CN114230105A - 一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，属于农田面源污染生态治理领域；采用自然沟渠植被与天然复合功能材料联用模式去除农田排水和径流水中氮、磷。该联合模式能够通过自然排水渠中的自然植被或农民种植的农作物来吸收、净化农田排水中的氮、磷物质，另一方面也通过微生物作用实现氮、磷污染物的生物转化，为了补充自然植被净化能力的不足，尤其是冬季植被生命周期的限制，在自然沟渠中每隔一段距离，设置一个放置天然复合功能材料的净化池，一方面可以沉淀颗粒态污染物，同时可以将沉淀入池的氮磷物质通过生物转化过程进行强化净化。
Description
技术领域
本发明属于农田面源污染生态治理领域，具体涉及一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法。
背景技术
随着工业废水和城市生活污水等点源污染逐步控制后，面源污染问题已经取代点源成为目前水环境污染控制的重点和难点。国内外已展开许多关于面源污染控制技术的研究和相关工程建设，包括农田面源污染的肥料控制技术、缓冲带或植物过滤带技术等；农村生活污水治理的土壤毛细管渗滤净化技术、蚯蚓生态滤池技术、氧化沟技术湿地处理技术等；农业废弃物、畜禽粪便和生活垃圾的厌氧发酵产沼气技术以及堆肥技术；养殖肥水回灌技术；针对塘、浜和小河等小水体的生态护岸技术、浮床技术、湿地净化技术等，这些技术及相应的工程建设在消减农村面源污染负荷中均起到一定的作用。近年来，也有研究者提出农村面源污染治理的“4R”理论与技术，即用源头减量、过程阻断、养分再利用和生态修复对农村面源污染进行总体治理，形成技术集成和工程化应用，但在推广过程中还存在经济性和维护的长效性问题。
申请号为201310312559.3的中国专利公开了利用绿狐尾草消纳河浜湿地中氮磷和化学需氧量，并且和稻草联用设置基质消纳区，在不同区域之间构造多级栅栏以保持稻草基质和水生植物具有相对稳定的水文环境。两种材料与栅栏联用可以很好的去除河浜的面源污染，但是运营后期需要及时维修损毁栅栏、补充稻草基质以及收割绿狐尾藻。申请号为200810224313.X的中国专利公开了一种利用高分子聚合物和盐铁合成材料治理面源污染，将其混入土壤形成含有纳米氧化铁材料的土中墙以去除流经墙体水流中的磷。但是其利用复合材料吸附磷，极易给环境带入二次污染且环境条件改变后会形成磷源造成二次释放。因此，提供一种高效且生态的治理农业面源污染的方法已成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，能够沉淀颗粒态污染物，同时可以将沉淀入池的氮磷物质通过生物转化过程进行强化净化。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，包括以下步骤：
1、利用农田系统自然泥渠，用于农田灌溉或排水；
2、在自然泥渠中，栽种水稻，任其自然生长，或进行沟渠中自然植被的生长，不进行过多的人为干预；
3、在自然泥渠中挖掘沉淀池，将复合功能材料撒入沉淀池，实现自然沟渠植被和天然复合功能材料对农田排水中污染物的联合治理。
以上所述步骤中，所述泥渠的横断面为扁“U”型结构，沟宽60-70cm，深度为30-40cm；
所述沉淀池选址分布于自然泥渠的上中下三段中任意一处，所述沉淀池深50cm，长约1m，与泥渠同宽；
所述复合功能材料密度1.367g/cm3，直径为0.7-2cm，为球形多孔核壳结构，从内向外依次为支撑层、填充层、保护层，所述支撑层为多孔木材；所述填充层由以下质量百分数组分组成：生物炭20%-50%，硅酸盐水泥25%- 42.8%，还原铁粉3.3% -8%，余量为天然粘合剂；所述生物炭具有多孔性结构；所述保护层由以下质量百分数组分组成：硅酸盐水泥26.6% -60%，硅藻土12%-40%，余量为天然粘合剂。
有益效果：本发明提供了一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，采用自然植被与天然复合功能材料联用模式治理农田自然沟渠中氮磷，在自然沟渠流水期，利用水稻和自然植被对水中的氮磷进行吸收和降解，这些植物会直接吸收水体中的营养盐并与浮游植物争夺营养物质，进而减少水体中营养物质浓度，还可以通过释放感化物质来抑制藻类生长，其根系可以截留和过滤农田尾水中的悬浮颗粒，还可以促进微生物脱氮和分泌促进微生物代谢的有机物，从而提高水体溶解氧浓度和水体透明度，后期通过收割水稻和爻割藻类来完成对氮磷的直接去除，以达到很好的净化效果；自然植物长成后除了可以对流入泥渠中的农田尾水起净化作用，还能巩固泥渠底泥，减缓泥渠中水流流速，增加缓冲时间，使得沟渠径流中氮磷能充分拦截、净化。而且自然植物也能为天然清洁复合材料提供碳源，增加微生物活性，以促进微生物对径流中氮磷的去除。
在自然沟渠枯水期，利用沉淀池中的天然复合功能材料去净化成沉淀入池的氮磷物质，材料中的生物炭作为一种吸附剂，具有多孔性结构、较大比表面积、可变的界面特性和灵敏的界面反应，可以通过物理化学生物等多种途径去除水体中的过多的氮磷，并且材料中的零价铁，可以将硝酸盐氮被还原为亚硝酸盐，进而被还原为氨氮或者氮气。
本发明中天然复合功能材料经过年限达到饱和，不再对水体中的氮磷进行吸收转化，可以将其捞出，分撒进农田实现资源再利用。
附图说明
图1 本发明中田块间扁“U”型自然泥渠实例图；
图2本发明复合功能材料成品图；
图3采用本发明联用模式下农田退水中总氮、总磷和氨氮的浓度示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述：
实施例1
实验地位于江苏省溧阳市上兴镇牛马塘村，由于农村居民的生产过程中常用农药、化肥和农膜等造成了农田面源污染。本实施例针对农田退水中的总氮、总磷和氨氮进行控制实验。
具体步骤如下：
1、如图1所示，利用农田系统自然泥渠，沟渠的横断面为扁“U”型结构，沟宽60-70cm，深度为30-40cm，用于农田灌溉或排水；
2、水稻种植季，在自然泥渠中，栽种水稻，任其自然生长，或进行沟渠中自然植被的生长，不进行过多的人为干预；
3、在自然泥渠中挖掘沉淀池（深约50cm，长约1m，与泥渠同宽），将图2所示的复合材料撒入沉淀池（10kg/ m²），所述复合功能材料密度1.367g/cm3，直径为0.7-2cm，为球形多孔核壳结构，从内向外依次为支撑层、填充层、保护层，所述支撑层为多孔木材；所述填充层由以下质量百分数组分组成：多孔生物炭20%-50%，硅酸盐水泥25%- 42.8%，还原铁粉3.3% -8%，余量为天然粘合剂；所述保护层由以下质量百分数组分组成：硅酸盐水泥26.6%-60%，硅藻土12%-40%，余量为天然粘合剂；实现自然沟渠植被和天然复合功能材料对农田排水中污染物的联合治理。
本实施例同时设置空白处理组、联用处理组的进行对照。
水体中的总氮、总磷和氨氮浓度用哈希DRB200消解仪进行消解，哈希DR900多参数便携式比色仪进行野外测定，结果如图3所示。
在无处理组中，农田退水中的总氮、总磷和氨氮浓度为：2.9mg/L、1.23mg/L、0.59mg/L；水稻+狐尾藻处理组中，农田退水中的总氮、总磷和氨氮浓度为：1.3mg/L、0.88mg/L、0.24mg/L；水稻+狐尾藻+复合材料处理组中，农田退水中的总氮、总磷和氨氮浓度为：0.8mg/L、0.72mg/L、0.18mg/L。可见水稻+狐尾藻+复合材料处理组增加了水中的氮磷去除，可以减少农田退水对农村面源的贡献。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些改进都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1、利用农田系统自然泥渠，用于农田灌溉或排水；
2、在自然泥渠中，栽种水稻，任其自然生长，或进行沟渠中自然植被的生长，不进行过多的人为干预；
3、在自然泥渠中挖掘沉淀池，将复合功能材料撒入沉淀池，实现自然沟渠植被和天然复合功能材料对农田排水中污染物的联合治理。
2.根据权利要求1所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述泥渠的横断面为扁“U”型结构，沟宽60-70cm，深度为30-40cm。
3.根据权利要求1所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述沉淀池选址分布于自然泥渠的上中下三段中任意一处。
4.根据权利要求1或3所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述沉淀池深50cm，长约1m，与泥渠同宽。
5.根据权利要求1所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述复合功能材料密度1.367g/cm3，直径为0.7-2cm。
6.根据权利要求1或5所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述复合功能材料为球形多孔核壳结构，从内向外依次为支撑层、填充层、保护层。
7.根据权利要求6所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述支撑层为多孔木材。
8.根据权利要求6所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述填充层由以下质量百分数组分组成：生物炭20%-50%，硅酸盐水泥25%- 42.8%，还原铁粉3.3% -8%，余量为天然粘合剂。
9.根据权利要求8所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述生物炭具有多孔性结构。
10.根据权利要求6所述的利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法，其特征在于，所述保护层由以下质量百分数组分组成：硅酸盐水泥26.6% -60%，硅藻土12%-40%，余量为天然粘合剂。
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| CN202111609190.3A CN114230105A (zh) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114230105A true CN114230105A (zh) | 2022-03-25 |
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|---|---|---|---|
| CN202111609190.3A Pending CN114230105A (zh) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 一种利用强化自然灌排沟渠削减农田面源污染的方法 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201678556U (zh) * | 2010-03-04 | 2010-12-22 | 农业部规划设计研究院 | 农田低浓度面源污水生态净化设施 |
| CN103739089A (zh) * | 2014-01-28 | 2014-04-23 | 南京大学 | 用于污染地下水生物化学联合修复的复合功能材料及其制备方法 |
| CN109626583A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-16 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种稻田沟渠氮磷面源污染的生态强化拦截系统 |
| CN112830642A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-05-25 | 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 | 用于防治农田面源污染的新型生态沟渠系统 |
| AU2021105235A4 (en) * | 2021-08-10 | 2021-10-07 | Nanjing Junyuan Environmental Engineering Co., Ltd. | Nonpoint source pollution control technology based on three-dimensional configuration of points, lines and planes |
-
2021
- 2021-12-27 CN CN202111609190.3A patent/CN114230105A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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