CN110078310B - 农药降解生态床及其降解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农药降解生态床及其降解方法，旨在解决药瓶、药袋以及农药喷洒装置中的残留农药污染环境的技术问题。生态床包括床体，所述床体顶面开口并在开口处设有可开合的盖板；所述床体内部从上到下依次设有投放层、基质生态层、过滤层和集水层，所述投放层设有进水口，所述集水层设有出水口，所述进水口和所述出水口之间设有水泵，所述水泵的进水端与所述出水口连通，所述水泵的出水端与所述进水口连通；将农药降解生态床固装于水源处，填埋于地下0.5‑0.8m，露出地表0.3‑0.5m。本发明中的生态床既为农药降解的微生物的生长繁殖提供适宜环境，又具有良好的残留农药吸附作用，实现废弃药瓶、药袋农药残留的快速降解。
Description
技术领域
本发明涉及农药降解技术领域，具体涉及一种农药降解生态床及其降解方法。
背景技术
长期以来，我国蔬菜生产当中存在废弃药瓶、药袋在施用过程中随意丢弃的情况，这些不当处理导致了大量高浓度的农药原液随农药在稀释、灌装的过程中以及喷洒设备、清洗喷洒设备中残余农药在处理的过程中释放到周围土壤或水体环境中，严重污染了环境。
此外，菜农所使用的灌药点一般都集中在农田边缘固定的位置，高浓度重复多次的农药滴漏或散落易形成点源排放，进而引起地表水、地下水以及土壤环境的严重污染，威胁人体健康。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种农药降解生态床及其降解方法，以解决药瓶、药袋、农药喷洒装置中的残留农药以及农药滴漏所带来的环境污染问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种农药降解生态床，包括床体，所述床体顶面开口并在开口处设有可开合的盖板；所述床体内部从上到下依次设有投放层、基质生态层、过滤层和集水层，所述投放层内为空腔结构，用于投放容纳待处理的药瓶、药袋和/或农药喷洒装置，或用于农药稀释、灌装场所；所述基质生态层填充有混合基质，所述混合基质内含有降解菌剂；所述投放层设有进水口，所述集水层设有出水口，所述进水口和所述出水口之间设有水泵，以构成循环通路。
优选的，所述过滤层由粒径≤4mm的陶粒填充而成，且所述陶粒下方设有隔离铁砂网。
进一步的，所述投放层设有清洗槽，所述集水层设有倾斜角度为2-3°的斜板。
优选的，所述床体周壁材质为混凝土（或其他不透水材料，如玻璃钢、不锈钢材料等），所述投放层高20-30cm，所述基质生态层高至少80 cm，所述过滤层高10-15cm，所述集水层高至少10cm。
进一步的，所述水泵的出水端与所述进水口之间连通有过滤器，所述投放层内设有与所述进水口连通的淋水器。
优选的，所述基质生态层由混合填料和降解菌剂制备而成；
所述混合填料由以下成分组成：
以所述基质生态层的体积为总体积，长度为3-5cm的秸秆的体积占比25-35%、椰糠基质的体积占比10-20%、风干牛粪的体积占比25-35%、表层土的体积占比15-25%、生物炭和保水剂的体积占比5-10%，其中生物炭和保水剂的体积比为4～6：4。所用保水剂可为淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物或/和丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物。
优选的，所述基质生态层的制备方法包括以下步骤：
（1）按上述的原料配比备料，混合，搅拌，制得混合填料；
（2）向所述混合填料中加入1-1.5kg秸秆腐熟、降解菌剂，制成混合基质；所述降解菌剂含假单胞菌、芽孢杆菌、棒状杆菌、无色杆菌、镰刀霉、产碱杆菌、土壤杆菌、节杆菌、黄杆菌、诺卡菌、曲霉素和木霉素中的至少一种；
（3）放置以使混合基质熟化，期间顶盖闭合，每天补充水分至其最大持水量的40-60%。
一种农药生态降解方法，将上述农药降解生态床设置于近农药兑水处或灌药点处，埋设于地下0.5-0.8 m，露出地表0.3-0.5m；农药降解处理时间为27-35天，包括以下步骤：
（1）将待处理的药瓶、药袋和/或农药喷洒装置放入所述投放层，进行清洗；
（2）清洗液渗至混合基质实现农药降解，混合基质层内维持水分含量至其最大持水量的40-60%；
（3）混合基质层渗出液经由过滤层后汇集至集水层，集水层内的液体经由水泵回流进入所述投放层，用以向混合基质层补充水分或/和经混合基质层再次降解残留农药成分。
进一步的，所述基质生态层内部设有搅拌装置，每隔7-10天搅拌一次，一次10-15min。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1. 本发明中的农药降解生态床，是一种成本较低廉且可方便设置于农田中且与周围土壤相区隔独立的反应器，通过对废弃药瓶、药袋等反复冲洗，并利用土壤、秸秆及其他填辅料组成适宜的生物混合基质，既为农药降解的微生物的生长繁殖提供适宜环境，又具有良好的农药吸附作用，进而实现农药的快速降解，以实现蔬菜或其他农作物种植过程中的清洁生产；
2. 本发明通过水泵将集水层内的渗滤液回流进入投放层，以实现渗滤液的循环使用，可以使农药通过基质生态层反复降解，并可保证基质生态层中的降解菌剂不流失。
附图说明
图1为本发明一种农药降解生态床的示意图。
图2为本发明中清洗槽的示意图。
图中，1为床体，2为盖板，3为投放层，4为基质生态层，5为过滤层，6为集水层，7为斜板，8为出水口，9为阀门，10为水泵，11为过滤器，12为进水口，13为淋水器，14为导管，15为搅拌装置，16为洗剂清洗槽，17为水清洗槽，18为洗剂加入装置，19为水管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：一种农药降解生态床，参见图1，包括床体1，其为顶面开口的长方体并在开口处设有可开合的半透明盖板2，既可遮阳也可防雨，盖板2底部设有农药包装收集盒。床体1内部从上到下依次设有投放层3、基质生态层4、过滤层5和集水层6，投放层3用于投放容纳待处理的药瓶、药袋和/或农药喷洒装置，或用于农药稀释、灌装场所，基质生态层4填充有混合基质，混合基质内含有农药降解菌剂（其为混合菌粉剂，江苏绿科生物技术有限公司生产，由假单胞菌、芽孢杆菌、棒状杆菌、无色杆菌、曲霉、镰刀霉、产碱杆菌、土壤杆菌、节杆菌、黄杆菌、诺卡菌等菌种混合而成，用量为每个生态床1.2kg），过滤层5由粒径≤4mm的陶粒填充而成，陶粒下方设有隔离铁砂网，集水层6设有倾斜角度为2°的斜板7，便于渗漏水收集。
投放层3设有进水口12，集水层6设有出水口8并设有控制出水的阀门9；进水口12和出水口8之间设有水泵10，并通过导管14连通，使冲洗水可反复使用，一来可以使农药通过基质生态层4反复降解，二来可保证基质生态层4中的降解菌剂不流失；水泵10的进水端与出水口8连通，水泵10的出水端与进水口12连通；水泵10的出水端与进水口12之间连通有过滤器11，投放层3内设有与进水口12连通的淋水器13。
进一步的，投放层设有超声波清洗槽，参见图2，高20cm，可接入淋水器13，清洗槽为不锈钢材质，上方设有水管19。由于农药组分复杂，清洗槽为左右两个，中间隔开，右边为洗剂清洗槽16，左边为水清洗槽17，洗剂清洗槽16的一角设有洗剂加入装置18。
使用时，先将待处理药瓶、药袋投入洗剂清洗槽16，超声清洗15-20min/次，投放当天清洗2-3次，后放入水清洗槽17，超声清洗20-30min/次，换水后清洗2-3次。水清洗槽17的底部设有排水口，废水直接进入下方基质生态层4净化。洗剂主要为方便获得的水基清洗剂，通过按压槽边洗剂加入装置18加入，加入的洗剂可循环利用，根据清洗频率，每月或每季度进行定期更换。
实施例2：实例1中农药降解生态床的制备：床体1材质为混凝土，规格为长×宽×高=1.5米×1.0米×1.2米，投放层3高20cm，基质生态层4高80cm，过滤层5高10cm，集水层6高10 cm，生态基质层体积为1.5×1×0.8=1.2m3。其中基质生态层由混合填料和降解菌剂制备而成。
混合填料由以下成分组成：以基质生态层的体积1.2m3为总体积，长度为3-5cm的秸秆的体积占比30%、设施栽培更换的椰糠基质（种植户淘汰弃用的种植基质）的体积占比15%、风干牛粪的体积占比30%、农田表层土的体积占比20%、生物炭和保水剂的体积占比5%；其中生物炭和保水剂的的体积比为5：4，这个体积比生物炭吸附硝态氮等无机养分效果最好，有助于维持适宜的碳、氮比，生物炭为农用秸秆废弃物在300-500℃条件下炭化制备，保水剂（聚丙烯酰胺）为市面购买。
秸秆等为微生物提供生长必须的碳源，风干牛粪提供氮源，能使基质中C/N维持在25:1左右（±0.5），表层土、生物炭的添加有助于吸附农药残液，同时控制组分湿度，保持基质内部环境稳定性，有利于农药类降解微生物的快速生长繁殖，进而大幅度提高农药降解的效果。
基质生态层的制备方法包括以下步骤：
（1）按上述的原料配比备料，进行混合搅拌，制得混合填料；
（2）向混合填料中加入1-1.5kg降解菌剂（混合菌粉剂，由中国科学院大学提供，用量为每个生态床1.5kg），制成混合基质；其中降解菌剂为粉剂，其为假单胞菌、芽孢杆菌、棒状杆菌、无色杆菌、曲霉素和木霉素，微生物混合粉剂主要通过微生物分泌代谢酶完成，因此种类为可分泌水解酶和氧化还原酶类（硫磷水解酶、硫基酰胺酶、LiP等）的微生物即可。
（3）在春秋季放置10天以使混合基质熟化，期间顶盖闭合，每天补充水分至其最大持水量的60%。
实施例3：一种农药生态降解方法，将实施例1中的农药降解生态床设备设置于农药灌装、稀释、清洗的近水源处，填埋于地下0.5-0.8 m，露出地表0.3-0.5m。
每公顷设施蔬菜大棚或每2公顷大田作物设置1个标准生态床，基质生态层4内部设有搅拌装置15（通过齿轮连接，上部高出地面，可在上部进行人工搅拌），搅拌装置15每隔7天搅拌一次，一次10-15 min。
农药降解处理时间为27-35天，根据农药残留是否在相关标准（土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准与化学农药环境安全评价试验准则）以下而定，包括以下步骤：
（1）对待降解处理的药瓶、药袋和/或农药喷洒装置进行清洗，第一周每天清洗2次，一周后3天清洗一次；
（2）清洗液渗至混合基质实现农药降解，监测混合基质含水量，及时补充水分至其最大持水量的40-60%，一般市面上购买的手持水分仪就能测定其含水量（测体积含水量）。
（2）混合基质层内维持水分含量至其最大持水量的40-60%；
（3）混合基质层渗出液经由过滤层后汇集至集水层6，集水层内的液体经由水泵10回流进入所述投放层3，用以向混合基质层补充水分或/和经混合基质层再次降解残留农药成分。
利用上述农药降解生态床进行了农药废弃物降解验证试验，试验地点为天津市宁河区某设施蔬菜种植区，试验时间为2017年9月至2018年9月。
测定方法：通过GC-MS检测样品中含有的吡虫啉、P,P'-滴滴伊、溴氯菊酯、丙环唑等农药成分。GC 条件如下：
进样量：1.5μL；进样口温度：280℃ ；
柱温：90℃（保持 1min） 30℃•min-1 230℃（保持 1min） 5℃•min-1 280℃。
MS 条件如下：
离子源：EI 源；温度：250℃；检测模式：全扫描；循环时间：0.3s ；溶剂延迟时间：5min； 碰撞气：Ar；压力：1mTorr。
试验结果见表1。
表1 经生态床处理后的农药残留量
。
从上表1可以看出，经生态床处理后，瓶体残留溴氯菊酯、吡虫啉、丙环唑、P,P'-滴滴伊等农药成分显著降低。
本发明中的农药降解生态床，是一种设置于农田中但与周围土壤独立的反应器，通过对废弃药瓶、药袋等反复冲洗，利用土壤、秸秆及其他填辅料组成生物混合基质，既为农药降解的微生物的生长繁殖提供适宜环境，又具有良好的农药吸附作用，实现农药的快速降解，实现蔬菜种植过程中的清洁生产。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (6)
1.一种农药降解生态床，其特征在于，包括床体，所述床体顶面开口并在开口处设有可开合的盖板；所述床体内部从上到下依次设有投放层、基质生态层、过滤层和集水层，所述投放层内为空腔结构，用于投放容纳待处理的药瓶、药袋和/或农药喷洒装置，或用于农药稀释、灌装场所；所述基质生态层填充有混合基质，所述混合基质内含有降解菌剂；所述投放层设有进水口，所述集水层设有出水口，所述进水口和所述出水口之间设有水泵，以构成循环通路；所述床体材质为混凝土，所述投放层高度为20-30cm，所述基质生态层的厚度至少达到80 cm，所述过滤层厚10-15cm，所述集水层高度至少为10cm；所述投放层设有清洗槽，所述集水层设有倾斜角度为2-3°的斜板；所述清洗槽包括洗剂清洗槽和水清洗槽；
所述基质生态层由混合填料和降解菌剂混合制备而成；
以体积百分比计，所述混合填料由以下原料组成：
长度为3-5cm的秸秆的体积占比25-35%、椰糠基质的体积占比10-20%、风干牛粪的体积占比25-35%、表层土的体积占比15-25%、生物炭和保水剂的体积占比5-10%，其中生物炭和保水剂的体积比为4～6：4；
所述基质生态层经由以下步骤制成：
（1）按所述原料配比备料，混合，搅拌，制得混合填料；
（2）向所述混合填料中加入1-1.5kg秸秆腐熟降解菌剂，制成混合基质；所述降解菌剂含假单胞菌、芽孢杆菌、棒状杆菌、无色杆菌、镰刀霉、产碱杆菌、土壤杆菌、节杆菌、黄杆菌、诺卡菌、曲霉素和木霉素中的至少一种；
（3）放置以使混合基质熟化，期间顶盖闭合，每天补充水分至其最大持水量的40-60%。
2.根据权利要求1所述的农药降解生态床，其特征在于，所述过滤层由粒径≤4mm的陶粒填充而成，且在所述陶粒下方设有对应的隔离铁砂网。
3.根据权利要求1所述的农药降解生态床，其特征在于，所述水泵的出水端与所述进水口之间连通有过滤器，所述投放层内设有与所述进水口连通的淋水器。
4.根据权利要求1所述的农药降解生态床，其特征在于，在对应于所述基质生态层的位置处还设有搅拌装置，用以实现基质生态层的混合搅拌。
5.一种农药生态降解方法，其特征在于，将权利要求1所述的农药降解生态床设置于近农田施药的农药兑水点处或灌药处，其下部埋于地下0.5-0.8 m，其上部露出地表0.3-0.5m；
（1）将待处理药瓶、药袋和/或农药喷洒装置放入所述投放层中，进行清洗；
（2）使携带残留农药成分的清洗液蓄积在所述混合基质内，并维持混合基质的水分含量至其最大持水量的40-60%，降解处理27-35天；
（3）通过所述对应的水泵将所述集水层内的水回流进入所述投放层，以实现水分在农药降解生态床的内部循环。
6.根据权利要求5所述的农药生态降解方法，其特征在于，所述基质生态层经由对应的搅拌装置，每隔7-10天搅拌一次，每次10-15 min。
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