適用于農村污水處理的生態滯留溝渠系統設計

陳平?張轉

[摘 要] 溝渠作為農田的毛細管，也是農田與水體之間的一個過渡帶，已成為新農村建設的重點任務。目前農田溝渠基本都是土溝形式，鄉村溝渠排水量較少、流速緩，但是溝渠中的污水多含有氮、磷污染物。基于此，本文提供一種適用于農村污水處理的生態滯留溝渠系統，為改善農業生態環境提供支持。

[關鍵詞] 農村污水;污水處理;生態滯留溝渠

[中圖分類號] G255.51 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）18-120-3

1 當前農業生態環境問題

農村生活用水排放的氮和磷是引起水體富營養化的主要因素[1]。在控制農業氮、磷污染的眾多工程措施中，生態溝具有較高的氮、磷去除率和良好的景觀生態效果，因此其已成為國內外研究的熱點。

近年來，對農田生態溝工程的研究很多，現有的工程技術存在以下不足：①就溝基而言，絕大部分溝是泥基或透水磚基;②就區域利用而言，溝渠利用率低;③在工程結構上，大多數生態溝的結構比較復雜，工程量太大，管理難度大，推廣可行性低。

2 生態滯留溝渠系統方案詳述

筆者建造了帶有硬化底面的生態溝（見圖1）。通過在溝主體的側壁或底壁設置籠子，在側桌設置三維框架，在溝主體中設置生態浮床，并與上述結構配合使用，有效改善了硬化生態溝使用過程中氮磷養分大量流失和周圍水體嚴重富營養化問題，提高了生態溝的利用效率。另外，剛性溝生態溝結構簡單，工程量少，成本低，易于管理[2]。

具體地，溝主體的側壁或底壁設置有用于種植植物的籠子，這意味著溝主體的側壁設置有鼠籠，或者溝主體的底壁設置有籠子。由于網箱安裝在溝渠中，因此網箱中種植的植物通常但不限于水生植物。溝主體的側臺分別布置在底壁兩側，并分別連接至底壁兩側的側壁。邊桌配有用于攀爬植物的三維框架。三維框架可以安裝在溝渠體的同一側平臺上，也可以安裝在溝渠體頂部不同側的側平臺上。具體的設定方法沒有特別限定。植物可以爬上三維框架以形成生態景觀，可以有多種類型植物，典型但非限制性的植物是攀緣植物。在溝渠體內設置了生態浮床，在該生態浮床上種植了水生植物群落。水生植物群落的根系用于吸收水中的富營養化物質，如總磷、氨氮、有機物等，減少水體氣味和富營養化問題的產生。

籠子是堅固的籠子、漂浮的籠子或下沉的籠子。固定網箱主要由一些固定裝置固定（如竹樁或水泥樁），并且不能隨著水位的變化而漂浮。其僅適用于水位變化不大的水體[3]。浮籠可以通過浮力裝置或框架跟隨水位變化和漂浮。與實心網箱相比，其可以自由移動，適用于更深的水體;浸入水中的網箱全部浸沒在水下，這種網箱可以自由升降。可以根據生態溝的具體條件來設置籠子的具體類型。籠子中的植物有很多種，如攀緣植物，其可以沿著側壁攀爬。典型的但非限制性的攀緣植物是甜瓜。該植物擅長攀爬并耐高溫，可確保在熱硬化溝渠的表面生存。此外，甜瓜的果實、果皮、堅果（種子）和根莖都是優良的中藥材，具有很高的利用價值。

三維框架包括梁和至少2個立柱。梁的兩端分別連接立柱。立柱分別設置在底壁兩側的側平臺上，使得梁位于溝渠主體的上方。攀緣植物也可以種植在直立框架中。典型的非限制性攀緣植物包括絲瓜絡和或小號爬山虎，攀緣植物兼顧觀賞和經濟功能。

3 效果驗證

3.1 南陽市臥龍區國家高新農業示范區硬化農田溝

筆者以河南省南陽市臥龍區國家高新農業示范區的硬化農田溝為試驗場進行了試驗。開挖硬質化基面生態溝渠，包括溝渠本體，溝渠本體包括底壁、側壁和側臺，具體如圖1所示。溝渠本體的總長度為200.0 m，底壁、側壁和側臺均為硬質化水泥基面。溝渠本體的橫斷面為上寬下窄的等腰梯形結構，頂部寬度3.0 m，底部寬度1.5 m。溝渠本體內設置有用于種植水生植物群落的生態浮床，生態浮床設置有種植孔，具體如圖2所示。生態浮床為高密度聚苯乙烯生態浮床，生態浮床的尺寸規格為80 cm×80 cm×10 cm（長×寬×厚），生態浮床上種植的水生植物群落組合為“菱角+莼菜+豆瓣菜+慈姑+荷花+花菖蒲”，種植密度為35株/m2。溝渠本體的側壁12上設置有用于種植植物的網箱，網箱結構具體如圖3所示。

網箱材質為透水磚，尺寸規格為30 cm×40 cm（直徑×高度），試驗基地種植壁面攀緣型植物為瓜蔞，種植密度為10株/m2。溝渠的側臺上設置有用于供攀緣型植物攀爬的立體框架，立體框架包括橫梁和2個立柱，橫梁的兩端分別與立柱連接，立柱分別設置于所述溝渠本體的2個側臺上以使橫梁位于溝渠本體的上方。立體框架的材質為不銹鋼，尺寸規格為150 cm×300 cm（立柱高度×橫梁直徑），立體框架上的攀緣型植物為絲瓜和凌霄花，種植密度為5株/m2。

生態凈水裝置包括箱體，在箱體內從上至下依次設置有用于盛放水生植物的水生植物區、用于盛放水生動物的水生動物區和用于盛放底棲生物的底棲生物區，水生植物區與水生動物區相連通，水生動物區與底棲生物區相連通。水生植物為美人蕉、水生鳶尾和香蒲，水生動物為羅非魚、鰱魚和草魚，底棲生物為螺類、蚌類和貝類。

示范區運行1年后，農田排水水質得到了顯著改善，總氮平均去除率達到35%，總磷平均去除率達到45%。這不僅有效地提高了試驗基地農田的排水水質，而且控制了區域面源污染問題，經濟高效、簡單實用、易于維護。

3.2 南陽市宛城區博望鎮硬化農田溝

筆者還以南陽市宛城區博望鎮的硬化農田溝為試驗場進行了試驗。溝渠的開挖設置和上述示范區一樣，主要不同點在于網箱設置內容不同，具體為網箱為沉式透水磚沉式網箱，網箱結構如圖3所示。采用透水磚作為網箱材質，生態環保。網箱中種植有攀緣類植物，攀緣類植物可沿側壁攀爬。典型但非限制性的攀緣類植物為瓜蔞，該植物擅攀爬、耐高溫，可以保證在炎熱的硬質化溝渠壁面上存活。此外，瓜蔞的果實、果皮、果仁（籽）、根莖均為上好的中藥材，具有較高的利用價值。立體框架包括橫梁和至少2個立柱，橫梁的兩端分別與立柱連接，立柱分別設置于底壁兩側的側臺上，以使橫梁位于溝渠本體的上方，立體框架為拱形。通過對橫梁和立柱之間的位置及連接關系的限定，使得該立體框架具有類“n”字拱形結構，從而使得立體框架橫跨于溝渠本體的2個側臺上。在立體框架內可以種植攀緣類植物，典型但非限制性的攀緣類植物包括絲瓜、凌霄花。生態浮床上設置了種植孔，水生植物群落通過種植孔生存在生態浮床上。水生植物群落為菱角、莼菜、豆瓣菜、慈姑、荷花和花菖蒲組合，水體凈化效果較好，且經濟價值較高。生態浮床為高密度聚苯乙烯生態浮床。高密度聚苯乙烯生態浮床具有堅固耐用、綠色環保、抗腐蝕性和穩定性良好、不入水下沉等特點。高密度聚苯乙烯生態浮床還具有特殊的邊角設計，防撞防擠壓，大幅度提高浮床抗風浪性能，延長浮床使用壽命。

在博望鎮運行1年后，農田排水水質得到了顯著改善，總氮平均去除率達到40%，總磷平均去除率達到50%，有效地提高了試驗基地農田的排水水質，使得該生態溝渠系統能有效攔截氮磷及其他污染物，實現了水體達標排放以及農田面源污染治理目的。

4 結語

通過在溝渠主體的側壁或底壁設置籠子，在溝渠主體中的側面平臺安裝三維框架以及在溝渠主體中放置生態浮床，并使用植物與上述結構配合使用有效改善，解決了硬化生態溝使用過程中氮、磷養分大量流失，周圍水體嚴重富營養化問題，提高了生態溝利用率[4]。另外，生態溝結構簡單、工程量少、成本低、易于管理。總之，該生態溝系統可以有效地攔截氮、磷等污染物，達到排水和控制農田面源污染的目的。

參考文獻

[1]張迎穎.潛流人工濕地處理農村生活污水的工藝研究[D].南京：南京農業大學，2009.

[2]龐顯炳，趙文武，崔艷鈴，等.一種箱式種養同體生態養殖浮床：CN 201710139203.2[N].2017.

[3]李耿良，武利興.鉆孔灌注樁施工中漂籠子問題的探討[J].煤，2008（8）：40，54.

[4]馬進.富營養水體生態修復過程中氮、磷營養鹽遷移轉化研究[D].上海：上海海洋大學，2018.