CN106904748B - 一种用于治理农业面污染源的生态沟渠及其修建方法 - Google Patents

一种用于治理农业面污染源的生态沟渠及其修建方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于治理农业面污染源的生态沟渠的修建方法，其包括修建用于去除氮磷的沟渠结构，所述沟渠结构包括A段、B段和C段；在所述A段中，铺设A段填料层，所述A段填料层由渠底至上分为填料层1和填料层2；所述C段毗邻位于A段末端，C段为阻隔墙，其高度不低于A段填料层的高度；所述B段与C段顺接，B段与A段之间的水位跌落差不低于5cm，按重量份计，在所述B段中铺设由30～40份粗砂、40‑50份碎石和5～15份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1～3mm，所述碎石的粒径为1～3mm，所述铁屑的粒径为1～3mm。本发明对于氮磷具有高效的去除效率，可对农田沟渠的氮磷污染进行高效的治理。

Description

一种用于治理农业面污染源的生态沟渠及其修建方法
技术领域
本发明属于农业污染治理领域，具体涉及一种用于治理农业面污染源的生态沟渠及其修建方法。
背景技术
目前，针对农田氮磷流失引起的农业面源污染问题，国内外学者已进行了大量的机理及模型研究，并在此基础上提出了相应的控制措施，主要归纳为：源头控制、中间调控和末端治理三个方面。
源头控制是通过加强田间管理、科学施肥而减少面源污染的产生；中间调控是在面源向地表水迁移的过程中加以截留和净化，达到削减进入下游受纳水体污染物总量的目的；末端治理是在污染物汇入河流、湖泊等前进行集中收集处理后再排放入下游水体。其中，源头控制是削减农业面源污染物最有效的措施，然而在目前粮食危机日趋严峻的形势下，大幅度减少化肥施用量难以实现，末端治理又具有高投入低收效的特点(姜翠玲，2004)，而中间调控措施是一种经济可行的手段。对于大量的农田排水沟渠，其是承接农田氮磷排放并最终进入河湖水体的必然中间途径，因此应对农田排水沟渠进行适当改进，使之成为具备脱氮除磷功能的生态沟渠，成为农田氮磷面源污染治理的必然途径和选择，因而成为各级水环境保护工作者关注的焦点之一。
农田排水沟渠系统作为农业面源排放和下游受纳水体的过渡带，对于农田径流来说是汇，而对于下游受纳水体是源。由于其长时间的积水或季节性过水，使沟渠因湿化而逐渐演化成具有湿地生态性质的特殊类型的湿地，称为生态沟渠。
在构建生态沟渠中，氮磷的去除效果是评价生态沟渠好坏的指标之一。目前，对于氮磷具有较好的去除的产品或者系统，通常具有价格高昂或构建方法复杂而难以实现的缺点，不符合农业产业的经济性要求。
因此，构建一种以符合农业经济性的方式而高效去除农田中的氮、磷面源污染物的生态沟渠是本领域研究人员面临的一项课题。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种用于治理农业面污染源的生态沟渠的修建方法，其包括修建用于去除氮磷的沟渠结构，所述沟渠结构包括A段、B段和C段；
在所述A段中，铺设A段填料层，所述A段填料层由渠底至上分为填料层1和填料层2，所述填料层1和填料层2的高度比为2:1；填料层1为生物质颗粒，填料层2按重量份计由8～15份生物炭、40～60份生物质颗粒和5～15份土壤组成；
所述C段毗邻位于A段末端，C段为阻隔墙，其高度不低于A段填料层的高度，其中，与所述填料层1高度对应的部分为透水隔断，具有透水功能，与所述填料层2高度对应的部分为阻水隔断，不透水；
所述B段与C段顺接，B段与A段之间的水位跌落差不低于5cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份计，在所述B段中铺设由30～40份粗砂、40～50份碎石和5～15份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1～3mm，所述碎石的粒径为1～3mm，所述铁屑的粒径为1～3mm；
在所述生态沟渠中，修建一次或沿生态沟渠多次修建所述包括A段、B段和C段的沟渠结构。
在实际修建过程中，可以根据实际情况选择A段填料层和B段的混合层的高度。对于一般的沟渠而言，A段填料层的高度为30～70cm比较适宜，B段的混合层高度为30～50cm比较适宜。
优选的，所述填料层2，按重量份计，由10份生物炭、50份生物质颗粒和10份土壤组成。
优选的，在所述B段中铺设由35份粗砂、45份碎石和10份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1.5～2.5mm，所述碎石的粒径为1.5～2.5mm，所述铁屑的粒径为1.5～2.5mm。
所述阻隔墙的结构包括木制结构、混凝土结构或砖砌结构。
阻隔墙用于防止所述A段填料层被水冲入下游。本领域人员应该知晓，凡是具有所述阻隔作用的施工结构(如木制结构或混凝土结构)均可用于本发明。
在本发明中，阻隔墙的长度可以根据实际情况进行选择，阻隔墙的长度大小并不影响本发明技术效果的实现。
优选的，在B段中水域部分和或沟渠沿岸还种植水陆两生植物。
优选的，所述A段与B段的长度比为1～2:1。
所述生物质颗粒的原料包括木屑、秸秆中的至少一种；优选的，所述生物质颗粒中含有淀粉和/或石灰；优选的，所述秸秆包括油菜秸秆、玉米秸秆、红薯秸秆中的至少一种。
当多次修建所述包括A段、B段和C段的沟渠结构时，所述沟渠结构还包括D段，所述D段位于B段末端，为阻水墙，高于所述B段中的混合层，所述D段与下一个A段顺接，所述阻水墙的结构包括木制结构、混凝土结构或砖砌结构。
优选的，所述D段与B段混合层的高度差不低于5cm。
本发明的另外一个目的在于提供由上述方法制备得到的生态沟渠。
本发明的有益效果：
本发明的原材料廉价易得，许多材料均可就地取材，适用于农业使用；本发明对于氮磷具有高效的去除效率，可对农田沟渠的氮磷污染进行高效的治理。
附图说明
图1为本发明生态沟渠结构的示意图，其中，H/3为填料层2的高度，2H/3为填料层1的高度，ΔH为C段高出A段填料层的高度，h为B段混合层的高度，Δh为D段高出B段混合层的高度，Δh不低于5cm。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例中，沟渠宽度为2m。
修建用于去除氮磷的沟渠结构，所述沟渠结构由A段、B段和C段组成。
在所述A段中，铺设A段填料层，所述A段填料层由渠底至上分为填料层1和填料层2，所述填料层1和填料层2的高度比为2:1；填料层1为生物质颗粒，填料层2按重量份计由8份生物炭、40份生物质颗粒和5份土壤组成；
所述C段毗邻位于A段末端，C段为阻隔墙，其高度不低于A段填料层的高度(高出5cm)，其中，与所述填料层1高度对应的部分为透水隔断，具有透水功能，与所述填料层2高度对应的部分为阻水隔断，不透水；
所述B段与C段顺接，B段与A段之间的水位跌落差为5cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份计，在所述B段中铺设由30份粗砂、40份碎石和5份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1～3mm，所述碎石的粒径为1～3mm，所述铁屑的粒径为1～3mm；
在所述生态沟渠中，修建一次由所述A段、B段和C段组成的沟渠结构。
所述生物质颗粒的原料为木屑。
所述A段与B段的长度比为1:2。
实施例2
本实施例中，沟渠宽度为2m。
修建用于去除氮磷的沟渠结构，所述沟渠结构由A段、B段和C段组成。
在所述A段中，铺设A段填料层，所述A段填料层由渠底至上分为填料层1和填料层2，所述填料层1和填料层2的高度比为2:1；填料层1为生物质颗粒，填料层2按重量份计由15份生物炭、60份生物质颗粒和15份土壤组成；
所述C段毗邻位于A段末端，C段为阻隔墙其高度不低于A段填料层的高度(高出6cm)，其中，与所述填料层1高度对应的部分为透水隔断，具有透水功能，与所述填料层2高度对应的部分为阻水隔断，不透水；
所述B段与C段顺接，B段与A段之间的水位跌落差为6cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份计，在所述B段中铺设由40份粗砂、50份碎石和15份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1～3mm，所述碎石的粒径为1～3mm，所述铁屑的粒径为1～3mm；
在所述生态沟渠中，修建一次由所述A段、B段和C段组成的沟渠结构。
所述生物质颗粒的原料为油菜秸秆。
所述A段与B段的长度比为1:3。
实施例3
本实施例中，沟渠宽度为2m。
修建用于去除氮磷的沟渠结构，所述沟渠结构由A段、B段和C段组成。
在所述A段中，铺设A段填料层，所述A段填料层由渠底至上分为填料层1和填料层2，所述填料层1和填料层2的高度比为2:1；填料层1为生物质颗粒，填料层2按重量份计由10份生物炭、50份生物质颗粒和10份土壤组成；
所述C段毗邻位于A段末端，C段为阻隔墙，其高度不低于A段填料层的高度(高出5cm)，其中，与所述填料层1高度对应的部分为透水隔断，具有透水功能，与所述填料层2高度对应的部分为阻水隔断，不透水；
所述B段与C段顺接，B段与A段之间的水位跌落差为7cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份计，在所述B段中铺设由35份粗砂、45份碎石和10份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1～3mm，所述碎石的粒径为1～3mm，所述铁屑的粒径为1～3mm；
在所述生态沟渠中，修建一次由所述A段、B段和C段组成的沟渠结构。
所述生物质颗粒的原料为玉米秸秆。
所述A段与B段的长度比为1:1。
实施例4
本实施例中，沟渠宽度为2m。
多次修建用于去除氮磷的沟渠结构，所述沟渠结构由A段、B段、C段和D段组成。
在所述A段中，铺设A段填料层，所述A段填料层由渠底至上分为填料层1和填料层2，所述填料层1和填料层2的高度比为2:1；填料层1为生物质颗粒，填料层2按重量份计由10份生物炭、50份生物质颗粒和10份土壤组成；
所述C段毗邻位于A段末端，C段为阻隔墙，其高度不低于A段填料层的高度(高出5cm)，其中，与所述填料层1高度对应的部分为透水隔断，具有透水功能，与所述填料层2高度对应的部分为阻水隔断，不透水；
所述B段与C段顺接，B段与A段之间的水位跌落差为6cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份计，在所述B段中铺设由35份粗砂、45份碎石和10份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1～3mm，所述碎石的粒径为1～3mm，所述铁屑的粒径为1～3mm；
所述D段位于B段末端，为阻水墙，高于所述B段中的混合层，所述D段与下一个A段顺接，所述阻水墙的结构包括木制结构、混凝土结构或砖砌结构。
所述D段与B段混合层的高度差不低于5cm。
所述生物质颗粒由红薯秸秆制成后添加少量淀粉和石灰。
所述A段与B段的长度比为1:1。
实验例
对实施例1～4进行去除氮、磷效率的测试，结果为：
对实施例1～4进行氮磷的去除效果和排水效率检测，结果为：在农田排水氮为20mg/l，磷浓度在3mg/l时，可有效去除农田排水中90％的氮和85％以上的磷，同时对TSS的截留率在95％以上，对COD的截留率在70％以上。

Claims (12)

1.一种用于治理农业面污染源的生态沟渠的修建方法，其特征在于，所述方法包括修建用于去除氮磷的沟渠结构，所述沟渠结构包括A段、B段和C段；
在所述A段中，铺设A段填料层，所述A段填料层由渠底至上分为填料层1和填料层2，所述填料层1和填料层2的高度比为2:1；填料层1为生物质颗粒，填料层2按重量份计由8～15份生物炭、40～60份生物质颗粒和5～15份土壤组成；
所述C段毗邻位于A段末端，C段为阻隔墙，其高度不低于A段填料层的高度，其中，与所述填料层1高度对应的部分为透水隔断，具有透水功能，与所述填料层2高度对应的部分为阻水隔断，不透水；
所述B段与C段顺接，B段与A段之间的水位跌落差不低于5cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份计，在所述B段中铺设由30～40份粗砂、40～50份碎石和5～15份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1～3mm，所述碎石的粒径为1～3mm，所述铁屑的粒径为1～3mm；
在所述生态沟渠中，修建一次或沿生态沟渠多次修建所述包括A段、B段和C段的沟渠结构。
2.根据权利要求1所述的修建方法，其特征在于，所述填料层2，按重量份计，由10份生物炭、50份生物质颗粒和10份土壤组成。
3.根据权利要求1所述的修建方法，其特征在于，在所述B段中铺设由35份粗砂、45份碎石和10份铁屑组成的混合层，所述粗砂的粒径为1.5～2.5mm，所述碎石的粒径为1.5～2.5mm，所述铁屑的粒径为1.5～2.5mm。
4.根据权利要求1所述的修建方法，其特征在于，所述阻隔墙的结构包括木制结构、混凝土结构或砖砌结构。
5.根据权利要求1所述的修建方法，其特征在于，在B段中水域部分和或沟渠沿岸还种植水陆两生植物。
6.根据权利要求1所述的修建方法，其特征在于，所述A段与B段的长度比为1～2:1。
7.根据权利要求1所述的修建方法，其特征在于，所述生物质颗粒的原料包括木屑、秸秆中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的修建方法，其特征在于，所述生物质颗粒中含有淀粉和/或石灰。
9.根据权利要求7所述的修建方法，其特征在于，所述秸秆包括油菜秸秆、玉米秸秆、红薯秸秆中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的修建方法，其特征在于，当多次修建所述包括A段、B段和C段的沟渠结构时，所述沟渠结构还包括D段，所述D段位于B段末端，为阻水墙，高于所述B段中的混合层，所述D段与下一个A段顺接，所述阻水墙的结构包括木制结构、混凝土结构或砖砌结构。
11.根据权利要求10所述的修建方法，其特征在于，所述D段与B段混合层的高度差不低于5cm。
12.由权利要求1-11任一项所述修建方法修建的生态沟渠。
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