CN105565595A - 一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理*** - Google Patents

一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理*** Download PDF

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Abstract

本发明属于农业面源污染控制技术领域且公开了一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，包括上层断面以及设置在上层断面底部的下层断面，所述下层断面由陷阱、过滤墙、暗沟和沉淀池组构成，所述陷阱的前池壁顶端设有进水管以及安装在进水管上的球阀，所述沉淀池的后池壁顶端设有排水管，所述上层断面即为原有沟渠。平时沟渠里的排水从处理***的下层断面依次通过陷阱、过滤墙、暗沟和沉淀池而得到净化，且所蓄积的废水可重新用于农业灌溉，暴雨时沟渠洪水可直接从***上层断面通过，不影响沟渠排水功能。

Description

一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***
技术领域
本发明涉及一种双层沟渠处理***，具体涉及一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，属于农业面源污染控制技术领域。
背景技术
近年来，随着人类活动的增强，水污染和水体富营养化问题日益突出。作为水体污染最主要来源的农业面源污染已成为水环境污染治理、尤其是湖泊污染治理的重要焦点。农田排水沟渠***作为农田面源排放和下游受纳水体的过渡带，同时具有排水和污染物消减双重功能，日渐成为各级水环境保护工作者关注的热点之一。
目前，农田排水沟渠***控制面源污染研究的一个重要方向是生态沟渠构建和应用，其构建内容主要包括工程和植物两个部分。工程部分主要采用拦截坝或不同的护坡技术如生态混凝土、生态砖、护坡网等增加沟渠的粗糙度和阻力，从而降低流速，拦截泥沙，增加沟渠水利停留时间；同时增加水体与沟坡和沟底的接触面积，促进污染物的吸附和降解。植物部分主要通过不同植物的比较筛选和优化配置，提高植物对沟渠水体的吸收和拦截速率。
尽管大量研究证实，相比自然排水沟渠，生态沟渠对农田排水中的污染物有更好的去除能力，但现有生态沟渠仍存在以下一些问题。①生态沟渠内的水体大多流动较快，导致水力停留时间短，污染物去除效率低。如果沟渠内设置过多或过高的拦截坝，又影响沟渠的排水功能；②生态沟渠中的植物需要定期收割，若不及时收割，一方面生长的植物容易堵塞沟渠，影响沟渠排水；另一方面植物腐烂分解时体内的碳氮磷等元素又会重新释放出来，造成二次污染。植物的收割无形中增加了运行和管理成本，而且大量收获的生物质也是一种固体废弃物，如果不能及时处理，也能引起严重的环境问题；③研究表明，农田废水硝酸盐氮超标最为严重，硝酸盐氮的有效消减是实现农田废水处理的关键。目前，硝酸盐氮的去除主要靠微生物的反硝化作用，然而沟渠排水流动性强，其溶解氧(DO)相对较高，不利于微生物反硝化作用，导致氮的去除效果普遍偏低；④现有生态沟渠主要关注农业废水的污染物去除效率，对废水的蓄积及循环利用考虑较少，殊不知，农业废水也是重要的水资源，如果能合理的收集、处理和回收利用，将大大减少灌溉用水的需求量和农业废水的产生量。
以上问题表明我国农田区域急需开发一种不影响沟渠正常排水，却能提高沟渠内废水蓄积量，废水停留时间，微生物膜表面积及微生物反硝化效率的新型沟渠。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，平时沟渠里的排水从处理***的下层断面依次通过陷阱、过滤墙、暗沟和沉淀池而得到净化，且所蓄积的废水可重新用于农业灌溉。暴雨时沟渠洪水可直接从***上层断面通过，不影响沟渠排水功能，可以有效解决背景技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，包括上层断面以及设置在上层断面底部的下层断面，所述下层断面由陷阱、过滤墙、暗沟和沉淀池组构成，所述陷阱的前池壁顶端设有进水管以及安装在进水管上的球阀，所述沉淀池的后池壁顶端设有排水管，所述上层断面即为原有沟渠。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理***建造于农田排水沟渠内。
作为本发明的一种优选技术方案，所述上层断面和下层断面之间由隔板隔开并且隔板能承受一定的压力，所述隔板间隙做密封处理以杜绝上层断面与下层断面之间水气交换。
作为本发明的一种优选技术方案，所述下层断面由陷阱、过滤墙、暗沟和沉淀池依次串联而成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述上层断面的宽度与原有沟渠相同，所述下层断面中陷阱、过滤墙、暗沟、沉淀池、进水管和排水管的具体尺寸根据原有沟渠的实际大小和水量设定。
作为本发明的一种优选技术方案，所述陷阱内填充有机废弃物填料，所述有机废弃物填料可以是由玉米秸秆、花卉秸秆、麦秆、菜叶、木屑等中的一种或几种任意组合而成并且所述有机废弃物填料需定期更换。
作为本发明的一种优选技术方案，所述过滤墙是由陶粒、沸石、炉渣等中的一种或几种任意组合而成的填料墙并且所述过滤墙需定期更换以防堵塞。
作为本发明的一种优选技术方案，所述暗沟内悬挂有易于形成微生物膜的生物填料。
作为本发明的一种优选技术方案，所述生物填料是条状生物填料，由球体和/或盘体串联组成并且所述条状生物填料成排均匀的垂直悬挂于暗沟中。
作为本发明的一种优选技术方案，所述沉淀池内可放置潜水泵用于抽取下层断面蓄积的废水进行农业灌溉，所述沉淀池内的底泥需定期清理。
本发明所达到的有益效果是：一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，具有以下效果：
1、本发明所述方法拦截和蓄积了大量沟渠排水，提高了沟渠排水的水力停留时间，蓄积的沟渠排水重新用于农业灌溉，实现了水资源的循环利用；
2、本发明所述方法能大幅度削减农田沟渠排水中的污染物，其中SS、COD、硝酸盐氮、TN、TP的平均去除率分别达到30.94％、23.72％、15.14％、13.90％和11.31％；
3、本发明所述沟渠排水处理方法不影响沟渠排水、不占用任何耕地，运行管理简单，并且不受季节限制，容易推广应用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明实施例所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***俯视图；
图2是本发明实施例所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***侧视图；
图3是本发明实施例所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***运行期间双层沟渠处理***不同位点DO浓度；
图4是本发明实施例所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***运行期间各水质指标的平均去除率；
图中标号：1、进水管；2、排水管；3、沟底；4、沟壁；5、陷阱；6、过滤墙；7、暗沟；8、沉淀池；9、球阀；10、生物填料；11、池壁；12、上层断面；13、下层断面；L1、陷阱长度；L2、过滤墙宽度；L3、暗沟长度；L4、沉淀池长度；H1、陷阱和沉淀池深度；H2、暗沟深度；W1、处理***宽度。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：请参阅图1-4，本发明一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，包括上层断面12以及设置在上层断面12底部的下层断面13，所述下层断面13由陷阱5、过滤墙6、暗沟7和沉淀池8组构成，所述陷阱5的前池壁顶端设有进水管1以及安装在进水管1上的球阀9，所述沉淀池8的后池壁顶端设有排水管2，所述上层断面12即为原有沟渠，所述陷阱5里填充干的玉米秸秆，所述过滤墙6填充陶粒：煤渣(1：1)，所述暗沟7内成排均匀的垂直悬挂软性组合填料，共450条。
本实施例处理***的具体尺寸为宽度W1＝0.4m；长度L1＝1.0m，L2＝0.3m，L3＝14.7m，L4＝1.0m；高度H1＝0.9m，高度H2＝0.4m；***总长17m，沟底3坡降0.29％，废水滞留总量约3m3。
本实施例处理***建成后立即开始进水运行，运行过程中，沟渠内的废水从进水管1流进，依次流经陷阱5、过滤墙6、暗沟7、沉淀池8后从排水管2流出，进水管1上的球阀9可以控制其流速，流动过程中通过沉降、过滤、吸附及填料生物膜的微生物降解转化等实现污染物的去除。暴雨时多余的径流直接从***上层断面12(沟底3以上)通过，不影响沟渠的排水功能。运行期间，陷阱5和过滤墙6的填料需定期更换，沉淀池8的污泥需定期清理。
本实施例运行期间每周定期采集一次***进水和出水的水样，定期监测双层沟渠***暗沟7内的DO(测定结果见图3)。从2014年11月27日-2015年5月27日共采集25批水样，测定水样中的COD、SS、TN、TP、氨氮和硝酸盐氮浓度(进水水质浓度见表1)，并计算污染物去除率(计算结果见图4)，计算方法为：污染物的去除率(％)＝(进水浓度－出水浓度)/进水浓度×100％。
COD的测定采用重铬酸钾消煮氧化法(GB11914-89)；总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法(GB11894-89)；总磷的测定采用过硫酸钾消解-钼酸铵分光光度法测定(GB11893-89)；氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法(HJ535-2009)。硝酸盐氮的测定采用紫外分光光度法(HZ-HJ-SZ-0138)；SS的测定采用重量法(GB11901-89)。
表1运行期间进水水质浓度(样品数：25个)
由表1的进水浓度数据可知，运行期间进水中TN和硝酸盐氮的浓度较高，平均分别为109.97mg/L和99.80mg/L，超出地表水五类水质标准50多倍；其次为COD和SS，平均分别为127.78mg/L和35.12mg/L，其中COD超出地表水五类水质标准3倍；而TP和氨氮的浓度较低，平均分别为0.66mg/L和3.51mg/L，还未超出地表水五类水质标准的两倍。表明此类沟渠排水的污染物主要以硝酸盐氮为主，COD和SS次之，在处理过程中，硝酸盐氮、COD和SS，尤其是硝酸盐氮的去除应作为首要任务。
于此同时，进水水质随时间的变化波动较大。TN的最高浓度可达250mg/L左右，而最低浓度仅有15mg/L左右；硝酸盐氮的最高浓度可达230mg/L左右，而最低浓度仅有10mg/L左右；COD的最高浓度可达260mg/L左右，而最低浓度仅有50mg/L左右；SS的最高浓度可达100mg/L左右，而最低浓度仅有10mg/L左右；TP的最高浓度为3.5mg/L左右，最低浓度仅有0.2mg/L左右；氨氮的最高浓度为15mg/L左右，最低浓度仅有0.2mg/L左右；表明此类沟渠排水由于受农户施肥、灌溉、降雨等多种因素的影响，污染物浓度极不稳定，处理难度较大。
由图3的DO数据可知，运行期间随着废水在***中的流动，DO逐渐降低。其中，暗沟7进水的DO为2mg/L左右，到暗沟7中部时，DO已低于1mg/L,表明前半段基本处于微好氧环境，而到暗沟7末端，DO只有0.1mg/L左右，表明后半段已处于缺氧环境，有利于微生物反硝化作用去除硝酸盐氮。当废水从出水口流出后，由于和空气充分接触，DO有所回升。
由图4的去除率数据可知，运行期间处理***对SS的去除率最高，平均为30.94％，其次为COD、硝氮、TN和TP，分别为23.72％、15.14％和13.90％和11.31％。表明处理***对沟渠排水中的各种污染物有较强的去除效果。
综合上述数据及分析可知，作为一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***的实施方式，实施例在不影响沟渠排水、不占用耕地的前提下，能拦截和蓄积沟渠排水(3m3)，提高沟渠排水的水力停留时间，增加沟渠内的微生物膜数量，促进沟渠排水SS、COD、硝酸盐氮、TN、TP的去除，且实施例运行管理简单，容易推广应用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于：包括上层断面(12)以及设置在上层断面(12)底部的下层断面(13)，所述下层断面(13)由陷阱(5)、过滤墙(6)、暗沟(7)和沉淀池(8)组构成，所述陷阱(5)的前池壁顶端设有进水管(1)以及安装在进水管(1)上的球阀(9)，所述沉淀池(8)的后池壁顶端设有排水管(2)，所述上层断面(12)即为原有沟渠。
2.根据权利要求1所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述处理***建造于农田排水沟渠内。
3.根据权利要求1所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述上层断面(12)和下层断面(13)之间由隔板隔开并且隔板能承受一定的压力，所述隔板间隙做密封处理以杜绝上层断面(12)与下层断面(13)之间水气交换。
4.根据权利要求1所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述下层断面(13)由陷阱(5)、过滤墙(6)、暗沟(7)和沉淀池(8)依次串联而成。
5.根据权利要求1、3、4所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述上层断面(12)的宽度与原有沟渠相同，所述下层断面(13)中陷阱(5)、过滤墙(6)、暗沟(7)、沉淀池(8)、进水管(1)和排水管(2)的具体尺寸根据原有沟渠的实际大小和水量设定。
6.根据权利要求1、4、5所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述陷阱(5)内填充有机废弃物填料，所述有机废弃物填料可以是由玉米秸秆、花卉秸秆、麦秆、菜叶、木屑等中的一种或几种任意组合而成并且所述有机废弃物填料需定期更换。
7.根据权利要求1、4、5所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述过滤墙(6)是由陶粒、沸石、炉渣等中的一种或几种任意组合而成的填料墙并且所述过滤墙(6)需定期更换以防堵塞。
8.根据权利要求1、4、5所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述暗沟(7)内悬挂有易于形成微生物膜的生物填料(10)。
9.根据权利要求8所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述生物填料(10)是条状生物填料(10)，由球体和/或盘体串联组成并且所述条状生物填料(10)成排均匀的垂直悬挂于暗沟(7)中。
10.根据权利要求1、4、5所述的一种削减农田排水污染物的双层沟渠处理***，其特征在于，所述沉淀池(8)内可放置潜水泵用于抽取下层断面(13)蓄积的废水进行农业灌溉，所述沉淀池(8)内的底泥需定期清理。
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