的小孔； 潛流壩(8)的壩體迎水一面設(shè)置有細(xì)格濾網(wǎng)(2)，潛流壩(8)的下部設(shè)置有填料層(4)，所述填料層(4)采用礫石、陶粒為填料，礫石沿水流方向的顆粒逐漸變細(xì)；填料層(4)的上面設(shè)置有粘土層(3 )，粘土層(3 )的上面設(shè)置有植物(6 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，其特征在于，所述植物(6)為挺水或者沉水植 物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，其特征在于，所述防滲砌塊(5)的兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)置凸塊和凹槽，用于連接各個(gè)防滲砌塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，其特征在于，所述潛流壩(8)為小型潛流壩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，其特征在于，所述沿水流方向顆粒逐漸變細(xì)的礫石，其上游方向粒徑為7至10cm，下游方向粒徑為I至3cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，其特征在于，所述填料層(4)的厚度為30-40cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，其特征在于，所述粘土層(3)的厚度為20-30cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，其特征在于，也可將該凈化溝渠系統(tǒng)串連起來，使水體能夠得到多級(jí)過濾凈化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種農(nóng)田面源污染階梯式潛流壩生態(tài)凈化溝渠系統(tǒng)，該系統(tǒng)的溝體斷面為梯形，溝渠兩側(cè)的溝壁及溝底設(shè)置有防滲砌塊，砌塊中間為六邊形孔的結(jié)構(gòu)，其上種植有植物，周邊鋪有卵石及纖維；溝體內(nèi)每間隔10～20m的位置設(shè)置有潛流壩，距離潛流壩上游1m處設(shè)置有攔截板，攔截板的下部設(shè)置有小孔；潛流壩的壩體迎水一面設(shè)置有細(xì)格濾網(wǎng)，壩體下部設(shè)置有礫石、陶粒為填料的填料層，且填料顆粒沿水流方向逐漸變細(xì)，上部設(shè)置有粘土層，粘土層上種植有植物。本發(fā)明解決了生態(tài)工程占地過多的問題，具有處理效能高、應(yīng)用范圍廣、景觀效果好等特點(diǎn)，不但保證了正常水位下水體得到全斷面的凈化，同時(shí)也不妨礙大雨量期間正常的排水泄洪功能。
文檔編號(hào)E02B3/10GK103086570SQ201310015108
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者涂佳敏, 王曉玲, 任炳昱, 周正印, 孫蕊蕊 申請(qǐng)人:天津大學(xué)