CN104071944A - 一种净化农田径流的海菜花大型底栖动物经济湿地系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于处理农田径流的海菜花-大型底栖动物经济湿地系统，包括：农药去除槽，与所述进水槽的出水口连接设置，在所述农药去除槽的槽体中填充有秸秆；湿地单元，与所述农药去除槽的出水口连接设置，所述湿地单元的底部由下向上依次设置有粘土防水层、基质层和淹水层，在所述基质层上种植有海菜花，在所述湿地单元中还投放有螺蛳等。本发明通过装有秸秆的农药去除池为湿地单元去除农药和提供碳源，使得湿地单元中的微生物、海菜花和螺蛳可以形成一个良好的生态循环系统，从而湿地系统可以长期稳定地运行。并且湿地单元中的海菜花和螺蛳具有较高的经济价值，可进一步提高该湿地的经济性能。

Description

一种净化农田径流的海菜花大型底栖动物经济湿地系统

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种利用装有秸秆的农药去除池为湿地单元去除农药和提供碳源，从而能长期稳定运行的海菜花—大型底栖动物经济湿地系统。 

背景技术

农田面源污染已经成为多数河流湖泊的主要污染源，而农田径流是农田面源污染的主要来源之一。农田径流是一种典型的低污染水，其中含有氮、磷和残留农药等多种污染物，具有浓度低、水质水量波动性大等特征，如何针对农田径流开发经济易行的技术是研究的热点。目前用于处理农田径流的技术主要有湿地处理技术、植被缓冲带处理技术、生物膜处理技术等，其中湿地技术由于具有投资少、运行成本低等特点得到了最为广泛的应用。湿地处理技术用于处理农田径流的原理在于：当农田径流经过湿地时，流速得到减缓，同时人工湿地中的基质、植物和微生物形成一个有效的处理系统，利用三者的协同作用，通过截留过滤、吸附、沉淀、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物降解等过程实现农田径流的净化。  

现有技术中，中国专利文献CN102561254A公开了一种设置在河道两侧的湿地处理系统，该系统包括设置在河道沿岸两侧的生态截污沟、位于生态截污沟出口处的人工湿地以及设置在河道两岸内则的、由挺水植物-湿生植物-灌木和乔木组成的河道护岸，其中，所述人工湿地包括湿地植物和湿地填料，所述湿地植物选用芦苇、美人蕉、香蒲或风车草中的一种或多种的混合，所述湿地填料则选用粉煤灰、沸石、干渣或石灰岩中的一种或多种的混合。该系统通过在河道沿岸外两侧建设生态截污沟，使得农田径流不直接进入河道，而是通过人工湿地处理后再排入河道，农田径流中氨氮、总氮、总磷的含量均大幅度下降，从而避免了农田径流与河流水体混合后影响水体水质的现象。 

上述现有技术中的湿地系统虽然能够实现农田径流中氮、磷的有效去除，但其存在以下问题：第一，上述湿地系统主要选择芦苇、美人蕉、香蒲或风车草湿地植物与微生物构成湿地净化系统，其主要考虑湿地净化效果，而忽视了湿地中植物的经济价值，并且就对出水氮、磷要求很高的湿地而言，该湿地中的生态系统难以长久维持，在长期运行后植物容易发生死亡。第二，上述湿地系统虽能够有效去除氮、磷，但很难去除农田径流中的残留农药，从而导致湿地中的大型底栖动物难以存活，存在湿地淤积加速、快速失效的问题。 

由于上述问题，现有技术中的湿地系统要实现长期稳定运行，就必须要投入大量的人力、财力成本对湿地中的植物进行维护管理，否则就会导致湿地瘫痪，影响湿地处理系统的正常运行和出水水质。因此如何开发一种能够长期稳定运行的、具有较高经济价值的、适用于农田径流的湿地处理系统，是现有技术尚未解决的难题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中用于处理农田径流的湿地处理系统实现长期稳定运行所需成本较高的问题，进而提供一种具有较高经济价值的、能够长期稳定运行的湿地处理系统。 

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为： 

一种净化农田径流的海菜花—大型底栖动物经济湿地系统，包括：

农药去除槽，在所述农药去除槽的槽体中填充有秸秆；

湿地单元，与所述农药去除槽的出水口连接设置，所述湿地单元的底部由下向上依次设置有粘土防水层、基质层和淹水层，在所述基质层上种植有海菜花，在所述湿地单元中还投放有大型底栖动物。

所述大型底栖动物为螺蛳或者蚌。 

在所述农药去除槽前还设置有进水槽，所述农药去除槽与所述进水槽的出水口连接设置。 

所述湿地单元中投放有螺蛳，所述螺蛳的投放密度大于10个/m2；所述湿地单元中种植的海菜花为50~80cm的成苗；所述海菜花的种植密度为3~5簇/m2，其中每簇有3~5根海菜花。 

所述螺蛳中，成螺、幼螺和子螺的比例为1：4：4，雄性螺蛳和雌性螺蛳的比例为1：1。 

所述基质层的氮含量为0.8~3.0g/kg，磷含量为0.3~1.0g/ kg；所述粘土防水层由粒径<5μm的粘土颗粒组成。 

所述湿地单元中的粘土防水层和基质层的厚度大于5cm，所述淹水层的深度为80~150cm；所述农药去除槽中填充的秸秆厚度为0.8~1.2m。 

所述秸秆为玉米秸秆、大豆秸秆、水稻秸秆中的一种或者多种。 

所述秸秆在填充至所述农药去除槽前进行如下预处理： 

（1）通过自然风干，使所述秸秆的含水率小于5%；

（2）对风干后的秸秆做破碎处理，形成长度小于3cm的秸秆碎片；

（3）对所述秸秆进行压实处理，直至密度>200kg/ m3。 

所述湿地单元的水力负荷为0.02~1.0m3/m2·d；所述农药去除槽的水力负荷为1~50m3/m2·d。 

本发明所述的用于处理农田径流的海菜花-大型底栖动物人工湿地系统，优点在于： 

（1）本发明所述的用于处理农田径流的人工湿地系统，农田径流首先进入农药去除池，其池体内秸秆可吸附去除农药和SS，为后续湿地内螺蛳和海菜花的生长提供了良好的保障。更重要的是，在湿地运行期间，农药去除槽中的秸秆腐烂后会为后续的湿地单元提供一定的碳源，碳源的存在有助于湿地单元中的微生物进行繁殖，微生物的良性繁殖有利于促进氮磷的去除，同时可使湿地中的硅藻等藻类维持在一定的数量。藻类是大型底栖动物的食物来源，大型底栖动物食用湿地内藻类，所排放的粪便可被海菜花生长利用，而海菜花属于对营养物需求较低的植物，在低浓度农田径流地污染水中也能够生长良好，不会因缺乏营养物而生长缓慢或者死亡。同时海菜花在生长过程中能够不断降解水体中营养物，达到水体净化的作用。海菜花是一种大型清水种多年生沉水植物，食用价值很高，是国家Ⅱ级保护濒危物种，对水体营养含量要求低，还可以改善水下光照和溶解氧，为其它水生生物提供赖以生存的环境基础，属于抑藻与水质净化的优选物种。在水生态系统中引入大型底栖动物，还可以提高颗粒性有机物的可溶化、无机化以及可生化性，提高水质的净化效果，改善植物吸收以及微生物的基质条件，促进微生物的生长和活性，本发明中所述大型底栖动物优选为螺蛳。

总之，本发明采用秸秆农药去除池去除农药和提供碳源，结合清水种多年生经济型沉水植物海菜花适于农田径流低污染水生长、经济型大型底栖动物防止湿地淤积的特点，使得湿地单元中的微生物、螺蛳和海菜花可以形成一个良好的生态循环系统，使湿地系统可以长期稳定地运行。并且湿地单元中的底栖动物具有较高的经济价值，可进一步提高湿地的经济性能。 

（2）本发明所述的用于处理农田径流的人工湿地系统，限定所述秸秆在填充至所述农药去除槽前进行预处理：通过自然风干，使所述秸秆的含水率小于5%；对风干后的秸秆做破碎处理，形成长度小于3cm的秸秆碎片；对所述秸秆进行压实处理，直至密度大于200kg/ m3。通过预处理，秸秆与进水的接触面积能够得到显著提高，吸附效果更好。 

（3）本发明所述的用于处理农田径流的人工湿地系统，限定所述农药去除槽的槽体中填充的秸秆每半年更换1次，且每次更换时先更换槽体前半部的秸秆，再更换槽体后半部分的秸秆。这样设置的优点在于：秸秆浸水半年已有部分腐烂，腐烂的秸秆会释放碳。先更换完槽体前半部的秸秆，再更换槽体后半部分的秸秆，可以使农药去除槽稳定运行。 

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面结合具体实施方式和附图对本发明的内容作进一步详细的说明。 

附图说明

如图1所示是本发明所述的用于处理农田径流的人工湿地系统的示意图； 

其中，附图标记为：

1—进水槽；2—农药去除槽；3—湿地单元；4—基质层；5—海菜花；6—螺蛳；7—粘土防水层。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述的用于处理农田径流的人工湿地系统如图1所示，包括进水槽1、与所述进水槽1的出水口连接设置的农药去除槽2、与所述农药去除槽2的出水口连接设置的湿地单元3。其中，农药去除槽2的槽体长度为1.2m，深度为0.9m。在所述农药去除槽2的槽体中填充有秸秆，秸秆的厚度为0.8m。本实施例中的所述秸秆是长度小于3cm的玉米秸秆碎片，所述槽体中填充的秸秆密度为210kg/m3。

所述湿地单元3的底部由下向上依次设置有粘土防水层7、基质层4和淹水层，其中所述粘土层的厚度为30cm，所述基质层4的厚度为20cm，所述淹水层的深度为90cm。所述基质层4由土壤组成，所述土壤中氮含量为1.0g/kg，磷含量为0.6g/ kg；所述粘土防水层7由粒径<5μm的粘土颗粒组成。 

本实施例在所述基质层4上种植有海菜花5，所述海菜花5为50cm的成苗。在所述湿地单元3中还投放有螺蛳6，螺蛳6的投放密度为10个/m2，所述螺蛳6中，成螺、幼螺和子螺的比例为1：4：4，雄性螺蛳6和雌性螺蛳6的比例为1：1。 

本实施例所述的人工湿地系统的运行过程为： 

农田径流先进入本实施例所述的进水槽1，再由进水槽1顶部溢流至农药去除槽2，在所述农药去除槽2中，农田径流中的大部分残留农药和SS被去除，所述农药去除槽2的出水再进入所述湿地单元3，本实施例所述湿地单元3的水力负荷为0.05m3/m2·d，所述农药去除槽2的水力负荷为2.0m3/m2·d。在运行过程中，本实施例所述农药去除槽2的槽体中填充的秸秆每半年更换1次，每次更换时先更换槽体前半部的秸秆，再更换槽体后半部分的秸秆。

实施例2

本实施例所述的用于处理农田径流的人工湿地系统如图1所示，包括进水槽1、与所述进水槽1的出水口连接设置的农药去除槽2、与所述农药去除槽2的出水口连接设置的湿地单元3。其中，农药去除槽2的槽体长度为3m，深度为1.5m。在所述农药去除槽2的槽体中填充有秸秆，秸秆的厚度为1.2m。本实施例中的所述秸秆是长度小于3cm的大豆秸秆碎片，所述槽体中填充的秸秆密度为220kg/m3。

所述湿地单元3的底部由下向上依次设置有粘土防水层7、基质层4和淹水层，其中所述粘土层的厚度为6cm，所述基质层4的厚度为20cm，所述淹水层的深度为80cm。所述基质层4由土壤组成，所述土壤中氮含量为0.8g/kg，磷含量为0.3g/ kg；所述粘土防水层7由粒径<5μm的粘土颗粒组成。 

本实施例在所述基质层4上种植有海菜花5，所述海菜花5为80cm的成苗。在所述湿地单元3中还投放有螺蛳6，螺蛳6的投放密度为15个/m2，所述螺蛳6中，成螺、幼螺和子螺的比例为1：4：4，雄性螺蛳6和雌性螺蛳6的比例为1：1。 

本实施例所述的人工湿地系统的运行过程为： 

农田径流先进入本实施例所述的进水槽1，再由进水槽1顶部溢流至农药去除槽2，在所述农药去除槽2中，农田径流中的大部分残留农药和SS被去除，所述农药去除槽2的出水再进入所述湿地单元3，本实施例所述湿地单元3的水力负荷为1.0m3/m2·d，所述农药去除槽2的水力负荷为50m3/m2·d。在运行过程中，本实施例所述农药去除槽2的槽体中填充的秸秆每半年更换1次，每次更换时先更换槽体前半部的秸秆，再更换槽体后半部分的秸秆。

实施例3

本实施例所述的用于处理农田径流的人工湿地系统如图1所示，包括进水槽1、与所述进水槽1的出水口连接设置的农药去除槽2、与所述农药去除槽2的出水口连接设置的湿地单元3。其中，农药去除槽2的槽体长度为1.2m，深度为0.9m。在所述农药去除槽2的槽体中填充有秸秆，秸秆的厚度为0.8m。本实施例中的所述秸秆是长度小于3cm的水稻秸秆碎片，所述槽体中填充的秸秆密度为220kg/m3。

所述湿地单元3的底部由下向上依次设置有粘土防水层7、基质层4和淹水层，其中所述粘土层的厚度为20cm，所述基质层4的厚度为5.5cm，所述淹水层的深度为150cm。所述基质层4由土壤组成，所述土壤中氮含量为3.0g/kg，磷含量为1.0g/ kg；所述粘土防水层7由粒径<5μm的粘土颗粒组成。 

本实施例在所述基质层4上种植有海菜花5，所述海菜花5为60cm的成苗。在所述湿地单元3中还投放有螺蛳6，螺蛳6的投放密度为15个/m2，所述螺蛳6中，成螺、幼螺和子螺的比例为1：4：4，雄性螺蛳6和雌性螺蛳6的比例为1：1。 

本实施例所述的人工湿地系统的运行过程为： 

农田径流先进入本实施例所述的进水槽1，再由进水槽1顶部溢流至农药去除槽2，在所述农药去除槽2中，农田径流中的大部分残留农药和SS被去除，所述农药去除槽2的出水再进入所述湿地单元3，本实施例所述湿地单元3的水力负荷为0.05m3/m2·d，所述农药去除槽2的水力负荷为2.0m3/m2·d。在运行过程中，本实施例所述农药去除槽2的槽体中填充的秸秆每半年更换1次，每次更换时先更换槽体前半部的秸秆，再更换槽体后半部分的秸秆。

实施例4

本实施例所述的用于处理农田径流的人工湿地系统包括进水槽1、与所述进水槽1的出水口连接设置的农药去除槽2、与所述农药去除槽2的出水口连接设置的湿地单元3。其中，农药去除槽2的槽体长度为1.2m，深度为0.9m。在所述农药去除槽2的槽体中填充有秸秆，秸秆的厚度为0.8m。本实施例中的所述秸秆是长度小于3cm的水稻秸秆碎片，所述槽体中填充的秸秆密度为220kg/m3。

所述湿地单元3的底部由下向上依次设置有粘土防水层7、基质层4和淹水层，其中所述粘土层的厚度为20cm，所述基质层4的厚度为5.5cm，所述淹水层的深度为150cm。所述基质层4由土壤组成，所述土壤中氮含量为3.0g/kg，磷含量为1.0g/ kg；所述粘土防水层7由粒径<5μm的粘土颗粒组成。 

本实施例在所述基质层4上种植有海菜花5，所述海菜花5为60cm的成苗。在所述湿地单元3中还投放有河蚌，河蚌的投放密度为15个/m2，其中雄性河蚌和雌性河蚌的比例为1：1。 

本实施例所述的人工湿地系统的运行过程为： 

农田径流先进入本实施例所述的进水槽1，再由进水槽1顶部溢流至农药去除槽2，在所述农药去除槽2中，农田径流中的大部分残留农药和SS被去除，所述农药去除槽2的出水再进入所述湿地单元3，本实施例所述湿地单元3的水力负荷为0.05m3/m2·d，所述农药去除槽2的水力负荷为2.0m3/m2·d。在运行过程中，本实施例所述农药去除槽2的槽体中填充的秸秆每半年更换1次，每次更换时先更换槽体前半部的秸秆，再更换槽体后半部分的秸秆。

实验例

为了证明本发明所述的人工湿地系统的技术效果，本发明设置了实验例对实施例1所述人工湿地系统的农田径流进水、农药去除槽2的出水以及湿地单元3的出水水质指标进行检测，结果如下表所示：

从实验结果可以看出，经本发明所述的人工湿地系统处理后，农田径流中的氮、磷、悬浮颗粒物和残留农药值均大幅度降低。并且本发明中所述人工湿地系统在运行过程中，其湿地单元中的海菜花5可长期保持良好的生长，无需进行维护和补充种植，大大降低了系统的管理成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (10)

1.一种净化农田径流的海菜花—大型底栖动物经济湿地系统，其特征在于，包括：

农药去除槽，在所述农药去除槽的槽体中填充有秸秆；

湿地单元，与所述农药去除槽的出水口连接设置，所述湿地单元的底部由下向上依次设置有粘土防水层、基质层和淹水层，在所述基质层上种植有海菜花，在所述湿地单元中还投放有大型底栖动物。

2.根据权利要求1所述的经济湿地系统，其特征在于，所述大型底栖动物为螺蛳或者蚌。

3.根据权利要求1所述的经济湿地系统，其特征在于，在所述农药去除槽前还设置有进水槽，所述农药去除槽与所述进水槽的出水口连接设置。

4.根据权利要求1-3任一所述的经济湿地系统，其特征在于，所述湿地单元中投放有螺蛳，所述螺蛳的投放密度大于或者等于10个/m2；所述湿地单元中种植的海菜花为50-80cm的成苗；所述海菜花的种植密度为3-5簇/m2，其中每簇有3-5根海菜花。

5.根据权利要求4所述的经济湿地系统，其特征在于，所述螺蛳中，成螺、幼螺和子螺的比例为1：4：4，雄性螺蛳和雌性螺蛳的比例为1：1。

6.根据权利要求1-5任一所述的经济湿地系统，其特征在于，所述基质层的氮含量为0.8-3.0g/kg，磷含量为0.3-1.0g/ kg；所述粘土防水层由粒径<5μm的粘土颗粒组成。

7.根据权利要求1-6任一所述的经济湿地系统，其特征在于，所述湿地单元中的粘土防水层和基质层的厚度大于5cm，所述淹水层的深度为80-150cm；所述农药去除槽中填充的秸秆厚度为0.8-1.2m。

8.根据权利要求1-7任一所述的经济湿地系统，其特征在于，所述秸秆为玉米秸秆、大豆秸秆、水稻秸秆中的一种或者多种。

9.根据权利要求8所述的经济湿地系统，其特征在于，所述秸秆在填充至所述农药去除槽前进行如下预处理：

（1）通过自然风干，使所述秸秆的含水率小于5%；

（2）对风干后的秸秆做破碎处理，形成长度小于3cm的秸秆碎片；

（3）对所述秸秆进行压实处理，直至密度>200kg/ m3。

10.根据权利要求1-9任一所述的用于处理农田径流的人工湿地系统，其特征在于，所述湿地单元的水力负荷为0.02-1.0m3/m2 d；所述农药去除槽的水力负荷为1-50m3/m2 d。