CN104326552B - 一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，包括闸门、回流进水渠、净化池、回流出水渠、分水墙和生态净化箱。净化池对称地开设于农田排水沟渠的两侧，并通过回流进水渠和回流出水渠与农田排水沟渠连通。闸门安装于回流进水渠入口处的农田排水沟渠上，并在闸门上游侧的排水沟渠中心设置一个契形分水墙，通过调节闸门的开启度，使得农业污水在农田排水渠、回流进水渠、净化池和回流出水渠中进行动态循环流动，以达到多次净化的目的。本发明采用的回流式结构能显著地延长污水在净化池中的平均水力停留时间，提高水质净化效率，具有占地面积小、净化效率高、制造简单、维护方便的优点，且不影响农田排水沟渠原有的排涝功能。

Description

一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池

技术领域

本发明涉及一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，属于农田面源控制技术领域。

背景技术

在农业生产活动中，溶解的或固体的污染物，如农田中的土粒、氮素、磷素、农药重金属、农村禽畜粪便与生活垃圾等有机或无机物质，从非特定的地域，在降水和径流冲刷作用下，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏进入到下游受纳水体中，从而引起大面积的水体环境污染，这种污染的发生和扩散方式称为农业面源污染。我国作为农业生产大国，近年来农业生产规模和水平到了快速的发展，种植面积大幅度提高，从而造成过量施肥的现象严重，并很难在短期内迅速扭转，土壤中的氮、磷养分富集还将继续严重化，农田对水体富营养化的潜在威胁将有增无减。因此，农业面源污染已经成为我国河湖污染的第一大污染源，对生态系统功能、人类健康和经济发展等造成了严重的后果。

生态修复技术是一种利用生态系统原理对受损水体进行修复方式的方法。通过建立水体及周边生态环境的交互，使得生态系统能实现自我协调、自我维持和自我演替的良性循环。世界各国研究人员对富营养化严重的河流湖库进行了大量的生态修复试验研究，充分的验证了生态修复的有效性。但是，目前多数的研究主要集中在对污染物受纳水体（如湖泊水库等)的防污降污方面，虽然也取得了一定的治理效果，但是从污染治理的角度来看，这些均属于末端治理，对于末端治理措施无法控制污染物来源，因此不能从根本上解决水体富营养化的问题。如何从面源污染物的源头（即农田灌区)范围内控制N、P污染物向下游的迁移和扩散，对于水环境治理将具有事半功倍的效果，具有重要的科学意义和应用价值。

农田排水沟渠是农业灌区中最常见的农田排灌设施，沟网密度大，面积一般占到总土地面积的3%左右，在这些农田排水沟渠中施用生态阻控技术可有效的减少污染物的扩散和迁移。目前，在农田排水沟渠中设置集中的生态净化池是一种常用的生态阻控方法，在净化池中种植水生植物或布设一些净化装置，如生物净化箱等，利用水流通过净化装置时发生的一系列物理化学反应来截留和降低污染物浓度。这种方法能有效地减少农田养分流失对下游水体造成的面源污染，且维护较为简单方便，易于实施。但在实施中发现，净化池的净化效率直接取决于污水与净化装置的反应时间，为了延长污水在净化池中的水力停留时间，净化池需要有较大的容积才能达到净化要求，但占用大量耕地来建设大容量净化池是不合适的。因此，在保证净化池具有较高的净化效率的前提下，尽量减少净化池的占地面积，这对生态净化池在农业面源治理中的推广使用具有很好的实际意义。

发明内容

本发明提出了一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，具有占地面积小、水力停留时间长、维护方便、净化效果好等优点，其目的是用于净化从农田中排出的富营养水，降低农业面源污染对下游水体的污染，同时能有效的解决目前净化方法的汛期阻水问题。

本发明的技术解决方案：包括闸门、回流进水渠、净化池、回流出水渠、分水墙、绕流墙和生态净化箱；所述净化池、回流进水渠和回流出水渠均对称地开设于农田排水沟渠的两侧，所述净化池通过回流进水渠和回流出水渠与农田排水沟渠连通，所述闸门安装于回流进水渠入口处的农田排水沟渠上，所述分水墙设置于闸门上游侧的农田排水沟渠中线上，所述净化池中部设置一块绕流墙，并放置若干个生态净化箱，所述绕流墙与农田排水沟渠的中线垂直。

上述回流进水渠和回流出水渠均开口于农田排水沟渠中，并与农田排水沟渠连通，回流出水渠的开口位置位于回流进水渠开口位置的上游，回流进水渠、净化池和回流出水渠形成相互连通的串联结构。

上述闸门为两片对开式结构，回流进水渠的入水口应位于闸门的上游侧，闸门的开启度可调，闸门完全开启后可将回流进水渠的入口关闭。

上述分水墙为契形结构，分水墙的薄壁端指向农田排水沟渠的上游方向，厚壁端指向农田排水沟渠的下游方向。

上述生态净化箱为透水结构，包括网箱盖、生物填料球、网箱体和活性炭过滤层，所述生物填料球堆放于网箱体内，所述活性炭过滤层垂直放置于网箱体内，并与生物填料球呈间隔排列。

上述生物填料球由聚烯烃塑料制成镂空球形，球内装有聚氨酯基体的生物填料，用来吸附水中的N、P等污染物质。

本发明所达到的有益效果：

1、本发明采用回流式结构，使得农业污水能在农田排水沟渠、回流进水渠、净化池和回流出水渠中进行动态循环流动，以达到多次净化的目的，污水在净化池中的平均停留时间是普通净化池的2~3倍，具有净化效果好的优点。同时由于净化池利用效率高，净化池面积可适当减小，提高土地使用率。

2、本发明可通过改变闸门的开启度来调节回流的水量和流动速度，适合于不同时期、不同排水流量下农业污水的净化处理。

3、在农田排涝期，可将闸门完全开启，水能快速的通过闸门排出而不会影响到农田排水沟渠的过流能力。此时回流进水渠入口会被闸门关闭，水不会进入到回流进水渠中，从而有效地保护了净化池中的生态净化箱免受大水流冲击而被破坏。

4、本发明可在原有的农田排水闸门及渠道基础上改建，对原有的闸门及渠道改动小，建设成本低，施工方便。

5、对于污染较重的场合，本发明宜进行多净化池串联使用，进一步提高净化效果。

附图说明

附图1是本发明的俯视图（回流渠处于开启状态）。

附图2是本发明的俯视图（回流渠处于关闭状态）。

附图3是图1的A-A截面图。

附图4是图1的B-B截面图。

附图5是是生态净化箱结构图。

图中的1是闸门、2是回流进水渠、3是分水墙、4是净化池、5是绕流墙、6是生态净化箱、7是回流出水渠、8是农田排水渠、9是水流方向、10是农田、11是水渠边坡、12是渠床、13是渠内水面、14是网箱盖、15是生物填料球、16是网箱体、17是活性炭过滤层。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1、图2、图3、图4和5所示，一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，是包括闸门1、回流进水渠2、净化池4、回流出水渠7、分水墙3、绕流墙5和生态净化箱6。

上述净化池4对称的开设于农田排水沟渠8的两侧，净化池4与农田排水沟渠8不直接连通，净化池4中部设置有一块绕流墙5，并放置若干个生态净化箱6，绕流墙5与农田排水沟渠8的中线垂直。

上述回流进水渠2和回流出水渠7对称的开设于农田排水沟渠8的两侧，回流进水渠2和回流出水渠7均开口于农田排水沟渠8，并与农田排水沟渠8连通，回流出水渠7的开口位置位于回流进水渠2开口位置的上游，回流进水渠2、净化池4和回流出水渠7形成相互连通的串联结构，净化池4通过回流进水渠2和回流出水渠7与农田排水沟渠8连通。

上述闸门1为钢制两片对开式结构，安装于回流进水渠2入水口处的农田排水沟渠8上，回流进水渠2的入水口位于闸门1的上游侧。闸门1的开启度可调，闸门1的单片闸叶宽度与回流入水渠2的入水口宽度相同，闸门1完全开启后可将回流进水渠2的入口关闭。

上述分水墙3为契形结构，采用钢筋混凝土浇筑于渠床12上。分水墙3设置于闸门1的上游侧，位于农田排水沟渠8的中心线上，并靠近回流进水渠2的入水口。分水墙3的薄壁端指向农田排水沟渠8的上游方向，厚壁端指向农田排水沟渠8的下游方向，该形状有利于水流进入到回流进水渠2中。

上述净化箱6为透水结构，如图5所示，包括网箱盖14、生物填料球15、网箱体16和活性炭过滤层17。上述网箱盖14和网箱体16采用PVC管和尼龙网制成，网箱盖14可开启或关闭，方便内部生物填料球15及活性炭过滤层17的更换。上述生物填料球15由聚烯烃塑料制成镂空球形，球内装有聚氨酯基体的生物填料，用来吸附水中的N、P等污染物质。生物填料球15堆放于网箱体16内。上述活性炭过滤层17垂直放置于网箱体16内，并与生物填料球15呈间隔排列。

本发明的工作原理：

在日常运行中，闸门1保持一定的开启度，农田排水沟渠8中的水流被分水墙3分隔成对称的左右两路（水流方向9如图1所示），水流沿分水墙3的契形面流动，产生斜向流动速度。流过分水墙3后的水流一部分会通过闸门1的开口流出，另一部分水会流入到回流进水渠2中。由于闸门1的开启度较小，水流阻力较大，在闸门1的上游侧将产生一定量的水面雍高。而此时回流进水渠2中的水流阻力较小，因此水流更容易流入回流进水渠2中。水流沿回流进水渠2流入净化池4中，净化池4具有一定的水容量，污水在其间流动速度缓慢，且净化池4中的绕流墙5能改变污水在净化池4中的流动路径，有利于水中的营养物质与生物填料球15中的生物膜进行充分的物理化学反应。生物填料球15中的生物膜可截留和吸附农业污水中的N、P等容易生物降解的有机物，而活性碳过滤层17能部分去除水体中的重金属元素、游离氯、酚等难降解有机物，同时还可滤除水体中的藻类及部分颗粒悬浮物。从净化池4中流出的水通过回流出水渠7又流回到农田排水渠8的上游位置，从而完成一次回流净化过程。农田排水沟渠8中的水会不断的循环上述回流净化过程，从而有效的延长污水在净化池4中的平均水力停留时间，降低污水中的污染物浓度。通过改变闸门1的开启度可调节通过净化池4的回流水量，以适应农田排水沟渠8在不同时期的污染物浓度及排水流量的变化。在灌区洪涝期，可完全开启闸门1，减小闸门对水流的阻力，同时回流进水渠2的入口被闸门1关闭，此时的水流方向9如图2所示。水流快速的通过闸门1流出，而不会进入到回流进水渠2中，从避免了生态净化箱6受到水流冲击而造成生物膜结构损坏，因此在排涝期间生态净化箱6不用取出，减轻了维护的工作量。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，其特征在于：包括闸门、回流进水渠、净化池、回流出水渠、分水墙、绕流墙和生态净化箱；所述净化池、回流进水渠和回流出水渠均对称地开设于农田排水沟渠的两侧，所述净化池通过回流进水渠和回流出水渠与农田排水沟渠连通，回流出水渠位于回流进水渠的上游，所述闸门安装于回流进水渠入口处的农田排水沟渠上，所述分水墙设置于闸门上游侧的农田排水沟渠中线上，所述净化池中部设置一块绕流墙，并放置若干个生态净化箱，所述绕流墙与农田排水沟渠的中线垂直。

2.根据权利要求1所述的一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，其特征在于：所述回流进水渠和回流出水渠均开口于农田排水沟渠中，并与农田排水沟渠连通，回流出水渠的开口位置位于回流进水渠开口位置的上游，回流进水渠、净化池和回流出水渠形成相互连通的串联结构。

3.根据权利要求1所述的一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，其特征在于：所述闸门为两片对开式结构，回流进水渠的入水口应位于闸门的上游侧，闸门的开启度可调，闸门完全开启后可将回流进水渠的入口关闭。

4.根据权利要求1所述的一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，其特征在于：所述分水墙为契形结构，分水墙的薄壁端指向农田排水沟渠的上游方向，厚壁端指向农田排水沟渠的下游方向。

5.根据权利要求1所述的一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，其特征在于：所述生态净化箱为透水结构，包括网箱盖、生物填料球、网箱体和活性炭过滤层，所述生物填料球堆放于网箱体内，所述活性炭过滤层垂直放置于网箱体内，并与生物填料球呈间隔排列。

6.根据权利要求5所述的一种适用于灌区排水沟渠的回流式生态净化池，其特征在于：所述生物填料球由聚烯烃塑料制成镂空球形，球内装有聚氨酯基体的生物填料，用来吸附水中的N、P污染物质。