CN113307372A - 一种农业污染生态治理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种农业污染生态治理系统。该系统包括第一渠道、水稻种植区、沟渠、第二渠道、湿地区、第三渠道和水库；所述第一渠道与所述沟渠连通，所述第一渠道用于将水引入所述沟渠；所述沟渠与所述水稻种植区连通，所述沟渠用于处理水并将水从水稻种植区引入或者引出，所述沟渠内种植有第一水生植物，所述水稻种植区用于种植水稻；所述沟渠通过所述第二渠道与所述湿地区连通，所述湿地区通过所述第三渠道与所述水库连通，所述湿地区种植有第二水生植物。该系统实现了水稻种植区的氮和磷的高效去除而且实现了水体的循环利用，提高了水体的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及水资源利用技术领域，尤其涉及一种农业污染生态治理系统。
背景技术
据经济日报2011年3月数据，目前我国年用水量5700亿立方米，其中农业用水约占70％，农业灌溉用水有效利用系数仅为0.53，与此同时，农村水污染问题也日益严重，城市中应用广泛的具体单一污水处理装置不适应于目前的农村污水处理领域。造成这种状况的主要原因在于，我国农村水资源利用与保护脱节、大部分农村水利工程功能单一、各自为战，在水资源开发利用与保护的过程中缺乏系统的观念。
随着我国农村生活和农业生产活动的大力发展，农业面源污染已进一步加剧，其中氮、磷元素及其化合物被人们视为污水中的主要物质。我国水稻种植面积达3000万hm2，产量超过目前粮食总量的三分之一，超过65％的人口将稻米作为主要食物，氮肥消耗量居世界首位，稻田氮肥利用率为30％-40％；磷肥使用量仅2011年就达到1462万吨，但其利用率仅为15％-25％。截至目前，国内大部分研究对于农业污水中的氮、磷主要进行以去除为目的的处理，并没有考虑到其作为营养物质的功能性以及在生态系统中的能量循环，因此会导致随污水处理的不断增多，周遭环境中氮、磷元素不断的富集，继而对生态环境及周边居民逐渐造成不可逆的恶劣影响。因此基于生态环境自身调节能力下进行生产活动与污染治理，并最大限度的利用每一营养级的能量使得生产效能最大化是符合我国当前可持续发展政策的最佳选择。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何高效去除水稻种植区内的氮磷污染物并且提高水体的利用率。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种农业污染生态治理系统。
本发明提出一种农业污染生态治理系统，包括第一渠道、水稻种植区、沟渠、第二渠道、湿地区、第三渠道和水库；
所述第一渠道与所述沟渠连通，所述第一渠道用于将水引入所述沟渠；所述沟渠与所述水稻种植区连通，所述沟渠用于处理水并将水从水稻种植区引入或者引出，所述沟渠内种植有第一水生植物，所述水稻种植区用于种植水稻；
所述沟渠通过所述第二渠道与所述湿地区连通，所述湿地区通过所述第三渠道与所述水库连通，所述湿地区种植有第二水生植物。
进一步地，所述沟渠包括多个子沟渠，多个所述子沟渠交错贯通，所述水稻种植区包括多个子种植区，每个所述子种植区被交错贯通的所述子沟渠包围。
进一步地，还包括污水处理装置和沉砂池；所述污水处理装置与所述沉砂池连通，所述沉砂池与所述第一渠道连通，所述污水处理装置用来收集并处理农村生活污水。
进一步地，所述第一水生植物为美人蕉和绿狐尾藻中的一种或者两种。
进一步地，所述第二水生植物为芦苇和茭白中的一种或者两种。
进一步地，所述湿地区养殖有虾、鱼和泥鳅中的一种或者多种。
进一步地，所述水库养殖有鱼类。
进一步地，所述鱼类为青鱼、草鱼、鲢鱼和鳙鱼中的一种或多种。
进一步地，还包括第四渠道，所述水库通过所述第四渠道与所述水稻种植区连通。
进一步地，所述水库通过所述第四渠道与河流连通。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：水体由第一渠道1引入沟渠，再由沟渠流入水稻种植区，水会对水稻田中富含氮磷的施肥水体进行稀释，并流入沟渠进行一次处理；沟渠对氮磷污染物有较好的拦截效应，其机理在于沟渠中第一水生植物的吸收与沟渠拦截所产生的减缓流速和沉降泥沙的作用，水体在沟渠和水稻种植区反复交替处理，第一水生植物和沟渠的拦截泥沙作用下对水稻种植区中总氮与总磷去除率分别高达74.9％与74.2％。在经沟渠净化后继而在灌排水期进行水稻种植区的灌溉，实现水稻种植区的治理和灌溉。灌溉水稻种植区后，水稻种植区需要排水，通过第二渠道水体流入湿地区，湿地区作为水稻种植区与水库的过渡带，通过土壤吸附、第二水生植物吸收与生物降解等作用进一步去除水中的氮和磷，水稻种植区的总氮和总磷的总的去除率分别高达91.6％和90.5％。经过湿地区处理后的水体经第三渠道流入水库，当水流进入水库后，该水体便被储存在水库中用于养鱼，水库中的水也可以另外用于灌溉其他水体单元，从而实现水稻种植区的氮和磷的高效去除而且实现了水体的循环利用，提高了水体的利用率。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例1中农业污染生态治理系统的结构示意图。
附图标记说明：1、第一渠道1；2、水稻种植区；21、子种植区；3、沟渠；31、子沟渠；4、第二渠道；5、湿地区；6、第三渠道；7、水库；8、第四渠道；9、污水处理装置；10、沉砂池；11、河流。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
结合图1，本实施例提出一种农业污染生态治理系统，包括第一渠道11、水稻种植区2、沟渠3、第二渠道4、湿地区5、第三渠道6和水库7；
第一渠道11与沟渠3连通，第一渠道11用于将水引入沟渠3；沟渠3与水稻种植区2连通，沟渠3用于处理水并将水从水稻种植区2引入或者引出，沟渠3内种植有第一水生植物，水稻种植区2用于种植水稻；
沟渠3通过第二渠道4与湿地区5连通，湿地区5通过第三渠道6与水库7连通，湿地区5种植有第二水生植物。
在上述实施例的基础上，本实施例中沟渠3包括多个子沟渠31，多个子沟渠31交错贯通，水稻种植区2包括多个子种植区21，每个子种植区21被交错贯通的子沟渠31包围。方便水稻种植区2的水直接引入或者引出子沟渠31。
在上述实施例的基础上，本实施例还包括污水处理装置9和沉砂池10；污水处理装置9与沉砂池10连通，沉砂池10与第一渠道11连通，污水处理装置9用来收集并处理农村生活污水。污水处理装置9采用现有技术中的装置即可实现污水处理，沉砂池10进一步去除水中的泥沙。
在上述实施例的基础上，本实施例所述第一水生植物为美人蕉和绿狐尾藻。沟渠3内种植美人蕉和绿狐尾藻能够有效去除氮磷。
在上述实施例的基础上，本实施例所述第二水生植物为芦苇和茭白。芦荟和茭白具有一定的经济效益，而且能够进一步高效去除氮和磷。
在上述实施例的基础上，本实施例湿地区5养殖有虾、鱼和泥鳅。在水体中培育去氮磷能力强的第二水生植物并投入体积较小的鱼、虾与泥鳅，形成该单元的小生态循环，能够提升其自净能力。
在上述实施例的基础上，本实施例水库7养殖有鱼类。
在上述实施例的基础上，本实施例所述鱼类为青鱼、草鱼、鲢鱼和鳙鱼。在创造经济价值的同时，对排放水质进行提升。
在上述实施例的基础上，本实施例还包括第四渠道8，水库7通过第四渠道8与水稻种植区2连通。可将水库7中的水通过第四渠道8引入水稻种植区2，实现水体的循环利用。
在上述实施例的基础上，本实施例水库7通过第四渠道8与河流11连通。水库7中的水可以通过第四渠道8排入河流11，河流11的水也可以通过第四渠道8引入水库7。河流11作为枯水期备用水源。
应用例1
采用上述农业污染生态治理系统处理水稻收割后的水稻种植区1，具体步骤如下：
将家庭用水引入污水处理系统进行处理，之后经过沉砂池10沉砂后的水体通过第一渠道11引入沟渠，沟渠将水体引入水稻种植区，水体在水稻种植区内停留1天，之后引出至种植有第一水生植物的沟渠3内，水体在沟渠3内停留1天，之后沟渠3的水继续引入水稻种植区，如此循环10次，之后通过第二渠道4引入至湿地区5，水体在种植有第二水生植物的湿地区5停留10天，之后将水体通过第三渠道6引入至水库7。检测发现，水稻种植区内的氮的去除率为89.8％，磷的去除率为86.6％；进入第二渠道的水中氮的去除率为72.5％，磷的去除率为70.3％；经过湿地区5处理后的水的氮的含量为25mg/L，磷的含量为27.2mg/L。
应用例2
采用上述农业污染生态治理系统处理水稻收割后的水稻种植区B，具体步骤如下：
将家庭用水引入污水处理系统进行处理，之后经过沉砂池10沉砂后的水体通过第一渠道1引入沟渠，沟渠将水体引入水稻种植区，水体在水稻种植区内停留1天，之后引出至种植有第一水生植物的沟渠内，水体在沟渠内停留1天，之后沟渠的水继续引入水稻种植区，如此循环20次，之后通过第二渠道4引入至湿地区5，水体在种植有第二水生植物的湿地区5停留20天，之后将水体通过第三渠道6引入至水库7。检测发现，水稻种植区内的氮的去除率为91.4％，磷的去除率为90.2％，进入第二渠道的水中氮的去除率为74.7％，磷的去除率为73.6％；经过湿地区5处理后的水的氮的含量为22.2mg/L，磷的含量为24.3mg/L。
应用例3
采用上述农业污染生态治理系统处理水稻收割后的水稻种植区B，具体步骤如下：
将家庭用水引入污水处理系统进行处理，之后经过沉砂池10沉砂后的水体通过第一渠道1引入沟渠，沟渠将水体引入水稻种植区，水体在水稻种植区内停留1天，之后引出至种植有第一水生植物的沟渠内，水体在沟渠内停留1天，之后沟渠的水继续引入水稻种植区，如此循环30次，之后通过第二渠道4引入至湿地区5，水体在种植有第二水生植物的湿地区5停留30天，之后将水体通过第三渠道6引入至水库7。检测发现，水稻种植区内的氮的去除率为91.6％，磷的去除率为90.5％；进入第二渠道的水中氮的去除率为74.9％，磷的去除率为74.2％；经过湿地区5处理后的水的氮的含量为20.5mg/L，磷的含量为21.8mg/L。
本发明提出的农业污染生态治理系统，水体在稻田种植区和沟渠之间进行多次小循环，实现水体的处理，另外水体进入湿地区5也可以在湿地区5的生态系统中进行循环处理，从整个系统来看，水体可不断循环并充分利用。
本发明提出的农业污染生态治理系统，将农村节水、防污和灌溉主观的融合在一起，其设计体现在三个环节：一是在田间节水灌溉，即从灌溉方面做到水的高效利用；二是水肥综合再利用，不仅通过水循环再利用处理后的废水进行灌溉养殖，也可使废水中的污染物变为生态系统中所需的营养物质，最大限度在治理农业面源污染上降低了对环境的影响；三是水库7回收来自田间灌溉的多余水量以及在雨季回流的雨水以备在枯水期进行灌溉。设计中水体处理工程，主要采用生物处理的方法，具体采用湿地、生态沟渠与水生植物结合除污净化的方法。灌溉方面，对渠道和地形进行了坡地灌溉模式的设计并结合河流11来水相互补给灌溉，河流11起到灌溉的调节作用。经济方面，除水稻田外在湿地种植经济作物，并在水库7进行鱼类养殖，不仅具有实际经济价值与景观价值，人为补充生态关系中营养级，使得生态系统更具稳定性。
本发明的其他有益效果：
1.增强村民节水意识，直接减少农村水污染；
2.直接减少污染水排入农田，保证粮食安全；
3.显著提高农田水的灌溉保证率，促进粮食丰收；
4.对于农村面源污染物中的氮、磷元素进行了营养物质的再利用，在创造经济效益的同时减轻周边环境的富营养化污染；
5.农田(水稻种植区2)、河流11和水库7通过农田渠道连接，在丰水期起到蓄水的作用，在枯水期起到灌溉农田的作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种农业污染生态治理系统，其特征在于，包括第一渠道、水稻种植区、沟渠、第二渠道、湿地区、第三渠道和水库；
所述第一渠道与所述沟渠连通，所述第一渠道用于将水引入所述沟渠；所述沟渠与所述水稻种植区连通，所述沟渠用于处理水并将水从水稻种植区引入或者引出，所述沟渠内种植有第一水生植物，所述水稻种植区用于种植水稻；
所述沟渠通过所述第二渠道与所述湿地区连通，所述湿地区通过所述第三渠道与所述水库连通，所述湿地区种植有第二水生植物。
2.根据权利要求1所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，所述沟渠包括多个子沟渠，多个所述子沟渠交错贯通，所述水稻种植区包括多个子种植区，每个所述子种植区被交错贯通的所述子沟渠包围。
3.根据权利要求1所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，还包括污水处理装置和沉砂池；所述污水处理装置与所述沉砂池连通，所述沉砂池与所述第一渠道连通，所述污水处理装置用来收集并处理农村生活污水。
4.根据权利要求1所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，所述第一水生植物为美人蕉和绿狐尾藻中的一种或者两种。
5.根据权利要求1所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，所述第二水生植物为芦苇和茭白中的一种或者两种。
6.根据权利要求1所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，所述湿地区养殖有虾、鱼和泥鳅中的一种或者多种。
7.根据权利要求1所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，所述水库养殖有鱼类。
8.根据权利要求7所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，所述鱼类为青鱼、草鱼、鲢鱼和鳙鱼中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，还包括第四渠道，所述水库通过所述第四渠道与所述水稻种植区连通。
10.根据权利要求9所述的农业污染生态治理系统，其特征在于，所述水库通过所述第四渠道与河流连通。
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