CN105417715A - 一种交替式防堵人工湿地及其在有机稻灌溉中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种交替式防堵人工湿地及其在有机稻灌溉中的应用，其特征是：包括收集雨水和农业分散式污水的调节池以及人工湿地反应器两大部分，其中：所述收集雨水和农业分散式污水的调节池建设在有机稻种植区的排管系统上游，有机种植区建设在人工湿地反应器下游；工艺流程为：格栅→调节池→人工湿地→农业灌溉。其应用是主要是处理雨水和分散农户的种植废水，使其达到种植有机稻灌溉用水的质量标准，灌溉种植有机稻，生产绿色食品。

Description

一种交替式防堵人工湿地及其在有机稻灌溉中的应用

技术领域

本发明涉及人工湿地，具体是一种交替式防堵人工湿地及其在有机稻灌溉中的应用。

背景技术

人工湿地是人工制造的处理废水的设施，传统的人工湿地填料多为分层布设，也不交替进、出水，所以极易堵塞，难以持久运行，不适宜处理灌溉用水。

有机稻的种植越来越受到人们的重视，但有机稻种植对环境条件要求高，对灌溉水要求达到灌溉水质标准GB5084-92的有关规定。

同时有机稻种植区必须有独立的排灌系统，基地周边要有一定的防护措施，避免常规田块的农药、化肥和水流入或渗入有机田块。但是，由于广西已实行包产到户，有机稻种植区周边存在较多常规田块农业种植、分散居住农户和畜禽养殖场所，即使基地周边建设有相应的防护措施，在广西雨季或水稻种植季节，因降水强度大，致使大量含有农药和化肥的农业种植废水、含有洗涤剂和人用抗生素的农村生活污水、含有大量有害微生物和畜禽用抗生素的畜禽养殖废水进入雨水，并通过有机稻种植区排灌系统渗入、漫入有机稻种植区，进而影响有机稻种植及其有机稻质量。因此，在广西有机稻种植区排灌系统上游开发一种适宜处理雨季初期混合雨水和农业分散式污水的交替式防堵人工湿地，对有机稻种植具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于开发一种交替式防堵人工湿地及其在有机稻灌溉中的应用。

实现本发明目的的技术方案是：

一种交替式防堵人工湿地，包括收集雨水和农业分散式污水的调节池以及人工湿地反应器两大部分，其工艺流程为：格栅→调节池→人工湿地→农业灌溉。

所述收集雨水和农业分散式污水的调节池建设在有机稻种植区的排灌系统上游，利用原有的洼地和水塘建设，或者用混凝土建筑。调节池的容积按有机稻种植区排灌系统上游服务范围内当地30min最大降雨量所计算的混合雨水进行设计。岩溶发育区混凝土浇筑水量调节池容积按服务范围内当地20min最大降雨量所计算混合雨水进行设计。

本发明所处理进水是指进入有机稻种植区的含有抗生素、农药、洗涤剂、有害微生物的初期雨水和农业分散式污水。

调节池收集的待处理农业废水，通过闸阀均匀向交替式防堵人工湿地反应器供水，出流量按在反应器中能停留6小时计算。

本发明所指的交替式防堵人工湿地反应器，其进水、出水由闸阀控制交替运行，交换轮替时间间隔为5d-7d。

所述的交替式防堵人工湿地反应器底部及四周均采用混凝土浇筑；反应器在空间上按三段式分布，其中首、尾二段长度各占35%-40%，中间段长度占20%-30%，设计池长为L，池宽为50%L，池深0.70m-1.50m，有效水深0.5m-1.3m；设计水力停留时间5h-10h。

本发明交替式防堵人工湿地通过水槽进行进水布水、出水集水。布水槽、集水槽大小尺寸相同，槽宽0.3m、长0.5L、池深0.70m-1.50m，有效水深0.5m-1.3m；布水槽、集水槽与填料间采用建筑用穿孔节土砖阻断，利用浆砌建筑用穿孔节土砖的穿孔和缝隙在垂向均匀推流式布水和集水。布水槽、集水槽穿孔节土砖浆砌高出填料表面0.2m要求水泥摸光。

本发明交替式防堵人工湿地进水、出水通过进水渠、出水渠控制，二者断面尺寸以及渠底高度相同，但渠底标高至少要低于填料表面0.5m。

本发明所指的交替式防堵人工湿地填料采用分段布设（而非分层布设），首尾二段所用填料为灰岩、白云质灰岩碎石，碎石粒径范围为20mm-25mm；中间段所用填料也为灰岩、白云质灰岩碎石，但碎石粒径范围为15mm-20mm。

本发明所指交替式防堵人工湿地处理出水在种植时期内可用于有机稻种植区农业灌溉。

在交替式防堵人工湿地实际运行过程中，要定期对格栅拦截漂浮物进行清理，一般1d-2d清理一次。但初期混合雨水会冲刷、携带各种漂浮物，降雨时段初期需及时清理格栅漂浮物，以防发生堵塞。

本发明交替式防堵人工湿地种植植物采用生物量大、生长繁殖快、易种植、易成活、好管理的风车草、美人蕉。

本发明交替式防堵人工湿地在有机稻灌溉中的应用，主要是处理雨水和分散农户的种植废水，使其达到种植有机稻灌溉用水的质量标准，灌溉种植有机稻，生产绿色食品。

本发明优点在于：

（1）交替式防堵人工湿地充分利用人工湿地进、出水交替运行以及填料粒径在反应器沿程方向的变化，改善反应器中水流流态和流向，避免人工湿地出现淤积、堵塞，实现人工湿地连续稳定运行，确保人工湿地处理出水水质，提高有机农产品质量和安全。

（2）交替式防堵人工湿地采用浆砌穿孔节土砖的穿孔和缝隙在垂向均匀布水和出水，利于初期混合雨水等农业废水在反应器中均匀流动和污染物质在横断面上平均分配，确保人工湿地不出现短流，而发挥最大环境效率和效益，提高处理效果。

（3）交替式防堵人工湿地填料采用均质、相似粒径分段布设，而非一般人工湿地分层布设，保证了人工湿地反应器在横截面上的过滤孔隙较为均匀，实现均匀布水、过滤水流流态平稳；填料首尾二段粒径范围为20mm-25mm、中段粒径范围15mm-20mm，不仅保证了各段在横截面上具有较为充分的过滤孔隙，也确保了进、出水交替变化过程中沿程方向滤料孔隙由粗到细的截留效果，确保能够预防初期混合雨水等农业废水中悬浮物，尤其是植物碎屑、黏土的淤积、堵塞；采用灰岩、白云质灰岩碎石，不仅能够提供充分的表面积，利于微生物挂膜，同时也利于碳酸钙、碳酸镁与磷酸盐和硝酸盐等酸性物质发生化学反应，确保处理出水pH稳定，补充广西农业种植过程中酸性土壤所缺少的钙、镁物质，改善有机稻种植区土壤酸碱性。

（4）交替式防堵人工湿地通过种植密植植物及根系、填料附着微生物、填料自身化学物、填料表面积及其彼此间的物理间隙，进行生物化学作用、化学作用、物理化学作用、物理过滤作用，实现对初期混合雨水等农业废水中的污染物充分降解、吸附、截留、沉淀，确保处理出水水质达到有机稻种植规范的相关要求，改善稻田土壤环境，提高有机稻产品品质。

（5）交替式防堵人工湿地宜因地制宜建设，填料宜就地获取，种植植物为本地适生植物，二者均易得价廉，确保了工程投资少，易运行管理，能稳定运行，不出现淤积堵塞，出水水质好、能就地灌溉利用。

附图说明

图1为本发明交替式防堵人工湿地反应器的平面图；

图2为图1的剖视图。

图中：1.进水口2.出水口3.进水明渠4.出水明渠5.布水槽6.出水集水槽7.节土砖8.种植植物9.填料10-1.Z1闸阀10-2.Z2闸阀10-3.Z3闸阀10-4.Z4闸阀。

具体实施方式

参照图1，一种交替式防堵人工湿地，包括收集雨水和农业分散式污水的调节池以及人工湿地反应器两大部分，其工艺流程为：格栅→调节池→人工湿地→农业灌溉。收集雨水和农业分散式污水的调节池建设在有机稻种植区的排管系统上游，利用原地洼地和水塘建设，或者用混凝土建筑。调节池的容积按有机稻种植区排灌系统上游服务范围内当地30min最大降雨量所计算混合雨水进行设计。岩溶发育区混凝土浇筑水量调节池容积按服务范围内当地20min最大降雨量所计算混合雨水进行设计。所处理进水是指进入有机稻种植区的含有抗生素、农药、洗涤剂、有害微生物的初期雨水和农业分散式污水。

参照图1-2，交替式防堵人工湿地反应器底部及四周均采用混凝土浇筑；按调节池容积的7%设计，反应器在空间上按三段式分布，其中首、尾二段长度各占35%-40%，中间段长度占20%-30%，池长为L，池宽为50%L，池深0.70m-1.50m，有效水深0.5m-1.3m；设计水力停留时间5h-10h。

人工湿地反应器设有进水口1、出水口2、进水明渠3、出水明渠4、进水布水槽5、出水集水槽6、布水槽5和出水槽6大小尺寸相同，槽宽0.3m、长0.5L、池深0.70m-1.50m，有效水深0.5m-1.3m；布水槽5、集水槽6与填料9间采用建筑用穿孔节土砖7阻断，利用浆砌建筑用穿孔节土砖7的穿孔和缝隙在垂向均匀推流式布水和集水。布水槽5、集水槽6穿孔节土砖7浆砌高出填料9表面0.2m要求水泥摸光。

人工湿地反应器的进出水通过进水明渠3、出水明渠4上的Z1闸阀10-1、Z2闸阀10-2、Z3闸阀10-3和Z4闸阀10-4控制，开启Z1闸阀10-1和Z3闸阀10-3，关闭Z2闸阀10-2和Z4闸阀10-4；或者开启Z2闸阀10-2和Z4闸阀10-4，关闭Z1闸阀10-1和Z3闸阀10-3，使反应器从相反方向交替进水和出水，交换轮替时间间隔为5d-7d。进水明渠3、出水明渠4二者断面尺寸以及渠底高度相同，但渠底标高至少要低于填料表面0.5m。

交替式防堵人工湿地反应器的填料9采用分段布设，而非分层布设，首尾二段所用填料为灰岩、白云质灰岩碎石，碎石粒径范围为20mm-25mm；中间段所用填料也为灰岩、白云质灰岩碎石，但碎石粒径范围为15mm-20mm。

交替式防堵人工湿地反应器内种植的植物为生物量大、生长繁殖快、易种植、易成活、好管理的风车草、美人蕉，以保障向下部填料上附着微生物充分供氧，同时尽可能大量吸收、降解各种污染物。风车草种植行距为0.2m-0.25m，株距为0.15m-0.20m，种植深度要求兜心低于填料表面0.15m；美人蕉种植行距为0.30m-0.35m，株距为0.25m-0.30m，种植深度要求兜心低于填料表面0.15m，保障人工湿地植物适度密植、全部覆盖。植物种植后，交替式防堵人工湿地需立即进水，确保95%以上种植植物存活。在交替式防堵人工湿地正常运行一段时间后，风车草、美人蕉会出现枯黄枝叶，此时要及时对这些老黄枝叶进行修剪或收割，确保风车草、美人蕉植株生长旺盛。

本发明所指交替式防堵人工湿地处理出水在种植时期内可用于有机稻种植区农业灌溉。

在交替式防堵人工湿地实际运行过程中，要定期对格栅拦截漂浮物进行清理，一般1d-2d清理一次。但初期混合雨水会冲刷、携带各种漂浮物，降雨时段初期需及时清理格栅漂浮物，以防发生堵塞。

应用实施例：

在桂北某有机稻种植区排灌系统上游因地制宜开发一种适宜雨季初期混合雨水处理技术的交替式防堵人工湿地。

该有机稻种植区灌溉渠系上游外围农田种植面积约20公顷，当地最大时降雨量25mm，据此在有机稻种植区灌溉渠系上游防护区选择一水塘作为前置调节池，水塘有效容积300m³，能够截留30min灌溉渠系上游常规田块最大初期混合雨水或农业种植废水。同时，在邻近水塘下游设计建设了一座设计尺寸为13.33m×6.5m×1.5m，人工湿地有效容积为12m×6m×1.3m，水力停留时间为6h的交替式防堵人工湿地。交替式防堵人工湿地进水槽、出水槽尺寸为0.3m×6.0m×1.0m，进出水布水墙尺寸0.3m×6.0m×1.0m，人工湿地首尾二段长4.5m、中段长3m，首尾二段填料粒径20mm-25mm、中段填料粒径15mm-20mm，有效水深1.2m；填料表面种植风车草，种植行距为0.2mm，株距为0.15mm，种植植株兜心低于填料表面0.15m；进出水通过断面尺寸为0.5m×1.2m的渠道及闸阀进行控制，6d进行一次进出水交替变换。经有机稻种植区二年实践检验，该交替式防堵人工湿地运行稳定，没有出现淤积堵塞，出水水质稳定，达到了有机稻灌溉用水水质要求，确保了有机稻种植区的有机稻种植要求，改善了农田生态环境，经济效益、生态环境效益明显。

Claims (10)

1.一种交替式防堵人工湿地，其特征是：包括收集雨水和农业分散式污水的调节池以及人工湿地反应器两大部分，其中：所述收集雨水和农业分散式污水的调节池建设在有机稻种植区的排管系统上游，有机种植区建设在人工湿地反应器下游。

2.根据权利要求1所述的交替式防堵人工湿地，其特征是：所述调节池的容积按有机稻种植区排灌系统上游服务范围内当地30min最大降雨量所计算混合雨水进行设计；岩溶发育区混凝土浇筑水量调节池容积按服务范围内当地20min最大降雨量所计算混合雨水进行设计。

3.根据权利要求1所述的交替式防堵人工湿地，其特征是：所述的人工湿地反应器在空间上按三段式分布，其中首、尾二段长度各占35%-40%，中间段长度占20%-30%，池长为L，池宽为50%L，池深0.70m-1.50m，有效水深0.5m-1.3m；设计水力停留时间5h-10h。

4.根据权利要求1所述的交替式防堵人工湿地，其特征是：所述的人工湿地反应器大小按调节池容积的5-10%设计。

5.根据权利要求1所述的交替式防堵人工湿地，其特征是：所述人工湿地反应器包括进水口、出水口、进水明渠、出水明渠、闸阀、布水槽、集水槽、填料和种植植物，进水口和出水口交替运行，交换轮替时间间隔为5d-7d。

6.根据权利要求5所述的交替式防堵人工湿地，其特征是：所述进水明渠和出水明渠上设置有四个闸阀Z1、Z2、Z3、Z4，通过开启闸阀Z1和闸阀Z3，关闭闸阀Z2和闸阀Z4；或者开启闸阀Z2和闸阀Z4，关闭闸阀Z1和闸阀Z3，使反应器从相反方向交替进水和出水。

7.根据权利要求5所述的交替式防堵人工湿地，其特征是：所述交替式防堵人工湿地通过水槽进行进水布水、出水集水，布水槽、集水槽大小尺寸相同，槽宽0.3m、长0.5L、池深0.70m-1.50m，有效水深0.5m-1.3m；布水槽、集水槽与填料间采用建筑用穿孔节土砖阻断，利用浆砌建筑用穿孔节土砖的穿孔和缝隙在垂向均匀推流式布水和集水；布水槽、集水槽穿孔节土砖浆砌高出填料表面0.2m。

8.根据权利要求5所述的交替式防堵人工湿地，其特征是：所述交替式防堵人工湿地反应器的填料采用分段布设，其中：首尾二段所用填料为灰岩、白云质灰岩碎石，碎石粒径范围为20mm-25mm；中间段所用填料也为灰岩、白云质灰岩碎石，碎石粒径范围为15mm-20mm。

9.根据权利要求5所述的交替式防堵人工湿地，其特征是：交替式防堵人工湿地种植植物采用生物量大、生长繁殖快、易种植、易成活、好管理的风车草、美人蕉。

10.权利要求1-9之一所述交替式防堵人工湿地在有机稻灌溉中的应用，其特征是：是处理雨水和分散农户的种植废水，使其达到种植有机稻灌溉用水的质量标准，灌溉种植有机稻。