CN209974545U - 一种农田灌溉排水净化处理循环系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农田水利灌溉技术领域，特别是一种农田灌溉排水净化处理循环系统，包括河流和多个农田灌溉系统，所述河流为农田灌溉系统提供水源，相邻两个农田灌溉系统之间设有生态处理系统，所述生态处理系统包括砾石床、沉水植物带、蚯蚓生态湿地和蓄水池，上一级农田灌溉系统的出口与所述砾石床的第一入口连通，所述砾石床的出口与沉水植物带的入口连通，所述沉水植物带的出口与蚯蚓生态湿地的入口连通，所述蚯蚓生态湿地的第一出口为出水口，所述出水口与蓄水池的入口连通，所述蓄水池的出口管与下一级农田灌溉系统连通。本实用新型解决了传统农田灌溉所形成的对生态河湖的面源污染的问题，提高了灌溉用水的效率，减少水资源浪费。

Description

一种农田灌溉排水净化处理循环系统

技术领域

本实用新型涉及农田水利灌溉技术领域，特别是一种农田灌溉排水净化处理循环系统。

背景技术

我国平均总供水量大约在5500亿立方米，其中灌溉用水量大约3600亿立方米，农业灌溉用水量占农业总用水量的90%，是名副其实的用水大户。我国农业用水量大，粗放型灌溉造成农村水环境污染以及用水缺口问题。目前农村地区用水末端，污水处理设施建设尚不具备规模效应，农业面源污染严重，因此农业节水作为节水、增效、治污的重要途径，将首当其冲。农业是一个用水大户。中国农产品70%来自灌溉农田。水资源的紧缺必须要求农业对水资源进行高效利用。

为了更好地协调农田的水资源配置，实现农田农业的可持续发展，国内外学者对“生态农田”的构建模式开展了大量研究。生态农田要求减少面源对水体的污染，特别是制定入湖流域农田的生态措施。国内外在治理面源污染的过程中，逐渐认识到生态过程是面源污染治理的有效措施，目前技术比较成熟和应用较多的生态过程有：人工湿地、前置库、植被缓冲带、水陆交错带等。虽然这些技术可以有效的阻控农业面源污染，但由于需要较大的占地面积，难以在大范围推广应用，其次关于将几种技术模式集成使用的实践较少。

在国内外农田建设和演变的基础上，学者们从灌排系统水资源循环利用模式、农田景观布局、沟渠空间形态构建、沟渠防渗技术及生态化形式以及农田调蓄塘库形态等方面，对生态型农田的构建模式进行了探讨。如在输水渠道中采用生态护岸技术，减小水流冲击和水体入渗提高水资源的利用率；构建田间排水沟和积水塘以构建屏障，对农田面源污染进行截留。然而，目前的工程技术往往单独针对节水灌溉或减污排水过程，缺乏耦合两者的综合性工程方法研究。如在部分地区，农田田间排水若直接进入河湖，不仅会造成氮、磷等营养物和化肥资源的浪费，水体中的农药、重金属等有害物质也会对受纳水体造成严重危害。为了提高生产效率和经济效率，农田完全可以对农田排水进行处理后再利用。以往生态农田构建技术并未协调好水资源高效利用和水体净化减污的关系，这使得其应用受到了很大的限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种农田灌溉排水净化处理循环系统。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种农田灌溉排水净化处理循环系统，包括河流和多个农田灌溉系统，所述河流为农田灌溉系统提供水源，相邻两个农田灌溉系统之间设有生态处理系统，所述生态处理系统包括砾石床、沉水植物带、蚯蚓生态湿地和蓄水池，上一级农田灌溉系统的出口与所述砾石床的第一入口连通，所述砾石床的出口与沉水植物带的入口连通，所述沉水植物带的出口与蚯蚓生态湿地的入口连通，所述蚯蚓生态湿地的第一出口为出水口，所述出水口与蓄水池的入口连通，所述蓄水池的出口管与下一级农田灌溉系统连通。

进一步地，所述农田灌溉系统的出口与所述砾石床的第一入口之间设有拦污栅一，在所述拦污栅一内设有水质分析仪一。

进一步地，在进入蓄水池之前的出水口处还设有拦污栅二，所述拦污栅二内设有水质分析仪二。

进一步地，所述水质分析仪一和所述水质分析仪二均为水体浊度仪和氮磷分析仪的组合。

进一步地，所述砾石床的第二入口处还设有取水口，所述取水口从河流内取水，在所述取水口处设有拦污栅三。

进一步地，所述蚯蚓生态湿地的第二出口处设有排水管。

进一步地，所述沉水植物带的出口处与管道的一端连接，所述管道的管路上安装有水泵，管道的另一端安装有喷头，所述喷头布设于蚯蚓生态湿地的上方。

进一步地，所述蚯蚓生态湿地包括自上而下设置的蚯蚓活动土壤层、砂石层和过滤层，所述蚯蚓活动土壤层的表面种植有表面植物，所述出水口处安装有阀门。

进一步地，所述沉水植物带内种植有苦草。

进一步地，所述农田灌溉系统包括农田、干渠、支渠和排水沟，所述干渠位于农田靠近河流的一侧，所述干渠与河流通过河流入口连通，所述干渠的一侧间隔设有多个支渠，所述支渠上设有多个斗渠，所述斗渠上设有多个毛渠，农田内还设有多条排水毛沟，多条排水毛沟分别均与排水沟连通，所述排水沟为农田灌溉系统的出口。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型解决了农田灌溉水利用效率低，农田面源污染物外排的问题，同时可以提高水资源和化肥的利用效率。

2、解决了农田污水处理循环利用和节约农业用水的问题，提高水资源和化肥的利用效率，能保护农村农田的生态环境，为存在小落差的生态节水型农田建设提供技术支持。

3、上一级灌区排水时，通过砾石床进行过滤截留，再经过沉水植物带和蚯蚓生态湿地对其中的农药残留、重金属等有害物质进行净化，减轻了外排对河流的污染。

4、污水处理区（砾石床、沉水植物带、蚯蚓生态湿地）均为不规则区域从而增加水力停留时间，砾石床为先进工艺，利用物理生物作用拦截悬浮物，净化有害物质，沉水植物带净化水质消除氮磷，其中蚯蚓生态湿地面积较大，因为其是最后一道处理程序。各单位之间均设有闸门以便人工作用和定期维护。

5、处理的水先进入蓄水池，由于高产水流流入下一级农田灌溉，水体残留的氮磷元素得以再利用，提高化肥利用效率，设置在首部和尾部的浊度仪和氮磷分析仪可以实时监控水质，通过实时的数据对比，以便及时检查问题维修系统。

6、污水处理系统可以选择在地势较低的洼地或者利用天然水塘或水坑改造以减少成本造价，同时本系统材料以及人工成本较低，一经建成便可以投入使用。

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图；

图2 为本实用新型的农田灌溉系统的结构示意图；

图3 为本实用新型的生态处理系统的结构示意图；

图4 为本实用新型的蚯蚓生态湿地的结构示意图；

图中：1-河流，2-农田灌溉系统，2a-农田，2b-干渠，2c-河流入口，2d-支渠，2e-斗渠，2f-毛渠，2g-排水毛沟，2h-排水沟，3-生态处理系统，3a-砾石床，3b-沉水植物带，3c-蚯蚓生态湿地，3c1-蚯蚓活动土壤层，3c2-表面植物，3c3-砂石层，3c4-过滤层，3d-拦污栅一，3e-水质分析仪一，3f-出水口，3f1-阀门，3g-水质分析仪二，3h-拦污栅二，3i-蓄水池，3j-出口管，3k-取水口，3m-拦污栅三，3n-排水管，4-管道，5-水泵，6-喷头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1、图3所示，一种农田灌溉排水净化处理循环系统，包括河流1和多个农田灌溉系统2，所述河流1为农田灌溉系统2提供水源，相邻两个农田灌溉系统2之间设有生态处理系统3，所述生态处理系统3包括砾石床3a、沉水植物带3b、蚯蚓生态湿地3c和蓄水池3i，上一级农田灌溉系统2的出口与所述砾石床3a的第一入口连通，砾石床3a的作用是过滤大型颗粒物，吸附分解部分小颗粒污染物，所述砾石床3a的出口与沉水植物带3b的入口连通，所述沉水植物带3b的出口与蚯蚓生态湿地3c的入口连通，沉水植物带3b的作用是去除大部分的氮磷等营养元素，所述蚯蚓生态湿地3c的第一出口为出水口3f，所述出水口3f与蓄水池3i的入口连通，所述蓄水池3i的出口管3j与下一级农田灌溉系统2连通。消除水体中残余的农药等污染物，提高周围地区空气湿度，通过水生植物的作用，以及化学、生物过程，吸收、固定、转化土壤和水中营养物质含量，蚯蚓生态湿地3c可降解有毒和污染物质，净化水体，消减环境污染，另外也可以作为美丽的生态景观。

进一步地，如图3所示，所述农田灌溉系统2的出口与所述砾石床3a的第一入口之间设有拦污栅一3d，在所述拦污栅一内设有水质分析仪一3e。

进一步地，如图3所述，在进入蓄水池3i之前的出水口3f处还设有拦污栅二3h，所述拦污栅二3h内设有水质分析仪二3g。

作为优选地，所述水质分析仪一3e和所述水质分析仪二3g均为水体浊度仪和氮磷分析仪的组合。

进一步地，如图1和图3所示，所述砾石床3a的第二入口处还设有取水口3k，所述取水口3k从河流1内取水，在所述取水口3k处设有拦污栅三3m。可实现定期地引入天然河流的水体对处理循环系统进行换洗。

进一步地，如图3所示，所述蚯蚓生态湿地3c的第二出口处设有排水管3n，当遇到暴雨时节来水量过大时排出多余的水体。

进一步地，所述沉水植物带3b的出口处与管道4的一端连接，所述管道4的管路上安装有水泵5，优选为蠕动泵，蠕动泵是一种新兴的节能泵，它周期性泵出液体，增加了液体停留时间。它的主要优点如下：1、无污染：流体只接触泵管，不接触泵体；2、精度高：重复精度，稳定性精度高；3、低剪切力：是输送剪切敏感，侵蚀性强流体的理想工具；4、密封性好：具有良好的自吸能力，可空转，可防止回流；5、维护简单：无阀门和密封件，管道4的另一端安装有喷头6，所述喷头6布设于蚯蚓生态湿地3c的上方。水体由沉水植物带3b进入水泵5，输送至喷头6，使处理过的污水喷洒在蚯蚓生态湿地3c上。

进一步地，如图4所示，蚯蚓生态湿地3c为一个适当面积的形状不规则的湿地，所述蚯蚓生态湿地3c包括自上而下设置的蚯蚓活动土壤层3c1、砂石层3c3和过滤层3c4，蚯蚓活动土壤层3c1内有蚯蚓，所述蚯蚓活动土壤层3c1的表面种植有表面植物3c2，处理水质，所述出水口3f处安装有阀门3f1，砂石层3c3和过滤层3c4为不同粒径的砂石组成，砂石层3c3的粒径较小，而过滤层3c4的粒径较大，消除可能由湿地本身带来的固体杂质。蚯蚓生态湿地3c为一个适当面积的形状不规则的湿地，蚯蚓生态湿地3c是根据蚯蚓具有提高土壤通气透水性能和促进有机物分解转化等生态功能而设计，集物理过滤、吸附、好氧分解和污泥处理等功能于一身，利用滤料截留、蚯蚓和微生物分解利用污水及污泥中的有机物和营养物并具有促进含氮物质的硝化与反硝化作用，是一种生态型污水污泥同步处理新技术。在蚯蚓生态湿地3c内蚯蚓和微生物可形成较好的协同作用，一方面延长了生物的食物链，丰富了微生物的种类，从而强化了对有机污染物质、氮磷的去除作用；另一方面，由于蚯蚓的活动，滤池中滤料有较好的渗透性可明显提高蚯蚓生态滤池的水力负荷，蚯蚓的蠕动可以很好地促进土壤富氧量的提高从而促进植物高效利用土壤中的污染物。此外，蚯蚓生态湿地3c内生物污泥稳定，其毛细吸水时间约在30-50s之间，污泥脱水性能好，较常规活性污泥法处理技术，可大大地减小污泥处理的费用。污水中有机物通过过滤、吸附、吸收作用，促进兼性微生物分解来实现对污水的高效净化，具有效果好、投资省、运行费低、应用效果好、提高了出水质量、负荷稳定、结构简捷、无需三相分离器、无污泥回流和鼓风曝气设备、无动力消耗、运行管理简捷方便、景观和生态效应好等特点。

作为优选地，所述沉水植物带3b内种植有苦草，苦草对氮磷的去除效果显著，其次它生命力顽强，价格便宜。以一亩农田的灌溉量举例，对应的沉水植物带3b可为矩形、扇形或圆形等区域，此处以矩形为例，尺寸大小约为20m×20m。沉水植物带3b需要每隔5～10天采集一次以避免草体腐烂造成二次污染也时刻保持较高的净化能力，每次采集数量应为全部植物株数的1/4，最多不超过1/3，采收的苦草及时处理。

进一步地，如图2所示，所述农田灌溉系统2包括农田2a、干渠2b、支渠2d和排水沟2h，所述干渠2b位于农田2a靠近河流1的一侧，所述干渠2b与河流1通过河流入口2c连通，所述干渠2b的一侧间隔设有多个支渠2d，所述支渠2d上设有多个斗渠2e，所述斗渠2e上设有多个毛渠2f，农田2a内还设有多条排水毛沟2g，多条排水毛沟2g分别均与排水沟2h连通，所述排水沟2h为农田灌溉系统2的出口。灌溉水体通过河流入口2c进入灌水干渠2b，再进入支渠2d、斗渠2e、毛渠2f，输送水体至农田2a进行灌溉，多余的水体经过排水毛沟2g汇入排水沟2h；排水沟2h的污水通过拦污栅一3d排入生态处理系统3内。

砾石床3a的主要作用在于：一是接触沉淀，污水中的大颗粒杂质或污染物因砾石阻挡导致流速减慢而沉降；二是生物膜吸附，污水中小颗粒污染物被砾石表面的黏性生物膜吸着；三是微生物分解，污水中溶解性有机物被微生物摄取而分解成无害的无机物。河流中放置一定量的砾石做充填层，当水流通过填入砾石渠道中时，与砾石充分接触，大大提高了水流的自净能力。优选地，以一亩农田的灌溉量为例，对应的砾石床3a的尺寸约为30m×10m×3m，断面与表面形状选择矩形。

灌水期时将系统中处理之后的水输送至下一级农田，回用于农田，节约水资源，提高灌溉效率，水体残留的微量氮磷等营养物质可供作物生长部分所需，提高化肥利用效率。实际运用中根据地形地势的不同处理循环系统中的各个处理区形状并不规则，从而增加水流绕行，提高水体停留时间和净化处理效果，各处理之间都设有闸门，根据来水量调整闸门开闭程度。在系统设置有独立的来水口和出水口并设有闸门，其作用是定期清理更新一次水体，以及应对暴雨时节来水量过大的问题。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种农田灌溉排水净化处理循环系统，包括河流（1）和多个农田灌溉系统（2），其特征在于：所述河流（1）为农田灌溉系统（2）提供水源，相邻两个农田灌溉系统（2）之间设有生态处理系统（3），所述生态处理系统（3）包括砾石床（3a）、沉水植物带（3b）、蚯蚓生态湿地（3c）和蓄水池（3i），上一级农田灌溉系统（2）的出口与所述砾石床（3a）的第一入口连通，所述砾石床（3a）的出口与沉水植物带（3b）的入口连通，所述沉水植物带（3b）的出口与蚯蚓生态湿地（3c）的入口连通，所述蚯蚓生态湿地（3c）的第一出口为出水口（3f），所述出水口（3f）与蓄水池（3i）的入口连通，所述蓄水池（3i）的出口管（3j）与下一级农田灌溉系统（2）连通。

2.根据权利要求1所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：所述农田灌溉系统（2）的出口与所述砾石床（3a）的第一入口之间设有拦污栅一（3d），在所述拦污栅一内设有水质分析仪一（3e）。

3.根据权利要求2所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：在进入蓄水池（3i）之前的出水口（3f）处还设有拦污栅二（3h），所述拦污栅二（3h）内设有水质分析仪二（3g）。

4.根据权利要求3所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：所述水质分析仪一（3e）和所述水质分析仪二（3g）均为水体浊度仪和氮磷分析仪的组合。

5.根据权利要求1所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：所述砾石床（3a）的第二入口处还设有取水口（3k），所述取水口（3k）从河流（1）内取水，在所述取水口（3k）处设有拦污栅三（3m）。

6.根据权利要求1所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：所述蚯蚓生态湿地（3c）的第二出口处设有排水管（3n）。

7.根据权利要求1所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：所述沉水植物带（3b）的出口处与管道（4）的一端连接，所述管道（4）的管路上安装有水泵（5），管道（4）的另一端安装有喷头（6），所述喷头（6）布设于蚯蚓生态湿地（3c）的上方。

8.根据权利要求1、6或7所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：所述蚯蚓生态湿地（3c）包括自上而下设置的蚯蚓活动土壤层（3c1）、砂石层（3c3）和过滤层（3c4），所述蚯蚓活动土壤层（3c1）的表面种植有表面植物（3c2），所述出水口（3f）处安装有阀门（3f1）。

9.根据权利要求1或7所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：所述沉水植物带（3b）内种植有苦草。

10.根据权利要求1所述的一种农田灌溉排水净化处理循环系统，其特征在于：所述农田灌溉系统（2）包括农田（2a）、干渠（2b）、支渠（2d）和排水沟（2h），所述干渠（2b）位于农田（2a）靠近河流（1）的一侧，所述干渠（2b）与河流（1）通过河流入口（2c）连通，所述干渠（2b）的一侧间隔设有多个支渠（2d），所述支渠（2d）上设有多个斗渠（2e），所述斗渠（2e）上设有多个毛渠（2f），农田（2a）内还设有多条排水毛沟（2g），多条排水毛沟（2g）分别均与排水沟（2h）连通，所述排水沟（2h）为农田灌溉系统（2）的出口。

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