鄧仁貴，宋文杰，何香建，舒 恩

(湖南省水利水電科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)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(dān)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(shè)密切相關(guān)[1-3]。黨的二十大報(bào)告指出：“安樂(lè)鄉(xiāng)扎實(shí)推進(jìn)人居環(huán)境整治，因地制宜、有序推進(jìn)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(zhì)量大幅提升?！睂?duì)小微水體整治是我黨在新的形勢(shì)下對(duì)振興鄉(xiāng)村、建設(shè)水美鄉(xiāng)村重要戰(zhàn)略部署。

在湖南省水利科技項(xiàng)目“鄉(xiāng)村振興視角下的農(nóng)村小微水體綜合整治對(duì)策及示范研究”的支持下，湖南省水利水電科學(xué)研究院的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和走訪調(diào)查[4-7]，分析總結(jié)出湖南省農(nóng)村小微水體存在的突出問(wèn)題有：溝塘淤塞萎縮、水體流動(dòng)性差、水體污染嚴(yán)重、景觀視覺(jué)效果差等。針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的農(nóng)村小微水體整治實(shí)用技術(shù)，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(fù)等領(lǐng)域，并在湖南省多個(gè)市縣推廣應(yīng)用。本文匯總整理了本研究團(tuán)隊(duì)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(xiàng)典型農(nóng)村小微水體整治技術(shù)的研究成果，以期為農(nóng)村小微水體綜合整治工程提供關(guān)鍵的實(shí)踐技術(shù)。

1 農(nóng)業(yè)廢水收集與再利用技術(shù)

1.1 方案設(shè)計(jì)

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(guò)農(nóng)田或經(jīng)農(nóng)田滲漏排出的水，農(nóng)業(yè)廢水通過(guò)徑流過(guò)程匯入農(nóng)村小微水體，導(dǎo)致水體發(fā)生有機(jī)污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化或有毒有害等其他形式的面源污染。為了對(duì)這些廢水進(jìn)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(duì)污水的過(guò)濾，然后通過(guò)物理、化學(xué)和生物的方法對(duì)農(nóng)業(yè)廢水進(jìn)行處理，避免對(duì)環(huán)境造成污染以及水資源的浪費(fèi)?，F(xiàn)有的農(nóng)業(yè)廢水收集與再利用裝置在使用過(guò)程中，由于污垢以及一些其他雜質(zhì)會(huì)粘在過(guò)濾板上，長(zhǎng)期積累容易發(fā)生堵塞的情況，從而影響過(guò)濾板的過(guò)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(jī)體和過(guò)濾板；過(guò)濾板安裝于廢水處理機(jī)體的內(nèi)部；廢水處理機(jī)體內(nèi)部設(shè)置有刮除機(jī)構(gòu)，刮除機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、固定板和支撐桿，電機(jī)固定安裝于廢水處理機(jī)體頂端，電機(jī)的輸出軸底端固接轉(zhuǎn)動(dòng)桿，且轉(zhuǎn)動(dòng)桿下端貫穿于過(guò)濾板的中部，兩組固定板皆固接于轉(zhuǎn)動(dòng)桿下端的左右兩端，固定板底端設(shè)置有固定架，且固定架底端固接收集網(wǎng)；解決了過(guò)濾板容易發(fā)生堵塞的問(wèn)題，通過(guò)刮除機(jī)構(gòu)，避免了過(guò)濾板上的污垢粘得過(guò)多而影響過(guò)濾的效果，提高了操作的實(shí)用性，節(jié)省了廢水過(guò)濾的時(shí)間，同時(shí)提高了廢水處理的效率。該裝置已申報(bào)取得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒布的實(shí)用新型專利證書(專利號(hào)：ZL 2022211109370)。

圖1 農(nóng)業(yè)廢水收集與再利用裝置結(jié)構(gòu)示意圖(a)裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖，(b)局部正視剖面結(jié)構(gòu)示意圖，(c)局部側(cè)視剖面結(jié)構(gòu)示意圖，(d)A處放大結(jié)構(gòu)示意圖，(e)B處放大結(jié)構(gòu)示意圖圖中：110廢水處理機(jī)體、120過(guò)濾板、210電機(jī)、220轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)把、370連接組件

1.2 具體實(shí)施方式

當(dāng)對(duì)過(guò)濾板進(jìn)行防堵塞操作時(shí)，首先通過(guò)啟動(dòng)電機(jī)，在輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)下，使轉(zhuǎn)動(dòng)桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)支撐桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，由于碾壓輪的外表面貼合于過(guò)濾板的頂端，從而通過(guò)碾壓輪的碾壓，使堵塞在過(guò)濾板上端的污垢進(jìn)行碾碎，然后通過(guò)過(guò)濾板上的過(guò)濾槽落下，在固定板的轉(zhuǎn)動(dòng)下，從而帶動(dòng)刮板進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)刮板將過(guò)濾板底端的污垢進(jìn)行刮除，由于固定架為斜坡式設(shè)計(jì)，在固定架的支撐作用下，便于收集網(wǎng)收集從過(guò)濾板上的過(guò)濾槽內(nèi)部落下的午后以及其他雜質(zhì)，解決了過(guò)濾板容易發(fā)生堵塞的問(wèn)題；通過(guò)清理組件的設(shè)計(jì)，避免雜質(zhì)以及污垢長(zhǎng)期粘在廢水處理機(jī)體的內(nèi)壁，不便于進(jìn)行清理操作；通過(guò)刮除機(jī)構(gòu)，避免了過(guò)濾板上的污垢粘得過(guò)多而影響過(guò)濾的效果，如果過(guò)濾板發(fā)生堵塞情況，則需工作人員將廢水處理機(jī)體底端的擋板上的螺栓取下，然后將擋板取下，再對(duì)過(guò)濾板進(jìn)行疏通操作。

1.3 技術(shù)效果

該技術(shù)裝置通過(guò)啟動(dòng)電機(jī)，從而使轉(zhuǎn)動(dòng)桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)支撐桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)碾壓輪的碾壓，使堵塞在過(guò)濾板上端的污垢進(jìn)行碾碎，然后通過(guò)過(guò)濾板上的過(guò)濾槽落下；通過(guò)刮板將過(guò)濾板底端的污垢進(jìn)行刮除，解決了過(guò)濾板容易發(fā)生堵塞的問(wèn)題；通過(guò)刮除機(jī)構(gòu)，避免了過(guò)濾板上的污垢粘得過(guò)多而影響過(guò)濾的效果，提高了操作的實(shí)用性，節(jié)省了廢水過(guò)濾的時(shí)間，同時(shí)提高了廢水處理的效率。

該技術(shù)裝置通過(guò)將轉(zhuǎn)把進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，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(nèi)部，然后將固定架取下對(duì)內(nèi)部進(jìn)行清理或?qū)ζ溥M(jìn)行更換，解決了收集網(wǎng)內(nèi)部的污垢不便于進(jìn)行清理的問(wèn)題，通過(guò)拆卸機(jī)構(gòu)，便于將收集網(wǎng)取下對(duì)內(nèi)部的污垢進(jìn)行處理操作，提高了操作的易用性，節(jié)省了拆卸的時(shí)間，同時(shí)提高了裝置的適用性。

2 水循環(huán)處理技術(shù)

2.1 方案設(shè)計(jì)

農(nóng)村小微水體中的死水塘因污染物聚集、水體流動(dòng)較差導(dǎo)致水質(zhì)較差而被廢棄，整治小微水體首先需要改善水質(zhì)，使靜止的水流動(dòng)，而后通過(guò)增加水中的含氧量，將死水轉(zhuǎn)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(guò)程可能會(huì)耗費(fèi)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(shè)有供氧機(jī)構(gòu)，供氧機(jī)構(gòu)包括缸體，缸體一端固定設(shè)有進(jìn)氣管和排氣管，進(jìn)氣管和排氣管外端分別固定設(shè)有第二單向閥和第一單向閥，缸體內(nèi)部設(shè)有活塞，活塞一側(cè)固定設(shè)有活塞桿，活塞桿一端設(shè)有搖桿并與搖桿一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接。該裝置通過(guò)水流沖刷葉片提供動(dòng)力，帶動(dòng)葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將水流倒入箱體中進(jìn)行殺菌，而后將水流再次導(dǎo)出，以此使得水流流動(dòng)，同時(shí)利用葉片軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)缸體將空氣不斷導(dǎo)入水中，以此增加水中的含氧量，改善水質(zhì)，以解決整治過(guò)程中的能耗問(wèn)題。該裝置已申報(bào)取得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒布的實(shí)用新型專利證書(專利號(hào)：ZL 2020217407637)。

圖2 水體循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)示意圖(a)裝置正視圖，(b)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖，(c)動(dòng)力箱左視剖視圖，(d)缸體剖視圖圖中：1動(dòng)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(zhuǎn)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(jìn)氣管、17第一單向閥、18第二單向閥、19排氣管

2.2 具體實(shí)施方式

將此裝置放置于水面之下，僅留進(jìn)氣管一端探出水面之上，而后，打開(kāi)進(jìn)水閥，水流經(jīng)過(guò)第一濾網(wǎng)簡(jiǎn)單過(guò)濾后進(jìn)入動(dòng)力箱中，水流沖刷葉片，使得葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步使得葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)。水流進(jìn)入動(dòng)力箱后通過(guò)連接孔進(jìn)入箱體中，進(jìn)入箱體中的水經(jīng)過(guò)活性炭吸附其中的雜質(zhì)，同時(shí)打開(kāi)紫外線燈，殺死水中的有害病菌，而后當(dāng)水位上升至排水管處時(shí)，由于葉片軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在葉輪的作用下，水流獲得動(dòng)力，通過(guò)排水管和排水單向閥排出箱體中。與此同時(shí)，葉片軸帶動(dòng)其外端的第一錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合則第二錐齒輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輪軸同時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)輪拉動(dòng)其外端的搖桿移動(dòng)，在搖桿的拉動(dòng)下活塞桿開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，使得缸體內(nèi)部的活塞在缸體的內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞桿拉動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，缸體內(nèi)部氣壓減小，外部的空氣通過(guò)進(jìn)氣管和第二單向閥進(jìn)入缸體中，當(dāng)活塞桿推動(dòng)活塞時(shí)，缸體內(nèi)部的空氣由于活塞的擠壓通過(guò)第一單向閥和排氣管被排入水中。通過(guò)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(zhì)的作用。通過(guò)水流沖刷葉片提供動(dòng)力，帶動(dòng)葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將水流倒入箱體中進(jìn)行殺菌，而后將水流再次導(dǎo)出，以此使得水流流動(dòng)，同時(shí)利用葉片軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)缸體將空氣不斷導(dǎo)入水中，以此增加水中的含氧量，改善水質(zhì)。

2.3 技術(shù)效果

該技術(shù)裝置通過(guò)水流沖刷葉片提供動(dòng)力，帶動(dòng)葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將水流倒入箱體中進(jìn)行殺菌，而后將水流再次導(dǎo)出，以此使得水流流動(dòng)，同時(shí)利用葉片軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)缸體將空氣不斷導(dǎo)入水中，以此增加水中的含氧量，改善水質(zhì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在使得死水流動(dòng)，增加水中含氧量的同時(shí)，無(wú)需使用電力，節(jié)約能源。

3 裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)

3.1 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)農(nóng)村小微水體整治工程中的溝渠岸坡護(hù)砌的施工速度慢、施工質(zhì)量無(wú)法保證且生態(tài)修復(fù)效果不佳等問(wèn)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(hù)坡結(jié)構(gòu)[10]，如圖3所示，該護(hù)坡結(jié)構(gòu)包括第一框架、第二框架、第三框架及第四框架。4個(gè)框架內(nèi)側(cè)的頂部均設(shè)有網(wǎng)板、底部均設(shè)有定植網(wǎng)，網(wǎng)板和定植網(wǎng)均設(shè)置為4個(gè)。該護(hù)坡結(jié)構(gòu)將第一框架、第二框架、第三框架及第四框架展開(kāi)后，通過(guò)插地銷固定在邊坡上。搬運(yùn)時(shí)，4個(gè)框架折疊，將內(nèi)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(yùn)護(hù)坡結(jié)構(gòu)。該護(hù)坡結(jié)構(gòu)為裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可做折疊收復(fù)處理，便于搬運(yùn)。該護(hù)坡結(jié)構(gòu)已申報(bào)取得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒布的實(shí)用新型專利證書(專利號(hào)：ZL 2020229686886)。

圖3 裝配式護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖(a)護(hù)坡結(jié)構(gòu)俯視圖，(b)第一框架縱向剖視圖，(c)網(wǎng)板局部結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)桿、12插地銷

3.2 具體實(shí)施方式

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，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(kāi)后，通過(guò)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(hù)的作用，搬運(yùn)時(shí)，4個(gè)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(nèi)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(yùn)護(hù)坡結(jié)構(gòu)。

3.3 技術(shù)效果

該裝配式護(hù)坡結(jié)構(gòu)將第一、二、三、四框架展開(kāi)后，通過(guò)插地銷固定在邊坡上。搬運(yùn)時(shí)，4個(gè)框架折疊，將內(nèi)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(yùn)護(hù)坡結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)相比，該護(hù)坡結(jié)構(gòu)為裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可做折疊收復(fù)處理，便于搬運(yùn)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)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(xiàng)典型農(nóng)村小微水體整治實(shí)用技術(shù)，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(shù)問(wèn)題尚待研究和解決。例如，如何優(yōu)化小微水體管護(hù)模式以確保整治工程長(zhǎng)久發(fā)揮效益和作用、如何研發(fā)一系列滿足工程實(shí)際需求的農(nóng)村小微水體整治實(shí)用技術(shù)、如何恢復(fù)農(nóng)村小微水體的生態(tài)效益、景觀效益等功能性指標(biāo)、如何評(píng)估農(nóng)村小微水體綜合整治對(duì)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的影響等等。開(kāi)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(diǎn)，對(duì)推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)、實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、改善農(nóng)村人居環(huán)境、建設(shè)水美鄉(xiāng)村有重要作用。