一種山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統的製作方法

2023-05-24 21:31:16 3

專利名稱：一種山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及生活汙水淨化技術體系，屬於環境工程和環境科學領域，用於山區村 鎮分散生活汙水的處理與淨化。
背景技術：
隨著社會和經濟的不斷發展，水汙染問題日益嚴重，汙水治理已經成為了人類 迫切需要解決的關鍵問題。據調查，水汙染在中國造成的經濟損失約佔GDP的1.46% 2. 84%，水體富營養化造成的後果尤為嚴重，其突出特徵表現為溶解氧降低，水生生物大量 死亡。近年來儘管國家和地方每年都投入巨資，例如「十五」期間用於包括水汙染治理的環 境整治的投資規劃為7000億元，已達到中國⑶P的1 %，但到目前為止水體富營養化的程度 仍然有增無減。城鄉結合部的集鎮及村落生活廢水基本處於無序排放的狀態，已經成為了 我國大多數流域水體富營養化的主要來源之一。隨著農村經濟社會的不斷發展，越來越多 的農村集鎮湧現出來。但是，這些農村集鎮的基礎設施建設與環境管理嚴重滯後，汙、廢水 集中處理困難，降雨徑流衝刷溝道累積的汙染物，產生瞬時高汙染負荷，極大地影響了受納 水體的水質。因此，對農村集鎮及村落生活汙水的治理是我國目前水體富營養化治理與控 制的關鍵。但是，由於技術條件、建設成本及運行費用的限制，農村生活汙水處理困難，已經 成為當今水汙染治理的難點與瓶頸，而且成為水汙染問題的焦點。傳統的汙水處理主要依靠建設汙水處理廠來進行處理，但是汙水處理廠的建設不 僅需要較大的資金投入，佔用較大的平地，而且運行成本相當高。在一些欠發達地區，難以 承擔建造曝氧系統來處理汙水的成本及運行費用，特別值得指出的是，在欠發達的山區，地 貌以山丘為主，難以找到適合建設汙水處理系統的大面積平地。利用溝渠的自然淨化功能 來處理生活汙水是一種行之有效的方法，目前也有相關研究出現，但大多數研究側重於平 原水網溝渠的研究，山區溝渠生態淨化技術的研究缺乏，環保、高效的山區溝渠生態淨化技 術體系尚未形成。如何利用山區溝渠所存在的自然淨化機制處置村鎮分散生活汙水，是目 前迫切需要解決的關鍵問題，也正是本發明的著眼點。綜上所述，村鎮分散生活汙水的治理已經迫在眉睫，但是限於建設費用和運行成 本，傳統的處理技術很難在山區村鎮大面積推廣。因此，利用自然溝渠的自淨功能建立起來 的村落分散生活汙水生態淨化體系的發明，不僅能為國家節約汙水治理費用，而且對保護 水環境具有重要的理論意義和現實價值。

發明內容
本發明的目的在於針對現有城市生活汙水處理技術建設成本昂貴、運行費用高 的缺點，提供一種山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，該系統利用自然溝渠的生態淨化 功能，因地制宜的處理分散生活汙水；結構簡單，具有處理效率高，建設、運行成本低等特 點，可為山區農村分散生活汙水處置與淨化提供技術支撐。本發明以上目的可以通過以下措施實現一種村鎮生活汙水生態淨化體系，由自然匯流與溝道沉沙池子系統、跌落曝氧子系統、洪汙分流子系統、強化介質處理子系統和溝 渠植被攔截子系統構成；所述自然匯流與溝道沉沙池子系統以自然徑流溝為匯流體系，等 間距修建沉沙池，攔截溝渠泥沙，泥沙沉降後的生活汙水到達跌落曝氧子系統；所述跌落 曝氧子系統根據山丘區地勢，人為構建或利用自然跌落，進行汙水跌落曝氧，可多級跌落 曝氧，跌落總落差至少5m，提高生活汙水中溶解氧含量，氧化分解主要還原性汙染物，降低 BOD, COD含量；經跌落曝氧後的汙水或洪水、汙水和泥沙的混和物進入洪汙分流子系統；所 述洪汙分流子系統將小流量(0-10m3/h)、低含沙(0-1000mg/L)的生活汙水與大流量(> 10m3/h)、高含沙(> 1000mg/L)的洪水分流、過濾，分流後的汙水進入強化介質處理子系 統；所述汙水在強化介質處理子系統中通過高吸持性能的強化介質的過濾系統，汙染物經 過吸附、固定和微生物降解後，主要汙染物含量大幅降低，經強化介質處理子系統處理後的 汙水進入溝渠植被攔截子系統；所述溝渠植被攔截子系統通過溝渠植被降低處理汙水的流 速、延長滯留時間，同時高富集植被系統對水中的養分及其它汙染物進一步吸收和淨化，使 出水達到排放標準；分流後的洪水通過溝渠植被攔截子系統降低流速、攔截泥沙，同時進一 步通過植被吸收對汙染物進行吸收和淨化，使系統出水達標排放。所述自然匯流與溝道沉沙池子系統由自然匯流溝道和以自然徑流溝為匯流體系， 在自然匯流溝道中等間距修建的沉沙池組成；在沉沙池中預先填入填料；分散的生活汙水 經自然匯流溝道後，在沉沙池中初步混合吸持，並起到消能的作用。所述跌落曝氧子系統由跌落入口、跌落斷面、消力池、回水潭組成；跌落入口寬為 1. 0-3. 0米，平直、光滑，以形成高速水流；跌落斷面垂直，亦可多級跌落，落差不低於5m ；跌 落斷面下方為消力池，消力池內隨機填充直徑為3-lOcm的碎石，碎石厚度為30cm ；消力池 與回水潭相連，回水潭中水流出口與入口不在一條直線上以形成回水，進一步降低跌落下 方水流的速度。所述洪汙分流子系統由洪汙分流導流槽、過濾網和洩洪槽組成；導流槽為喇叭形， 入口寬，出口窄，深30cm ；導流槽出口端裝有過濾網，過濾網為竹製品，孔徑為2mm，放置於 洩洪槽下端擋牆內，容許汙水和細小泥沙流過，大粒徑泥沙被攔截並沉澱洩洪槽內；洩洪槽 位於導流槽兩端，三面有擋水牆，擋水牆高lm，厚24cm，用於洪水洩流。所述強化介質處理子系統由過濾層、上層強化介質填料層、下層強化介質填料層、 反濾層和強化介質處理池導流管組成。反濾層、下層強化介質填料層、上層強化介質填料層 和過濾層自下而上依次填裝；強化介質處理池導流管，位於反濾層下方和子系統出口，用作 處理汙水的排水管。所述過濾層由粒徑為5-10mm的卵石填裝，厚度10-20cm ；上層強化介質填料層上 層由粒徑0. 5-2. Omm的紫色石骨子(HWR-I)填充，厚度為20-30cm ；下層強化介質填料層由 粒徑0.01-0. 03mm的蒙脫石(MTM-I)與高嶺石(GLS-I)混合填裝，混合比例為3 1，厚度 10-20cm ；反濾層由粒徑10-30mm的卵石(LS_1、LS_2)填裝，厚度15_20cm。所述溝渠植被攔截子系統由藤本植物、草本矮杆植物、高杆植物、小型擋水壩、小 型溝渠溼地組成；藤本植物種植在溝渠邊坡或底部以控制衝刷，與草本矮稈植物和高稈植 物形成高低植被組合，增加覆蓋，降低水流速度，提高汙染物吸收量；溝渠植被攔截子系統 分成多段，每段寬0. 5-1. 5m，長10-20m，用小型擋水壩隔開，小型攔水壩可降低水流，增加 抗衝能力；在溝渠地勢低洼處，每2-3段植被選擇窪坑構築小型溝渠溼地，用高矮植物搭配構建溼地植被，用小型擋水壩形成20-30cm水深。本發明與現有技術相比的優點在於(1)本發明建立了山區村鎮分散生活汙水生態淨化技術體系，利用山區自然條件， 依據自然淨化原理，強化生態淨化功能，因地制宜地設計各處理子系統，能夠高效淨化村鎮 生活汙水，達到生活汙水處理排放標準。(2)本發明利用自然跌落曝氧，處理汙水能耗低，同時利用鄉土植物恢復衝溝植 被，因此該發明在淨化廢水的同時，還兼顧了節能減排與生態恢復效益。(3)本發明主要利用山區自然溝渠，構築生態淨化系統，具有佔地少、建設和運行 成本低的特點，克服了傳統的汙水處理技術建設成本昂貴、運行費高的缺點，適合在山區進 行推廣。(4)本發明主要利用自然淨化和生態淨化原理，採用鄉土植物重建溝渠植被，系統 管理簡便，易於掌握和操作。總之，本發明依據生態淨化理論，結合生活汙水處理的設計原理，因地制宜地設計 具有集匯流、分流、沉澱、攔截、吸收、氧化、稀釋等功能的生態淨化系統，並且建設成本低、 運行成本少，管理簡便易行。


圖1為本發明的整體結構與功能示意圖；圖2為本發明的自然匯流與溝道沉沙池子系統結構示意圖；圖3為本發明的跌落曝氧子系統結構示意圖；圖4為本發明的洪汙分流子系統結構示意圖；圖5為本發明的強化介質處理子系統結構示意圖；圖6為本發明的溝渠植被攔截子系統結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的一種山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統由自然匯流與溝 道沉沙池子系統1、跌落曝氧子系統2、洪汙分流子系統3、強化介質處理子系統4和溝渠植 被攔截子系統5構成。自然匯流與溝道沉沙池子系統1以自然徑流溝為匯流體系，等間距修 建沉沙池，攔截溝渠泥沙，泥沙沉降後的生活汙水到達跌落曝氧子系統2。跌落曝氧子系統 2根據山丘區地勢，人為構建或利用自然跌落，進行汙水自然曝氧，可多級曝氧，跌落總落差 至少5m，提高生活汙水中溶解氧含量，氧化分解主要還原性汙染物，降低BOD、COD含量；經 跌落曝氧後的汙水或洪水、汙水和泥沙的混和物進入洪汙分流子系統3。所述洪汙分流子系 統3將小流量、低含沙的生活汙水與大流量、高含沙的洪水分流和過濾，分流和過濾後的汙 水進入強化介質處理子系統4。汙水在強化介質處理子系統4首先通過過濾，隨後汙染物 經過吸附、固定和微生物降解後，汙染物含量大幅降低，經強化介質處理子系統4處理後的 汙水進入溝渠植被攔截子系統5。溝渠植被攔截子系統5通過溝渠植被降低處理汙水的流 速、延長滯留時間，同時植被系統對水中的養分及其它汙染物進一步吸收和淨化，使出水達 到排放標準；分流後的洪水通過溝渠植被攔截子系統5降低流速、攔截泥沙，同時進一步通 過植被吸收對汙染物進行吸收和淨化，使系統出水達標排放。
如圖2所示，本發明自然匯流與溝道沉沙池子系統1 (其中，a為1. 5m，b為lm，c為 0. 2m, d為0. 5m，e為0. 3m, f為0. 3m，g為Im)利用山丘區自然徑流衝溝匯流、集流至溝口， 根據村落、村鎮特點可形成或建立自然匯流溝道6，在自然匯流溝道6的溝口建沉沙池，沉 沙池長1. 5m、寬lm、深lm，池內預先填30cm厚半風化紫色粗骨土。自然匯流溝道內每IOOm 建立類似的沉沙池7。沉沙池7中預先填入填料的厚度不低於30cm，但不超過50cm。如圖3所示，本發明跌落曝氧子系統2 (其中，h為5m，i為8m，j為0. 3m)由跌落 入口 8、跌落斷面9、消力池10、回水潭11組成。跌落斷面9依據山丘區地勢，人為建立，總 落差達5-10m，跌落入口寬1. 0-3. 0m，平直、光滑，以形成薄層高速水流。跌落下端設置消力 池10，消力池規格4. 0-5. Om(長)X2. 0-3. Om(寬)XO. 5m(深)，池內就地選用大小、形狀 不一的碎石，隨機排列填充，碎石厚0. 2-0. 3m(如圖3中k)；消力池下方緊接回水潭11，回 水潭入水口與出水口錯位排列，形成回水，降低水流速度。如圖4所示，本發明的洪汙分流子系統3 (其中，1為2m，m為lm，η為0. 5m, ο為 0. 15m，ρ為0. 8m，q為0. 2m，r為0. 2m)由洪汙分流導流槽12、過濾網13和洩洪槽14組成。 其中導流槽12為主要組件，為喇叭形，入口寬，出口窄，寬度分別為50、15cm，深30cm ；導流 槽出口端裝有過濾網13，過濾網為方形，濾網孔徑2mm，竹製品，成本低且堅硬，置於洩流槽 擋水牆內，導流槽穿過擋水牆；洩流槽14位於導流槽兩邊，三面有擋水牆，擋水牆高lm，厚 24cm,洩流槽入口比導流槽高5cm，寬50-100cm，洩流槽有2個出水口，寬50cm，出水口擋牆 高 20cmo如圖5所示，強化介質處理子系統4為強化介質處理池(其中，s為1. 5m，t為2m， u為0. lm，ν為0. 2m, w為0. 15m, χ為2. 5m)，它由過濾層15、上層強化介質填料層16、下層 強化介質填料層17、反濾層18和強化介質處理池導流管19組成。強化處理池池底設有排 水口，安裝排水管。強化介質處理池由自下而上填充反濾層18、下層強化介質填料層17、 上層強化介質填料層16、過濾層15 ；反濾層18由粒徑10-30mm的卵石(LS_1、LS_2)填裝， 厚度10-20cm ；強化介質處理池導流管19，位於反濾層18下方和子系統出口，用作處理汙 水的排水管。導流管19前端裝有尼龍網，導流管19的直徑為10cm。下層強化介質填料層 17由粒徑0. 01-0. 03mm的蒙脫石(MTM-I)與高嶺石(GLS-I)混合填裝，比例為3 1，厚度 10-20cm;上層強化介質填料層16由粒徑0. 5_2. Omm的紫色石骨子(HWR-I)填充，厚度為 20-30cm ；在介質填料層上方填裝過濾層15，過濾層15由粒徑為5_10mm的卵石填裝，厚度 15-20cm。如圖6所示，溝渠植被攔截子系統5由藤本植物20、草本矮杆植物21、高杆植物 22、小型擋水壩23、小型溝渠溼地24組成。藤本植物20種植在溝渠邊坡或底部以控制衝刷， 與草本矮稈植物21和高稈植物22形成高低植被組合，增加覆蓋，降低水流速度，提高汙染 物吸收量；溝渠植被攔截子系統5分成多段，每段寬0. 5-1. 5m，長10-20m，溝渠植被用小型 擋水壩23隔開，小型攔水壩23可降低水流，增加抗衝能力，擋水壩寬與溝寬相同，高30cm ； 在溝渠地勢低洼處，每2-3段植被選擇窪坑構築小型溝渠溼地24，用高矮植物搭配構建溼 地植被，用小型擋水壩23形成20-30cm水深，增加汙水的滯留時間，由此構建溝渠植被攔截 子系統，並逐漸形成穩定的生態溝渠攔截體系。溝渠植被春夏季每2月刈割收穫一次，秋冬 季共收穫一次，全年可收穫3-5次。收穫植被回收利用作飼料或綠肥，避免二次汙染。總之，本發明結構合理、建設成本少、管理容易、運行成本低，為環境基礎建設滯後的山區、丘陵區村鎮生活汙水提供有效的淨化技術系統，在廣大山區村鎮、村落的生活汙水 淨化領域有較大的推廣應用價值。
權利要求
1.一種山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於由自然匯流與溝道沉沙池 子系統(1)、跌落曝氧子系統(2)、洪汙分流子系統(3)、強化介質處理子系統(4)和溝渠植 被攔截子系統(5)構成；所述自然匯流與溝道沉沙池子系統(1)以自然徑流溝為匯流體系， 等間距修建沉沙池，攔截溝渠泥沙，沉降泥沙後的生活汙水到達跌落曝氧子系統(2)；所述 跌落曝氧子系統(2)根據山丘區地勢，人為構建或利用自然跌落，進行汙水跌落曝氧，可多 級跌落曝氧，跌落總落差至少5m，以提高生活汙水中溶解氧含量，氧化分解還原性汙染物， 降低BOD、COD含量；經跌落曝氧後的汙水或洪水、汙水和泥沙的混和物進入洪汙分流子系 統(3)；所述洪汙分流子系統(3)將小流量、低含沙的生活汙水與大流量、高含沙的洪水分 流和過濾，分流和過濾後的汙水進入強化介質處理子系統(4)；所述汙水在強化介質處理 子系統(4)通過過濾，汙染物經過吸附、固定和微生物降解後，汙染物含量大幅降低，經強 化介質處理子系統(4)處理後的汙水進入溝渠植被攔截子系統(5)；所述溝渠植被攔截子 系統(5)通過溝渠植被降低處理汙水的流速、延長滯留時間，同時植被系統對水中的養分 及其它汙染物進一步吸收和淨化，使出水達到排放標準；分流後的洪水通過溝渠植被攔截 子系統(5)降低流速、攔截泥沙，同時進一步通過植被吸收對汙染物進行吸收和淨化，使系 統出水達標排放。
2.根據權利要求1所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述自 然匯流與溝道沉沙池子系統(1)由自然匯流溝道(6)和以自然徑流溝(6)為匯流體系，在 自然匯流溝道(6)中等間距修建的沉沙池(7)組成；在沉沙池(7)中預先填入填料；分散生 活汙水經自然匯流溝道(6)後，在沉沙池(7)中初步混合吸持，並起到消能的作用。
3.根據權利要求2所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述的 沉沙池(7)間隔距離為IOOm0
4.根據權利要求2所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述的 沉沙池(7)中預先填入填料的厚度不低於30cm，但不超過50cm。
5.根據權利要求1所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述跌 落曝氧子系統⑵由跌落入口(8)、跌落斷面(9)、消力池(10)、回水潭(11)組成；跌落入 口(8)寬為1.0-3.0米，平直、光滑，以形成高速水流；跌落斷面(9)垂直，亦可多級跌落，落 差不低於5m;跌落斷面下方為消力池(10)，消力池(10)內隨機填充直徑為3-lOcm的碎石， 碎石厚度為30cm ；消力池(10)與回水潭(11)相連，回水潭(11)中水流出口與入口不在一 條直線上以形成回水，進一步降低跌落下方水流的速度。
6.根據權利要求1所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述洪 汙分流子系統⑶由洪汙分流導流槽(12)、過濾網(13)和洩洪槽(14)組成；導流槽(12) 為喇叭形，入口寬，出口窄，深30cm;導流槽(12)出口端裝有過濾網(13)，過濾網為竹製品， 孔徑為2mm，放置於洩洪槽(14)下端擋牆內，容許汙水和細小泥沙流過，大粒徑泥沙被攔截 並沉澱洩洪槽(14)內；洩洪槽(14)位於導流槽(12)兩端，三面有擋水牆，擋水牆高lm，厚 24cm，用於洪水洩流。
7.根據權利要求1所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述強 化介質處理子系統(4)由過濾層(15)、上層強化介質填料層(16)、下層強化介質填料層 (17)、反濾層(18)和強化介質處理池導流管(19)組成；反濾層(18)、下層強化介質填料層 (17)、上層強化介質填料層(16)和過濾層(15)自下而上依次填裝；強化介質處理池導流管(19)，位於反濾層(18)下方和子系統出口，用作處理汙水的排水管。
8.根據權利要求7所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述過 濾層(15)由粒徑為5-10mm的卵石填裝，厚度10-20cm;上層強化介質填料層上層(16)由粒 徑0. 5-2. Omm的紫色石骨子(HWR-I)填充，厚度為20-30cm ；下層強化介質填料層(17)由 粒徑0.01-0. 03mm的蒙脫石(MTM-I)與高嶺石(GLS-I)混合填裝，混合比例為3 1，厚度 10-20cm ；反濾層(18)由粒徑10_30mm的卵石(LS_1、LS_2)填裝，厚度15_20cm。
9.根據權利要求7所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述強 化介質處理池導流管(19)直徑為10cm。
10.根據權利要求1所述的山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，其特徵在於所述 溝渠植被攔截子系統(5)由藤本植物(20)、草本矮杆植物(21)、高杆植物(22)、小型擋水 壩(23)、小型溝渠溼地(24)組成；藤本植物(20)種植在溝渠邊坡或底部以控制衝刷，與草 本矮稈植物(21)和高稈植物(22)形成高低植被組合，增加覆蓋，降低水流速度，提高汙染 物吸收量；溝渠植被攔截子系統(5)分成多段，每段寬0. 5-1. 5m，長10-20m，用小型擋水壩 (23)隔開，小型攔水壩(23)可降低水流，增加抗衝能力；在溝渠地勢低洼處，每2-3段植被 選擇窪坑構築小型溝渠溼地(24)，用高矮植物搭配構建溼地植被，用小型擋水壩(23)形成 20-30cm 水深。
全文摘要
一種山區村鎮分散生活汙水生態淨化系統，由自然匯流與溝道沉沙池子系統、跌落曝氧子系統、洪汙分流子系統、強化介質處理子系統和溝渠植被攔截子系統構成；自然匯流與溝道沉沙池子系統以自然徑流溝為匯流體系，等距修建沉沙池，攔截溝渠泥沙；依據地勢利用山澗自然落差構建跌落曝氧子系統，落差5m，跌落曝氧子系統上方溝渠暢通；隨後汙水經洪汙分流子系統過濾分流；洪水和泥沙進入溝渠植被攔截子系統，強化介質處理子系統以強吸附粘土材料和砂質填料為主要介質；經強化介質處理子系統處理後的汙水進入溝渠植被攔截子系統，經過處理後可排放。本發明構造簡單合理、運行成本低，在廣大山區村鎮、村落的生活汙水淨化領域有較大的推廣應用價值。
文檔編號C02F9/14GK102107991SQ20101061760
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者劉偉龍, 唐家良, 朱波, 汪濤, 羅貴生 申請人:中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所, 朱波