南水北調防止面源汙染的方法及其結構系統的製作方法

2023-05-01 01:23:06 3

專利名稱：南水北調防止面源汙染的方法及其結構系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及南水北調防止面源汙染的方法及其結構系統，屬環境保護技術領域。
背景技術：
城市汙水處理離不開汙水處理廠。然而，目前上海的汙水處理廠的處理能力已達到汙水排放量的95％，但實際上有將近一半的汙水處理廠由於收不到汙水而閒置。相對於南水北調東、中、西三線調水工程需穿越數百公裡乃至一千多公裡的廣大農田、農村和中小城鎮等大面積水土流失所帶來的農藥、化肥和人畜糞便等面源汙染，更不是一般城市汙水處理廠所容易收集和處理的。在這方面，中國專利申請號為99101663.7，名稱為「防止臭氣散發和兼顧排洪的汙水輸送暗溝的建造方法」是較有利於收集這種濃度不很大、但量大面廣的汙水。但是，它還沒有提到如何處理這種面源汙染水，並防止其對南水北調的水源汙染。另外，「回歸自然生態的家畜養殖方法及其結構」(中國專利申請號為01117278.9)也提到利用活性汙泥折流厭氧處理汙水和靜置農田蓄水灌排溝中利用水生植物對汙水進行好氧處理；「一種圓形房屋屏障防洪、抗旱結構」(中國專利號96122331.6)和「一種用於防洪抗旱種養的溝渠鋪築方法」(中國專利號96122332.4)雖然未提到利用靜置農田蓄水灌排溝中的水生植物對汙水進行好氧處理，還是同樣能起到這種作用。但如何綜合起來並運用於南水北調工程中防止這種大面積的面源汙染水對北調水源的汙染則尚無先例。

發明內容本發明的目的是要提供一種南水北調防止面源汙染的方法及其結構系統，它可以有效地防止廣大農田、農村和中小城鎮由於水土流失、種養、施肥、噴藥不當以及自然和生活過程中造成的大面積的面源汙染水對南水北調的水源汙染。
本發明的目的是這樣實現的南水北調防止面源汙染的方法及其結構系統，包括防止臭氣散發和兼顧排洪的汙水輸送暗渠的建造方法、一種用於防洪抗旱種養的溝渠鋪築方法、一種圓形房屋屏障防洪抗旱結構和回歸自然生態的家畜養殖方法及其結構，以及常用的帶汙泥回流泵的折流式活性汙泥處理汙水的方法，其特徵是在南水北調工程沿線兩旁及各連接湖庫周圍建造防止臭氣散發的汙水輸送暗渠截取沿途自然流入北調水源的廣大村鎮農田的大面積汙染水，並利用暗渠中每隔一定距離設有帶各段汙泥回流泵的折流式活性汙泥處理汙水的隔板進行厭氧處理，然後排入暗渠一旁帶水閘門和水生植物的分段蓄水人工河，直到該段人工河蓄不完再通過水閘門抬高水位流入到利用防洪抗旱種養的溝渠鋪築方法鋪築的蓄水灌排網儲存，並利用蓄水灌排網的水生植物進行進一步的好氧處理，達標後再用於就地灌溉；靠近村鎮汙染較嚴重的汙水，可在排入暗渠中經一段路程與活性汙泥混合折流厭氧處理和排出旁邊的人工河利用水生植物進行好氧處理後，再通過水閘門抬高水位排入管道送往位於村鎮下遊且每隔20至50公裡設有的、利用回歸自然生態的健康家畜養殖方法建成並帶圓形房屋屏障結構的防洪抗旱生態城進行進一步的厭氧和好氧再處理，直到達標後用於就地噴灌；洪水來時，可打開兩邊暗渠旁的各段蓄水人工河的水閘門往下遊排洪，防止洪水連帶面源汙水汙泥漫過暗渠汙染北調的水源。
為防止暴雨洪水連帶汙水汙泥沿兩邊暗渠在與需要穿越北調水源上空的鐵路橋或公路橋交匯處直接湧入北調的水源中，交匯處的鐵路或公路地基應加高到使橋面與兩邊暗渠頂部基本齊平。
為使常用的在相鄰不同高度隔板間不斷下流和上溢折流的活性汙泥厭氧處理汙水的方法也能運用在北調水源的護水暗渠中，其隔板每5至20米設一塊並插在暗渠內的兩邊豎壁插槽上。
折流式活性汙泥厭氧處理汙水的方法，常配有汙泥回流泵，但在長達幾百上千公裡的暗渠應用中，必須分段應用，即兩個相鄰和可以分別匯集徑流的自然進水口之間為一段，並在每段暗渠進水及其封底高隔板內設一汙泥回流泵並通過管道泵回上部進水口與進水混合。
南水北調，每條調水線路都在數百公裡到一千多公裡。兩側都建造這種總高(從地基算起)5至8米(視各地地質而定)，寬度2至4米，平均壁厚20至50釐米的鋼筋混凝土暗渠工程，其造價是很大的，很有必要考慮綜合運用建造暗渠鐵路。可在其與地面鐵路或公路交匯的上方建暗渠鐵路橋連接被隔開的暗渠鐵路，每一座橋的橋面兩端下坡鐵軌與暗渠頂上的兩條鐵軌連接，並使這兩條鐵軌的底面主要壓在暗渠頂面兩邊豎壁的支承面內，從而形成一條不受任何阻隔的南北快速鐵路客運幹線。這種鐵路既可以脫離北調水源後與地面現有鐵路接軌，也可以根據護水及治汙需要，使兩條鐵軌不受現有的1.5米軌寬的標準鐵路限制而達到3米以上，並自成系統不需與其它地面鐵路接軌。這主要是因為它可省去鐵路枕木而依靠暗渠頂面代替，以及可以循環運行或單線往復不受地面限制。
為更有利於防洪排洪，上述的固定隔板也可以做成活動的。即是在上述各隔板中央加設一條牢固連接的軸，並使其上下端可繞位於暗渠底部和頂部的軸孔轉動，並通過抽出一邊插槽的滑動檔杆和另一邊削去影響隔板轉動的插槽檔角而使隔板能轉到與水流平行的位置。
為使兩邊暗渠能均衡處理兩邊來量不同的汙水以及兼顧防更大的洪水漫過暗渠，可在各處暗渠與鐵路或公路交匯的兩邊暗渠連接有帶閥門的輸水管道依靠橫跨北調水源的橋面支承物通過，使一邊汙水或洪水來量過多時可以通過閥門控制流到北調水源另一邊的暗渠系統處理或排洪。
(四)


圖1是本發明運用在南水北調東線工程的平面布置示意圖；圖2是圖1C的放大圖；圖3是圖2A-A的橫剖視圖；圖4是圖2B-B的縱剖視圖；圖5是跨越現有地面公路或鐵路的暗渠鐵路示意圖；圖6是防洪抗旱種養兼商貿居住生態城模型照片圖。
具體實施方式
實施例一如圖1、圖2、圖3和圖4所示。南水北調防止面源汙染的方法及其結構系統，主要是在南水北調工程沿線兩旁建造防止臭氣散發的汙水輸送暗渠7，截取沿途通過自然進水口11流入北調水源8的廣大村鎮農田2的大面積汙染水，並利用暗渠7中每隔5至10米設有帶各段汙泥回流泵19的折流式活性汙泥處理汙水的封底矮隔板15、通底高隔板16和段末封底高隔板17進行厭氧處理，然後通過防臭氣散發的工形溢流管14排入暗渠一旁帶水閘門13和水生植物處理汙水的分段蓄水人工河6，直到該段人工河蓄不完再通過水閘門抬高水位並通過管道12A排入利用防洪抗旱種養的溝渠鋪築方法鋪築的帶蓄水灌排網的村鎮農田2中儲存，並利用蓄水灌排網的水生植物進行進一步的好氧處理，達標後再用於就地灌溉；靠近農村城鎮汙染較嚴重的汙水，可在排入暗渠中經一段路程與活性汙泥混合折流厭氧處理和排出旁邊的人工河並利用其水生植物好氧處理後，再通過水閘門13抬高水位並通過管道11C送往位於村鎮農田2的下遊且每隔20至50公裡設有的、利用回歸自然生態的家畜養殖方法建成並帶圓形房屋屏障結構的防洪抗旱生態城1進行進一步的厭氧和好氧再處理，直到達標後用於就地噴灌實現汙水零排放；洪水來時，可打開兩邊暗渠旁的各段蓄水人工河的水閘門13往下遊排洪，防止洪水連帶面源汙水汙泥漫過暗渠汙染北調水源。實施例一是針對南水北調的路線提出來的。即是從長江9的楊州三江營抽水開始並建造這種護水暗渠，一直沿京杭運河護水北上，並配合13級泵站提水送至黃河3的南岸東平湖10，然後右側暗渠繼續沿黃河岸邊的膠東輸水線並建兩邊護水暗渠延伸出去；而左側護水暗渠到東平湖中斷後，可以在計劃在位山附近建隧洞穿過黃河後，配合自流輸水的新挖河道再建造兩側護水暗渠7、蓄水人工河6、公路5、經過改造後能畝蓄100至200立方輕度汙染水或雨洪水的村鎮農田2，以及能處理濃度較大的村鎮汙染水的、並由如圖6所示的四座圓形房屋屏障及其中間橫直可達6公裡十字公路和周圍二層商住樓組成可帶各有上萬畝生產基地兼集貿市場的防洪抗旱種養兼商貿居住生態城1，共同組成南水北調防止面源汙染的結構系統。
實施例二如圖1和圖5所示。為降低工程造價，暗渠頂上還應綜合利用搞客運鐵路。但這樣會遇到許多需跨越北調水源上空的公路或鐵路橋20，可在兩邊暗渠7與之交匯的上方各建一座暗渠鐵路橋25連接被隔開的暗渠鐵路，並使暗渠鐵路橋的橋面兩端下坡鐵軌與暗渠頂面的兩條鐵軌22連接。而暗渠頂面這兩條鐵軌的底面主要壓在暗渠頂面下的兩邊豎壁支承面內。這樣，與暗渠盡頭或分支的地面鐵路接軌的暗渠鐵路，其內空的兩豎壁間的距離只有1.4米，平均總高6米。要想在這狡長且容量有限的暗渠內有效處理汙水並防止洪水漫過暗渠直接汙染北調水泵，需在暗渠與每座地面公路或鐵路橋20交匯處架設一至二條各帶閥門23的輸水管道24，並依靠橋面的支承物21通過。這樣即可以通過閥門23調劑兩邊來量不同的汙水均衡處理和使用，又可以在一邊洪水量過大，人工河全部開閘還排不及時，可先堵住這邊受洪水影響較大的與自然進水口11連接的進水管12，同時趁人工河水位沿暗渠豎壁內的防臭氣散發的工形溢水管14上升而尚未湧入暗渠內時，通過汙泥回流泵19和管道18把活性汙泥抽上槽式人行檢修道26的槽內，然後把插在各隔板插槽的滑動檔杆往上拉出，使帶隔板軸27的隔板15、16、17都能轉到與水流平行的位置兼顧臨時排洪。即使這樣還是排不及一邊來勢洶湧的洪水時，可打開各座橋梁在連接兩邊暗渠的輸水管24的閥門23，直接通過管道把洪水送過北調水泵的另一邊。
根據以上設計，本實施例二用在南水北調東線工程時，其護送的北調水源的暗渠就不是到了黃河南岸的東平湖就中斷了，而是沿湖彎曲而上直到黃河岸邊，並配合兩邊過黃河的鐵路和公路聯合大橋4及兩大橋中間再增加一、二級泵站把北調水源從東平湖10抽上渡槽，然後再沿新挖河道及其兩邊再建的暗渠及其連接黃河大橋4的兩邊暗渠鐵路、公路，直到天津。這樣，既避免隧洞穿過黃河要定期清淤的弊病又暢通南北交通。
實施例三上述實施例二的暗渠鐵路為了與其它地面鐵路接軌，而不得不取暗渠內兩豎壁內空距離1.4米。很顯然，對治汙防洪來說是窄了一些了。由於暗渠鐵路列車一邊上行，另一邊下行，並通過抽水始發站到輸水終點站各搞一座環形編組站循環返復，並不一定需要和其它地面鐵路接軌。因此，本實施例的暗渠可以取2.8米到3米的內空距離。這樣，暗渠總高不變，暗渠頂面和底面的平均厚度20至30釐米，以及兩邊豎壁的厚度40至50釐米，也基本不用增加，而只增加上下寬度方面不多的鋼筋混凝土材料，卻得到處理汙水量和兼顧排洪量的成倍增加。在鐵路客運方面，雖然火車輪軸距和車箱比現在常用的火車輪軸距及車箱都加大了一倍左右，但從材料要求的結構強度與貨運火車相比，每車箱增加一倍的旅客載重量實在算不了什麼。因此，相對增加一倍旅客載重量得到的收益與增加一點火車輪軸距和車箱寬度所用的材料花費相比，也同樣是節省投資。
權利要求
1.南水北調防止面源汙染的方法及其結構系統，包括防止臭氣散發和兼顧排洪的汙水輸送暗渠的建造方法、一種用於防洪抗旱種養的溝渠鋪築方法、一種圓形房屋屏障的防洪抗旱結構和回歸自然生態的家畜養殖方法及其結構，以及常用的帶汙泥回流泵的折流式活性汙泥處理汙水的方法，其特徵是在南水北調工程沿線兩旁及各連接湖庫周圍建造防止臭氣散發的汙水輸送暗渠截取沿途自然流入北調水源的廣大農田、農村和中小城鎮的大面積汙染水，並利用暗渠中每隔一定距離沒有帶各段汙泥回流泵的折流式活性汙泥處理汙水的隔板進行厭氧處理，然後通過防臭氣散發的 形溢流管排入暗渠一旁帶水閘門和水生植物處理汙水的分段蓄水人工河，直至該段人工河蓄不完再通過水閘門抬高水位流入利用防洪抗旱種養的溝渠鋪築方法鋪築的帶蓄水灌排網的村鎮農田儲存，並利用蓄水灌排網的水生植物進行進一步的好氧處理，達標後再用於灌溉；靠近農村城鎮汙染較嚴重的汙水，可在排入暗渠中經一段路程與活性汙泥混合折流厭氧處理和排出旁邊的人工河利用水生植物好氧處理後，再通過水閘門提高水位排入送往位於農村或城鎮下遊且每隔20至50公裡設有的、利用回歸自然生態的家畜養殖方法建成並帶圓形房屋屏障結構的防洪抗旱生態城進行進一步的厭氧和好氧再處理，直到達標後用於噴灌；洪水來時，可打開兩邊暗渠旁的各段蓄水人工河的水閘門往下遊排洪，防止洪水連帶面源汙水汙泥漫過暗渠汙染北調的水泵。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於南水北調沿線兩邊暗渠在與需要穿越北調水源上空的鐵路或公路橋交匯時，交匯處的鐵路或公路地基應加高到使橋面與兩邊暗渠基本齊平。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的隔板每隔5至20米設一塊並插在暗渠內兩邊豎壁的插槽上。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的各段暗渠汙泥回流泵，是指兩個相鄰和可以分別匯集徑流的自然進水口之間為一段，並在每段進水暗渠及其封底高隔板內設一汙泥回泵通過管道泵回上部進水口與進水混合。
5.根據權利要求1和2所述的結構系統，其特徵在於兩邊暗渠在與地面鐵璐或公路交匯的上方建有連接暗渠鐵路的鐵路橋，每一座橋的橋面兩端下坡鐵軌與暗渠頂面的兩條鐵軌連接，並使這兩條鐵軌的底面主要壓在暗渠頂面兩邊豎壁支承面內。
6.根據權利要求5所述的結構系統，其特徵在於與鐵路或公路交匯的兩邊暗渠連接有帶閥門的輸水管道並依靠橫跨北調水源的橋面支承物通過。
7.根據權利要求3所述的結構系統，其特徵在於每塊隔板的中央有可繞上下端分別位於暗渠底部和頂部的軸孔轉動的隔板軸，並通過抽出一邊插槽的滑動檔杆和另一邊削去影響隔板轉動的插槽檔角而使隔板能轉到兼顧排洪時與水流平行的位置。
8.根據權利要求5所述的結構系統，其特徵在於所說的暗渠鐵路各在自己的外側連接建有兼顧排洪時可存放活性汙泥的槽式人行檢修道。
全文摘要
南水北調防止面源汙染的方法及其結構系統,其主要特點是沿南水北調工程兩旁建造能不斷吸納自然流入的汙水邊流動邊厭氧處理一段路程後再不斷排出進行好氧處理或綜合處理,併兼顧護岸、排洪、灌溉和人居、商貿等的暗渠綜合系統工程。它能使數百上千公裡的暗渠兩旁廣大農田,村鎮因農藥化肥和人畜糞便所帶來的大面積汙染水不能直接流入北調的水源中造成汙染,同時又得到有效處理並用於節水噴灌種養。它還可以大規模安置沿途城鄉失業人員就業。如再在暗渠頂上配套高速客運火車,它將是中國最不容易受洪水危害的農業現代化生產和運輸系統。
文檔編號C02F1/00GK1380256SQ0210762
公開日2002年11月20日 申請日期2002年3月17日 優先權日2002年3月17日
發明者李吳中威 申請人:李吳中威