CN110067239A - 一种农田尾水生态循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农田尾水生态循环系统，包括以下步骤：农田尾水通过生态沟渠排入生态塘，所述生态塘内种植有水生植物，所述水生植物通过打捞设备打捞和粉碎设备粉碎后制备混合饲料，将所述混合饲料进行畜牧业养殖，收集所述畜牧业得到的粪便并制备肥料，将所述肥料用于农田施肥。本发明农田尾水生态循环系统，通过生态沟渠和生态塘显著削减农田尾水中氮、磷含量，可有效控制农田区域性面积污染对河道、湖泊水体的污染，降低富营氧化风险，形成良好的生态循环系统；生态塘中的水生植物可以加工再利用，变成肥料重新对农田进行施肥，避免重复增补氮磷肥，减少氮磷肥的使用量，实现生态循环，可产生较好的社会和经济效益，具有极大的应用推广前景。

Description

一种农田尾水生态循环系统

技术领域

本发明涉及农业污水处理、环境保护技术领域，特别涉及一种农田尾水生态循环系统。

背景技术

随着科技的进步、经济的发展，也促进了农业的快速发展，化肥和农药的施用量增加，然而肥料投入量的增加导致的环境污染问题也日益突出，这种以高量化肥投入为主的农业生产模式也直接加速了重要自然资源的消耗，环境问题日益严重，给各种天然水体带来沉重的负荷，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶氧量下降，出现水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象。这种现象称为水体富营养化。江河湖水海洋的富营养化实质上是生态系统退化问题，而水体富营养化和荒漠化已成为当今世界水环境普遍存在的现象。

水体富营养化不仅会影响水体的水质，而且会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，由于水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。在形成“绿色浮渣”后，水下的藻类会因得不到阳光照射而呼吸水内氧气，不能进行光合作用。水内氧气会逐渐减少，水内生物也会因氧气不足而死亡。死去的藻类和生物又会在水内进行氧化作用，这时水体也会变得很臭，水资源也会被污染的不可再用。

农田区域性面积污染是指在农田生产活动中，氮素和磷素等营养物质、农药以及其他有机或无机污染物质，随着降水或灌溉过程，通过农田的地表径流和农田渗漏而形成的环境污染，主要包括化肥污染、农药污染、畜禽粪便污染等。随着农田种植过程中肥料用量的不断增加，农田土壤中氮、磷含量及氮、磷流失量不断增加，造成了农田土壤及周边水体环境污染加剧。农业区域性面积污染是导致水体富营养化重要原因之一，而农田面源污染由于区域大、范围广、治理难，已成为农业面源污染的重要因素。在实际生产中，农民为追求高产出、高收益，往往盲目地加大施肥量，其中施氮量通常高出常规大田作物的几倍甚至10倍以上，严重超出作物对肥料的实际需求量，导致农作物种植区土壤氮、磷含量较高，肥力下降，地下水硝酸盐污染严重以及因氮、磷等营养物质大量流失，造成地表水富营养化问题加剧。

在我国，农业面源污染已成为影响水环境的重要因素，正在成为我国生态环境恶化的主要原因之一，严重制约着农业和农村经济环境的可持续发展。而造成农业面源污染的主要原因是化肥、农药的大量投入与不合理使用，这导致农田排水中总氮和总磷的浓度居高不下，大量残留的氮磷被雨水冲刷后通过纵横交错的河网系统进入河流、湖泊，致使藻类富营养化问题突出，危害很大。农业面源污染的形成是一个综合而复杂的过程，包括降雨径流过程、土壤侵蚀过程、地表溶质溶出过程和土壤溶质渗漏过程，这四个过程是相互联系、相互作用的，其发生过程受到土壤、地形、降雨、土地覆盖、人类活动等诸多因素的影响。受到土地利用、地形地貌、气相水文等诸多因素的影响，农业面源污染的排放过程随机而不确定。总之，各种污染物交互影响，导致农业面源污染治理难度极大。

现有的污水处理厂由于处理成本和维持费用昂贵而经常处于间歇运行或者根本不运行的状态，导致大量建设资金的浪费和环境污染的日趋恶化。此外，传统的活性污泥法以去除碳源污染物为主，对氮磷等营养物质的去除则微乎其微，出水排入环境水体后易引起富营养化等问题。目前，国内的所有的生态和环境工程技术，如构建湿地技术，生物操纵技术，食藻虫技术，这些水处理技术从技术层面都可以，但不是成本较高或生态效益太低，并没有实质性效果，难以进行大面积的推广。

因此，研究制定经济有效的农田氮、磷流失阻控措施，消减农田排水中氮、磷等污染物负荷，对于遏制水体富营养化、促进流域社会和经济可持续发展具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题以及克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种农田尾水生态循环系统，其能够显著削减农田尾水中氮、磷含量，可有效控制农田区域性面积污染对河道、湖泊水体的污染，降低富营氧化风险；能够避免重复增补氮磷肥，减少额外的氮磷肥的使用量，实现生态循环。

为达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种农田尾水生态循环系统，包括以下步骤：农田尾水通过生态沟渠排入生态塘，所述生态塘内种植有水生植物，所述水生植物通过打捞设备打捞和粉碎设备粉碎后制备混合饲料，将所述混合饲料进行畜牧业养殖，收集所述畜牧业得到的粪便并制备肥料，将所述肥料用于农田施肥。

优选地，所述生态沟渠中还设置有排水净化装置，所述排水净化装置包括促沉装置和吸附装置，促沉装置促使泥沙沉降，吸附装置通过基质材料吸附去除农田尾水中的氮、磷。

更加优选地，促沉装置包括位于内部的促沉填料以及位于外部的挡水板，所述吸附装置包括活性炭。

优选地，所述生态沟渠包括底板以及位于所述底板两侧的边坡，所述边坡由位于内侧的浆砌片石以及位于外侧的联锁式护坡砖组成，所述浆砌片石预留有凹坑，所述联锁式护坡砖铺设在所述凹坑中。

更加优选地，所述生态沟渠的横截面形状为倒梯形，所述生态沟渠的顶部到所述底板顶部的垂直高度为0.8-1.8m，顶宽度为1.0-3.0m，底宽度为0.3-1.5m。

更加优选地，所述边坡的厚度为0.3-0.5m，所述边坡的坡度为1:0.5-1:1.5。

优选地，所述农田尾水生态循环系统还包括位于所述农田和所述生态塘之间的生态护坡。

更加优选地，所述生态护坡包括种植于上部的草皮，种植于中部的菖蒲和/或鸢尾，以及位于下部的木桩。

优选地，所述水生植物包括挺水植物、沉水植物以及浮水植物，所述挺水植物为芦苇、茭白，所述浮水植物为水葫芦，所述沉水植物为金鱼藻、马来眼子菜。

本发明还提供了另外一种农田尾水生态循环系统，包括以下步骤：农田尾水通过生态沟渠排入生态塘，所述生态塘内种植有水生植物，所述水生植物通过打捞设备打捞和粉碎设备粉碎后制备菌用基质，用所述菌用基质进行菌菇栽培，将所述菌菇栽培收割后剩下的菇渣废弃物用于农田施肥。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1. 本发明农田尾水生态循环系统，通过生态沟渠和生态塘的配合，显著削减农田尾水中氮、磷含量，可有效控制农田区域性面积污染对河道、湖泊水体的污染，降低富营氧化风险，形成良好的生态循环系统，同时实现区域水体循环利用，提高了农田的经济效益；

2. 本发明农田尾水生态循环系统中生态塘的水生植物可以加工再利用，变成肥料重新对农田进行施肥，避免重复增补氮磷肥，减少额外的氮磷肥的使用量，实现生态循环；

3. 本发明农田尾水生态循环系统中通过生态沟渠、生态护坡、生态塘的相互配合，实现了对农田尾水的生态拦截-末端治理-循环利用，不仅能够有效降低水体中氮、磷含量，增加经济效益，而且整体建设美观大方，可产生较好的社会、经济和环境效益，具有极大的应用推广前景。

附图说明

图1为本发明优选实施例的农田尾水生态循环系统的流程图；

图2为本发明优选实施例的农田生态沟渠的截面图；

图3为本发明优选实施例的农田生态沟渠中联锁式护坡砖的主视图；

其中：边坡-1，浆砌片石-2，凹坑-21，联锁式护坡砖-3，通孔-31，底板-4，种植孔-41。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

实施例一

一种农田尾水生态循环系统，具体包括以下步骤：

步骤S1：农田尾水排入生态塘

农田尾水排入生态塘具体有两种方式：一种方式是通过生态沟渠将大量的农田尾水排入生态塘；另一种方式是通过位于农田和生态塘之间的生态护坡将地表径流汇集于生态塘。

一、生态沟渠：参照附图2-3，本实施例的生态沟渠，包括底板4以及位于底板4两侧的边坡1，边坡1由位于内侧的浆砌片石2以及位于外侧的联锁式护坡砖3组成，浆砌片石2预留有凹坑21，联锁式护坡砖3铺设在凹坑21中。

底板4由混凝土浇筑而成，且在浇筑时底板4上预留有贯穿底板4的种植孔41，种植孔41中种植有水生植物。水生植物为黄菖蒲、灯芯草、再力花、鸢尾、水芹菜、水蕹菜、茭白、水生美人蕉、金鱼藻、马来眼子菜和海菜中的任意一种或多种。

联锁式护坡砖3中开设有通孔31，通孔31内种植有护坡植物。在靠近底板4的联锁式护坡砖3的通孔31中的护坡植物可为挺水植物，如芦苇、茭白，在远离底板4的联锁式护坡砖3的通孔31中的护坡植物可为草皮。本实施例中联锁式护坡砖3为镂空的正六边形，如图2所示，以增加联锁式护坡砖3之间的稳固性。

本实施例中1m的生态沟渠铺设3m²联锁式护坡砖3，种植16棵菖蒲和16棵鸢尾。

生态沟渠的横截面形状为倒梯形，生态沟渠的顶部到底板4顶部的垂直高度为0.8-1.8m，顶宽度为1.0-3.0m，底宽度为0.3-1.5m，底板4的厚度为0.2-0.6m，边坡1的坡度为1:0.5-1:1.5，边坡1的厚度为0.3-0.5m，联锁式护坡砖3的厚度为0.05-0.15m。如图2所示，在本实施例中，生态沟渠的顶部到底板4顶部的垂直高度为1.5m，顶宽度为1.5m，底宽度为0.5m，底板4的厚度为0.5m，边坡1的坡度为1:1，即边坡的水平宽度与边坡的垂直高度相同，边坡1的厚度为0.4m，其中联锁式护坡砖3的厚度为0.1m。这样的设计方式能够有效削减悬浮物、氮、磷含量，充分利用现有的农田沟渠空间，节约土地资源。

在本实施例的生态沟渠中间设置有排水净化装置，排水净化装置包括促沉装置和吸附装置，促沉装置包括位于内部的促沉填料以及位于外部的挡水板，其能够促使水中泥沙沉降，本实施例中的促沉填料为直径1-5cm的石头，优选为天然沸石。吸附装置通过基质材料即活性炭吸附去除农田尾水中的氮、磷。

通过生态沟渠的建设对农田径流中的氮、磷等物质进行拦截、吸附、沉积、转化及吸收利用，从而对农田流失的养分进行有效拦截，达到控制养分流失，实现养分再利用，减少水体污染物质从而净化水体水质的目的。

二、生态护坡：本实施例中的生态护坡包括三部分，分别为种植于生态护坡上部的草皮，种植于生态护坡中部的菖蒲和/或鸢尾，以及位于生态护坡下部的木桩。

生态护坡对地表径流中的氮、磷等物质进行拦截、吸附、沉积、转化及吸收利用，达到控制养分流失，实现养分再利用，减少地表径流流入生态塘从而达到净化水体水质的目的。

步骤S2：水生植物拦截

生态塘的近水岸边种植垂柳、灌木柳等，生态塘内种植有多种氮磷吸附能力强的水生植物，包括挺水植物、沉水植物以及浮水植物，如改良绿狐尾藻、水葫芦、铜钱草等，考虑经济效益和美观效果，也可适当搭配种植空心菜、浮莲、茭白、菖蒲等，塘边兼顾种植一些垂柳、水杉等乔灌木。本实施中挺水植物为芦苇、茭白，浮水植物为水葫芦，沉水植物为金鱼藻、马来眼子菜。

生态塘内还可以根据实际情况进行鱼类的养殖，一方面是增加生物系统的多样性，另一方面也可增加收益。生态塘内适量放殖螺蛳、贝壳等底栖动物及滤食性鱼类，以达到对养殖废水的净化作用。

步骤S3：水生植物打捞及粉碎

每隔一段时间，根据水生植物的生长状况，可通过打捞设备打捞水生植物并用粉碎设备进行粉碎。本实施例中的打捞和粉碎主要针对的是水葫芦。

步骤S4：制备混合饲料并用于畜牧业养殖

粉碎后的水葫芦通过微贮技术用来制备混合饲料，并将该混合饲料进行畜牧业养殖，如进行牛、羊等常规肉类动物的养殖，不仅减少了购买饲料的成本，也为水葫芦的应用开辟了一条新的道路。

微贮技术是一种简单、可靠、经济、实用的粗饲料微生物处理技术。本实施例中将粉碎后的水葫芦等粗饲料按比例添加一种或多种有益微生物菌剂，在密闭和适宜的条件下，通过有益微生物的繁殖与发酵作用，使质地粗硬的或干黄的水葫芦变成柔软多汁、气味酸香、适口性好、利用率高的粗饲料。

步骤S5：收集粪便并用于农田施肥

收集畜牧业养殖中得到的动物粪便并制备能够促进农作物生长的肥料，将该肥料用于农田施肥。避免重复增补氮磷肥，减少额外的氮磷肥的使用量，实现生态循环。

步骤S6：清淤

本实施例的农田尾水生态循环系统还包括定期对生态塘进行清淤的操作，打捞生态塘池底的淤泥，可回收利用至农田施肥，或填补水塘、烧结成砖，从而带来一定的经济效益。

步骤S7：水质监测

本实施例的农田尾水生态循环系统还包括对区域内水体的各项指标进行实时监测或定期检测的水质监测系统，以保证水体的各项指标均位于正常的范围内，或即使超出指标的正常范围也能快速的发现和及时采取应对措施。

以上步骤的先后顺序以及标号只是为了方便理解和说明，在实际的制作过程中并不需要按此顺序操作，如水葫芦的打捞和生态塘淤泥的打捞可以同时进行，且打捞的频率也可以根据实际情况进行调节。

实施例二

参照图1-3，本实施例中的农田尾水生态循环系统与实施例一基本相同，区别点在于：本实施例中的水生植物通过打捞设备打捞和粉碎设备粉碎，经过好氧发酵后用于制备菌用基质，将制备得到的菌用基质进行菌菇栽培，菌菇栽培收割后剩下的菇渣废弃物用于农田施肥。

实施例三 实施效果

原农田尾水中COD_Cr浓度50～100mg/L，氨氮浓度1.8～2.4mg/L，TN浓度2.5～4mg/L，TP浓度为0.8～1.8mg/L。

采用本发明中的农田尾水生态循环系统后，农田尾水COD_Cr浓度16～36mg/L，氨氮浓度0.5～1.4mg/L，TN浓度1.0～1.6mg/L，TP浓度为0.1～0.4mg/L。

本发明对农田尾水中总氮、总磷的平均浓度消减率至少达到60%以上。

本发明的农田尾水生态循环系统的处理过程更全面，净化效率较高，其净化过程可分为生态拦截-末端治理-循环利用三个阶段，具体为：

第一阶段是生态拦截，通过生态沟渠和生态护坡实现，该阶段对农田径流和地表径流中的氮、磷等物质进行拦截、吸附、沉积、转化及吸收利用，从而对农田流失的养分进行有效拦截，达到控制养分流失，实现养分再利用，减少水体污染物质从而净化水体水质的目的；

第二阶段是末端治理，通过生态塘中的多种水生植物实现，在该阶段对农田尾水作彻底净化；

第三阶段是循环利用，通过对生态塘中水生植物打捞粉碎后进行畜牧业养殖或菌菇栽培，得到的动物粪便或菇渣废弃物经过处理后进行农田施肥再次还田，避免重复增补氮磷肥，减少额外的氮磷肥的使用量，实现生态循环。

本发明农田尾水生态循环系统，通过构建有效的防污降污措施，通过生态沟渠和生态塘相配合显著削减农田尾水中氮、磷含量，可有效控制农田区域性面积污染对河道、湖泊水体的污染，降低富营氧化风险，形成良好的生态循环系统，同时实现区域水体循环利用，提高了农田的经济效益；生态塘的水生植物可以加工再利用，变成肥料重新对农田进行施肥，避免重复增补氮磷肥，减少额外的氮磷肥的使用量，实现生态循环；通过生态沟渠、生态护坡、生态塘的相互配合，实现了对农田尾水的生态拦截-末端治理-循环利用的处理阶段，不仅能够有效降低水体中氮、磷含量，增加经济效益，而且整体建设美观大方，可产生较好的社会、经济和环境效益，具有极大的应用推广前景。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，包括以下步骤：农田尾水通过生态沟渠排入生态塘，所述生态塘内种植有水生植物，所述水生植物通过打捞设备打捞和粉碎设备粉碎后制备混合饲料，将所述混合饲料进行畜牧业养殖，收集所述畜牧业得到的粪便并制备肥料，将所述肥料用于农田施肥。

2.根据权利要求1所述的一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，所述生态沟渠中还设置有排水净化装置，所述排水净化装置包括促沉装置和吸附装置。

3.根据权利要求2所述的一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，所述促沉装置包括位于内部的促沉填料以及位于外部的挡水板，所述吸附装置包括活性炭。

4.根据权利要求1所述的一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，所述生态沟渠包括底板以及位于所述底板两侧的边坡，所述边坡由位于内侧的浆砌片石以及位于外侧的联锁式护坡砖组成，所述浆砌片石预留有凹坑，所述联锁式护坡砖铺设在所述凹坑中。

5.根据权利要求4所述的一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，所述生态沟渠的横截面形状为倒梯形，所述生态沟渠的顶部到所述底板顶部的垂直高度为0.8-1.8m，顶宽度为1.0-3.0m，底宽度为0.3-1.5m。

6.根据权利要求4所述的一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，所述边坡的厚度为0.3-0.5m，所述边坡的坡度为1:0.5-1:1.5。

7.根据权利要求1所述的一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，所述农田尾水生态循环系统还包括位于所述农田和所述生态塘之间的生态护坡。

8.根据权利要求7所述的一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，所述生态护坡包括种植于上部的草皮，种植于中部的菖蒲和/或鸢尾，以及位于下部的木桩。

9.根据权利要求1所述的一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，所述水生植物包括挺水植物、沉水植物以及浮水植物，所述挺水植物为芦苇、茭白，所述浮水植物为水葫芦，所述沉水植物为金鱼藻、马来眼子菜。

10.一种农田尾水生态循环系统，其特征在于，包括以下步骤：农田尾水通过生态沟渠排入生态塘，所述生态塘内种植有水生植物，所述水生植物通过打捞设备打捞和粉碎设备粉碎后制备菌用基质，用所述菌用基质进行菌菇栽培，将所述菌菇栽培收割后剩下的菇渣废弃物用于农田施肥。