CN217498834U - 一种坡耕地原位反硝化强化脱氮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，包括坡耕地坡脚缓坡处的若干上端敞口的反硝化池，第N反硝化池的前壁上设置有连通前一反硝化池的透水口，第一反硝化池的透水口连通进水池，第N反硝化池的透水口连通出水池，每个反硝化池的底部高度低于前一反硝化池的底部，反硝化池内由下至上设置挂膜层、碳源层和基质层，基质层中种植植物，进水池的顶部敞开，与地表齐平。该系统可高效拦截坡耕地径流，削减农业坡耕地面源污染负荷，能使得反硝化池体适应野外频繁暴雨和长时间干旱的复杂条件，持续维持反硝化池体对污染物去除效果，改善坡耕地出水水质。该系统占地面积小，易施工，投资低，维护少，适合于坡耕地农业面源污染的防治。

Description

一种坡耕地原位反硝化强化脱氮系统

技术领域

本实用新型属于农业面源污染防治的环保技术领域，特别涉及一种坡耕地原位反硝化强化脱氮系统。

背景技术

茶园、果园和苗圃等坡耕地农业种植是丘陵山区农业的重要组成部分，然而由于其坡度大、土层薄、农事活动剧烈，是发生水土流失和面源氮、磷污染的高风险区域。目前，在控制坡耕地水土流失和面源污染方面，主要是通过构建林草植被缓冲带、减量施肥、保护性耕作等措施来实现。在实践中，这些传统的技术在消纳污染物方面往往能力有限，难以有效解决坡耕地水土流失严重和径流氮磷浓度过高的问题。

反硝化作用是氮循环的最后一步，其基本过程是：NO₃ ^-→NO₂ ^-→NO→N₂O→N₂，是氮素离开土壤、水体等内部生物循环而回到大气的最主要的自然途径。反硝化作用主要发生在淹水的厌氧环境中，其发生需要丰富的碳源。现有技术中难以给予反硝化作用发生的有效环境。

实用新型内容

本实用新型针对坡耕地的水土流失和面源污染治理现状，提出一种适用于坡耕地的原位反硝化强化脱氮系统，该系统可拦截水沙、促进坡耕地面源污染物的高效去除。

为达成上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，包括设置于坡耕地坡脚缓坡处的若干反硝化池，按照水流经过的顺序依次为第一反硝化池、第二反硝化池……第N反硝化池，其中N为大于等于2的整数，水流的上游方向为前，下游方向为后，

所述反硝化池为上端敞口的长方体，所述第N反硝化池的前壁上设置有连通第N-1反硝化池的透水口，第一反硝化池的前壁上的透水口连通进水池，第N反硝化池的后壁上的透水口连通出水池，第N反硝化池的底部高度低于第N-1反硝化池的底部高度，

所述反硝化池内由下至上设置挂膜层、碳源层和基质层，所述基质层为透水结构，所述基质层中种植有植物，

所述进水池的顶部与地表齐平，所述进水池顶部敞开。

反硝化池体数量(N)根据坡耕地的面积大小设定。

进一步的，所述进水池和所述反硝化池的壁为混凝土砖墙，底为水泥砂浆浇筑而成。保证其水分不下渗。

进一步的，所述进水池的顶部与地表设置的冲刷沟或坡耕地排水渠齐平。

进一步的，所述进水池的后壁顶端高于前壁顶端。保障农业径流的顺利收集。

进一步的，所述进水池的前壁外侧土壤剖面经压实、水泥夯实处理。

进一步的，所述进水池的后壁的透水口设置于进水池的后壁的底部和中部。使得进水池收集的农业径流水能够引流至反硝化池体。

进一步的，所述反硝化池的前后长度为15～40m。

进一步的，所述挂膜层为木屑和碎石的混合物。便于微生物挂膜，使得在低水位时候也能高效有效去除污染物。木屑可为微生物呼吸提供碳源，可消耗径流水中的氧气，为厌氧微生物繁殖和代谢提供低氧环境，碎石增加底层的粗糙度，便于水分渗漏和微生物附着。

进一步的，所述挂膜层的厚度为10cm以上。

进一步的，所述挂膜层与所述碳源层中间设置有渗水土工布。用于阻隔中层的碳源填料。

进一步的，所述碳源层为球状填料和碳源的混合物，所述碳源为木屑、玉米芯、稻壳或稻草中的一种或多种。当所述碳源层为木屑和玉米芯的混合物时，木屑和玉米芯的体积比为 1:1。所述反硝化池体由于碳源层的添加，为厌氧环境，适合于厌氧微生物的代谢和繁殖，径流中携带的氮磷等污染物可通过反硝化和离子吸附作用去除。

进一步的，所述碳源层的厚度为80cm以上。

进一步的，所述基质层为碎石和基质的混合物。

进一步的，所述基质层和所述碳源层之间采用若干预制水泥板分隔，所述预制水泥板之间留有缝隙，所述预制水泥板上表层铺设有钢丝网。缝隙可作为渗水口使用。

进一步的，所述基质层中设置有碳源添加口。可安装监测设置、目视观测反硝化池体内部情况，也用于填料补充和所述反硝化池体的维护。

所述的基质层能够促进坡耕地径流下渗，而泥沙可被沉积在碎石和基质中。泥沙中所携带的氮磷等污染物可被基质层中种植的水生植物所吸收，而下渗的水分中携带的氮磷等污染物可在所述反硝化池体的碳源层被去除。

进一步的，所述出水池的后侧与出水渠相连。当所述出水池的水位过高时，可向外部排水。

进一步的，所述反硝化池中还设置有垂直的水管，所述水管的底端靠近所述反硝化池的底，所述水管的顶端设置于所述基质层上方，所述水管与水泵相连接。水管和水泵用于促进反硝化池体中水分的垂向循环。

进一步的，所述出水池的底部设置有水龙头。可用于手动排水。

本实用新型设计的一种坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，显著提升了原位反硝化脱氮能力，污染物经过沉淀、降解后流入下游水系，能够大幅度减少坡耕地的氮、磷面源污染。当发生暴雨事件时，坡耕地产生的径流还可从反硝化沟体的顶部，经出水槽向外部排水，能大幅减少洪水造成原位反硝化强化脱氮系统的淤塞；当干旱时，还可通过外接水泵，将反硝化池体底层的积水用于表层绿植的灌溉，进一步增加污染物的去除

原位反硝化强化脱氮系统中反硝化池体通过挡水围墙的构造，避免了池体与外界空气接触。坡耕地水分的侧向输送和表层水分下渗形成了淹水的环境，加上反硝化池体中碳源的添加，有效促进了反硝化作用，使得反硝化池体的水体的含氮等污染物得以高效去除。

此外，原位反硝化强化脱氮系统顶部种植有植物，可拦截坡耕地流失的水沙，水分可通过下渗进入反硝化池体内部，而泥沙可作为水生植物的基质，其氮磷等污染物可通过植被吸收作用来进一步削减坡耕地氮磷的流失。

本实用新型提出了适用于坡耕地的一种原位反硝化强化脱氮系统，该系统通过反硝化脱氮、植被吸收、物理拦截、水分垂向循环等作用综合去除坡耕地流失的氮磷污染物，对于控制坡耕地农业面源污染具有重要的现实意义。

该原位反硝化强化脱氮系统适用于坡耕地的农业面源污染物和泥沙的原位拦截。

附图说明

图1是原位反硝化强化脱氮系统纵向剖面结构示意图。其中仅详细展示第一反硝化池和第二反硝化池，其余反硝化池用方框示意。

图2是混凝土砖墙的横向剖面结构示意图。

图3是水泥预制板的铺设俯视图。图中省略其他水泥预制板。

图4是原位反硝化强化脱氮系统俯视结构示意图

其中，1是混凝土砖墙，2是水泥砂浆，3是碳源层，4是挂膜层，5是透水口，6是进水池，7是渗水口，8是碳源添加口，9是水泵，10是植物，11是碎石和基质的混合物，12是出水池，13是水龙头，14是引流渠。图中箭头表示水流方向。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的各个部件、施工安装方案及尺寸进行清楚、完整地描述。

实施例1

构建如图1-4所示的一种坡耕地原位反硝化强化脱氮系统：

在坡耕地坡脚缓坡处依据地形地势，向土层下开挖2-3m，开挖宽度3m，开挖长度根据坡耕地大小以50m-200m不等。

坡耕地开挖形成土层底部压实平整，随后用水泥砂浆做基础，找平后并做好防水。

在靠近坡耕地的冲刷沟或排水渠处，开挖形成的土壤剖面用水泥做基础夯实后施工砌墙，墙体垂直深度1.5m，长度为2m，墙体顶部与坡耕地的冲刷沟或排水渠齐平，以收集坡耕地径流。

在间隔1m处，修筑进水池另一侧墙体，墙体垂直深度为1.7m，厚度为25cm，墙体长度为2m。修筑墙体时，在墙体的底部向上0.3米和0.9米处预留若干个透水口，可将进水槽收集的径流引流至反硝化池体。

在墙体的两端，施工形成挡水围墙，构成进水池，进水池的构造图见1所示。

继续向下部修筑第一反硝化池的池体，池体以进水池远离坡耕地的进水池墙体为界，在距离墙体15-40m处修筑首个反硝化池体外侧墙体，厚度为25cm。

外侧墙体自上而下预留4层透水口，具体尺寸及高度见图2所示；

在上述修筑的墙体两端，沿着土壤剖面，施工形成四周挡水围墙，构成第一反硝化池。

在围墙所围成的区域内进行物理压实处理，底部用水泥砂浆平铺做基础找平，并做好防水，使得墙体的垂直深度为1.4m，反硝化墙体的四周围墙水平高端齐平，第一反硝化池的垂直构造见图1所示。

在反硝化池体底层，铺设10cm的木屑和碎石混合物于水泥砂浆基础上。

埋设垂直水管，用于后期外接水泵。

随后铺设透水土工布，在土工布上层铺设玉米芯、木屑、稻壳等一种或多种混合填料，其中掺杂少量球状填料。本实施例中为木屑和玉米芯，其填充比例为1:1，并添加若干球状填料，中层填料厚度为1.3m。

在围墙的顶部安装水泥预制板，预制板的厚度为10cm，拼接时相邻两个水泥预制板预留 5cm的缝隙，以便于后期反硝化池体表层水分的下渗。

表层安装的水泥预制板时，预留1-2个碳源填口，便于后期碳源的添加和反硝化池体的维护。

水泥预制板的具体拼接方法见图3所示。

随后，在水泥预制板的顶部平铺钢丝网，并同时加高围墙，使得围墙顶部距离水泥预制板顶部的距离为30cm，围墙形成的区域构成了反硝化池体的表层。

表层形成的挡水墙范围内，加入碎石和土壤基质，碎石/基质厚度为30cm，并便于后期栽种绿植。

在顶部栽种一年生、当地易存活、耐水耐旱且对氮磷去除效果好的绿植。

反硝化池体预留1-2个观测井，用于观测反硝化池体内部情况，并便于后期从顶部添加碳源。

反硝化池体的横向构造如图4所示。

最后，按照同样的方法修筑第二反硝化池和第三反硝化池，最终形成坡耕地原位反硝化强化脱氮系统。

在第三反硝化池，即最后一个反硝化池的外缘，修筑出水池，修筑方式与进水池类似，外层墙体高度要略高于外部排水渠，以便于向外部排水。

外接水泵，当池体表层绿植缺水时，可将反硝化池体的积水用于表层的灌溉。出水池的构造及尺寸见图1所示。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例组件的尺寸进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，包括设置于坡耕地坡脚缓坡处的若干反硝化池，按照水流经过的顺序依次为第一反硝化池、第二反硝化池……第N反硝化池，其中N为大于等于2的整数，水流的上游方向为前，下游方向为后，

所述反硝化池为上端敞口的长方体，所述第N反硝化池的前壁上设置有连通第N-1反硝化池的透水口，第一反硝化池的前壁上的透水口连通进水池，第N反硝化池的后壁上的透水口连通出水池，第N反硝化池的底部高度低于第N-1反硝化池的底部高度，

所述反硝化池内由下至上设置挂膜层、碳源层和基质层，所述基质层为透水结构，所述基质层中种植有植物，

所述进水池的顶部与地表齐平，所述进水池顶部敞开。

2.根据权利要求1所述的坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，所述进水池的顶部与地表设置的冲刷沟或坡耕地排水渠齐平；所述进水池的后壁顶端高于前壁顶端。

3.根据权利要求1所述的坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，所述进水池的后壁的透水口设置于进水池的后壁的底部和中部。

4.根据权利要求1所述的坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，所述反硝化池的前后长度为15~40m。

5.根据权利要求1所述的坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，所述挂膜层与所述碳源层中间设置有渗水土工布。

6.根据权利要求1所述的坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，所述基质层和所述碳源层之间采用若干预制水泥板分隔，所述预制水泥板之间留有缝隙，所述预制水泥板上表层铺设有钢丝网。

7.根据权利要求1所述的坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，所述基质层中设置有碳源添加口。

8.根据权利要求1所述的坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，所述出水池的后侧与出水渠相连。

9.根据权利要求1所述的坡耕地原位反硝化强化脱氮系统，其特征在于，所述反硝化池中还设置有垂直的水管，所述水管的底端靠近所述反硝化池的底，所述水管的顶端设置于所述基质层上方，所述水管与水泵相连接。

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