一种山村生活污水与农业面源协同生态处理系统

技术领域

本发明涉及一种山村生活污水与农业面源协同生态处理系统，属于污水处理领域。

背景技术

山村生活污水排放分散，大多不具备完善的污水收集系统以及配套的污水处理设施；因施肥等因素，山村农业面源污染普遍较重。山村居民用水日变化系数大，排水水质浓度变化大，兼之运营管理技术和经验缺乏，山村污水亟待简便有效的处理方法。此外，山村生活污水无化工类有毒有害污染，且多为小规模排放。山村地区多为农林地和民居交错分布，地势高差大，农林地肥分、水量需求较大，生活污水经简单工艺和无害化处理满足农业回灌标准后，可回用于补充农林地用水。

一直以来，我国既存在农村污水收集难的问题，也存在改厕工程实施后，化粪池出水难处理、农村生活污水随意排放等问题。目前，A/O＋人工湿地的组合工艺是农村污水常见处理方法之一，但对于山区农村而言，地势、地形复杂，施工难度大，占地面积较大的人工湿地并不适合山区农村。如果将生活污水无害化处理后回用于农林灌溉，一方面可以通过农林土地系统削减、利用污水中的C、N、P等营养成分，净化污水，减少污水深度处理的成本，另一方面也能减少化肥施加量，削减农业面源污染。

中国是农业大国，近年来，农业的迅速发展也带来了农林面源污染与农村生态环境破坏等诸多问题。农业面源污染主要来自水土流失、农药化肥流失、地表径流、畜禽养殖废水排放等各方面，其对水体污染所占的比重不断上升。其中，农村种植业生产中的营养流失，是导致过量养分排放到水体中，致使相邻水体富营养化的关键因素。因此，构建一种简便易行的协同处理山村生活污水与农业面源并促进水资源高效利用的方法，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种山村生活污水与农业面源协同生态处理系统，包括对农村生活污水的处理及回用于农灌，并设计处理系统对农业面源污染物进行拦截，从而达到生活污水与农业面源协同生态处理。

本发明公开了一种山村生活污水与农业面源协同生态处理系统，包括：将经无害化处理并满足农灌水质要求的农村生活污水，利用山村地势高差与农田地形，采用第二生态沟及前置田埂净化，回用于农林灌溉（水田、旱地或林地）并进一步净化以削减生活污染；采用沉淀塘、第一生态沟、后置田埂、生态塘多级工艺组合净化农田地表径流，削减农业面源污染；设计一种功能强化型生态田埂，在埂体中放置易就地取材的填料，如砾石、碎石、碎砖等，也可根据需要放置活性炭等其他加强型水质净化填料，回用的生活污水及农业面源退水经填料处理后通过底部集水管收集排入生态塘，最后外排或循环回用。本发明所述的协同生态处理系统为适应山村地形，以及山村生活污水和农业面源污染产排特征而设计，一方面可促进农村生活污水用于农林灌溉，既进一步净化生活污水，又减少化肥施加量，削减外排污染；另一方面，对农业退水径流进行处理，削减农业面源污染，保护生态环境。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种山村生活污水与农业面源协同生态处理系统，包括农田，生态处理系统包括第二生态沟、前置田埂、沉淀塘、第一生态沟、后置田埂以及生态塘，第二生态沟溢流至前置田埂内，前置田埂通过泵抽取水源向农田中的农作物进行灌溉，农田溢流出的水通过排水沟渠依次与沉淀塘、第一生态沟相连；第一生态沟外侧设有后置田埂，第一生态沟通过管道依次与后置田埂、生态塘相连。

进一步的，前置田埂包括土壤层以及强化处理层，土壤层内设有强化处理层，第二生态沟设置在强化处理层前侧，第二生态沟侧壁上边缘通过进水管进入强化处理层顶部。

进一步的，后置田埂包括土壤层以及强化处理层，土壤层内设有强化处理层，强化处理层设置在第一生态沟外侧，第一生态沟侧壁下边缘通过进水管进入强化处理层顶部。

进一步的，第一生态沟末端设溢流堰，第一生态沟末端通过溢流堰与生态塘相连。

进一步的，土壤层上种植草本固土植物。

进一步的，强化处理层包括填料层以及承托层；填料层设置在承托层上方，承托层内布设一根集水管。

进一步的，集水管两侧与水平方向向下成45°位置穿孔，圆孔直径1cm，两孔中心间距10cm。

进一步的，强化处理层外侧由HDPE膜包裹。

进一步的，填料层为砾石、碎石、碎砖、陶粒、活性炭中任意一种；填料层的粒径为1-2cm；承托层为砾石、碎石、碎砖中任意一种；承托层的粒径为4-8cm。

进一步的，填料层宽度为60-80cm，厚度为30-40cm，上部覆土30-50cm；承托层宽度为60-80cm，厚度为20-30cm。

将经无害化处理后的山区村庄生活污水，进一步经第二生态沟和前置田埂净化，回用于农林灌溉（水田、旱地或林地）；并采用沉淀塘、第一生态沟、后置田埂、生态塘多级工艺组合净化农业地表径流，削减农业面源污染；设计一种功能强化型生态田埂。在田埂顶部种植草本固土植物，在田埂埂体中放置水处理填料，可采用农村易就地取材的，如砾石、碎石、碎砖等，也可放置活性炭等加强水质净化的功能填料，污水经填料处理后流至底部集水管排入生态塘，最后外排或通过农田灌溉系统回用灌溉。

通过调查村庄的产排特征，确定日最高排水量，也可根据村庄污水收集处理系统的规模，设计农灌回用处理区域及第二生态沟、前置田埂等工程量，无害化处理后的生活污水经第二生态沟处理并溢流布水进入前置田埂内，处理后的尾水通过农田灌溉系统回用灌溉。

利用山区特有的地势高差，及沟塘、田埂地形结构，改造田间排水沟渠，使农业地表径流汇集到沉淀塘中，再经第一生态沟、后置田埂净化后进入生态塘，生态塘可进一步净化径流雨水与农业退水，也用作雨水和退水回用的蓄水池。

沉淀塘容积依据农田面积和当地五年一遇的前15分钟初期降雨量确定，前置田埂长度根据当地日最高排水量确定，后置田埂长度根据当地面源污染情况和五年一遇的前15分钟初期降雨量确定。

每条后置田埂处理面积以不超过1500m

后置田埂出水进入生态塘中，生态塘周围种植挺水植物，如芦苇、菖蒲等，出水可通过灌溉系统回用，或流入附近自然水体。

在后置田埂顶部及侧部种植固土草本植物，如百脉根、狗牙根等常见植物。

由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：

本发明中生活污水经过第二生态沟、前置田埂进行净化后，用于农田灌溉，既处理了污水，又降低了处理成本，还有效利用生活污水中的养分，减少化肥的使用，减少污染排放。

本发明采用沉淀塘、第一生态沟、后置田埂、生态塘等组合系统，净化农业退水及径流污染，削减农业面源污染，促进农业退水的灌溉回用。

附图说明

图1是一种山村生活污水与农业面源协同生态处理系统的平面示意图；

图2是一种山村生活污水与农业面源协同生态处理系统的流程图；

图3是前置田埂的剖面图；

图4是后置田埂的剖面图；

图中：1、无害化处理装置，2、前置田埂，3、排水沟渠，4、沉淀塘，5、第一生态沟，6、后置田埂，7、生态塘，8、第二生态沟，9、土壤层，10、填料层，11、承托层，12、集水管，13、农田，14、溢流堰，15、植物，16、HDPE膜，17、进水管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：

一种山村生活污水与农业面源协同生态处理系统，包括农田13，生态处理系统包括第二生态沟8、前置田埂2、沉淀塘4、第一生态沟5、后置田埂6以及生态塘7，第二生态沟8溢流至前置田埂2内，前置田埂2通过泵抽取水源向农田13中的农作物进行灌溉，农田13溢流出的水通过排水沟渠3依次与沉淀塘4、第一生态沟5相连；第一生态沟5外侧设有后置田埂6，第一生态沟5通过管道依次与后置田埂6、生态塘7相连。

前置田埂2包括土壤层9以及强化处理层，土壤层9内设有强化处理层，第二生态沟8设置在强化处理层前侧，第二生态沟8侧壁上边缘通过进水管17进入强化处理层顶部。

后置田埂6包括土壤层9以及强化处理层，土壤层9内设有强化处理层，强化处理层设置在第一生态沟5外侧，第一生态沟5侧壁下边缘通过进水管17进入强化处理层顶部。

强化处理层包括填料层10以及承托层11；填料层10设置在承托层11上方，承托层11内布设一根集水管12。在集水管12两侧与水平方向向下成45°位置穿孔，圆孔直径1cm，两孔中心间距10cm。

强化处理层（填料层10和承托层11）外侧由HDPE膜16包裹；HDPE膜16为PE膜和土工布。

填料层10为砾石、碎石、碎砖、陶粒、活性炭中任意一种；填料层10的粒径为1-2cm。

承托层11采为砾石、碎石、碎砖中任意一种；承托层11的粒径为4-8cm。

填料层10宽度为60-80cm，厚度为30-40cm，上部覆土30-50cm；承托层11宽度为60-80cm，厚度为20-30cm。

第一生态沟5末端设溢流堰14，第一生态沟5末端通过溢流堰14与生态塘7相连。

土壤层9上种植草本固土植物15，如百脉根、狗牙根等常见植物15。

经过生态处理系统处理后的污水直接排入水体中或者通过泵抽取污水向农田13中的农作物进行灌溉。

如附图1所示，生活污水经无害化处理装置1处理后进入第二生态沟8、前置田埂2，出水经农田13灌溉系统进行回用灌溉；农田13内降雨形成雨水，雨水经过地表径流通过排水沟渠3流入沉淀塘4，再径流通过第一生态沟5流入后置田埂6内部，经过后置田埂6处理后的污水径流进入生态塘7，生态塘7内的水可以选择回用，也可以排向附近自然水体。

如附图3和附图4所示，本发明设计的两个田埂除埋设深度不同外，均由六部分组成，包括土壤层9、填料层10、集水管12、草本固土植物15和承托层11，其中田埂填料层10宽60-80cm，厚30-40cm，上部覆土30-50cm，填料层10下方为承托层11，承托层11与填料层10同宽，厚20-30cm，承托层11内布设一根集水管12(DN150-DN250)，在集水管12两侧与水平方向向下成45°位置穿孔，圆孔直径1cm，孔中心间距10cm，经过填料层10、承托层11过滤后的污水进入集水管12内进行收集，再将集水管12内的水送入至系统内进行后续处理。

填料层10材料选用农村常见的砾石、碎石、碎砖等，粒径为1-2cm，如有特殊需求，还可根据水体净化需要采用陶粒、活性炭等功能强化型填料；承托层11材料采用农村常见的砾石、碎石、碎砖等，粒径为4-8cm。

前置田埂2前侧设有第二生态沟8，在第二生态沟8侧壁上边缘每隔2米设一出水孔，经进水管17与田埂内的填料层10顶部相连，前置田埂2的进水管17位于第二生态沟8侧壁上边缘的出水孔处，溢流进水。

后置田埂6设置在第一生态沟5外侧，在第一生态沟5侧壁下边缘每隔2米设一出水孔，第一生态沟5的进水管17位于第一生态沟5侧壁下边缘，保证初期径流通过进水管17流入后置田埂6内处理；第一生态沟5末端设溢流堰14，雨量增大一定程度后，后期径流通过第一生态沟5经溢流堰14流入后续的生态塘7。

实施例2：

已知某山村日最高排水量为20m

选择一降雨天气，取沉淀塘4中的水样进行检测，测得水质为氨氮2mg/L，总氮3.4mg/L，总磷0.4mg/L，COD 12.8mg/L，取田埂出水进行检测，测得水质为氨氮1.1mg/L，总氮1.6mg/L，总磷0.17mg/L，COD 7.1mg/L。可以得出氨氮去除率为45%，总氮去除率为52.9%，总磷去除率为57.5%，COD去除率为44.5%。

实施例3：

已知某山村日最高排水量为15m

选择一降雨天气，取沉淀塘4中的水样进行检测，测得水质为氨氮1.8mg/L，总氮4.1mg/L，总磷0.52mg/L，COD 11.3mg/L，取田埂出水进行检测，测得水质为氨氮0.75mg/L，总氮2mg/L，总磷0.25mg/L，COD 5.96mg/L。可以得出氨氮去除率为58.3%，总氮去除率为48.8%，总磷去除率为51.3%，COD去除率为47.2%。

上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。