CN103319005A - 一种可移动组装式农田排水沟水质净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其特征是根据农田面源污染程度和农田排水沟渠内水流流速大小情况在原有沟渠旁开挖一或两个分流渠道，分流渠道与原有沟渠大小相同，这样能显著降低水流流速、大幅度增加水力停留时间；用钢筋和钢丝网制作成单体水质净化箱；可根据农田排水沟渠断面尺寸合理选择不同尺寸的单体水质净化器4组合摆放以充满整个沟渠，使尽量多的农田排水流经水质净化器得以处理。优点：可以降低农田面源污染受纳水体富营养化程度和风险，一定程度的吸附农田排水中难以生物降解的农药残留物和有机物。同时，该发明基建工程少、维护管理方便、处理效果好、制作简单、造价低廉。

Description

一种可移动组装式农田排水沟水质净化器
技术领域
本发明涉及的是一种可以降低农田排水沟中氮、磷、有机物和难以生物降解的农药残留物含量的水质净化器。属于农田面源污染控制技术领域。
背景技术
农田面源污染已成为我国众多水体富营养化的主要原因，其贡献率超过了来自城市生活污水和工业的点源污染，农田面源所引发的水污染将会是中国可持续发展的最大挑战之一。由农田排水而产生的农田面源污染物比较复杂，随施入化肥、农药的种类而变化，但一般主要以氮、磷、有机物以及农药残留物为主。有效控制农田面源污染中氮、磷浓度是降低农田面源污染受纳水体富营养化程度的关键措施，同时也是农田面源污染控制研究方面的重要内容。
目前农田面源污染控制技术主要有人工湿地技术、滨岸缓冲带控制技术、生态渠道净化技术等。人工湿地技术和滨岸缓冲带控制技术因其占地面积大，难以适应我国人多地少的国情，在推广和应用方面受到了一定程度的限制，尤其在经济发达人、地矛盾突出的地区这种限制更为严重。生态沟渠是一种对农田排水沟渠中污染物质进行原位生态拦截的生态工程技术，虽然可以较好地协调人、地矛盾，但是与人工湿地技术、滨岸缓冲带控制技术同样具有基建工程多，现场施工复杂，管理难度大等问题。总之，现有面源污染控制技术的推广和应用情况并不理想。CN201110036371.1公布了一种构建农田排水生态净化系统的方法，通过在农田排水沟渠末端、农田排水涵管之前设置椭圆形生态缓冲区，在生态缓冲区内种植易吸收N、P营养元素的水生植物，在农田排水涵洞内设置农田排水生态净化筒，生态净化筒，净化筒上设置生物净化环。农田排水流经该系统得到净化。该专利虽然没有上述技术所具有的问题，但是应用范围仅适用于农田沟道末端具有排水涵管的渠道，且受排水涵管长短的影响，同时椭圆形生态缓冲区植物的管理也不方便。目前，不需要或需要较少基建工程、现场安装方便、可直接用于沟渠中对农田排水进行净化的成型装置系统尚不多见。
发明内容
本发明提供一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其目的克服农田面源污染问题，通过在农田排水沟渠内直接放置水质净化器，有效控制农田面源污染中氮磷的浓度，从而降低农田面源污染受纳水体富营养化程度。同时，一定程度的吸附农田排水中难以生物降解的农药残留物和有机物。
本发明的技术解决方案：一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其特征是根据农田面源污染程度和农田排水沟渠内水流流速大小情况在原有沟渠旁开挖1或2个分流渠道，分流渠道与原有沟渠大小相同，这样能显著降低水流流速、大幅度增加水力停留时间；用钢筋和钢丝网制作成单体水质净化箱；根据农田排水沟渠断面尺寸合理选择不同尺寸的单体水质净化器组合摆放以充满整个沟渠，使尽量多的农田排水流经水质净化器得以处理。
本发明的优点：（1）基建工程少，远小于现有农田面源控制技术的基建工程量，该处理装置仅需在农田排水沟渠末端旁侧开挖一定长度的分流渠道以达到降低流速增加停留时间的目的；（2）维护管理方便，生物净化球上的生物膜老化或活性炭吸附饱后可方便及时的进行处理和更新，若遇下雨期间或洪水期农田排水流量非常大的情况，为避免堵塞沟渠可以取出原有农田排水沟渠内的水质净化器而不影响原有沟渠的排水能力；（3）处理效果好，水质净化器内的生物净化球降低了农田面源污染中氮、磷的浓度，减少了受纳水体富营养化的风险和程度，净化箱内的活性炭吸附了水中部分难以生物降解的农药残留物；（4）制作简单、造价低廉，可实现工厂化生产，不受时间、季节、地点等的限制。
附图说明
附图1是农田排水沟渠开挖两条分流渠道的平面示意图。
附图2是水质净化器在农田排水沟渠中摆放的平面示意图。
附图3是生物球示意图。
附图4是水质净化器在农田排水沟渠中组合摆放立体图。
附图5是水质净化器示意图。
图中的1是农田，2是农田排水沟渠，3是分流渠道，4是单体水质净化器，5是聚烯烃塑料骨架，6是以醛化纤纶为材料的软性纤维填料，7是钢筋，8是生物净化球，9是铁丝网，10是活性炭。
具体实施方式
对照图1和图2，一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其特征是根据农田1面源污染程度和农田排水沟渠2内水流流速大小情况在原有沟渠旁开挖1或2个分流渠道3，分流渠道与原有沟渠大小相同，这样能显著降低水流流速、大幅度增加水力停留时间；用钢筋7和钢丝网9制作成单体水质净化箱4；可根据农田排水沟渠断面尺寸合理选择不同尺寸的单体水质净化器4组合摆放以充满整个沟渠，使尽量多的农田排水流经水质净化器得以处理。
  所述的流经水质净化器的农田排水在可移动组装式农田排水沟水质净化器组合体中的水力停留时间不小于6分钟。
对照附图3，所述的单体水质净化器内的生物净化球8由聚烯烃塑料制成球形的聚烯烃塑料骨架5与以醛化纤纶为材料的软性纤维填料6构成，其比表面积范围为1500～3500m2/m3，密度为2.5～6kg/m3，生物球净化球直径为5cm。
对照图4，农田面源污染控制的单体水质净化器4，以φ10的钢筋7作为其骨架，以钢丝网9作为其6个面，钢丝网6的孔径略小于生物净化球8和活性炭10的大小，钢丝网9可拦截水中较大的悬浮物，防止水质净化器4内发生堵塞和填料流失。水质净化器4上方的铁丝网9设置为可开启式，方便水质净化器4内填料的更换。
单体水质净化器4尺寸可以设计为120cm×30cm×30cm、120cm×40cm×40cm、120cm×50cm×50cm等。
单体水质净化器4内部用塑料丝网9分割成4个部分，4个部分的比例分别为2:1:2:1。体积为2的部分填充生物净化球8，其主要作用为截留净化农田排水中的氮磷和容易生物降解的有机物；体积为1的部分填充活性炭10，其主要作用为吸附难以生物降解的农药残留和有机物。
使用时，根据农田面源污染程度和农田排水沟渠内水流流速大小情况在原有沟渠旁开挖1或2个分流渠道，该系统在投入使用一段时间后，需将水质净化器4从农田排水沟渠2中取出，对其中的填料进行更换以保证处理效果。水质净化器4内生物净化球8上生物膜老化、活性炭吸附饱和后，将其取出，经过再生后进行循环使用。若遇下雨期间或洪水期农田排水流量非常大的情况，为避免堵塞沟渠可以取出农田排水沟渠2内的水质净化器4而不影响原有沟渠的排水能力，分流渠道3内的水质净化器4不必取出仍旧处理农田排水。
实施例
苏南某村一稻田排水沟渠，渠道宽1.5m，水面宽度1.2m ，水深0.8m ，水流流速0.23m/s。在该农田排水沟末端开挖两条宽1.5m，长30m，深1m的分流渠道。水流流经排水沟末端开挖分流渠道部分流速为0.8m/s。用120cm×40cm×40cm尺寸的水质净化器叠放充满分流渠道和原有渠道。
在本实例的的条件下，由实例数据可知，农田排水中的CODCr的去除率可达到38%、TP、TN、NH3-N的去除率也可达到30％左右；生物净化球上的生物膜在10天左右的时候挂膜完成，处理效率达到最高水平，活性炭在第15天之后吸附容量明显减小或者吸附饱和，需要更新。
表1农田排水流经水质净化器前后水质
Figure 596691DEST_PATH_IMAGE001
用钢筋和钢丝网制作成单体净化箱框架，铁丝网可以截留较大的悬浮物，防止净化箱内发生堵塞和填料流失，净化箱上方铁丝网设置为可开启式，方便更换其中填料。为最大程度的降低氮磷浓度、尽量多的吸附难以生物降解的农药残留物，并兼顾制造成本的因素，净化箱内部用塑料丝网分隔为4个部分，4个部分的体积比为2:1:2:1。体积为2的部分填充生物净化球，由聚烯烃塑料制成球形的空心骨架与以醛化纤纶为材料的软性纤维填料构成，以醛化纤纶为材料的软性纤维填料比表面积大、造价低、耐冲击、效果稳定等优点。该发明中软性纤维填料比表面积范围为1500～3500m2/m3，密度为2.5～6kg/m3。生物净化球主要作用为截留净化农田排水中的氮磷和容易生物降解的有机物；体积为1的部分填充活性炭，其主要作用为吸附难以生物降解的农药残留和有机物。单体净化箱尺寸可以设计为120cm×30cm×30cm、120cm×40cm×40cm、120cm×50cm×50cm等。为使尽量多的农田排水流经水质净化器得以处理，可根据农田排水沟渠断面尺寸合理选择不同尺寸的水质净化器组合摆放以充满整个沟渠。根据农田面源污染程度和农田排水沟渠内水流流速大小情况在农田排水沟末端开挖分流渠道，根据具体情况可以在原有沟渠旁开挖1或2个分流渠道，分流渠道与原有沟渠大小相同，可以分流二分之一或三分之二的流量，这样可以显著降低水流流速、大幅度增加停留时间从而最大化水质净化器净化能力，农田排水在该可移动组装式农田排水沟水质净化器组合体中的水力停留时间不小于6分钟。若遇下雨期间或洪水期农田排水流量非常大的情况，为避免堵塞沟渠可以取出原有农田排水沟渠内的水质净化器而不影响原有沟渠的排水能力，分流渠道内的水质净化器不必取出仍旧处理农田排水。水质净化器运行一段时间生物净化球上的生物膜老化或活性炭吸附饱后，可方便地将水质净化器取出对生物净化球、活性炭同时或分别进行处理与更新。

Claims (6)

1.一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其特征是根据农田面源污染程度和农田排水沟渠内水流流速大小情况在原有沟渠旁开挖1或2个分流渠道，分流渠道与原有沟渠大小相同，这样能显著降低水流流速、大幅度增加水力停留时间；用钢筋和钢丝网制作成单体水质净化箱；根据农田排水沟渠断面尺寸合理选择不同尺寸的单体水质净化器组合摆放以充满整个沟渠，使尽量多的农田排水流经水质净化器得以处理。
2.根据权利1所述的一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其特征是所述的单体水质净化器以φ10的钢筋作为其骨架，以钢丝网作为其6个面，水质净化器上方的铁丝网设置为可开启式，钢丝网的孔径略小于生物净化球的直径；单体水质净化器尺寸设计为120cm×30cm×30cm或120cm×40cm×40cm或120cm×50cm×50cm等。
3. 根据权利要求2所述的一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其特征是所述的单体水质净化器内部用塑料丝网分隔为4个部分，4个部分的体积比为2:1:2:1；体积为2的部分填充生物净化球，用来截留净化农田排水中的氮磷和容易生物降解的有机物；体积为1的部分填充活性碳用来吸附难以生物降解的农药残留和有机物。
4.根据权利1所述的一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其特征是所述的流经水质净化器的农田排水在可移动组装式农田排水沟水质净化器组合体中的水力停留时间不小于6分钟。
5.根据权利3所述的一种可移动组装式农田排水沟水质净化器，其特征是所述的单体水质净化器内的生物净化球由聚烯烃塑料制成球形的聚烯烃塑料骨架与以醛化纤纶为材料的软性纤维填料构成，其比表面积范围为1500～3500m2/m3，密度为2.5～6kg/m3，生物球净化球直径为5cm。
6.根据权利1所述的一种可移动组装式农田排水沟水质净化器的使用方法，其特征是根据农田面源污染程度和农田排水沟渠内水流流速大小情况在原有沟渠旁开挖1或2个分流渠道，若遇下雨期间或洪水期农田排水流量非常大的情况，为避免堵塞沟渠取出原有农田排水沟渠内的单体水质净化器而不影响原有沟渠的排水能力，分流渠道内的单体水质净化器不必取出仍旧处理农田排水。
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