CN109970207A - 削减农田面源污染的生态沟渠 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种削减农田面源污染的生态沟渠，包括排水沟渠和位于排水沟渠渠底的土壤层，排水沟渠的横断面为梯形，排水沟渠的渠底从下至上依次铺设有基底支撑层、下层过滤层、上层过滤层和土壤层，沿着排水沟渠的长度方向，在下层过滤层和上层过滤层中埋设有外部包裹有土工无纺布的无砂混凝土管，土壤层中种植湿生植物。本发明构建的生态沟渠系统不影响沟渠正常排水、不占用任何耕地，运行管理简单，且不受季节温度限制，无砂混凝土管、陶粒、沸石等材料价格低廉，便于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及水环境治理和农田污水处理技术，尤其是一种削减农田面源污染的生态沟渠。
背景技术
我国是人口众多的农业大国，作为农业生产重要的农资，化肥和农药施用量逐年增加，化肥、农药等随地表径流、农田退水等流失引起的面源污染问题日渐突出。随着对点源污染的有效控制，农田面源污染已经成为河湖地表水体污染的主要污染源。农田排水沟渠作为农田水利基础设施的重要组成部分，将农田径流由分散流向集中流转变，在提高农田排水能力的同时，还可通过排水沟渠内底泥/土壤吸附、植物拦截与吸收、微生物降解等作用截留净化农田排水中的污染物，在农田面源污染阻控方面具有广阔的应用前景。
近年来，将农田排水沟进行生态化改造构建生态沟渠是控制农田面源污染的热点方向之一，通过在现有农田排水沟中填充过滤沙土、种植水生植物、养殖水生动物，并适当设置节制闸坝、拦水坎、集泥井、透水坝等设施，对氮磷等污染物进行拦截。尽管已有研究证实，与自然排水沟相比，生态沟渠对农田排水中污染物具有一定的削减能力，但现有生态沟渠仍存在以下不足：(1)生态沟渠内的水体流动较快，水力停留时间过短导致污染物削减率有限，如设置闸坝进行拦截又会影响沟渠正常的排水功能；(2)生态沟渠主要以水生植物的种植为核心来控制农业面源污染，由于植物吸收能力有限，随着下次退水或强降雨过程，面源污染物会继续进入河道或湖泊等水体，造成对地表水体的污染。
因此，目前针对农田面源问题亟需开发一种不影响沟渠排水功能，但能提高沟渠内污水蓄积量及水力停留时间，同时强化污染物截留效果的生态沟渠。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种削减农田面源污染的生态沟渠，解决目前生态沟渠污水蓄积量小、水力停留时间短、污染物削减率低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种削减农田面源污染的生态沟渠，包括排水沟渠和位于排水沟渠渠底的土壤层，排水沟渠的横断面为梯形，排水沟渠的渠底从下至上依次铺设有基底支撑层、下层过滤层、上层过滤层和土壤层，沿着排水沟渠的长度方向，在下层过滤层和上层过滤层中埋设有外部包裹有土工无纺布的无砂混凝土管，土壤层中种植湿生植物。
所述排水沟渠上顶挖掘宽度为1.3～1.7m、下底挖掘宽度为0.5～0.7m、深度为0.8～1.1m、边坡比为1:0.5～1:1.0，边坡上部0.5～1.0m植草防护。
所述土壤层的厚度为15～25cm，上层滤料层的材质为多孔陶粒，上层滤料层的高度为20～30cm，陶粒的粒径为9～11mm；下层滤料层的材质为天然斜发沸石，下层滤料层的高度为20～30cm，天然斜发沸石的粒径为3～5mm；所述基底支撑层的材质为卵砾石，卵砾石的粒径为12～15mm。
所述无砂混凝土管由粗骨料、水泥和水拌制而成，强度等级为C10，内径为300～500mm，管壁厚度为50mm，管外包裹有土工无纺布。
所述土工无纺布为短纤针刺非织造土工布，标称断裂强度为10kN/m。
所述湿生植物为芦苇、香蒲、麦冬草或金边吊兰。
所述生态沟渠纵向设0.5％的坡降，生态沟渠首端无砂混凝土管设置通气孔，末端与农田排水沟道联通，根据农田灌排的要求分段设置水闸控制生态沟渠的蓄、排水。
本发明的有益效果是：
(1)无砂混凝土管由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有良好的透水性、过滤性，本发明基于无砂混凝土管的构建的生态沟渠系统拦截和蓄积了大量农田排水，提高了沟渠排水的水力停留时间。
(2)生态沟渠底部布设的生态过滤层由多孔陶粒和天然斜发沸石复合滤料组成，利用滤料的吸附、离子交换作用及附着生长在滤料上的生物膜的生物降解作用，强化了生态沟渠对氮磷、有机物的净化作用。
(3)本发明构建的生态沟渠系统不影响沟渠正常排水、不占用任何耕地，运行管理简单，且不受季节温度限制，无砂混凝土管、陶粒、沸石等材料价格低廉，便于大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明削减农田面源污染的生态沟渠的横断面布置图。
图2为本发明削减农田面源污染的生态沟渠的纵断面布置图。
图中，1芦苇，2土壤层，3上层过滤层，4下层过滤层，5基底支撑层，6土工无纺布，7无砂混凝土管，8排水沟渠，9通气孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用来解释本发明，并不构成对本发明的限制。
如图1、2所示，本发明的削减农田面源污染的生态沟渠，包括排水沟渠8和位于排水沟渠渠底的土壤层2，排水沟渠8的横断面为梯形，排水沟渠8的渠底从下至上依次铺设有基底支撑层5、下层过滤层4、上层过滤层3和土壤层2，沿着排水沟渠8的长度方向，在下层过滤层4和上层过滤层3中埋设有外部包裹有土工无纺布6的无砂混凝土管7，土壤层2中种植湿生植物1。
所述排水沟渠8上顶挖掘宽度为1.3～1.7m、下底挖掘宽度为0.5～0.7m、深度为0.8～1.1m、边坡比为1:0.5～1:1.0，边坡上部0.5～1.0m植草防护。
所述土壤层2的厚度为15～25cm，上层滤料层3的材质为多孔陶粒，上层滤料层3的高度为20～30cm，陶粒的粒径为9～11mm；下层滤料层4的材质为天然斜发沸石，下层滤料层4的高度为20～30cm，天然斜发沸石的粒径为3～5mm；所述基底支撑层5的材质为卵砾石，基底支撑层5的高度为20～25cm，卵砾石的粒径为12～15mm。
无砂混凝土管7由粗骨料、水泥和水拌制而成，强度等级为C10，内径为300～500mm，管壁厚度为50mm，管外包裹有土工无纺布6。
所述土工无纺布为短纤针刺非织造土工布，标称断裂强度为10kN/m。
所述湿生植物为芦苇、香蒲、麦冬草或金边吊兰。
所述生态沟渠纵向设0.5％的坡降，生态沟渠首端无砂混凝土管7设置通气孔9，末端与农田排水沟道联通，根据农田灌排的要求分段设置水闸控制生态沟渠的蓄、排水。
本发明的用于削减农田面源污染的生态沟渠去除农田排水中污染物的原理在于：一方面可以利用种植于土壤层中的湿生植物1的根系吸附和吸收农田排水中的氮、磷等污染物，湿生植物1的根系还可为微生物生长提供固着载体，提高水体中微生物对污染物的降解作用。另一方面农田排水自上而下经土壤层2、上层过滤层3和下层过滤层4的吸附、过滤、离子交换及附着生长在滤料上的生物膜的生物降解作用下，农田排水中污染物得到有效削减，再进入具有良好透水性和过滤性的无砂混凝土管7，埋设于生态沟渠底部的无砂混凝土管提高了农田排水在沟渠中的水力停留时间，农田排水经本发明的用于削减农田面源污染的生态沟渠的拦截、蓄积和净化后，最终排入受纳水体。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (7)
1.一种削减农田面源污染的生态沟渠，包括排水沟渠(8)和位于排水沟渠渠底的土壤层(2)，其特征在于，排水沟渠(8)的横断面为梯形，排水沟渠(8)的渠底从下至上依次铺设有基底支撑层(5)、下层过滤层(4)、上层过滤层(3)和土壤层(2)，沿着排水沟渠(8)的长度方向，在下层过滤层(4)和上层过滤层(3)中埋设有外部包裹有土工无纺布(6)的无砂混凝土管(7)，土壤层(2)中种植湿生植物(1)。
2.根据权利要求1所述削减农田面源污染的生态沟渠，其特征在于，所述排水沟渠(8)上顶挖掘宽度为1.3～1.7m、下底挖掘宽度为0.5～0.7m、深度为0.8～1.1m、边坡比为1:0.5～1:1.0，边坡上部0.5～1.0m植草防护。
3.根据权利要求2所述削减农田面源污染的生态沟渠，其特征在于，所述土壤层(2)的厚度为15～25cm，上层滤料层(3)的材质为多孔陶粒，上层滤料层(3)的高度为20～30cm，陶粒的粒径为9～11mm；下层滤料层(4)的材质为天然斜发沸石，下层滤料层(4)的高度为20～30cm，天然斜发沸石的粒径为3～5mm；所述基底支撑层(5)的材质为卵砾石，卵砾石的粒径为12～15mm。
4.根据权利要求3所述削减农田面源污染的生态沟渠，其特征在于，所述无砂混凝土管(7)由粗骨料、水泥和水拌制而成，强度等级为C10，内径为300～500mm，管壁厚度为50mm，管外包裹有土工无纺布(6)。
5.根据权利要求4所述削减农田面源污染的生态沟渠，其特征在于，所述土工无纺布(6)为短纤针刺非织造土工布，标称断裂强度为10kN/m。
6.根据权利要求1所述削减农田面源污染的生态沟渠，其特征在于，所述湿生植物(1)为芦苇、香蒲、麦冬草或金边吊兰。
7.根据权利要1-6任一项所述削减农田面源污染的生态沟渠，其特征在于，所述生态沟渠纵向设0.5％的坡降，生态沟渠首端无砂混凝土管(7)设置通气孔(9)，末端与农田排水沟道联通，根据农田灌排的要求分段设置水闸控制生态沟渠的蓄、排水。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190705 |