农村小微水体综合整治实用技术研究

邓仁贵，宋文杰，何香建，舒 恩

(湖南省水利水电科学研究院，湖南 长沙 410007)

农村小微水体指由位于农田或农民居住区域的沟、渠、溪、塘等水体，承担着行洪排涝、灌溉供水、生态、养殖及景观等功能。农村小微水体是农村水环境的重要载体，也是农村人居环境和乡村自然生态系统的核心组成部分，与乡村振兴、新农村建设密切相关[1-3]。党的二十大报告指出：“安乐乡扎实推进人居环境整治，因地制宜、有序推进农村污水治理，全乡农村生产、生活污水得到有效治理，人居环境质量大幅提升。”对小微水体整治是我党在新的形势下对振兴乡村、建设水美乡村重要战略部署。

在湖南省水利科技项目“乡村振兴视角下的农村小微水体综合整治对策及示范研究”的支持下，湖南省水利水电科学研究院的研究团队通过查阅相关文献资料和走访调查[4-7]，分析总结出湖南省农村小微水体存在的突出问题有：沟塘淤塞萎缩、水体流动性差、水体污染严重、景观视觉效果差等。针对上述问题，研究团队研发了多项具有自主知识产权的农村小微水体整治实用技术，主要涉及农业废水处理、水体面源污染防治及水域岸线生态修复等领域，并在湖南省多个市县推广应用。本文汇总整理了本研究团队自主研发的“一种用于整治农村小微水体的水体循环装置”等3项典型农村小微水体整治技术的研究成果，以期为农村小微水体综合整治工程提供关键的实践技术。

1 农业废水收集与再利用技术

1.1 方案设计

农业废水主要是指农牧业生产排出的污水和降水或是灌溉水流过农田或经农田渗漏排出的水，农业废水通过径流过程汇入农村小微水体，导致水体发生有机污染、水体富营养化或有毒有害等其他形式的面源污染。为了对这些废水进行处理，通常需要用到农业废水收集与再利用装置，利用对污水的过滤，然后通过物理、化学和生物的方法对农业废水进行处理，避免对环境造成污染以及水资源的浪费。现有的农业废水收集与再利用装置在使用过程中，由于污垢以及一些其他杂质会粘在过滤板上，长期积累容易发生堵塞的情况，从而影响过滤板的过滤效果。为此，提出了一种农业废水收集与再利用装置[8]，如图1所示，该装置包括废水处理机体和过滤板；过滤板安装于废水处理机体的内部；废水处理机体内部设置有刮除机构，刮除机构包括电机、固定板和支撑杆，电机固定安装于废水处理机体顶端，电机的输出轴底端固接转动杆，且转动杆下端贯穿于过滤板的中部，两组固定板皆固接于转动杆下端的左右两端，固定板底端设置有固定架，且固定架底端固接收集网；解决了过滤板容易发生堵塞的问题，通过刮除机构，避免了过滤板上的污垢粘得过多而影响过滤的效果，提高了操作的实用性，节省了废水过滤的时间，同时提高了废水处理的效率。该装置已申报取得了国家知识产权局颁布的实用新型专利证书(专利号：ZL 2022211109370)。

图1 农业废水收集与再利用装置结构示意图(a)装置立体结构示意图，(b)局部正视剖面结构示意图，(c)局部侧视剖面结构示意图，(d)A处放大结构示意图，(e)B处放大结构示意图图中：110废水处理机体、120过滤板、210电机、220转动杆、250圆形滑槽、270固定架、280收集网、290支撑杆、291碾压轮、292清理刷、310橡胶块、320滚珠、330丝杆、340螺纹套、350插块、360转把、370连接组件

1.2 具体实施方式

当对过滤板进行防堵塞操作时，首先通过启动电机，在输出轴的转动下，使转动杆进行转动，从而带动支撑杆进行转动，由于碾压轮的外表面贴合于过滤板的顶端，从而通过碾压轮的碾压，使堵塞在过滤板上端的污垢进行碾碎，然后通过过滤板上的过滤槽落下，在固定板的转动下，从而带动刮板进行转动；通过刮板将过滤板底端的污垢进行刮除，由于固定架为斜坡式设计，在固定架的支撑作用下，便于收集网收集从过滤板上的过滤槽内部落下的午后以及其他杂质，解决了过滤板容易发生堵塞的问题；通过清理组件的设计，避免杂质以及污垢长期粘在废水处理机体的内壁，不便于进行清理操作；通过刮除机构，避免了过滤板上的污垢粘得过多而影响过滤的效果，如果过滤板发生堵塞情况，则需工作人员将废水处理机体底端的挡板上的螺栓取下，然后将挡板取下，再对过滤板进行疏通操作。

1.3 技术效果

该技术装置通过启动电机，从而使转动杆进行转动，带动支撑杆进行转动。通过碾压轮的碾压，使堵塞在过滤板上端的污垢进行碾碎，然后通过过滤板上的过滤槽落下；通过刮板将过滤板底端的污垢进行刮除，解决了过滤板容易发生堵塞的问题；通过刮除机构，避免了过滤板上的污垢粘得过多而影响过滤的效果，提高了操作的实用性，节省了废水过滤的时间，同时提高了废水处理的效率。

该技术装置通过将转把进行转动，在丝杆和螺纹套的配合作用下，使插块的前端移出固定架上端的内部，然后将固定架取下对内部进行清理或对其进行更换，解决了收集网内部的污垢不便于进行清理的问题，通过拆卸机构，便于将收集网取下对内部的污垢进行处理操作，提高了操作的易用性，节省了拆卸的时间，同时提高了装置的适用性。

2 水循环处理技术

2.1 方案设计

农村小微水体中的死水塘因污染物聚集、水体流动较差导致水质较差而被废弃，整治小微水体首先需要改善水质，使静止的水流动，而后通过增加水中的含氧量，将死水转换为适合生物生存的活水以提高水体的自净能力，然而这一过程可能会耗费一定的能源，增加整治的成本。为此，提出了一种用于整治农村小微水体的水体循环装置[9]，如图2所示，该装置的箱体顶端固定设有供氧机构，供氧机构包括缸体，缸体一端固定设有进气管和排气管，进气管和排气管外端分别固定设有第二单向阀和第一单向阀，缸体内部设有活塞，活塞一侧固定设有活塞杆，活塞杆一端设有摇杆并与摇杆一端通过转轴活动连接。该装置通过水流冲刷叶片提供动力，带动叶片轴转动，同时将水流倒入箱体中进行杀菌，而后将水流再次导出，以此使得水流流动，同时利用叶片轴的转动，带动缸体将空气不断导入水中，以此增加水中的含氧量，改善水质，以解决整治过程中的能耗问题。该装置已申报取得了国家知识产权局颁布的实用新型专利证书(专利号：ZL 2020217407637)。

图2 水体循环装置结构示意图(a)装置正视图，(b)装置整体结构示意图，(c)动力箱左视剖视图，(d)缸体剖视图图中：1动力箱、2连接孔、3排水管、4排水单向阀、5箱体、6缸体、7活塞杆、8摇杆、9转轮、10轮轴、11第一锥齿轮、12第二锥齿轮、13叶片轴、14叶片、15活塞、16进气管、17第一单向阀、18第二单向阀、19排气管

2.2 具体实施方式

将此装置放置于水面之下，仅留进气管一端探出水面之上，而后，打开进水阀，水流经过第一滤网简单过滤后进入动力箱中，水流冲刷叶片，使得叶片转动，进一步使得叶片轴转动。水流进入动力箱后通过连接孔进入箱体中，进入箱体中的水经过活性炭吸附其中的杂质，同时打开紫外线灯，杀死水中的有害病菌，而后当水位上升至排水管处时，由于叶片轴的转动，带动叶轮转动，在叶轮的作用下，水流获得动力，通过排水管和排水单向阀排出箱体中。与此同时，叶片轴带动其外端的第一锥齿轮转动，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合则第二锥齿轮同时转动，带动轮轴转动，轮轴同时带动转轮转动，转轮拉动其外端的摇杆移动，在摇杆的拉动下活塞杆开始运动，使得缸体内部的活塞在缸体的内部往复运动，活塞杆拉动活塞运动时，缸体内部气压减小，外部的空气通过进气管和第二单向阀进入缸体中，当活塞杆推动活塞时，缸体内部的空气由于活塞的挤压通过第一单向阀和排气管被排入水中。通过这种方式增大水与空气的接触面，增加水的溶氧量，以此增大水中的含氧量起到改善水质的作用。通过水流冲刷叶片提供动力，带动叶片轴转动，同时将水流倒入箱体中进行杀菌，而后将水流再次导出，以此使得水流流动，同时利用叶片轴的转动，带动缸体将空气不断导入水中，以此增加水中的含氧量，改善水质。

2.3 技术效果

该技术装置通过水流冲刷叶片提供动力，带动叶片轴转动，同时将水流倒入箱体中进行杀菌，而后将水流再次导出，以此使得水流流动，同时利用叶片轴的转动，带动缸体将空气不断导入水中，以此增加水中的含氧量，改善水质，与现有技术相比，在使得死水流动，增加水中含氧量的同时，无需使用电力，节约能源。

3 装配式生态驳岸技术

3.1 方案设计

针对农村小微水体整治工程中的沟渠岸坡护砌的施工速度慢、施工质量无法保证且生态修复效果不佳等问题，提出了一种用于农村小微水体生态治理的装配式护坡结构[10]，如图3所示，该护坡结构包括第一框架、第二框架、第三框架及第四框架。4个框架内侧的顶部均设有网板、底部均设有定植网，网板和定植网均设置为4个。该护坡结构将第一框架、第二框架、第三框架及第四框架展开后，通过插地销固定在边坡上。搬运时，4个框架折叠，将内螺纹管旋在第一螺杆和第二螺杆的相近端完成固定后，可搬运护坡结构。该护坡结构为装配式结构设计，可做折叠收复处理，便于搬运。该护坡结构已申报取得了国家知识产权局颁布的实用新型专利证书(专利号：ZL 2020229686886)。

图3 装配式护坡结构示意图(a)护坡结构俯视图，(b)第一框架纵向剖视图，(c)网板局部结构示意图图中：1第一框架、2第二框架、3第三框架、4第四框架、5网板、6定植网、7拉板、8磁块、9第一螺杆、10第二螺杆、11转杆、12插地销

3.2 具体实施方式

现场施工时，第一螺杆和第二螺杆的端部旋上插地销，第一、二、三、四框架展开后，通过插地销固定在沟渠边坡上。定植网上可种植草木，起到生态防护的作用，搬运时，4个框架折叠后，将插地销从第一螺杆及第二螺杆上旋下，然后将内螺纹管旋在第一螺杆及第二螺杆的相近端完成固定后，可搬运护坡结构。

3.3 技术效果

该装配式护坡结构将第一、二、三、四框架展开后，通过插地销固定在边坡上。搬运时，4个框架折叠，将内螺纹管旋在第一螺杆及第二螺杆的相近端完成固定后，可搬运护坡结构，与现有一体式结构设计的护坡结构相比，该护坡结构为装配式结构设计，可做折叠收复处理，便于搬运。

4 结语

我国在农村小微水体综合整治方面的研究还处于起步阶段，尚未形成系统性的研究成果，本文也是做了一些尝试性的研究工作，提出了3项典型农村小微水体整治实用技术，可为农村小微水体综合整治工程提供借鉴。但还有很多技术问题尚待研究和解决。例如，如何优化小微水体管护模式以确保整治工程长久发挥效益和作用、如何研发一系列满足工程实际需求的农村小微水体整治实用技术、如何恢复农村小微水体的生态效益、景观效益等功能性指标、如何评估农村小微水体综合整治对社会主义新农村建设的影响等等。开展农村小微水体综合整治是乡村振兴水利工作的切入点，对推动生态文明建设、实施乡村振兴战略、改善农村人居环境、建设水美乡村有重要作用。