CN106865891B - 一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统，包括吸附池和吸收净化坡地；吸附池位于具有坡度的沟渠或小河的岸上，并与河道平行设置；吸附池为长方体结构，长方体结构靠近稻田的一侧设置有进水口，进水口用于接纳稻田的排水，长方体结构底部设有若干出水口，吸附池的建造材料由秸秆和混凝土复合而成，吸附池内填充有吸附填料；吸收净化坡地位于吸附池和河道之间，与吸附池平行；吸收净化坡地分为两阶，第一阶与吸附池相连，第一阶设有过滤层和土壤层，过滤层填充砾石颗粒，土壤层种植绿化植物或低矮树木，第二阶设有吸收氧化层和作物种植层，吸收氧化层由吸收氧化质、细砂和粗砂混合组成，作物种植层种植农作物。
Description
技术领域
本发明涉及水环境治理技术领域，尤其是一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统。
背景技术
大量氮磷等营养元素通过农田排水等方式进入水体，带来的水体富营养化问题日益严峻。中国的水体富营养化一半以上是由农业面源污染造成，甚至危及饮用水的安全，而磷循环相对于氮和其他营养元素循环要长得多，不易从水体中迁移去。因而，磷通常是水中微生物藻类生长的限制因素，是水体富营养化的主要原因。因而，减少农业排水磷的输出对于控制地表水体富营养化具有重要意义。
另一方面，水稻是世界上仅次于小麦和玉米的第三大作物。在我国，水稻种植总面积约0.3亿hm2，水稻产量约占我国粮食总产量的50％。每生产1kg稻谷，相应的产生1～1.5kg稻草秸秆，稻草秸秆因为热值低、营养含量低的原因不适于发电和用作饲料，其中有60％无法有效利用而废弃，不但造成了大量的生物质能源浪费，也对环境造成了一定的负面影响。
发明内容
本发明的目的是解决稻田排水中所含的氮磷污染河道和氮磷污染造成的水体富营养化和藻华等环境问题，本发明提供一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统，设计科学合理，布置方便，运行成本低。
本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统，包括吸附池和吸收净化坡地。
所述的吸附池位于具有坡度的沟渠或小河的岸上，并与河道平行设置。所述的吸附池为长方体结构，吸附池上设置有盖板，长方体结构靠近稻田的一侧设置有若干进水口，进水口用于接纳稻田的排水，长方体结构底部设有若干出水口，将水排入吸收净化坡地。
为减少泥土淤积和确保水流通畅，作为优选，所述的吸附池长方体结构底部设置有向河道倾斜的斜坡。
所述吸附池的建造材料的制备方法为：
(1)水稻秸秆的挑选、晾晒、破碎、过筛；
(2)筛分后的秸秆浸入质量浓度2～8％的氢氧化钠溶液中5～12小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗；
(3)把冲洗后的秸秆浸入质量浓度1～5％的硅酸钠或硫酸铜溶液中5～15分钟，再放置5～12小时；
(4)把步骤(3)的产物与水泥、高岭土按质量比5％：50～65％：30～45％混合均匀，再加水搅拌5～15分钟成复合浆料；
(5)根据吸附池的设计大小，用复合浆料浇筑成型、脱模、养护3～5天。
吸附池内填充有吸附填料，吸附填料的制备方法为：
①水稻秸秆的挑选、晾晒、切割；
②切割后的秸秆浸入质量浓度2～5％的氢氧化钠溶液中30～48小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗至中性；
③把冲洗后的秸秆浸入质量浓度8～15％的氯化钙溶液中20～24小时；
④把步骤③浸泡后的秸秆在105℃条件下烘干；
⑤把烘干后的秸秆放入管式炉中炭化，以20℃/min升至600～800℃，炭化1～2小时，缓慢冷却至室温，制成吸附填料。
所述吸收净化坡地位于吸附池和河道之间，与吸附池平行；吸收净化坡地分为两阶，第一阶与所述吸附池相连，接纳吸附池中的排水，第一阶设有过滤层和土壤层。过滤层填充砾石颗粒，粒径为5～10mm，孔隙率为0.45，过滤层厚度根据实地情况确定，为0.3～0.8m。土壤层位于过滤层上部，土壤层厚度为0.5～0.8m。在第一阶内设置若干内径为20～25mm的穿孔导气管，提高吸收净化坡地内部含氧量以增加基质中的微生物数量和活性，促进水中有机磷的转化，为水中有机磷的无机化提供有利条件。穿孔导气管长度大于过滤层和土壤层深度之和，竖直穿过过滤层和土壤层，相邻两个穿孔导气管间距2～5m，均匀分布；土壤层种植绿化植物或低矮树木。
吸收净化坡地第二阶设有吸收氧化层和作物种植层；吸收氧化层由吸收氧化质、细砂和粗砂混合组成，吸收氧化质、细砂和粗砂体积配比为2:2:1，吸收氧化层厚度根据实地情况确定，为0.5～1.0m，作物种植层位于吸收氧化层上部，作物种植层厚度为0.5～1.0m；作物种植层种植农作物。
所述吸收氧化质的制备方法为：
(1)筛选粒径为2～5mm的火山岩陶粒，先用自来水清洗去除表面杂质，自然风干；
(2)把风干后的火山岩陶粒浸入0.25mol/L的高锰酸钾溶液中，缓慢加入0.50mol/L的硫酸亚铁溶液，搅拌3～6h；
(3)把步骤(2)浸泡后的火山岩陶粒过滤，在105℃条件下烘干；
(4)把烘干后的火山岩陶粒在400～500℃条件下煅烧2～4小时，缓慢冷却至室温，制成吸收氧化质。
所述吸收净化坡地的底部采用素土夯实。
本发明的有益效果是：吸附池接纳稻田的排水，吸附填料吸附排水中的氮磷等营养物质，吸附饱满后的吸附填料作为肥料回用于稻田，吸收净化坡地利用过滤层、吸收氧化层和土壤等对排水中的氮磷进行截留、吸附、转移及转化，从而达到对氮磷的拦截、利用和净化的目的；吸附池利用水稻秸秆建造，开辟了农作物秸秆利用的新途径，减轻了农作物秸秆对环境的污染；稻田氮磷回收和面源污染控制系统布置形式灵活多样，管理方便简单，成本低，同时也美化了环境。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构示意图；
图1中：1.吸附池，1-1.盖板，1-2.进水口，1-3.出水口，2.吸收净化坡地，2-1.过滤层，2-2.土壤层，2-3.穿孔导气管，2-4.吸收氧化层，2-5.作物种植层，3.河道。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示的一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统，包括吸附池1和吸收净化坡地2。
所述的吸附池1位于具有坡度的沟渠或小河的岸上，并与河道3平行设置。所述的吸附池1为长方体结构，吸附池上设置有盖板1-1，长方体结构靠近稻田的一侧设置有若干进水口1-2，进水口1-2用于接纳稻田的排水，长方体结构底部设有若干出水口1-3，将水排入吸收净化坡地2。
为减少泥土淤积和确保水流通畅，作为优选，所述的吸附池长方体结构底部设置有向河道倾斜的斜坡。
所述吸附池的建造材料的制备方法为：
(1)水稻秸秆的挑选、晾晒、破碎、过筛；
(2)筛分后的秸秆浸入质量浓度4％的氢氧化钠溶液中6小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗；
(3)把冲洗后的秸秆浸入质量浓度2％的硅酸钠或硫酸铜溶液中8分钟，再放置6小时；
(4)把步骤(3)的产物与水泥、高岭土按质量比5％:55％:40％混合均匀，再加水搅拌7分钟成复合浆料；
(5)根据吸附池的设计尺寸，用复合浆料浇筑成型、脱模、养护3天。
吸附池内填充有吸附填料，吸附填料的制备方法为：
①水稻秸秆的挑选、晾晒、切割；
②切割后的秸秆浸入质量浓度3％的氢氧化钠溶液中35小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗至中性；
③把冲洗后的秸秆浸入质量浓度10％的氯化钙溶液中20小时；
④把步骤③浸泡后的秸秆在105℃条件下烘干；
⑤把烘干后的秸秆放入管式炉中炭化，以20℃/min升至700℃，炭化1.5小时，缓慢冷却至室温，制成吸附填料。
所述吸收净化坡地2位于吸附池1和河道3之间，与吸附池1平行；吸收净化坡地分为两阶，第一阶与所述吸附池1相连，接纳吸附池中的排水，第一阶设有过滤层2-1和和土壤层2-2。过滤层2-1填充砾石颗粒，粒径为5mm，孔隙率为0.45，过滤层厚度为0.6m。土壤层2-2位于过滤层2-1上部，土壤层厚度为0.8m。在第一阶内设置若干内径为25mm的穿孔导气管2-3，提高吸收净化坡地内部含氧量以增加基质微生物数量和活性，促进水中有机磷的转化，为水中有机磷的无机化提供有利条件。穿孔导气管的长度为1.5m，竖直穿过过滤层2-1和土壤层2-2，相邻两个穿孔导气管间距4m，均匀分布；土壤层种植观赏植物。
吸收净化坡地第二阶设有吸收氧化层2-4和作物种植层2-5；吸收氧化层2-4由吸收氧化质、细砂和粗砂混合组成，吸收氧化质、细砂和粗砂体积配比为2:2:1，吸收氧化层的厚度为0.5m，作物种植层2-5位于吸收氧化层2-4的上部，作物种植层厚度为0.9m；作物种植层种植农作物。
所述吸收氧化质的制备方法为：
(1)筛选粒径为5mm的火山岩陶粒，先用自来水清洗去除表面杂质，自然风干；
(2)把风干后的火山岩陶粒浸入0.25mol/L的高锰酸钾溶液中，缓慢加入0.50mol/L的硫酸亚铁溶液，搅拌6h；
(3)把步骤(2)浸泡后的火山岩陶粒过滤，在105℃条件下烘干；
(4)把烘干后的火山岩陶粒在500℃条件下煅烧4小时，缓慢冷却至室温，制成吸收氧化质。
所述吸收净化坡地的底部采用素土夯实。
实施例2
如图1所示的一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统，包括吸附池1和吸收净化坡地2。
所述的吸附池1位于具有坡度的沟渠或小河的岸上，并与河道3平行设置。所述的吸附池1为长方体结构，吸附池上设置有盖板1-1，长方体结构靠近稻田的一侧设置有若干进水口1-2，进水口1-2用于接纳稻田的排水，长方体结构底部设有若干出水口1-3，将水排入吸收净化坡地2。
为减少泥土淤积和确保水流通畅，作为优选，所述的吸附池长方体结构底部设置有向河道倾斜的斜坡。
所述吸附池的建造材料的制备方法为：
(1)水稻秸秆的挑选、晾晒、破碎、过筛；
(2)筛分后的秸秆浸入质量浓度6％的氢氧化钠溶液中10小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗；
(3)把冲洗后的秸秆浸入质量浓度5％的硅酸钠或硫酸铜溶液中15分钟，再放置12小时；
(4)把步骤(3)的产物与水泥、高岭土按质量比5％:65％:30％混合均匀，再加水搅拌15分钟成复合浆料；
(5)根据吸附池的设计尺寸，用复合浆料浇筑成型、脱模、养护5天。
吸附池内填充有吸附填料，吸附填料的制备方法为：
①水稻秸秆的挑选、晾晒、切割；
②切割后的秸秆浸入质量浓度5％的氢氧化钠溶液中48小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗至中性；
③把冲洗后的秸秆浸入质量浓度15％的氯化钙溶液中24小时；
④把步骤③浸泡后的秸秆在105℃条件下烘干；
⑤把烘干后的秸秆放入管式炉中炭化，以20℃/min升至800℃，炭化2小时，缓慢冷却至室温，制成吸附填料。
所述吸收净化坡地2位于吸附池1和河道3之间，与吸附池1平行；吸收净化坡地2分为两阶，第一阶与所述吸附池相连，接纳吸附池中的排水，第一阶设有过滤层2-1和土壤层2-2。过滤层填充砾石颗粒，粒径为7mm，孔隙率为0.45，过滤层厚度为0.5m。土壤层位于过滤层上部，土壤层厚度为0.8m。在第一阶内设置若干内径为25mm的穿孔导气管，提高吸收净化坡地内部含氧量以增加基质微生物数量和活性，促进水中有机磷的转化，为水中有机磷的无机化提供有利条件。穿孔导气管长度为1.4m，竖直穿过过滤层和土壤层，相邻两个穿孔导气管间距5m，均匀分布；土壤层种植低矮树木。
吸收净化坡地第二阶设有吸收氧化层2-4和作物种植层2-5；吸收氧化层由吸收氧化质、细砂和粗砂混合组成，吸收氧化质、细砂和粗砂体积配比为2:2:1，吸收氧化层厚度为0.5m，作物种植层位于吸收氧化层上部，作物种植层厚度为0.8m；作物种植层种植农作物。
所述吸收氧化质的制备方法为：
(1)筛选粒径为4mm的火山岩陶粒，先用自来水清洗去除表面杂质，自然风干；
(2)把风干后的火山岩陶粒浸入0.25mol/L的高锰酸钾溶液中，缓慢加入0.50mol/L的硫酸亚铁溶液，搅拌4h；
(3)把步骤(2)浸泡后的火山岩陶粒过滤，在105℃条件下烘干；
(4)把烘干后的火山岩陶粒在500℃条件下煅烧3小时，缓慢冷却至室温，制成吸收氧化质。
所述吸收净化坡地的底部采用素土夯实。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (3)
1.一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统，其特征在于：包括吸附池(1)和吸收净化坡地(2)；
所述的吸附池(1)位于具有坡度的沟渠或小河的岸上，并与河道(3)平行设置；所述的吸附池(1)为长方体结构，吸附池上设置有盖板(1-1)，长方体结构靠近稻田的一侧设置有若干进水口(1-2)，进水口(1-2)用于接纳稻田的排水，长方体结构底部设有若干出水口(1-3)，将水排入吸收净化坡地(2)；
为减少泥土淤积和确保水流通畅，所述的长方体结构底部设置有向河道倾斜的斜坡；
吸附池的建造材料的制备方法为：
①水稻秸秆的挑选、晾晒、破碎、过筛；
②筛分后的秸秆浸入质量浓度2～8％的氢氧化钠溶液中5～12小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗；
③把冲洗后的秸秆浸入质量浓度1～5％的硅酸钠或硫酸铜溶液中5～15分钟，再放置5～12小时；
④把步骤③的产物与水泥、高岭土按质量比5％：50～65％：30～45％混合均匀，再加水搅拌5～15分钟成复合浆料；
⑤根据吸附池的设计大小，用复合浆料浇筑成型、脱模、养护3～5天；
吸附池内填充有吸附填料；
所述吸收净化坡地(2)位于吸附池(1)和河道(3)之间，与吸附池(1)平行；吸收净化坡地分为两阶，第一阶与所述吸附池相连，接纳吸附池中的排水，第一阶设有过滤层(2-1)和土壤层(2-2)；过滤层(2-1)填充砾石颗粒，砾石粒径为5～10mm，孔隙率为0.45，过滤层(2-1)的厚度根据实地情况确定，为0.3～0.8m；土壤层(2-2)位于过滤层(2-1)的上部，土壤层(2-2)的厚度为0.5～0.8m；在第一阶内设置若干内径为20～25mm的穿孔导气管(2-3)，穿孔导气管(2-3)的长度大于过滤层和土壤层深度之和，穿孔导气管(2-3)竖直穿过过滤层和土壤层，相邻两个穿孔导气管间距2～5m，均匀分布；土壤层种植绿化植物或低矮树木；
吸收净化坡地第二阶设有吸收氧化层(2-4)和作物种植层(2-5)；吸收氧化层(2-4)由吸收氧化质、细砂和粗砂混合组成，吸收氧化质、细砂和粗砂体积配比为2:2:1，吸收氧化层(2-4)的厚度根据实地情况确定，为0.5～1.0m，作物种植层(2-5)位于吸收氧化层上部，作物种植层厚度为0.5～1.0m；作物种植层(2-5)上种植农作物；
所述吸收净化坡地(2)的底部采用素土夯实。
2.根据权利要求1所述的一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统，其特征在于：所述吸附填料的制备方法为；
①水稻秸秆的挑选、晾晒、切割；
②切割后的秸秆浸入质量浓度2～5％的氢氧化钠溶液中30～48小时，然后对浸泡后的秸秆冲洗至中性；
③把冲洗后的秸秆浸入质量浓度8～15％的氯化钙溶液中20～24小时；
④把步骤③浸泡后的秸秆在105℃条件下烘干；
⑤把烘干后的秸秆放入管式炉中炭化，以20℃/min升至600～800℃，炭化1～2小时，缓慢冷却至室温，制成吸附填料。
3.根据权利要求1所述的一种稻田氮磷回收和面源污染控制系统，其特征在于：所述吸收氧化质的制备方法为；
①筛选粒径为2～5mm的火山岩陶粒，先用自来水清洗去除表面杂质，自然风干；
②把风干后的火山岩陶粒浸入0.25mol/L的高锰酸钾溶液中，缓慢加入0.50mol/L的硫酸亚铁溶液，搅拌3～6h；
③把步骤②浸泡后的火山岩陶粒过滤，在105℃条件下烘干；
④把烘干后的火山岩陶粒在400～500℃条件下煅烧2～4小时，缓慢冷却至室温，制成吸收氧化质。
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