CN107059796A - 一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠，沿水流方向依次包括用于沉积泥沙的沉淀池、种植有芦苇的初级处理区以及组合处理区，所述组合处理区中设置有吸附填料以及功能植物，该功能植物包括固氮植物和固磷植物。与现有技术相比，本发明中的生物拦截沟渠在保证沟渠集水、排水的基本属性的基础上，能有效拦截有机污染物、N、P等多余营养物质直接排入河道、湖泊等水域，并且能对N、P等多余营养物质进行利用，彻底变废为宝。

Description

一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠

技术领域

本发明涉及农业面源污染控制领域，尤其涉及一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠。

背景技术

农业面源污染(ANPSP)是指在农业生产活动中，农田中的泥沙、营养盐、农药及其它污染物，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏，进入水体而形成的面源污染。这些污染物主要来源于农田施肥、农药、畜禽及水产养殖和农村居民。农业面源污染是最为重要且分布最为广泛的面源污染，农业生产活动中的氮素和磷素等营养物、农药以及其他有机或无机污染物，通过农田地表径流和农田渗漏形成地表和地下水环境污染，其中土壤中未被作物吸收或土壤固定的氮和磷通过人为或自然途径进入水体是引起水体污染的一个因素。

沟渠是农业面源污染物进入湖泊、河流等水域的一个主要通道，但是传统的沟渠主要侧重于集水、排水等基本属性，缺乏对生态因素的考量。在沟渠中种植水生植物，丰富其生态过程，缩短氮、磷等营养盐的循环周期，使其形成现代化的生态沟渠。生态沟渠是目前研究农业面源污染控制的重要方向，但是现有的生态沟渠对污染物的拦截效果较差，尤其是对高浓度N、P的拦截效果有限，一般仅能拦截10％左右，远远达不到对农业面源污染的控制要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种对污染物的拦截效果好的用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠，该生态拦截沟渠尤其对N、P具有较好的拦截效果。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠，其特征在于，沿水流方向依次用于沉积泥沙的沉淀池、种植有芦苇的初级处理区以及组合处理区，所述组合处理区中设置有吸附填料以及功能植物，该功能植物包括固氮植物和固磷植物。

作为优选，所述组合处理区包括沿水流方向设置的陶粒填料处理区、沸石填料处理区以及组合填料处理区，各填料处理区分别种植有上述功能植物。其中，陶粒填料的粒径为5～25mm，其内部形成有呈细密蜂窝状的微孔，对污染物具有较好的吸附作用，沸石内部也具有很多孔径、均匀的管状孔道和内表面积很大的孔穴，因而具有独特的吸附、筛分、交换阴阳离子以及催化性能，它能吸收水中氨态氮、有机物和重金属离子，能有效地降低池底硫化氢毒性，调节pH值，增加水中溶解氧，为功能植物生长提供充足碳素，提高水体光合作用强度。

作为优选，所述组合填料包括炉渣和果壳泥炭，还包括蛭石、珍珠岩或麦饭石中的一种，以及玉米芯、锯末屑、麻纤维或椰棕中的一种，且上述四种物质的质量比为10:2～8:1～4:2～5，不同填料组合，可在表面形成能供微生物附着的生物膜，从而有效降解填料中吸附的农药中有机污染物及N、P等污染物。

作为优选，所述固氮植物包括微齿眼子菜、苦草、水葱、梭鱼草或菖蒲中的至少一种，所述固磷植物包括黄花水龙，水芹菜、空心莲子草、泽泻、狭叶泽泻、香蒲、或黄菖蒲中的至少一种。

作为优选，所述组合填料处理区包括第一组合填料处理区和第二组合填料处理区，该第一组合填料处理区与沸石填料处理区相邻设置，上述陶粒填料处理区、沸石填料处理区、第一组合填料处理区及第二组合填料处理区中分别种植有上述固氮植物或固磷植物，并且相邻的填料处理区中其中一个种植有上述固氮植物，则另一个种植有上述固磷植物。将功能植物如此组合设计，可使固氮植物和固磷植物能更好地配合吸收水中的N、P。

进一步，所述陶粒填料处理区以及第一组合填料处理区种植有固氮植物，所述沸石填料处理区和第二组合填料处理区种植有固磷植物。

作为优选，所述沉淀池中设置有格栅，优选地，所述格栅至少包括沿水流方向的粗格栅和细格栅。格栅可用于过滤生态拦截沟渠的部分悬浮物。

为使该生物拦截沟渠保持良好的集水和排水功能，所述生态拦截沟渠的底面和侧面分别铺设有透水砖。

进一步，位于所述生态拦截沟渠底面的透水砖上设置有种植孔，该种植孔中种植有挺水植物，从而能进一步加强该生物拦截沟渠的景观效果。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的组合处理区中通过吸附填料和功能植物的配合作用，能有效吸附水体中的氨态氮、有机物和重金属离子等污染物，而功能植物中的固氮植物和固磷植物能吸收利用水体中的N和P，对水体中的N和P的去除率可提高40～50％以上，彻底实现了变废为宝。此外，沉淀池可沉淀泥沙，防止水土流失以及影响水质的透明度，初级处理区可用于拦截水体中的悬浮物。总之，本发明中的生物拦截沟渠在保证沟渠集水、排水的基本属性的基础上，能有效拦截有机污染物、N、P等多余营养物质直接排入河道、湖泊等水域，并且能对N、P等多余营养物质进行利用，彻底变废为宝。

附图说明

图1为本发明中生态拦截沟渠结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠，其设置在农田1与河道2之前，即农田1的排水经过该生态拦截沟渠后流入河道2中。

该生态拦截沟渠包括沿水流方向(图1中箭头所指方向)设置的沉淀池4、初级处理区5以及组合处理区。其中沉淀池4用于沉积排水中的泥沙，不仅能避免农田1的水土流失，同时也能防止泥沙进入河道2而影响河道2中水质的透明度。上述初级处理区5中种植有芦苇，通过芦苇可对排水中的悬浮物进行拦截，进一步，为更好地拦截排水中的悬浮物，本实施例在沉淀池4中设置格栅(未示出)，并且沿流水方向，该格栅包括粗格栅和细格栅，从而能对排水中的悬浮物进行初步拦截。

组合处理区中设置有吸附填料以及功能植物，本实施例中为更好的吸附排水中的污染物和吸收N、P等多余的营养物质，本实施例中，组合处理区包括沿水流方向设置的陶粒填料处理区6、沸石填料处理区7以及组合填料处理区，而组合填料处理区又包括第一组合填料处理区8和第二组合填料处理区9，各填料处理区分别种植有上述功能植物。其中，陶粒填料的粒径为5～25mm，其内部形成有呈细密蜂窝状的微孔，对污染物具有较好的吸附作用，沸石内部也具有很多孔径、均匀的管状孔道和内表面积很大的孔穴，因而具有独特的吸附、筛分、交换阴阳离子以及催化性能，它能吸收水中氨态氮、有机物和重金属离子，能有效地降低池底硫化氢毒性，调节pH值，增加水中溶解氧，为功能植物生长提供充足碳素，提高水体光合作用强度。组合填料中不同填料组合，可在表面形成能供微生物附着的生物膜，从而有效降解填料中吸附的污染物。

本实施例中，功能植物包括固氮植物和固磷植物，上述陶粒填料处理区6、沸石填料处理区7、第一组合填料处理区8及第二组合填料处理区9中分别种植有上述固氮植物或固磷植物，并且相邻的填料处理区中其中一个种植有上述固氮植物，则另一个种植有上述固磷植物。将功能植物如何组合设计，可使固氮植物和固磷植物能更好地配合吸收水中的N、P。进一步，所述陶粒填料处理区6以及第一组合填料处理区8种植有固氮植物，所述沸石填料处理区7和第二组合填料处理区9种植有固磷植物。

此外，为使该生物拦截沟渠保持良好的集水和排水功能，所述生态拦截沟渠的底面和侧面分别铺设有透水砖3。进一步，位于所述生态拦截沟渠底面的透水砖3上设置有种植孔(未示出)，该种植孔中种植有挺水植物，从而能进一步加强该生物拦截沟渠的景观效果。以下通过对组合填料的组成以及功能植物种类的描述，对本发明的技术方案进行进一步详述。

实施例1：

本实施例中，组合填料包括炉渣、果壳泥炭、蛭石以及玉米芯，且质量比为10:8:4:5。固氮植物包括微齿眼子菜、苦草、水葱、梭鱼草以及菖蒲，并且微齿眼子菜、苦草、水葱、梭鱼草以及菖蒲分别以连续种植的方式均布在陶粒填料处理区和第一组合填料处理区中。固磷植物包括黄花水龙，水芹菜、空心莲子草、泽泻、狭叶泽泻、香蒲、黄菖蒲，并且黄花水龙，水芹菜、空心莲子草、泽泻、狭叶泽泻、香蒲、黄菖蒲分别以连续种植的方式均布在沸石填料处理区和第二组合填料处理区。

实施例2：

本实施例中，组合填料包括炉渣、果壳泥炭、珍珠岩以及麻纤维，且质量比为10:6:3:4。固氮植物包括水葱和梭鱼草，并且水葱和梭鱼草在陶粒填料处理区和第一组合填料处理区的种植面积比均为1:2。固磷植物包括黄花水龙。

实施例3：

本实施例中，组合填料包括炉渣、果壳泥炭、麦饭石以及椰棕，且质量比为10:4:2:3。固氮植物包括菖蒲。固磷植物包括黄花水龙和水芹菜，并且黄花水龙和水芹菜在沸石填料处理区和第二组合填料处理区中的种植面积比均为3:2。

实施例4：

本实施例中，组合填料包括炉渣、果壳泥炭、珍珠岩以及锯末屑，且质量比为10:2:1:2。固氮植物包括梭鱼草和菖蒲，并且梭鱼草和菖蒲分别以连续种植的方式均布在陶粒填料处理区和第一组合填料处理区中。固磷植物包括水芹菜。

本发明中的生物拦截沟渠正常运行期间，每周对沟渠进出口水质进行监测，运行一个月后，其进水口透明度、总氮、氨氮、总磷浓度分别为20cm、18mg/l、12mg/l、3.2mg/l，出水口透明度、总氮、氨氮、总磷浓度分别为80cm、1.4mg/l、1.2mg/l、0.3mg/l，总氮、氨氮、总磷的消减率分别为92％、90％以及91％。

Claims (10)

1.一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠，其特征在于，沿水流方向依次包括用于沉积泥沙的沉淀池、种植有芦苇的初级处理区以及组合处理区，所述组合处理区中设置有吸附填料以及功能植物，该功能植物包括固氮植物和固磷植物。

2.如权利要求1所述的生态拦截沟渠，其特征在于，所述组合处理区包括沿水流方向设置的陶粒填料处理区、沸石填料处理区以及组合填料处理区，各填料处理区分别种植有上述功能植物。

3.如权利要求2所述的生态拦截沟渠，其特征在于，所述组合填料包括炉渣和果壳泥炭，还包括蛭石、珍珠岩或麦饭石中的一种，以及玉米芯、锯末屑、麻纤维或椰棕中的一种，且质量比为10:2～8:1～4:2～5。

4.如权利要求2所述的生态拦截沟渠，其特征在于，所述固氮植物包括微齿眼子菜、苦草、水葱、梭鱼草或菖蒲中的至少一种，所述固磷植物包括黄花水龙，水芹菜、空心莲子草、泽泻、狭叶泽泻、香蒲或黄菖蒲中的至少一种。

5.如权利要求4所述的生态拦截沟渠，其特征在于，所述组合填料处理区包括第一组合填料处理区和第二组合填料处理区，该第一组合填料处理区与沸石填料处理区相邻设置，上述陶粒填料处理区、沸石填料处理区、第一组合填料处理区及第二组合填料处理区中分别种植有上述固氮植物或固磷植物，并且相邻的填料处理区中其中一个种植有上述固氮植物，则另一个种植有上述固磷植物。

6.如权利要求5所述的生态拦截沟渠，其特征在于，所述陶粒填料处理区以及第一组合填料处理区种植有固氮植物，所述沸石填料处理区和第二组合填料处理区种植有固磷植物。

7.如权利要求1～6任一项所述的生态拦截沟渠，其特征在于，所述沉淀池中设置有格栅。

8.如权利要求7所述的生态拦截沟渠，其特征在于，所述格栅至少包括沿水流方向的粗格栅和细格栅。

9.如权利要求1～6任一项所述的生态拦截沟渠，其特征在于，所述生态拦截沟渠的底面和侧面分别铺设有透水砖。

10.如权利要求9所述的生态拦截沟渠，其特征在于，位于所述生态拦截沟渠底面的透水砖上设置有种植孔，该种植孔中种植有挺水植物。