CN111925049A - 一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠 - Google Patents
一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及农业面源污染治理领域，提供一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，用于解决农业面源污染问题。本发明提供的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，包括：防渗层，所述防渗层采用防渗土工布；生物陶瓷滤料层，所述生物陶瓷滤料层同所述防渗层连接；改性粉煤灰层，所述改性粉煤灰层同所述生物陶瓷滤料层连接；生态透水坝，所述生态透水坝采用石笼网，所述石笼网内填充生物陶瓷滤料，所述生态透水坝设置在生态沟渠的侧部；所述改性粉煤灰层上种植有水培经济作物。有效地截留了农业面源污染中的氮磷等污染物，有效地控制了农业面源污染。
Description
技术领域
本发明涉及农业面源污染治理领域，具体涉及一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠。
背景技术
农村面源污染(Rural non-point source pollution)是指农村生活和农业生产活动中，溶解的或固体的污染物，如农田中的土粒、氮素、磷素、农药重金属、农村禽畜粪便与生活垃圾等有机或无机物质，从非特定的地域，在降水和径流冲刷作用下，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏，使大量污染物进入受纳水体（河流、湖泊、水库、海湾）所引起的污染。
发明内容
本发明解决的技术问题为农业面源污染问题，提供一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，包括：
防渗层；
生物陶瓷滤料层，所述生物陶瓷滤料层同所述防渗层连接；
改性粉煤灰层，所述改性粉煤灰层同所述生物陶瓷滤料层连接；
生态透水坝，所述生态透水坝采用石笼网，所述石笼网内填充生物陶瓷滤料，所述生态透水坝设置在生态沟渠的侧部；
所述改性粉煤灰层上种植有水培经济作物。
生物陶瓷滤料可以有效拦截面源污染中的部分污染物。
有效地截留了农业面源污染中的氮磷等污染物，有效地控制了农业面源污染。
优选地，所述生态透水坝设置在所述生态沟渠的两侧。
优选地，所述生态沟渠包括：
侧壁，所述侧壁为两个；
底板，所述底板同所述侧壁连接，所述植物种植在底板上。
优选地，所述植物为挺水植物。
优选地，所述防渗层为鹅卵石层。
优选地，所述植物的根上附着有大量的根系微生物。
优选地，所述生物陶瓷滤料层内含有生物陶瓷滤料，所述生物陶瓷滤料的制备方法为：
取纳米二氧化钛10~15质量份，十二烷基苯磺酸钠2~3质量份，无水乙醇80~150质量份，乙酰丙酮300~500质量份；
将纳米二氧化钛分散到2000质量份的去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇和乙酰丙酮，搅拌均匀，得到改性液；
将陶瓷球浸泡到改性液中，浸泡30min，干燥，500℃下焙烧2h，冷却至室温，得到陶瓷滤料；
将陶瓷滤料用去离子水清洗后，浸泡到微生物液态培养基中活化，得到生物陶瓷滤料。
优选地，所述微生物液态培养基包括牛肉膏3~5质量份，蛋白胨8~12质量份，氯化钠3~7质量份，氢氧化钠0.001~0.002质量份，去离子水1000~1200质量份。
优选地，所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛。
优选地，所述改性纳米二氧化钛的制备方法为：
取石墨烯10~20质量份，纤维素40~60质量份，纳米二氧化钛80~100质量份，十六烷基三甲基溴化铵1~3质量份；
将石墨烯超声分散到500质量份去离子水中，得到石墨烯分散液；
将纤维素超声分散到500质量份去离子水中，加入纳米二氧化钛，超声分散，在80℃下搅拌2h，得到钛分散液；
将钛分散液和石墨烯分散液混合，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌5h，离心分析，过滤得到的固体物用去离子水洗涤，50℃下真空干燥，得到改性纳米二氧化钛。用石墨烯改性的二氧化钛对陶瓷滤料进行表面修饰，提高了沟渠对面源污染物的截留效果。
优选地，取石墨烯15质量份，纤维素50质量份，纳米二氧化钛90质量份，十六烷基三甲基溴化铵2质量份。
发明人在长期的农业面源污染治理过程中，发现生态沟渠是治理面源污染的有效手段。通过不同的滤层的组合，可以有效地消纳农业面源污水中的各种有机物，尤其是可以有效的消纳污水中的氮磷。
但是现有的总氮或总磷的拦截率一般在50~60%，仅通过滤层之间的配合难以进一步提高生态沟渠消纳氮磷的能力。
微生物是工业上处理含氮磷废水的重要工具，农田中的环境适宜生长大量的微生物，但并不是所有的微生物都可以有效地脱氮除磷，只有特定的几种微生物可以固定氮磷。
为了可以更加有效地脱氮除磷，发明人在农田现场进行了大量实验，偶然发现经过石墨烯和纳米二氧化钛共同修饰的陶瓷球可以有效地令脱单除磷的微生物生长，可以将沟渠的氮磷的含量降低到更低的水平。
进一步，发明人又对石墨烯和纳米二氧化钛如何表面修饰陶瓷球进行了大量的尝试，发现纳米二氧化钛经过石墨烯改性后再修饰陶瓷球可以更进一步的降低排水口的氮磷含量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：有效地截留了农业面源污染中的氮磷等污染物，有效地控制了农业面源污染。
附图说明
图1为一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠的示意图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1
一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，包括：
防渗层1；
生物陶瓷滤料层2，所述生物陶瓷滤料层2同所述防渗层1连接；
改性粉煤灰层3，所述改性粉煤灰层3同所述生物陶瓷滤料层2连接；
生态透水坝6，所述生态透水坝6采用石笼网，所述石笼网内填充生物陶瓷滤料，所述生态透水坝6设置在生态沟渠的两侧。
所述改性粉煤灰层3上种植有水培经济作物。
所述生态沟渠形成两个侧壁4和1个底板5，所述底板同所述侧壁连接，所述水培经济作物种植在底板上。所述水培经济作物为挺水植物。所述防渗层为防渗土工布。所述水培经济作物的根上附着有大量的根系微生物。
生物陶瓷滤料可以有效拦截面源污染中的部分污染物。有效地截留了农业面源污染中的氮磷等污染物，有效地控制了农业面源污染。用石墨烯改性的二氧化钛对陶瓷滤料进行表面修饰，提高了沟渠对面源污染物的截留效果。
实施例2
实施例2同实施例1不同之处在于，所述生物陶瓷滤料层内含有生物陶瓷滤料，所述生物陶瓷滤料的制备方法为：
取纳米二氧化钛12Kg，十二烷基苯磺酸钠2.5Kg，无水乙醇100Kg，乙酰丙酮400Kg；
将纳米二氧化钛分散到2000Kg的去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇和乙酰丙酮，搅拌均匀，得到改性液；
将陶瓷球浸泡到改性液中，浸泡30min，干燥，500℃下焙烧2h，冷却至室温，得到陶瓷滤料；
将陶瓷滤料用去离子水清洗后，浸泡到微生物液态培养基中活化，得到生物陶瓷滤料。
所述微生物液态培养基包括牛肉膏4Kg，蛋白胨10Kg，氯化钠5Kg，氢氧化钠0.0015Kg，去离子水1000Kg。
所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛。
所述改性纳米二氧化钛的制备方法为：
取石墨烯3Kg，纤维素10Kg，纳米二氧化钛18Kg，十六烷基三甲基溴化铵0.4Kg；
将石墨烯超声分散到100Kg去离子水中，得到石墨烯分散液；
将纤维素超声分散到100Kg去离子水中，加入纳米二氧化钛，超声分散，在80℃下搅拌2h，得到钛分散液；
将钛分散液和石墨烯分散液混合，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌5h，离心分析，过滤得到的固体物用去离子水洗涤，50℃下真空干燥，得到改性纳米二氧化钛。
实施例3
实施例3同实施例1不同之处在于，所述生物陶瓷滤料层内含有生物陶瓷滤料，所述生物陶瓷滤料的制备方法为：
取纳米二氧化钛10Kg，十二烷基苯磺酸钠2Kg，无水乙醇80Kg，乙酰丙酮500Kg；
将纳米二氧化钛分散到2000Kg的去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇和乙酰丙酮，搅拌均匀，得到改性液；
将陶瓷球浸泡到改性液中，浸泡30min，干燥，500℃下焙烧2h，冷却至室温，得到陶瓷滤料；
将陶瓷滤料用去离子水清洗后，浸泡到微生物液态培养基中活化，得到生物陶瓷滤料。所述微生物液态培养基包括牛肉膏3Kg，蛋白胨8Kg，氯化钠3Kg，氢氧化钠0.001Kg，去离子水1000Kg。
所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛。
所述改性纳米二氧化钛的制备方法为：
取石墨烯2Kg，纤维素8Kg，纳米二氧化钛16Kg，十六烷基三甲基溴化铵0.2Kg；
将石墨烯超声分散到100Kg去离子水中，得到石墨烯分散液；
将纤维素超声分散到100Kg去离子水中，加入纳米二氧化钛，超声分散，在80℃下搅拌2h，得到钛分散液；
将钛分散液和石墨烯分散液混合，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌5h，离心分析，过滤得到的固体物用去离子水洗涤，50℃下真空干燥，得到改性纳米二氧化钛。
实施例4
实施例4同实施例1不同之处在于，所述生物陶瓷滤料层内含有生物陶瓷滤料，所述生物陶瓷滤料的制备方法为：
取纳米二氧化钛15Kg，十二烷基苯磺酸钠3Kg，无水乙醇150Kg，乙酰丙酮300Kg；
将纳米二氧化钛分散到2000Kg的去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇和乙酰丙酮，搅拌均匀，得到改性液；
将陶瓷球浸泡到改性液中，浸泡30min，干燥，500℃下焙烧2h，冷却至室温，得到陶瓷滤料；
将陶瓷滤料用去离子水清洗后，浸泡到微生物液态培养基中活化，得到生物陶瓷滤料。
所述微生物液态培养基包括牛肉膏5Kg，蛋白胨12Kg，氯化钠7Kg，氢氧化钠0.002Kg，去离子水1200Kg。所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛。所述改性纳米二氧化钛的制备方法为：
取石墨烯4Kg，纤维素12Kg，纳米二氧化钛20Kg，十六烷基三甲基溴化铵0.6Kg；
将石墨烯超声分散到100Kg去离子水中，得到石墨烯分散液；
将纤维素超声分散到100Kg去离子水中，加入纳米二氧化钛，超声分散，在80℃下搅拌2h，得到钛分散液；
将钛分散液和石墨烯分散液混合，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌5h，离心分析，过滤得到的固体物用去离子水洗涤，50℃下真空干燥，得到改性纳米二氧化钛。
实施例5
实施例5同实施例1不同之处在于，所述生物陶瓷滤料层内含有生物陶瓷滤料，所述生物陶瓷滤料的制备方法为：
取纳米二氧化钛12Kg，十二烷基苯磺酸钠2.5Kg，无水乙醇100Kg，乙酰丙酮400Kg；
将纳米二氧化钛分散到2000Kg的去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇和乙酰丙酮，搅拌均匀，得到改性液；
将陶瓷球浸泡到改性液中，浸泡30min，干燥，500℃下焙烧2h，冷却至室温，得到陶瓷滤料；
将陶瓷滤料用去离子水清洗后，浸泡到微生物液态培养基中活化，得到生物陶瓷滤料。
所述微生物液态培养基包括牛肉膏4Kg，蛋白胨10Kg，氯化钠5Kg，氢氧化钠0.0015Kg，去离子水1000Kg。
实施例6
实施例6同实施例1不同之处在于，所述生物陶瓷滤料层内含有生物陶瓷滤料，所述生物陶瓷滤料的制备方法为：
取纳米二氧化钛12Kg，十二烷基苯磺酸钠2.5Kg，无水乙醇100Kg，乙酰丙酮400Kg；
将纳米二氧化钛分散到2000Kg的去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇和乙酰丙酮，搅拌均匀，得到改性液；
将陶瓷球浸泡到改性液中，浸泡30min，干燥，500℃下焙烧2h，冷却至室温，得到陶瓷滤料；
将陶瓷滤料用去离子水清洗后，浸泡到微生物液态培养基中活化，得到生物陶瓷滤料。
所述微生物液态培养基包括牛肉膏4Kg，蛋白胨10Kg，氯化钠5Kg，氢氧化钠0.0015Kg，去离子水1000Kg。
所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛。
所述改性纳米二氧化钛的制备方法为：
纤维素10Kg，纳米二氧化钛18Kg，十六烷基三甲基溴化铵0.4Kg；
将纤维素超声分散到100Kg去离子水中，加入纳米二氧化钛，超声分散，在80℃下搅拌2h，得到钛分散液；
加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌5h，离心分析，过滤得到的固体物用去离子水洗涤，50℃下真空干燥，得到改性纳米二氧化钛。
对比例1
一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，包括：
防渗层1；
改性粉煤灰层3，所述改性粉煤灰层3同所述生物陶瓷滤料层2连接；
生态透水坝6，所述生态透水坝6采用石笼网，所述石笼网内填充普通滤料，所述生态透水坝6设置在生态沟渠的两侧。
所述改性粉煤灰层3上种植有水培经济作物。
所述生态沟渠形成两个侧壁4和1个底板5，所述底板同所述侧壁连接，所述水培经济作物种植在底板上。所述水培经济作物为挺水植物。所述防渗层为防渗土工布。所述水培经济作物的根上附着有大量的根系微生物。
对比例2
一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，包括：
生物陶瓷滤料层2，所述生物陶瓷滤料层2同所述防渗层1连接；
所述生物陶瓷滤料层2种植有水培经济作物。
生态透水坝6，所述生态透水坝6采用石笼网，所述石笼网内填充生物陶瓷滤料，所述生态透水坝6设置在生态沟渠的两侧
所述生态沟渠形成两个侧壁4和1个底板5，所述底板同所述侧壁连接，所述植物种植在底板上。所述植物为挺水植物。所述植物的根上附着有大量的根系微生物。
实验例
将实施例和对比例中的生态沟渠替代传统的排水沟渠，定期测试沟渠进口和出口的总氮和总磷的浓度。沟渠水面面积与稻田面积之比为1:3000，稻田排水量为每公顷20t。
实施例1中的生物陶瓷滤料为普通的生物陶瓷滤料。
实施例2中的光催化为经过优选的石墨烯改性的二氧化钛对陶瓷进行表面改性，1个月后显著降低了出水口中总氮和总磷的含量，尤其是降低了总磷的含量，显著的缓解了农业面源污染。
实施例5中的二氧化钛未经改性，实施例6中的二氧化钛的改性方法同实施例2不同。实施例5或6对的净化效率也较为显著，但弱于实施例2。表明只有通过一定方式制备的改性纳米二氧化钛才能提高沟渠对总氮或总磷的消纳能力。
对比例1中未采用了生物陶瓷滤料层，对比例2中仅采用了生物陶瓷滤料层，净化能力较差。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，包括：
防渗层；
生物陶瓷滤料层，所述生物陶瓷滤料层同所述防渗层连接；
改性粉煤灰层，所述改性粉煤灰层同所述生物陶瓷滤料层连接；
生态透水坝，所述生态透水坝采用石笼网，所述石笼网内填充生物陶瓷滤料，所述生态透水坝设置在生态沟渠的侧部；
所述改性粉煤灰层上种植有水培经济作物。
2.根据权利要求1所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，所述生态透水坝设置在生态沟渠的两侧。
3.根据权利要求1所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，所述水培经济作物为挺水植物。
4.根据权利要求1所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，所述防渗层采用防渗土工布。
5.根据权利要求1所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，所述植物的根上附着有大量的根系微生物。
6.根据权利要求1所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，所述生物陶瓷滤料层内含有生物陶瓷滤料，所述生物陶瓷滤料的制备方法为：
取纳米二氧化钛10~15质量份，十二烷基苯磺酸钠2~3质量份，无水乙醇80~150质量份，乙酰丙酮300~500质量份；
将纳米二氧化钛分散到2000质量份的去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇和乙酰丙酮，搅拌均匀，得到改性液；
将陶瓷球浸泡到改性液中，浸泡30min，干燥，500℃下焙烧2h，冷却至室温，得到陶瓷滤料；
将陶瓷滤料用去离子水清洗后，浸泡到微生物液态培养基中活化，得到生物陶瓷滤料。
7.根据权利要求6所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，所述微生物液态培养基包括牛肉膏3~5质量份，蛋白胨8~12质量份，氯化钠3~7质量份，氢氧化钠0.001~0.002质量份，去离子水1000~1200质量份。
8.根据权利要求6所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛。
9.根据权利要求8所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，所述改性纳米二氧化钛的制备方法为：
取石墨烯10~20质量份，纤维素40~60质量份，纳米二氧化钛80~100质量份，十六烷基三甲基溴化铵1~3质量份；
将石墨烯超声分散到500质量份去离子水中，得到石墨烯分散液；
将纤维素超声分散到500质量份去离子水中，加入纳米二氧化钛，超声分散，在80℃下搅拌2h，得到钛分散液；
将钛分散液和石墨烯分散液混合，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌5h，离心分析，过滤得到的固体物用去离子水洗涤，50℃下真空干燥，得到改性纳米二氧化钛。
10.根据权利要求9所述的一种用于农业面源污染处理的新型生态沟渠，其特征在于，取石墨烯15质量份，纤维素50质量份，纳米二氧化钛90质量份，十六烷基三甲基溴化铵2质量份。
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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 |
Application publication date: 20201113 |
|
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