一种防降雨径流冲刷和强化污染物净化的生态沟渠系统技术方案

本发明专利技术公开了一种防降雨径流冲刷和强化污染物净化的生态沟渠系统，包括用于收集固体污染物颗粒的收集槽、底坡、侧坡、曝气装置和生物填料挡板，收集槽设置为阶梯型结构，用于防止收集槽内污染物随水流的纵向流动，收集槽由底部和侧壁构成，收集槽的两侧从下到上依次与所述底坡和侧坡相连接，底坡的坡度为0.1‑0.5，底坡上种植沉水植物；侧坡的坡度为0.7‑0.9，侧坡上种植有挺水植物；曝气装置由相互连接的曝气管和空气动力系统组成，曝气管等间距的设置在收集槽的底部中央，空气动力系统设置在收集槽的底部，每个曝气管的两侧设有用于固定所述生物填料挡板的连接柱，生物填料挡板起到生物净化和阻挡水流的作用。

Ecological ditch system for preventing rainfall runoff scouring and strengthening pollutant purification

The invention discloses an anti erosion rainfall runoff and strengthening ecological ditch system for purifying pollutants, including collecting tank, collecting solid contaminant bottom slope, side slope, aeration device and biological stuffing plate, collecting groove is arranged for ladder type structure, to prevent the collecting tank pollutants with longitudinal flow of water flow, collecting tank from the bottom and the side wall form, on both sides of the collecting trough from bottom to top and the bottom slope and the side slope is connected, the bottom slope of the slope is 0.1 0.5, planting submerged plants on the slope; side slope slope of 0.7 0.9, side slope planting aquatic plants; composition of aeration device by connecting the aeration tube and air power system, aeration pipe spacing is arranged in the collection of the central tank, air power system is arranged on the bottom of the collecting tank, on both sides of each of the aeration tube is used for fixing the The connecting column of the biological packing baffle plate and the biological packing baffle plate play the biological purification and the function of blocking the flow of water.

【技术实现步骤摘要】
一种防降雨径流冲刷和强化污染物净化的生态沟渠系统
本专利技术属于农业面源污染控制工程
，具体的说，是涉及集强化植物、生物净化和防降雨径流冲刷、减少固态污染物颗粒流失以及减少底泥沉积物氮磷释放的一种生态沟渠系统。
技术介绍
非点源污染是全世界普遍存在的环境问题之一，与点源污染相比，具有难以监测和控制、危害规模大的特点。进入20世纪，非点源污染越来越成为水体污染的重要因素，农业非点源污染的研究逐渐活跃，成为热点。国外许多学者对水体富营养化的研究工作开展甚多。美国环保局2003年的调查结果显示，农业非点源污染是其河流和湖泊污染的第一大污染源，约40％的河流、湖泊水体水质不合格，也是造成地下水污染和湿地退化的主要因素。在欧洲国家，农业面源污染同样是造成水体、特别是地下水硝酸盐污染的首要来源，也是造成地表水中磷富集的最主要原因，由农业面源排放的磷为地表水污染总负荷的24％-71％。20世纪70年代，国外对控制非点源污染进行了大量的研究，并形成了整套措施，包括污染物的检测手段、产生规律、综合管理和控制方案等。80年代以来，农用化学品用量较高的欧盟国家氮、磷化肥用量分别下降了大约30％和50％。曾经十分严重的地下水硝酸盐污染有所缓解，湖泊和近海域水体富营养化也得到一定程度改善。我国对农业非点源污染的研究起始于20世纪80年代，随着农业经济的快速发展，在我国许多地区，尤其是农业相对发达地区，普遍存在过量施用化肥、使用高毒高残留农药以及农田排水直接入河等现象，这一系列因素导致农业非点源污染日益严重，对水体质量和农田生态系统生物多样性产生重要的威胁。我国是世界上最大的化肥和农药使用国，单位耕地年均化肥用量是美国的4倍，化肥平均施用水平大大超出发达国家设置的安全上限，肥料在降雨和灌溉排水后流失严重，含有大量氮磷养分和高毒高残留农药的径流直接排入沟渠、河道或湖泊，引起某些藻类的过度繁殖，导致其他水生动植物的大量死亡，生物体腐烂后又会进一步恶化水体，给人们的生活和生态环境带来很大风险。农业非点源污染及其控制措施研究逐渐受到国内外的重视，关于农业非点源污染物的生态控制方面，主要有生态农业建设、湿地、植物缓冲带、沟渠生态拦截等。在众多的治理方法中，生态沟渠具有较高的氮、磷以及有机物去除效果和较好的景观效应。生态沟渠是指具有一定宽度和深度，由水、土壤和生物组成，具有自身独特结构并发挥相应生态功能的农田沟渠生态系统，也称之为农田沟渠湿地生态系统。农田排水沟渠作为农业生态系统的重要组成部分，既是农业非点源污染物的最初汇聚地，也是河流、湖泊等水体中营养盐的重要输入源。当前对于生态沟渠的研究大多为沟渠系统内植物、填料的筛选以及对沟渠主体形状构造的设计，以此来实现生态沟渠对农田排水净化效果的加强，减少农业面源污染。有研究表明，降雨时和降雨后的径流冲刷所造成的颗粒态污染物的流失在很大程度上增加了农田排水对纳入水体(河流、湖泊)的污染，是农业非点源污染形成的重要因素。同时，有研究表明，增加水体中的含氧量能够同时加强植物根系的污染物吸收与净化并加强填料的净化作用。此外，据有关研究，沟渠底泥向上覆水体释放的氮磷同样是排出水体污染的重要来源，同时，底泥沉积物的氮磷释放量雨水体中溶解氧含量有关，随溶解氧的降低而增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种防降雨径流冲刷和强化污染物净化的生态沟渠系统，本专利技术生态系统中曝气装置的存在能够增加水体含氧量，含氧量的增加能够加强植物根系对水体氮、磷等污染物的吸收与转换作用，加强生态沟渠植物净化效果，含氧量的增加也能够为水体中生物提供良好的好氧环境，加强其好氧净化效果。同时，曝气装置与生物填料挡板协同作用，使水流呈螺旋状流动，加强对固体污染物颗粒的去除，之后定期人工清除收集槽淤积物，大大降低了因降雨径流冲刷而流失的颗粒态污染物对排入水体(河流、湖泊)的污染。最后，曝气装置使水体溶解氧含量增加，使底泥的氮磷释放减小，从而进一步加强生态沟渠对农业面源污染的治理效果。因此，本专利技术所构造的生态沟渠系统能对农业面源污染有更加有效的治理效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种防降雨径流冲刷和强化污染物净化的生态沟渠系统，包括用于收集固体污染物颗粒的收集槽、底坡、侧坡、曝气装置和生物填料挡板，所述收集槽设置为阶梯型结构，用于防止收集槽内污染物随水流的纵向流动，收集槽由底部和侧壁构成，所述侧壁与底部水平面呈60°夹角；所述收集槽的两侧从下到上依次与所述底坡和侧坡相连接，所述底坡的坡度为0.1-0.5，底坡由植物砌块砌成，所述植物砌块由矩形空心砖构成，所述矩形空心砖上开有用于种植沉水植物的菱形开孔；所述侧坡的坡度为0.7-0.9，侧坡上种植有挺水植物；所述曝气装置由相互连接的曝气管和空气动力系统组成，所述曝气管等间距的设置在收集槽的底部中央，所述空气动力系统设置在收集槽的底部，每个曝气管的两侧设有用于固定所述生物填料挡板的连接柱，所述生物填料挡板由经过生物挂膜的板状填料组成，起到生物净化和阻挡水流的作用，每个生物填料挡板的侧边均设有至少两个用于插入所述连接柱的插孔。所述收集槽为混凝土结构，收集槽的底部宽度为0.3-0.5m。所述曝气管由布满2-3mm孔隙的塑料管构成。所述连接柱由直径为0.01m的钢筋柱构成，所述连接柱固定在收集槽的底角处。所述插孔的直径为0.015m。所述侧坡为土坯。所述矩形空心砖的尺寸为0.10×0.15m。所述生物填料挡板的尺寸为0.30×0.50m。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)曝气装置的存在增加了水体含氧量，加强了水生植物和微生物的净化效果；(2)曝气装置与生物填料挡板协同作用产生螺旋流，使固态污染物颗粒较快沉降并被收集、去除；(3)水体中溶解氧的增加使底泥沉积物向上覆水体的氮磷释放量减小。(4)由植物砌块砌成的底坡既能发挥沉水植物的拦截和净化效果，又能够容易使含污染物泥沙向收集槽的滑动，同时有助于减少底泥氮磷释放，并且其便于清理与修护，防止底坡上聚集较多泥沙影响沟渠净化效果；(5)收集槽内的固态污染物方便定期人工去除，使沟渠能持续运行；(6)本生态沟渠系统不需要具有高专业知识人员管理，运行简单，管理方便，运行管理成本低，便于推广；(7)收集槽为阶梯型结构，能有效减少污染物沿收集槽纵向的留出；(8)生物填料挡板与连接柱自由连接，方便拆取，可实现对生物填料挡板的定期养护，使生物净化效果保持在较高的水平；(9)侧坡的挺水植物不仅能起到拦截颗粒污染物与净化水体的作用，同时还具有景观效果。附图说明图1为本专利技术生态沟渠系统的剖面结构示意图。图2为阶梯型结构的收集槽的结构示意图。图3-1和图3-2分别为生物填料挡板和植物砌块的结构示意图。图4为曝气装置的结构示意图。图5为固体污染物颗粒收集过程示意图。图6为水体沿沟渠(一侧)流动形态示意图。图中：1-侧坡，2-挺水植物，3-植物砌块，4-底坡，5-空气动力系统，6-曝气管，7-生物填料挡板，8-连接柱，9-收集槽具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述：本专利技术保护一种防降雨径流冲刷和强化污染物净化的生态沟渠系统，如图1所示，具体实施过程如下：首先为本生态沟渠系统内植物砌块和生物填料挡板的制作：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防降雨径流冲刷和强化污染物净化的生态沟渠系统，其特征在于，包括用于收集固体污染物颗粒的收集槽、底坡、侧坡、曝气装置和生物填料挡板，所述收集槽设置为阶梯型结构，用于防止收集槽内污染物随水流的纵向流动，收集槽由底部和侧壁构成，所述侧壁与底部水平面呈60°夹角；所述收集槽的两侧从下到上依次与所述底坡和侧坡相连接，所述底坡的坡度为0.1‑0.5，底坡由植物砌块砌成，所述植物砌块由矩形空心砖构成，所述矩形空心砖上开有用于种植沉水植物的菱形开孔；所述侧坡的坡度为0.7‑0.9，侧坡上种植有挺水植物；所述曝气装置由相互连接的曝气管和空气动力系统组成，所述曝气管等间距的设置在收集槽的底部中央，所述空气动力系统设置在收集槽的底部，每个曝气管的两侧设有用于固定所述生物填料挡板的连接柱，所述生物填料挡板由经过生物挂膜的板状填料组成，起到生物净化和阻挡水流的作用，每个生物填料挡板的侧边均设有至少两个用于插入所述连接柱的插孔。

【技术特征摘要】
1.一种防降雨径流冲刷和强化污染物净化的生态沟渠系统，其特征在于，包括用于收集固体污染物颗粒的收集槽、底坡、侧坡、曝气装置和生物填料挡板，所述收集槽设置为阶梯型结构，用于防止收集槽内污染物随水流的纵向流动，收集槽由底部和侧壁构成，所述侧壁与底部水平面呈60°夹角；所述收集槽的两侧从下到上依次与所述底坡和侧坡相连接，所述底坡的坡度为0.1-0.5，底坡由植物砌块砌成，所述植物砌块由矩形空心砖构成，所述矩形空心砖上开有用于种植沉水植物的菱形开孔；所述侧坡的坡度为0.7-0.9，侧坡上种植有挺水植物；所述曝气装置由相互连接的曝气管和空气动力系统组成，所述曝气管等间距的设置在收集槽的底部中央，所述空气动力系统设置在收集槽的底部，每个曝气管的两侧设有用于固定所述生物填料挡板的连接柱，所述生物填料挡板由经过生物挂膜的板状填料组成，起到生物净化和阻挡水流的作用，每个生物填料挡板的侧边均设有至少两个用于插入所述连接柱的插孔。2.根据权利要求1所述一种防降雨径流冲刷...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福超，王晓玲，郑晓通，李建生，李松敏，吕鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12