CN113387504B - 生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，包括浮床由浮床底座和多个浮床种植篮组成；铁碳微电解机构包括铁碳微电解格栅和铁碳微电解收纳装置；所述铁碳微电解收纳装置包括箱体、卷轴、卡扣，卷簧和固定器；箱体的底部沿长度方向开设有长孔，铁碳微电解格栅的上端穿过长孔与卷簧固定连接，铁碳微电解格栅的下端与退水沟底部固连。通过浮床植物、挂载在浮床植物上的生物膜、铁碳微电解装置和沉水植物多种方式，通过物理、化学、生物多种方式高效去除水中的有机物和氮磷污染物，从而实现农田退水水质净化，减少农业面源污染。同时解决浮床植物和沉水植物在渠道枯水期休眠枯萎和铁碳微电解填料易氧化失效的问题。

Description

生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统

技术领域

本发明属于农业面源污染控制技术领域，特别涉及一种生态浮床与铁碳微电 解相结合的农田退水沟净化系统。

背景技术

农业面源污染是指在农业生产活动中，由于过量或不当使用农药化肥，使大 量有机农药和氮磷营养物通过灌溉退水和雨水径流流入受纳水体，造成水体富营 养化，制约农业可持续发展。因此，解决农田退水中的氮磷污染问题对保护河流 生态系统，促进农业绿色发展具有重要意义。

现有的解决农业面源污染的技术措施主要包括源头消减技术、过程拦截技术 和末端循环技术。生态浮床技术是过程拦截技术的重要组成部分，生态浮床上的 水生植物发达的根系为硝化菌、反硝化菌等微生物的附着生长提供了巨大的表面 积，起到了生物膜载体的作用，且水生植物可将氧气输送至根区，使根区形成了 氧化态的微环境，这种有氧区域和缺氧区域的共存为根系好氧、兼性厌氧和厌氧 微生物提供了不同的适宜生长环境。但是生态浮床是一种依赖植物生长和根系微 生物活性的水体净化技术，水体修复见效慢，时间长，枯水期会导致浮岛植物枯 萎或休眠，导致无法长期有效发挥净化水质的功能。

铁碳微电解技术主要利用铁屑和活性碳作为原料，铁作为阳极、活性炭作为 阴极形成电位差，构成无数个小原电池，其中涉及氧化还原反应，物理吸附、絮 凝沉降和电富集等作用，无需消耗电能，可有效的对污水进行处理。但是铁碳填 料如果长期暴露在空气中会导致填料失效引起净水效果下降。

因此，如何利用生态浮床和铁碳微电解技术研发一种操作简便、效率高、同 时具有快速硝化反硝化脱氮作用的农田退水净化装置是农业面源污染控制领域 亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种生态浮床与铁碳微电解 相结合的农田退水沟净化系统，可以利用浮床植物、微生物、铁碳微电解对农田 退水进行处理，同时对传统装置中浮床和铁碳微电解存在的缺陷进行改进，提高 农田水质净化效率。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，包括：

浮床，所述浮床包括浮床底座和多个浮床种植篮；浮床种植篮可拆卸式设置 在浮床底座，浮床种植篮中种植有植物；

支架，所述支架包括竖直设置在退水沟中的四根固定杆，浮床底座的四个角 分别固定设置有套环，每个套环活动式套设在对应的一根固定杆上；

铁碳微电解机构，所述铁碳微电解机构包括铁碳微电解格栅和铁碳微电解收 纳装置；所述铁碳微电解收纳装置包括箱体、卷轴、卡扣，卷簧和固定器；所述 箱体的两端通过连接件与浮床底座固定连接，箱体沿退水沟的宽度方向设置；所 述箱体中沿其长度方向设置有卷轴，卷轴与箱体的两侧壁固连，卷轴的两端固连 有卷簧，且卷轴与卷簧同轴设置；所述铁碳微电解格栅包括多个铁碳微电解格栅 单元和两根连接绳，每根连接绳将所有铁碳微电解格栅单元的一端串联起来，整 体呈格栅状。

所述箱体的底部沿长度方向开设有长孔，铁碳微电解格栅的上端穿过长孔与 卷簧固定连接，铁碳微电解格栅的下端与退水沟底部固连。

进一步优化，所述浮床种植篮中装填有固定填料，浮床种植篮的网孔径小于 固定填料的尺寸。

进一步优化，所述固定填料为砾石。

进一步优化，所述浮床种植篮中植物根部挂载有生物膜。植物根部从种植篮 孔隙中伸出，挂载生物膜，利用微生物进行水质净化。

进一步优化，所述植物为蕹菜、鸭舌草、萍蓬草或紫背天葵的一种或多种。

进一步优化，所述铁碳微电解格栅单元包括筒状壳体和装填于壳体中的铁碳 微电解填料，壳体上开设有若干小孔，小孔的孔径小于铁碳微电解填料的尺寸。

进一步优化，所述退水沟的底部开设有浮床植物凹槽，浮床植物凹槽，浮床 植物凹槽位于浮床的正下方，且浮床植物凹槽的尺寸大于浮床的尺寸。

进一步优化，退水沟的底部开设有沉水植物种植槽，沉水植物种植槽位于浮 床植物凹槽的下游，沉水植物种植槽中种植有沉水植物。所述优选的沉水植物有 密刺苦草，黑藻和伊乐藻。

进一步优化，所述浮床底座由多根高强度塑料管件固连而成，呈矩阵状框架 结构，浮床种植篮挂设在对应框架单元中。

沿水流流动方向，水流依次经过生态浮床与铁碳微电解复合净水区、沉水植 物种植区，以上为一个净水单元，实际布置净水单元数量应根据农田退水流量及 氮磷含量确定。首先，农田退水经过生态浮床与铁碳微电解复合净水区进行一次 净化：一方面，生态浮床上的水生植物能够直接吸收并挥发部分氮磷污染物，也 能在植物根区-近根区-远根区形成好氧-缺氧-厌氧环境，促进硝化与反硝化菌群 的生长和繁殖；另一方面，铁碳微电解格栅发挥过滤、净水、平顺流态的作用， 利用铁的还原性、电化学性和离子絮凝吸附性与水生植物协同净水，强化硝化、 反硝化反应效率，实现高效去除农田退水中有机物及氮磷污染物的效果，解决了 传统人工湿地技术仅O₂参与硝化-反硝化反应，作为主要电子供体，导致反应 受抑制的问题。进而，退水经浮床植物凹槽和沉水植物种植槽之间的凸型平台形成水跃，其一，实现加强水体扰动，给水体增氧的目的；其二，达到水流消能的 效果。最后，退水进入沉水植物净化区，沟渠沉水植物可增加沟渠的阻力,降低 水流速度,拦截泥沙,促进悬浮颗粒物的沉积,延长了水力停留时间,进而可大大 提高沟渠对营养物质的去除潜力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.构建植物-微生物-铁碳微电解原电池协同净水系统，大大提高农田退水中 农药及氮磷去除率。本发明相比于传统生态净水沟渠，利用生态浮床、铁碳微电 解及沉水植物协同净水，解决了传统生态沟渠硝化反硝化受抑制的问题，有效降 低农田退水中有机物及氮磷污染含量，实现了节能减排的目的。

2.净水装置随着水位变化自动升降，在不影响沟渠正常过流的同时，实现全 断面净水。传统生态沟渠净水不能根据水位变化调节其过流面积，导致有效净水 面积十分局限，本发明可实现全断面净水，进而达到高效净水的目的。

3.本发明对枯水期浮床及植物的需水要求做出了科学合理的评估与设计。在 枯水期时，沟渠干涸，因此会使浮床休眠甚至植物死亡，本发明通过设计浮床凹 槽和沉水植物种植槽，保证沟渠干涸时槽内蓄水，保证其生理活性。

4.本发明综合分析浮床植物和沉水植物品种组合，在保证净水效果的同时， 增加了经济效益和景观效益。本作品选择具有经济效益的浮床植物及渠底沉水植 物品种组合，提高浮床植物系统的多样性和适应性，优化农村生态环境。

附图说明

图1为生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统的立体图；

图2为农田退水沟净化系统在断水面的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为铁碳微电解收纳装置的结构示意图；

图5为卷簧及连接件结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明 的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-5所示，生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，包括：

浮床100，所述浮床100包括浮床底座102和多个浮床种植篮101；浮床种 植篮101可拆卸式设置在浮床底座102，浮床种植篮101中种植有植物110；

支架，所述支架包括竖直设置在退水沟中的四根固定杆103，浮床底座102 的四个角分别固定设置有套环，每个套环活动式套设在对应的一根固定杆103 上；

铁碳微电解机构，所述铁碳微电解机构包括铁碳微电解格栅200和铁碳微电 解收纳装置300；所述铁碳微电解收纳装置300包括箱体306、卷轴301、卡扣 302，卷簧303和固定器304；所述箱体的两端通过连接件305与浮床底座102 固定连接，箱体306沿退水沟的宽度方向设置；所述箱体306中沿其长度方向设 置有卷轴301，卷轴301与箱体306的两侧壁固连，卷轴301的两端固连有卷簧 303，且卷轴301与卷簧303同轴设置；所述铁碳微电解格栅200包括多个铁碳 微电解格栅单元和两根连接绳，每根连接绳将所有铁碳微电解格栅单元的一端串 联起来；所述箱体306的底部沿长度方向开设有长孔，铁碳微电解格栅200的上端穿过长孔与卷簧303固定连接，铁碳微电解格栅200的下端与退水沟底部固连。

在本实施例中，卷轴的两端分别通过卡扣302和固定器304与卷簧303连接 如图4、5所示。

在本实施例中，所述浮床种植篮101中装填有固定填料120，浮床种植篮101 的网孔径小于固定填料的尺寸。

在本实施例中，所述固定填料120为砾石。

在本实施例中，所述浮床种植篮101中植物110根部挂载有生物膜。

在本实施例中，所述铁碳微电解格栅单元包括筒状壳体和装填于壳体中的铁 碳微电解填料，壳体上开设有若干小孔，小孔的孔径小于铁碳微电解填料的尺寸。

在本实施例中，所述退水沟的底部开设有浮床植物凹槽400，浮床植物凹槽 400，浮床植物凹槽400位于浮床100的正下方，且浮床植物凹槽400的尺寸大 于浮床100的尺寸。当退水沟干涸时，由于浮床植物凹槽400底部高程小于渠底 高程，因此浮床植物凹槽中储水，浮床100回落入浮床植物凹槽400中，以维 持非退水期生态浮床的活性，避免浮床植物因缺水干枯。

在本实施例中，退水沟的底部开设有沉水植物种植槽500，沉水植物种植槽 500位于浮床植物凹槽400的下游，沉水植物种植槽500中种植有沉水植物501。

在本实施例中，所述浮床底座102由多根高强度塑料管件固连而成，呈矩阵 状框架结构，浮床种植篮101挂设在对应框架单元中。

该净化系统的工作如理如下：

沿水流流动方向，水流依次经过生态浮床与铁碳微电解复合净水区、沉水植 物种植区，以上为一个净水单元，实际布置净水单元数量应根据农田退水流量及 氮磷含量确定。首先，农田退水经过生态浮床与铁碳微电解复合净水区进行一次 净化：一方面，生态浮床100上的水生植物能够直接吸收并挥发部分氮磷污染物， 也能在植物根区-近根区-远根区形成好氧-缺氧-厌氧环境，促进硝化与反硝化菌 群的生长和繁殖；另一方面，铁碳微电解格栅200发挥过滤、净水、平顺流态的 作用，利用铁的还原性、电化学性和离子絮凝吸附性与水生植物协同净水，强化 硝化、反硝化反应效率，实现高效去除农田退水中有机物及氮磷污染物的效果。

由于铁碳微电解格栅200的下端与退水沟的底部固连，当农田开始排水时， 退水沟中的水位上升，浮床100随水位上升而上浮，在浮床100上浮工程中铁碳 微电解格栅200从箱体中逐渐被拉出，卷簧303逐渐被收紧，格栅过水面积增大, 实现全断面净水；当农田排水结束时，沟渠中水位逐渐下降，浮床100随之下降， 在卷簧303的恢复力作用下，铁碳微电解格栅200被收卷进箱体中，避免铁碳微 电解填料氧化失效；

本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本 发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明 的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作 为本发明的技术范畴。

Claims (8)

1.生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，其特征在于，包括：

浮床（100），所述浮床（100）包括浮床底座（102）和多个浮床种植篮（101）；浮床种植篮（101）可拆卸式设置在浮床底座（102），浮床种植篮（101）中种植有植物（110）；

支架，所述支架包括竖直设置在退水沟中的四根固定杆（103），浮床底座（102）的四个角分别固定设置有套环，每个套环活动式套设在对应的一根固定杆（103）上；

铁碳微电解机构，所述铁碳微电解机构包括铁碳微电解格栅（200）和铁碳微电解收纳装置（300）；所述铁碳微电解收纳装置（300）包括箱体（306）、卷轴（301）、卡扣（302），卷簧（303）和固定器（304）；所述箱体的两端通过连接件（305）与浮床底座（102）固定连接，箱体（306）沿退水沟的宽度方向设置；所述箱体（306）中沿其长度方向设置有卷轴（301），卷轴（301）与箱体（306）的两侧壁固连，卷轴（301）的两端固连有卷簧（303），且卷轴（301）与卷簧（303）同轴设置；所述铁碳微电解格栅（200）包括多个铁碳微电解格栅单元和两根连接绳，每根连接绳将所有铁碳微电解格栅单元的一端串联起来；所述箱体（306）的底部沿长度方向开设有长孔，铁碳微电解格栅（200）的上端穿过长孔与卷簧（303）固定连接，铁碳微电解格栅（200）的下端与退水沟底部固连。

2.根据权利要求1所述的生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，其特征在于，所述浮床种植篮（101）中装填有固定填料（120），浮床种植篮（101）的网孔径小于固定填料的尺寸。

3.根据权利要求2所述的生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，其特征在于，所述固定填料（120）为砾石。

4.根据权利要求1所述的生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，其特征在于，所述浮床种植篮（101）中植物（110）根部挂载有生物膜。

5.根据权利要求1所述的生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，其特征在于，所述铁碳微电解格栅单元包括筒状壳体和装填于壳体中的铁碳微电解填料，壳体上开设有若干小孔，小孔的孔径小于铁碳微电解填料的尺寸。

6.根据权利要求1所述的生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，其特征在于，所述退水沟的底部开设有浮床植物凹槽（400），浮床植物凹槽（400），浮床植物凹槽（400）位于浮床（100）的正下方，且浮床植物凹槽（400）的尺寸大于浮床（100）的尺寸。

7.根据权利要求6所述的生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，其特征在于，退水沟的底部开设有沉水植物种植槽（500），沉水植物种植槽（500）位于浮床植物凹槽（400）的下游，沉水植物种植槽（500）中种植有沉水植物（501）。

8.根据权利要求7所述的生态浮床与铁碳微电解相结合的农田退水沟净化系统，其特征在于，所述浮床底座（102）由多根高强度塑料管件固连而成，呈矩阵状框架结构，浮床种植篮（101）挂设在对应框架单元中。