CN109083112A - 一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠，通过在生态沟渠内设置节水闸、设置内含生态基质床与生物膜填料的生态拦截箱、在沟壁与沟底上铺设生态混凝土混合物、在沟壁与沟底上的通孔中种植适应的植物以及在生态基质床上种植适应的植物，消弱了水田排水对沟渠和植物幼苗的冲刷，稳固了沟壁和沟底，增加了沟渠对水田排水的净化能力，降低了水田排水中污染物进入下游收纳水体总量，减少了下游收纳水体发生富营养化的可能性，增加了水田区的生物多样性及景观性，为野生动物和植物创造生存环境，同时由于生态沟渠中可种植经济类植物，能有效增加农民的经济收入。

Description

一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠

技术领域

本发明涉及环境污染防治与水土保持技术领域，尤其是涉及一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠。

背景技术

农田排水沟渠作为农田水分“调节器”和河流湖泊之间水流的“连通器”，具有统筹农田排水的水利功能和生态功能，不仅起到排洪泄涝的功能，也有截留净化农田排水中污染物的作用。

在农田排水和雨季，排水沟渠可及时疏导农田多余的水分，尤其水田过多的水分严重影响作物的生长，易导致水田养分流失，而少雨季节，沟渠内暂存的水分可以补充农田，因此排水沟渠能有效调节农业区水分，同时也能汇集农业面源污染，并输送到下游河流和湖泊中，导致有机物、氮磷等污染物的农田排水直接进入与农田毗邻的受纳水体，提高了区域受纳水体潜在的污染风险性。

因此，越来越多的学者关注农田排水沟渠调控或阻控农业面源污染，利用农田排水沟渠消弱农田排水污染物负荷。

传统排水沟渠因其为土质且常年裸露，而且结构简单，故在农田排水和强降雨过程中易发生表层土壤侵蚀，而且对排水或降雨径流中污染物的拦截净化能力有限。

而生态沟渠是将自然或传统排水沟渠进行改造，使其在满足农田排洪泻涝的前提下，增加沟渠植被覆盖度和吸附净化能力，充分利用植物吸收、基质吸附作用、水中和底泥等物质的化学转化、微生物作用等方式有效地截留净化和转化来自农田的COD、氮和磷等物质，减少进入河流和湖泊污染物的量。

水田和旱田因其农田管理方式不同，尤其水田在肥水管理和地面覆盖等方面与旱田的较大差别，且水田排水沟渠在水稻生长季大部分时间为有水状态，导致水田的农业面源污染物输出负荷远高于旱田。其中有学者针对吉林西部农田面源污染进行研究发现，单位面积水田的面源污染输出负荷可达到旱田的5-21倍。因此水田区排水沟渠在传输和截留农业面源污染物的作用上起到更为重要的作用。而生态沟渠较人工湿地、缓冲带、生态交错带等污染物拦截工程，具有占地面积小，简单配制，易操作，管理方便，运行费用低，在土地资源紧张的平原农业灌溉区有很好的推广应用前景。

目前已有相关专利采用生态沟渠控制农业非点源污染物，如中国专利CN106034780 A“一种生态沟渠用生物炭基生态混凝土的制备方法”、CN 106192938 A“一种用于农田退水污染防控的生态沟渠系统及构建方法”、CN 104445805 B“一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统”、CN 206438487 U“一种农田生态排灌沟渠”、CN107059796 A“一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠”，这些专利主要集中在生态混凝土制备、沟渠内铺设生态砖、混凝土板材或水泥板等措施，能有效防止水土流失，截留净化农田排水中的氮磷，增加排水沟渠去除污染物能力。也有专利要求投加外源生态拦截器，如201110142588.0“一种用于拦截磷流失的抗冲击型生态沟渠”，其目的为了强化水体中磷污染物的去除能力，但投放生态拦截器对水体流速有严格要求，因生态拦截器易移动，致使过高流速时不宜使用。

然而现有技术均未涉及对化学需氧量的处理效果。另外，沟渠内水体与土壤进行物质交换，可以改善沟渠深层土壤结构，而完全固化沟渠又不利于沟渠土壤的物质和水分交换，尤其是需要补给地下水的农业灌区。

针对水田面源污染流失严重的农业灌区，根据当地实际情况设计一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠，是解决水田排水回用地区控制面源污染物输出、控制农业面源污染的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠，所述生态沟渠的入口处与出口处均设置有节水闸以用于调控生态沟渠的进水、排水以及蓄水；

所述生态沟渠的沟壁与沟底上均铺设有由生态混凝土混合物固化后变成的硬化层，所述硬化层上设置有多个用于使沟渠土壤外露的通孔；

所述生态沟渠的沟壁的上部的硬化层上的通孔中种植有经济类植物；

所述生态沟渠的沟壁的中部的硬化层上的通孔中种植有多年生草本植物；

所述生态沟渠的沟壁的下部的硬化层上的通孔中种植有挺水植物或水生草本植物；

所述生态沟渠的沟底的硬化层上的通孔中种植有沉水植物以及挺水植物；

所述生态沟渠内设置有由透水板围成的生态拦截箱，所述生态拦截箱内的空腔由透水板分割成中心空腔与外围空腔，所述外围空腔环绕包围着所述中心空腔；

所述外围空腔中填充有由用于基质栽培植物的基质、生物炭以及铁矿废料混合而成的生态基质床，所述生态基质床上种植有植物；

所述中心空腔中设置有用于污水处理的生物膜填料。

优选的，所述生态混凝土混合物为采用水泥、河砂、活性炭、锯末、铁矿废料、沸石以及水混合均匀制得，其中所述水泥、河砂、活性炭、锯末、铁矿废料、沸石的质量比为1：(2-3)：(0.5-2)：(0.25-1)：(0.10-0.25)：(1-3)。

优选的，所述生态沟渠的沟壁与沟底上的硬化层上的通孔中填充有生物炭。

优选的，所述基质为炉渣、沸石、火山石、钢渣、蛭石以及陶粒中的一种或多种，所述钢渣为转炉钢渣、平炉钢渣或电炉钢渣。

优选的，所述生物膜填料为线性填料或球形填料。

优选的，所述外围空腔为顶敞口箱体腔以方便更换生态基质床，所述中间空腔为顶敞口箱体腔以方便更换生物膜填料。

优选的，所述生态沟渠的沟壁的上部的硬化层上的通孔中种植的经济类植物具体为空心菜、金花菜、水芹、韭菜以及茭白中的一种或多种。

优选的，所述生态沟渠的沟壁的中部的硬化层上的通孔中种植的多年生草本植物具体为美人蕉、千屈菜、大丽花以及鸢尾中的一种或多种；

所述生态沟渠的沟壁的下部的硬化层上的通孔中种植的植物为芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾、再生花、铜钱草以及梭鱼草中的一种或多种。

优选的，所述生态沟渠的沟底的硬化层上的通孔中种植的植物具体为狐尾藻、黑藻、小茨藻以及光叶眼子菜中的一种或多种，并搭配种植芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾、黄香蒲、再生花、铜钱草以及梭鱼草中的一种或多种。

优选的，所述生态基质床上种植的植物具体为美人蕉、黄香蒲、芦苇以及鸢尾中的一种或多种。

本申请中，根据排水沟渠设计相关标准，在生态沟渠的入口处与出口处均设置有节水闸以用于调控生态沟渠的进水、排水以及蓄水，节水闸两端设置有滑轮，利用滑轮对闸门进行上下升降，进而调控生态沟渠内的水位以及蓄排水，利用生态沟渠进、出口闸调控沟渠进水流速、排水流速，以及蓄水时间，能便于沟渠水分和物质与土壤交换。

本申请中，根据排水沟渠设计标准，利用水泥、河砂、活性炭、锯末、铁矿废料和沸石按质量比为1：(2-3)：(0.5-2)：(0.25-1)：(0.10-0.25)：(1-3)充分搅拌均匀，然后再加水得到生态混凝土混合物，其中铁矿废料为铁矿选矿中产生的废料。本生态混凝土混合物包括有机吸附材料(活性炭和沸石)和渗透性材料(河砂)，同时含有很多很多废料如锯末、铁矿废料等，能实现“以废治废”的目的。上述生态混凝土混合物经模具成型后对排水沟渠进行改造，对沟渠的沟壁和沟底进行非完全固化，其铺设模具均为带孔穴结构，生态沟渠的沟壁上的硬化层上的通孔为多边形通孔(建议不小于五边形)，生态沟渠的沟底上的硬化层上的通孔为等边但不等角六边形通孔，其力学性能满足工程使用要求，并具有良好的透水、透气性能，这一结构具有较大的比表面积，能有效保育沟底植物以及增加沟底植物丰富度，同时也能充分利用沟渠土壤中的微生物及其吸附能力，进而提高排水沟渠的吸附截留水田排水中的污染物能力，不仅保障了沟渠植物的抗击冲刷能力，也为有益微生物和土壤动物提供了附着载体和栖息地。

本申请中，充分利用生态沟渠独特的空间结构，生态沟渠的沟壁的下部的硬化层上的通孔中种植有生物量大、易成活的挺水植物或水生草本植物，如芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾、再生花、铜钱草或梭鱼草等以及其他挺水植物或水生草本植物中的一种或多种；生态沟渠的沟壁的中部的硬化层的通孔中种植有多年生草本植物，如美人蕉、千屈菜、大丽花以及鸢尾等多年生植物中的一种或多种；生态沟渠的沟壁的下部和中部的硬化层上的通孔中的种植密度为40株/m²-50株/m²(以孔穴土壤面积计算)；

生态沟渠的沟壁的上部的硬化层上的通孔中种植有经济类植物，如空心菜、金花菜、水芹、韭菜或茭白等以及其他经济类植物中的一种或多种，生态沟渠的沟壁的上部的硬化层上的通孔中的种植密度为30株/m²-40株/m²；

生态沟渠的沟底的硬化层上的通孔中种植有沉水植物以及挺水植物，生态沟渠的沟底的硬化层上的通孔中常年种植黑藻、狐尾藻、小茨藻、光叶眼子菜等沉水植物中的一种或多种，其中沉水植物的种植密度为30株/m²-50株/m²，同时搭配挺水植物，如芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾、黄香蒲、再生花、铜钱草、梭鱼草等植物中的一种或多种，沟底处的挺水植物的种植密度为沟壁处的挺水植物的种植密度的1/3-1/2。

本申请中，生态沟渠内设置有由透水板围成的生态拦截箱，生态拦截箱内的空腔由透水板分割成中心空腔与外围空腔，外围空腔环绕包围着所述中心空腔；

外围空腔中填充有由用于基质栽培植物的基质、生物炭以及铁矿废料混合而成的生态基质床，所述外围空腔中填充有由炉渣、沸石、火山石、钢渣、蛭石以及陶粒一种或多种基质与生物炭(由农作物秸秆制作而成)、铁矿废料混合形成的生态基质床，在生态基质床上种植美人蕉、黄香蒲、芦苇、鸢尾等根系相对发达的植物，其种植密度同沟壁处的挺水植物的种植密度相同；

添加生物炭可以改善生态拦截箱的透水和排水性，同时改良生态拦截箱增加其肥力，为植物提供营养物质，而且也具有净化功能；

而铁矿废料能析出亚铁离子，而“铁-氮”耦合作用能有效促进水中氮和COD的去除，同时增加基质对磷素的吸附能力；

所述中心空腔中设置有用于污水处理的生物膜填料(线性填料或球形填料)，生物膜填料需经过微生物驯化后再进行填充，能增加拦截净化水田排水中化学需氧量(COD)、氮和磷等污染物的能力。

上述节水闸，根据当地农业灌区实际情况设计其高度和宽度，建议生态沟渠建立在斗渠和支渠，每1公顷水田配制100m或以上生态沟渠；

一般生态沟渠的沟底宽度在1m或以上，保障水田行洪走水的畅通；

节水闸的两端支架高度在1m-1.5m或根据具体情况加高或减小高度，支架为具有承重结构的铁质或不锈钢材质；

两端调控绳索为铁锁链或其它同等功能的替代绳索；

闸门采用铁质或不锈钢材质板材制作；

节水闸两端底部设置固定桩，分别嵌入两端沟壁的内部，采用水泥和河砂浇筑，其高度与实际沟渠高度相当，宽度不小于0.6m，长度不小于1m。

上述生态混凝土混合物利用水泥、河砂、活性炭、锯末、铁矿废料和沸石按质量比为1：(2-3)：(0.50-2)：(0.10-0.50)：(0.10-0.25)：(1-3)充分混合均匀，再加水得到生态混凝土混合物，该生态混凝土混合物具有有机吸附材料(活性炭和沸石)、渗透性材料(河砂)和保水材料(锯末)。上述生态混凝土混合物经模具成型后对排水沟渠进行改造，对沟壁和沟底进行非完全固化，生态混凝土混合物硬化后变成的硬化层上设置有多个用于使沟渠土壤外露的通孔，保障了沟渠土壤与外接环境进行大气、水分和物质交换，生态沟渠的沟壁上的硬化层上的通孔为多边形通孔(建议不小于五边形)，生态沟渠的沟底上的硬化层上的通孔为长方形通孔，多边形通孔与长方形通孔结构有利于植物保育，又能增加吸附比表面积，其力学性能满足工程使用要求，具有良好的透水、透气性能，有利于水分和物质交换。

上述生态拦截箱的纵向截面形状为倒梯形，与实际沟渠形状相似，生态拦截箱的两端嵌入沟渠土壤0.4m-0.6m，以固定箱体，防止箱体移动或冲倒；

生态拦截箱的高度为0.3m-0.6m，厚度为0.60m-0.80m或根据沟渠污染程度适当增加其尺寸均可；

生态拦截箱由透水板围成，透水板的材质为塑料、铁质或不锈钢等，透水板上的透水孔的几何图形为一种孔形或多种孔形混合均可；

所述生态拦截箱内的空腔由透水板分割成中心空腔与外围空腔，所述外围空腔环绕包围着所述中心空腔，所述外围空腔中填充有由用于基质栽培植物的基质、生物炭以及铁矿废料混合而成的生态基质床，所述生态拦截箱中的生态基质床上种植有植物；

所述外围空腔中填充有由炉渣、沸石、火山石、钢渣、蛭石以及陶粒一种或多种基质与生物炭(农作物秸秆制作而成)、铁矿废料混合形成的生态基质床，填充粒径小于3cm的基质，在生态基质床上种植美人蕉、黄香蒲、芦苇、鸢尾等根系相对发达的植物；

添加的生物炭可以增加生态基质床的孔隙度，改善生态拦截箱的透水和排水性，并改良生态拦截箱增加其肥力，保障植物的生长；

添加铁矿废料是利用“铁-氮”耦合理论，提高生态拦截箱去除氮素能力；

中心空腔中设置有用于污水处理的生物膜填料(线性填料或球形填料)，生物膜填料需经过微生物驯化后再进行填充，这些生物膜填料可以自由更换或清除，能有效去除水中污染物，中心空腔的上开口处设置有栅格网，以便于更换生物膜填料。

与现有技术相比，本发明的技术效果：

本发明利用生态混凝土混合物增加了截留吸附污染物能力，减少了水土流失，增加了透水性，保育了沟渠植物，增加了沟渠系统水分和物质交换，为微生物和植物提供了附着载体，减少了水田排水对沟渠土壤和植物的冲刷，有效降低了沟渠滑坡，增加了植物多样性，既能净化水体与调节沟渠生态系统，也能美化环境，实现了“以废治废”的目的；

生态拦截箱能减少进水流速，消弱进水峰值，同时增加沟渠截留净化污染物能力，生态拦截箱是利用微生物、植物、基质等小型生态系统实现净化功能，而生物炭的添加对其作用起到促进作用，生态混凝土固坡系统搭配生态拦截箱共同强化生态沟渠的治污能力；

再加上生物膜的投入，进一步提升了生态沟渠的去污能力；

本发明在不影响正常排水条件下，延长水力停留时间或蓄水时间，不仅能有效抗击过水冲刷，也具有较高的截留净化污染物能力，更能增加沟渠生态系统的生物多样性，同时改善沟渠系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠中的沟壁、沟底、硬化层以及通孔的结构示意图；

图2为应用于图1中的生态拦截箱的俯视结构示意图；

图3为图2中的生态拦截箱的主视结构示意图。

图中：1沟壁，3硬化层，4通孔，5沟底；

2生态拦截箱，201生态基质床，202透水板，203生物膜填料，204嵌入部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征的正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1～图3，图1为本发明的实施例提供的一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠中的沟壁、沟底、硬化层以及通孔的结构示意图；图2为应用于图1中的生态拦截箱的俯视结构示意图；图3为图2中的生态拦截箱的主视结构示意图。

本申请提供了一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠，所述生态沟渠的入口处与出口处均设置有节水闸以用于调控生态沟渠的进水、排水以及蓄水；

所述生态沟渠的沟壁1与沟底5上均铺设有由生态混凝土混合物固化后变成的硬化层3，所述硬化层3上设置有多个用于使沟渠土壤外露的通孔4；

所述生态沟渠的沟壁1的上部的硬化层3上的通孔4中种植有经济类植物；

所述生态沟渠的沟壁1的中部的硬化层3上的通孔4中种植有多年生草本植物；

所述生态沟渠的沟壁1的下部的硬化层3上的通孔4中种植有挺水植物或水生草本植物；

所述生态沟渠的沟底5的硬化层3上的通孔4中种植有沉水植物以及挺水植物；

所述生态沟渠内设置有由透水板202围成的生态拦截箱2，所述生态拦截箱2内的空腔由透水板202分割成中心空腔与外围空腔，所述外围空腔环绕包围着所述中心空腔；

所述外围空腔中填充有由用于基质栽培植物的基质、生物炭以及铁矿废料混合而成的生态基质床201，所述生态基质床201上种植有植物；

所述中心空腔中设置有用于污水处理的生物膜填料203。

在本申请的一个实施例中，所述生态混凝土混合物为采用水泥、河砂、活性炭、锯末、铁矿废料、沸石以及水混合均匀制得，其中所述水泥、河砂、活性炭、锯末、铁矿废料、沸石的质量比为1：(2-3)：(0.5-2)：(0.25-1)：(0.10-0.25)：(1-3)。

在本申请的一个实施例中，所述生态沟渠的沟壁1与沟底5上的硬化层3上的通孔4中填充有生物炭。

在本申请的一个实施例中，所述基质为炉渣、沸石、火山石、钢渣、蛭石以及陶粒中的一种或多种，所述钢渣为转炉钢渣、平炉钢渣或电炉钢渣。

在本申请的一个实施例中，所述生物膜填料203为线性填料或球形填料。

在本申请的一个实施例中，所述外围空腔为顶敞口箱体腔以方便更换生态基质床201，所述中间空腔为顶敞口箱体腔以方便更换生物膜填料203。

在本申请的一个实施例中，所述生态沟渠的沟壁1的上部的硬化层3上的通孔4中种植的经济类植物具体为空心菜、金花菜、水芹、韭菜以及茭白中的一种或多种。

在本申请的一个实施例中，所述生态沟渠的沟壁1的中部的硬化层3上的通孔4中种植的多年生草本植物具体为美人蕉、千屈菜、大丽花以及鸢尾中的一种或多种；

所述生态沟渠的沟壁1的下部的硬化层3上的通孔4中种植的植物为芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾、再生花、铜钱草以及梭鱼草中的一种或多种。

在本申请的一个实施例中，所述生态沟渠的沟底5的硬化层3上的通孔4中种植的植物具体为狐尾藻、黑藻、小茨藻以及光叶眼子菜中的一种或多种，并搭配种植芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾、黄香蒲、再生花、铜钱草以及梭鱼草中的一种或多种。

在本申请的一个实施例中，所述生态基质床201上种植的植物具体为美人蕉、黄香蒲、芦苇以及鸢尾中的一种或多种。

生态沟渠采用一次模具成型，沟壁1由于受水体冲刷严重，采用正多边形通孔，不仅能增加沟壁1抗冲刷能力，也能保证植物生长，沟底5采用等边但不等角六边形通孔，一是稳固沟渠结构，二是便于沟渠植物生长繁殖，生态沟渠的沟壁1上的硬化层3上的通孔的孔穴间距为20-25cm，其半径为10-15cm，生态沟渠的沟底5上的硬化层3上的通孔的孔穴间距为10-15cm，孔穴长度为15-20cm；

生态沟渠的沟壁1与沟底5上的硬化层3上的通孔4中填充有生物炭。

在本申请的一个实施例中，节水闸上部具有稳定杆和稳定箍，起到平衡闸门作用，其两端配有支架，支架的高度在1m-1.5m或根据具体情况加高或减小高度，支架为具有承重结构的铁质或不锈钢材质；

通过调控绳索来调控闸门高度，绳索的材质为铁锁链或其它同等功能的替代绳索；

闸门两端底部设置固定桩并带有闸门卡槽，分别嵌入两端沟壁1内部，采用水泥和河砂浇筑，其高度与实际沟渠高度相当，宽度不小于0.6m，长度不小于1m。

生态拦截箱2的纵向截面形状为倒梯形，与实际排水沟渠形状相似，生态拦截箱2的高度为0.3-0.6m，生态拦截箱2的厚度为0.60m-0.80m；

中心空腔的宽度同沟底5宽度相同，中心空腔的厚度为0.2-0.3m；

生态拦截箱2两端分别嵌入沟渠土壤0.4m-0.6m，目的是防止箱体移动或冲倒，其作用起到消弱过水流速，同时过滤净化过水水质，而不是完全阻挡过水；

生态拦截箱2由透水板202围成，透水板202的材质为塑料、铁质或不锈钢等，透水板202上的透水孔的几何图形为一种孔形或多种孔形混合均可；

而生态拦截箱2的嵌入沟渠土壤的嵌入部204可采用透水或不透水材质均可；

外围空腔中填充有由用于基质栽培植物的基质、生物炭以及铁矿废料混合而成的生态基质床201，基质、生物炭以及铁矿废料的质量比为(10-15)：1：(2-5)，填充粒径为小于3cm的基质，生态拦截箱2中的生态基质床201上种植有植物；

添加的生物炭可以增加生态基质床201的孔隙度，改善生态拦截箱2的透水和排水性，并增加其肥力有利于植物前期的生长；

中心空腔中设置有用于污水处理的生物膜填料203(线性填料或球形填料)，生物膜填料203需经过微生物驯化后再进行填充，这些生物膜填料203可以自由更换或清除，能有效去除水中污染物；

经过上述改造的生态拦截箱2成为独立的微型生态系统，能有效强化生态沟渠截留净化污染物能力。

本发明在强水利排水区依然适用与实用：所述的生态沟渠，沟壁1和沟底5采用不同形状的孔穴结构，主要是充分利用沟渠土壤，进行水分和物质交换，以及利用土壤微生物，目的是尽量维护沟渠系统的自净能力；

沟壁1根据其空间结构，搭配不同类型植物，不仅充分利用沟壁1上有限的空间，改善了生态沟渠的景观效应，同时利用不同植物对水中营养物吸收的协同作用，促进污染物的去除，增加经济收入，而且不同类型植物组合还能改善土壤中微生物群落，丰富沟渠生物多样性，也能强化沟渠系统去污能力；

沟底5搭配沉水植物和挺水植物，不仅能稳固沟底5土壤上浮，减少内源污染释放，也利用植物吸收消减过水中污染物含量，而且沟底5种植狐尾藻、黑藻等多年生水生草本沉水植物以及种植拥有较大生物量的挺水植物(如芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾等)，减少了生态沟渠因补种植物而引起的费用。

本申请利用生态混凝土混合物，采用活性炭、铁矿废料、沸石等，这不仅增加了生态沟渠的比表面积，也为氮磷等物质提供了大量的吸附位点，强化生态沟渠的净化能力，且能减少环境扰动；

上述生态拦截箱2中填充基质和生物膜相结合，进一步促进水中COD、氮和磷等物质的去除，同时由于微生物的种群和数量增加，也能有效去除水中的部分农药等有害物质；

所述节水闸能有效延长排水在沟渠内蓄水时间，促进沟渠植物吸收、基质和土壤的吸附以及微生物代谢利用；

另外由于生态沟渠处于干湿交替环境中，基质吸附的物质能有效被其附着的微生物利用，则可不用更换填充基质，但为了减少内源污染物释放，可定期更换填充基质，由于生态拦截箱2垂直水流方向放置，能有效截留过水中悬浮物质，经生态拦截箱2过滤后，水质透明度增加50cm以上，同时减少了清淤沟段，节约了维护成本；

生态拦截箱2建议每10m放置一组，如果重污染建议增加布设数，而轻度为节约成本可以适当减少放置数量。沟渠植物定期收割地上部分生物量，减少二次污染。

本发明以100m的生态沟渠为例，在正常运行期间，采用人工配水方式验证其净化功能，定期在沟渠进出口监测水质，水质监测结果如下表1。

参数(mg/L)	进水水质(mg/L)	过水出水水质(mg/L)	蓄水7天后出水水质(mg/L)
				COD	30.16	18.35	12.57
总氮	9.45	6.46	1.31
				铵态氮	6.09	2.58	0.54
总磷	2.32	0.86	0.15

在运行本发明实施例提供的生态沟渠系统以前，实验区域内的水田地产生的水体均直接排放，COD、总磷和总氮的含量分别劣于《地表水环境质量标准(GB3838－2002)》中Ⅳ类和Ⅴ类水质标准；

在本发明实施例提供的生态沟渠系统持续稳定运行3个月以后，实验区域内水田排水水质均达到Ⅲ类水质标准，部分水质不达标水质通过延长蓄水时间就能达到Ⅲ类水质标准；

从过水出水到蓄水7天后出水，COD去除率达到39％-58％，总氮去除率达到31％－87％，铵态氮去除率达到57％-91％，总磷去除率达到63％-97％，而通过节水闸延长蓄水时间，能进一步提高各指标去除能力；

本发明不仅能够有效改善实验区域内水田排水水质，有效解决水田区面源污染问题，减少对区域下游收纳水体的污染风险，保护水源地，且能够根据当地实际情况因地制宜、简单实用、易于维护，且具有生态效应和景观效应，便于推广应用。

本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。

本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠，其特征在于，所述生态沟渠的入口处与出口处均设置有节水闸以用于调控生态沟渠的进水、排水以及蓄水；

所述生态沟渠的沟壁与沟底上均铺设有由生态混凝土混合物固化后变成的硬化层，所述硬化层上设置有多个用于使沟渠土壤外露的通孔；

所述生态沟渠的沟壁的上部的硬化层上的通孔中种植有经济类植物；

所述生态沟渠的沟壁的中部的硬化层上的通孔中种植有多年生草本植物；

所述生态沟渠的沟壁的下部的硬化层上的通孔中种植有挺水植物或水生草本植物；

所述生态沟渠的沟底的硬化层上的通孔中种植有沉水植物以及挺水植物；

所述生态沟渠内设置有由透水板围成的生态拦截箱，所述生态拦截箱内的空腔由透水板分割成中心空腔与外围空腔，所述外围空腔环绕包围着所述中心空腔；

所述外围空腔中填充有由用于基质栽培植物的基质、生物炭以及铁矿废料混合而成的生态基质床，所述生态基质床上种植有植物；

所述中心空腔中设置有用于污水处理的生物膜填料。

2.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述生态混凝土混合物为采用水泥、河砂、活性炭、锯末、铁矿废料、沸石以及水混合均匀制得，其中所述水泥、河砂、活性炭、锯末、铁矿废料、沸石的质量比为1：(2-3)：(0.5-2)：(0.25-1)：(0.10-0.25)：(1-3)。

3.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述生态沟渠的沟壁与沟底上的硬化层上的通孔中填充有生物炭。

4.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述基质为炉渣、沸石、火山石、钢渣、蛭石以及陶粒中的一种或多种，所述钢渣为转炉钢渣、平炉钢渣或电炉钢渣。

5.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述生物膜填料为线性填料或球形填料。

6.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述外围空腔为顶敞口箱体腔以方便更换生态基质床，所述中间空腔为顶敞口箱体腔以方便更换生物膜填料。

7.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述生态沟渠的沟壁的上部的硬化层上的通孔中种植的经济类植物具体为空心菜、金花菜、水芹、韭菜以及茭白中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述生态沟渠的沟壁的中部的硬化层上的通孔中种植的多年生草本植物具体为美人蕉、千屈菜、大丽花以及鸢尾中的一种或多种；

所述生态沟渠的沟壁的下部的硬化层上的通孔中种植的植物为芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾、再生花、铜钱草以及梭鱼草中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述生态沟渠的沟底的硬化层上的通孔中种植的植物具体为狐尾藻、黑藻、小茨藻以及光叶眼子菜中的一种或多种，并搭配种植芦苇、蒲草、荸荠、香蒲、水生鸢尾、黄香蒲、再生花、铜钱草以及梭鱼草中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的生态沟渠，其特征在于，所述生态基质床上种植的植物具体为美人蕉、黄香蒲、芦苇以及鸢尾中的一种或多种。