農(nóng)村小微水體綜合整治實用技術研究

鄧仁貴，宋文杰，何香建，舒 恩

(湖南省水利水電科學研究院，湖南 長沙 410007)

農(nóng)村小微水體指由位于農(nóng)田或農(nóng)民居住區(qū)域的溝、渠、溪、塘等水體，承擔著行洪排澇、灌溉供水、生態(tài)、養(yǎng)殖及景觀等功能。農(nóng)村小微水體是農(nóng)村水環(huán)境的重要載體，也是農(nóng)村人居環(huán)境和鄉(xiāng)村自然生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分，與鄉(xiāng)村振興、新農(nóng)村建設密切相關[1-3]。黨的二十大報告指出：“安樂鄉(xiāng)扎實推進人居環(huán)境整治，因地制宜、有序推進農(nóng)村污水治理，全鄉(xiāng)農(nóng)村生產(chǎn)、生活污水得到有效治理，人居環(huán)境質量大幅提升?！睂π∥⑺w整治是我黨在新的形勢下對振興鄉(xiāng)村、建設水美鄉(xiāng)村重要戰(zhàn)略部署。

在湖南省水利科技項目“鄉(xiāng)村振興視角下的農(nóng)村小微水體綜合整治對策及示范研究”的支持下，湖南省水利水電科學研究院的研究團隊通過查閱相關文獻資料和走訪調查[4-7]，分析總結出湖南省農(nóng)村小微水體存在的突出問題有：溝塘淤塞萎縮、水體流動性差、水體污染嚴重、景觀視覺效果差等。針對上述問題，研究團隊研發(fā)了多項具有自主知識產(chǎn)權的農(nóng)村小微水體整治實用技術，主要涉及農(nóng)業(yè)廢水處理、水體面源污染防治及水域岸線生態(tài)修復等領域，并在湖南省多個市縣推廣應用。本文匯總整理了本研究團隊自主研發(fā)的“一種用于整治農(nóng)村小微水體的水體循環(huán)裝置”等3項典型農(nóng)村小微水體整治技術的研究成果，以期為農(nóng)村小微水體綜合整治工程提供關鍵的實踐技術。

1 農(nóng)業(yè)廢水收集與再利用技術

1.1 方案設計

農(nóng)業(yè)廢水主要是指農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)排出的污水和降水或是灌溉水流過農(nóng)田或經(jīng)農(nóng)田滲漏排出的水，農(nóng)業(yè)廢水通過徑流過程匯入農(nóng)村小微水體，導致水體發(fā)生有機污染、水體富營養(yǎng)化或有毒有害等其他形式的面源污染。為了對這些廢水進行處理，通常需要用到農(nóng)業(yè)廢水收集與再利用裝置，利用對污水的過濾，然后通過物理、化學和生物的方法對農(nóng)業(yè)廢水進行處理，避免對環(huán)境造成污染以及水資源的浪費?，F(xiàn)有的農(nóng)業(yè)廢水收集與再利用裝置在使用過程中，由于污垢以及一些其他雜質會粘在過濾板上，長期積累容易發(fā)生堵塞的情況，從而影響過濾板的過濾效果。為此，提出了一種農(nóng)業(yè)廢水收集與再利用裝置[8]，如圖1所示，該裝置包括廢水處理機體和過濾板；過濾板安裝于廢水處理機體的內部；廢水處理機體內部設置有刮除機構，刮除機構包括電機、固定板和支撐桿，電機固定安裝于廢水處理機體頂端，電機的輸出軸底端固接轉動桿，且轉動桿下端貫穿于過濾板的中部，兩組固定板皆固接于轉動桿下端的左右兩端，固定板底端設置有固定架，且固定架底端固接收集網(wǎng)；解決了過濾板容易發(fā)生堵塞的問題，通過刮除機構，避免了過濾板上的污垢粘得過多而影響過濾的效果，提高了操作的實用性，節(jié)省了廢水過濾的時間，同時提高了廢水處理的效率。該裝置已申報取得了國家知識產(chǎn)權局頒布的實用新型專利證書(專利號：ZL 2022211109370)。

圖1 農(nóng)業(yè)廢水收集與再利用裝置結構示意圖(a)裝置立體結構示意圖，(b)局部正視剖面結構示意圖，(c)局部側視剖面結構示意圖，(d)A處放大結構示意圖，(e)B處放大結構示意圖圖中：110廢水處理機體、120過濾板、210電機、220轉動桿、250圓形滑槽、270固定架、280收集網(wǎng)、290支撐桿、291碾壓輪、292清理刷、310橡膠塊、320滾珠、330絲桿、340螺紋套、350插塊、360轉把、370連接組件

1.2 具體實施方式

當對過濾板進行防堵塞操作時，首先通過啟動電機，在輸出軸的轉動下，使轉動桿進行轉動，從而帶動支撐桿進行轉動，由于碾壓輪的外表面貼合于過濾板的頂端，從而通過碾壓輪的碾壓，使堵塞在過濾板上端的污垢進行碾碎，然后通過過濾板上的過濾槽落下，在固定板的轉動下，從而帶動刮板進行轉動；通過刮板將過濾板底端的污垢進行刮除，由于固定架為斜坡式設計，在固定架的支撐作用下，便于收集網(wǎng)收集從過濾板上的過濾槽內部落下的午后以及其他雜質，解決了過濾板容易發(fā)生堵塞的問題；通過清理組件的設計，避免雜質以及污垢長期粘在廢水處理機體的內壁，不便于進行清理操作；通過刮除機構，避免了過濾板上的污垢粘得過多而影響過濾的效果，如果過濾板發(fā)生堵塞情況，則需工作人員將廢水處理機體底端的擋板上的螺栓取下，然后將擋板取下，再對過濾板進行疏通操作。

1.3 技術效果

該技術裝置通過啟動電機，從而使轉動桿進行轉動，帶動支撐桿進行轉動。通過碾壓輪的碾壓，使堵塞在過濾板上端的污垢進行碾碎，然后通過過濾板上的過濾槽落下；通過刮板將過濾板底端的污垢進行刮除，解決了過濾板容易發(fā)生堵塞的問題；通過刮除機構，避免了過濾板上的污垢粘得過多而影響過濾的效果，提高了操作的實用性，節(jié)省了廢水過濾的時間，同時提高了廢水處理的效率。

該技術裝置通過將轉把進行轉動，在絲桿和螺紋套的配合作用下，使插塊的前端移出固定架上端的內部，然后將固定架取下對內部進行清理或對其進行更換，解決了收集網(wǎng)內部的污垢不便于進行清理的問題，通過拆卸機構，便于將收集網(wǎng)取下對內部的污垢進行處理操作，提高了操作的易用性，節(jié)省了拆卸的時間，同時提高了裝置的適用性。

2 水循環(huán)處理技術

2.1 方案設計

農(nóng)村小微水體中的死水塘因污染物聚集、水體流動較差導致水質較差而被廢棄，整治小微水體首先需要改善水質，使靜止的水流動，而后通過增加水中的含氧量，將死水轉換為適合生物生存的活水以提高水體的自凈能力，然而這一過程可能會耗費一定的能源，增加整治的成本。為此，提出了一種用于整治農(nóng)村小微水體的水體循環(huán)裝置[9]，如圖2所示，該裝置的箱體頂端固定設有供氧機構，供氧機構包括缸體，缸體一端固定設有進氣管和排氣管，進氣管和排氣管外端分別固定設有第二單向閥和第一單向閥，缸體內部設有活塞，活塞一側固定設有活塞桿，活塞桿一端設有搖桿并與搖桿一端通過轉軸活動連接。該裝置通過水流沖刷葉片提供動力，帶動葉片軸轉動，同時將水流倒入箱體中進行殺菌，而后將水流再次導出，以此使得水流流動，同時利用葉片軸的轉動，帶動缸體將空氣不斷導入水中，以此增加水中的含氧量，改善水質，以解決整治過程中的能耗問題。該裝置已申報取得了國家知識產(chǎn)權局頒布的實用新型專利證書(專利號：ZL 2020217407637)。

圖2 水體循環(huán)裝置結構示意圖(a)裝置正視圖，(b)裝置整體結構示意圖，(c)動力箱左視剖視圖，(d)缸體剖視圖圖中：1動力箱、2連接孔、3排水管、4排水單向閥、5箱體、6缸體、7活塞桿、8搖桿、9轉輪、10輪軸、11第一錐齒輪、12第二錐齒輪、13葉片軸、14葉片、15活塞、16進氣管、17第一單向閥、18第二單向閥、19排氣管

2.2 具體實施方式

將此裝置放置于水面之下，僅留進氣管一端探出水面之上，而后，打開進水閥，水流經(jīng)過第一濾網(wǎng)簡單過濾后進入動力箱中，水流沖刷葉片，使得葉片轉動，進一步使得葉片軸轉動。水流進入動力箱后通過連接孔進入箱體中，進入箱體中的水經(jīng)過活性炭吸附其中的雜質，同時打開紫外線燈，殺死水中的有害病菌，而后當水位上升至排水管處時，由于葉片軸的轉動，帶動葉輪轉動，在葉輪的作用下，水流獲得動力，通過排水管和排水單向閥排出箱體中。與此同時，葉片軸帶動其外端的第一錐齒輪轉動，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合則第二錐齒輪同時轉動，帶動輪軸轉動，輪軸同時帶動轉輪轉動，轉輪拉動其外端的搖桿移動，在搖桿的拉動下活塞桿開始運動，使得缸體內部的活塞在缸體的內部往復運動，活塞桿拉動活塞運動時，缸體內部氣壓減小，外部的空氣通過進氣管和第二單向閥進入缸體中，當活塞桿推動活塞時，缸體內部的空氣由于活塞的擠壓通過第一單向閥和排氣管被排入水中。通過這種方式增大水與空氣的接觸面，增加水的溶氧量，以此增大水中的含氧量起到改善水質的作用。通過水流沖刷葉片提供動力，帶動葉片軸轉動，同時將水流倒入箱體中進行殺菌，而后將水流再次導出，以此使得水流流動，同時利用葉片軸的轉動，帶動缸體將空氣不斷導入水中，以此增加水中的含氧量，改善水質。

2.3 技術效果

該技術裝置通過水流沖刷葉片提供動力，帶動葉片軸轉動，同時將水流倒入箱體中進行殺菌，而后將水流再次導出，以此使得水流流動，同時利用葉片軸的轉動，帶動缸體將空氣不斷導入水中，以此增加水中的含氧量，改善水質，與現(xiàn)有技術相比，在使得死水流動，增加水中含氧量的同時，無需使用電力，節(jié)約能源。

3 裝配式生態(tài)駁岸技術

3.1 方案設計

針對農(nóng)村小微水體整治工程中的溝渠岸坡護砌的施工速度慢、施工質量無法保證且生態(tài)修復效果不佳等問題，提出了一種用于農(nóng)村小微水體生態(tài)治理的裝配式護坡結構[10]，如圖3所示，該護坡結構包括第一框架、第二框架、第三框架及第四框架。4個框架內側的頂部均設有網(wǎng)板、底部均設有定植網(wǎng)，網(wǎng)板和定植網(wǎng)均設置為4個。該護坡結構將第一框架、第二框架、第三框架及第四框架展開后，通過插地銷固定在邊坡上。搬運時，4個框架折疊，將內螺紋管旋在第一螺桿和第二螺桿的相近端完成固定后，可搬運護坡結構。該護坡結構為裝配式結構設計，可做折疊收復處理，便于搬運。該護坡結構已申報取得了國家知識產(chǎn)權局頒布的實用新型專利證書(專利號：ZL 2020229686886)。

圖3 裝配式護坡結構示意圖(a)護坡結構俯視圖，(b)第一框架縱向剖視圖，(c)網(wǎng)板局部結構示意圖圖中：1第一框架、2第二框架、3第三框架、4第四框架、5網(wǎng)板、6定植網(wǎng)、7拉板、8磁塊、9第一螺桿、10第二螺桿、11轉桿、12插地銷

3.2 具體實施方式

現(xiàn)場施工時，第一螺桿和第二螺桿的端部旋上插地銷，第一、二、三、四框架展開后，通過插地銷固定在溝渠邊坡上。定植網(wǎng)上可種植草木，起到生態(tài)防護的作用，搬運時，4個框架折疊后，將插地銷從第一螺桿及第二螺桿上旋下，然后將內螺紋管旋在第一螺桿及第二螺桿的相近端完成固定后，可搬運護坡結構。

3.3 技術效果

該裝配式護坡結構將第一、二、三、四框架展開后，通過插地銷固定在邊坡上。搬運時，4個框架折疊，將內螺紋管旋在第一螺桿及第二螺桿的相近端完成固定后，可搬運護坡結構，與現(xiàn)有一體式結構設計的護坡結構相比，該護坡結構為裝配式結構設計，可做折疊收復處理，便于搬運。

4 結語

我國在農(nóng)村小微水體綜合整治方面的研究還處于起步階段，尚未形成系統(tǒng)性的研究成果，本文也是做了一些嘗試性的研究工作，提出了3項典型農(nóng)村小微水體整治實用技術，可為農(nóng)村小微水體綜合整治工程提供借鑒。但還有很多技術問題尚待研究和解決。例如，如何優(yōu)化小微水體管護模式以確保整治工程長久發(fā)揮效益和作用、如何研發(fā)一系列滿足工程實際需求的農(nóng)村小微水體整治實用技術、如何恢復農(nóng)村小微水體的生態(tài)效益、景觀效益等功能性指標、如何評估農(nóng)村小微水體綜合整治對社會主義新農(nóng)村建設的影響等等。開展農(nóng)村小微水體綜合整治是鄉(xiāng)村振興水利工作的切入點，對推動生態(tài)文明建設、實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、改善農(nóng)村人居環(huán)境、建設水美鄉(xiāng)村有重要作用。