專利名稱：基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)與工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于環(huán)境工程中的面源污染控制技術(shù)，主要針對中國日益嚴(yán)峻的農(nóng)業(yè)面源污染，尤其是農(nóng)業(yè)面源污染中的氮磷污染進(jìn)行控制，具體涉及一種基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)與工藝。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)保問題日益嚴(yán)峻，以往人們大多針對點源污染進(jìn)行治理，但是隨著人們對于環(huán)境問題認(rèn)識的深入，面源污染問題逐漸引起人們的重視。在面源污染中，農(nóng)業(yè)面源污染是一塊非常重要的污染源，過量使用化肥農(nóng)藥，農(nóng)村分散式住宅區(qū)生活污水未經(jīng)處理或者經(jīng)過簡單處理排入河流，這些都對當(dāng)?shù)睾恿骱丛斐闪藰O大的影響。例如全國矚目的南水北調(diào)中線工程渠首在丹江口水庫，丹江口庫區(qū)及上游范圍涉及陜西、湖北、河南3省8個地(市)的43個縣(市、區(qū))，土地面積約8.93萬km2。總?cè)丝?266.4萬人，其中，農(nóng)業(yè)人口 1016.99萬人，農(nóng)業(yè)勞動力503.53萬人，農(nóng)業(yè)人口密度114人/km2。人口主要分布在丹江口庫周、漢江丹江干流沿岸、盆地和壩地，秦嶺南麓和大巴山北麓大部分屬中山區(qū)，人口分布較少。根據(jù)地方政府上報的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2008年，水源區(qū)面源污水入河量約為4357.7萬t、COD入河量約為4.8萬t、NH3-N入河量約為6450.7t。丹江口庫區(qū)及上游區(qū)域的污染負(fù)荷主要來自農(nóng)村的面源污染，包括農(nóng)田面源污染、畜禽養(yǎng)殖污染和農(nóng)村生活污染，由于該地區(qū)土質(zhì)疏松、降雨集中、農(nóng)藥和化肥施用量大，水土流失夾帶的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村生活和畜禽養(yǎng)殖等面源污染物隨地表徑流進(jìn)入河流及水庫，加劇水體污染。按照不同作物面積、單只畜禽和農(nóng)村個人C0D、NH3-N產(chǎn)生量統(tǒng)計，確定水源區(qū)面污染源年COD發(fā)生量為2.2萬t, NH3-N發(fā)生量為0.4萬t。
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全國類似于丹江口水庫這樣重要的水源地有很多，但是這些水源地周邊的湖泊河流都面臨著農(nóng)業(yè)面源污染的威脅?？梢哉f，如果沒有一整套切實可行的控制農(nóng)業(yè)面源污染的方法，我國多數(shù)水源地周邊的河流及湖泊水質(zhì)將會逐漸惡化。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)與工藝，針對農(nóng)業(yè)面源污染，尤其是農(nóng)業(yè)面源污染中的氮磷污染進(jìn)行控制，防止農(nóng)業(yè)面源污染對河流湖泊造成危害。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案為:—種基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，包括:在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣種植的植物籬，用于防風(fēng)固沙，防止水土流失；沿坡地下緣挖掘設(shè)置的植草溝，長度30±5米，寬度I米，高度I米，用于進(jìn)一步沉淀泥沙并實現(xiàn)存水復(fù)用；在自然水體區(qū)域與植草溝之間，與植草溝平行設(shè)置的多層滲濾塘，用于吸附溢流出植草溝的水中的磷和氮；
在自然水體區(qū)域外圍，在淺層地表水匯聚通路上設(shè)置的反硝化墻，寬度為50±5cm，高度I米，用于將淺層地下水中的硝態(tài)氮反硝化為氮氣。所述植物籬中植物為紫穗槐和/或黃荊和/或紫花苜蓿。每一層梯田邊緣的植物籬為多排，排間距為lm，行間距為3(T70cm。所述植草溝中設(shè)置有水泵，用于在不降雨的時候?qū)⒋嫠萌肫碌厣暇?。所述多層滲濾塘底部鋪有活性炭、生物炭、硅藻土或者高嶺土。所述多層滲濾塘最底部鋪設(shè)氮吸附材料層，氮吸附材料層之上鋪設(shè)磷吸附材料層，每層聞度40 60cm。所述反硝化墻主要由生物炭組成，所述生物炭是由秸桿在300°C，缺氧燃燒3個小時制備而得。本發(fā)明基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制工藝，包括:在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣種植植物籬，用于防風(fēng)固沙，防止水土流失；沿坡地下緣挖掘設(shè)置植草溝，長度30±5米，寬度I米，高度I米，用于進(jìn)一步沉淀泥沙并實現(xiàn)存水復(fù)用；在自然水體區(qū)域與植草溝之間，與植草溝平行設(shè)置多層滲濾塘，分為兩層，上層填有吸附磷的材料，下層填有去除氮的材料，每層高度4(T60cm，用于吸附溢流出植草溝的水中的憐和氣；在自然水體區(qū)域外圍，在淺層地表水匯聚通路上設(shè)置反硝化墻，反硝化墻主要組成是未完全碳化的生物炭，寬度為50±5cm，高度I米，用于將淺層地下水中的硝態(tài)氮反硝化為氮氣。本發(fā)明與現(xiàn)有農(nóng)業(yè)面源污染中總氮去除相比有以下顯著特點及優(yōu)勢:(I)本發(fā)明充分利 用農(nóng)村當(dāng)?shù)氐匦?，充分利用農(nóng)村現(xiàn)有的坑塘進(jìn)行面源污染控制。(2)本發(fā)明聯(lián)合了植物籬，植草溝，多層滲濾塘，反硝化墻技術(shù)，在最大程度上避免了面源污染中的ss，C0D，氮磷對水體的污染。(3)本發(fā)明創(chuàng)新性地應(yīng)用了不完全碳化的生物炭進(jìn)行反硝化，使得同樣一種物質(zhì)，既能夠吸附氨氮，又能夠充當(dāng)緩釋碳源進(jìn)行反硝化。同時生產(chǎn)生物炭的原料就是植草溝中生長的植被，這樣既解決了生物炭的原料問題，也解決了這些植被的處理問題。(4)本發(fā)明將農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的廢水在不同時期，進(jìn)行不同的處理，這樣既能夠使得水資源充分利用，也能夠?qū)⒁驗榻涤陱搅鞫魇У牡椎葼I養(yǎng)元素得到循環(huán)利用，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。綜上，本發(fā)明通過將植物籬，植草溝，多層滲濾塘，反硝化墻技術(shù)相組合，同時在實際應(yīng)用過程中，對同樣一種面源污染地表徑流在不同時期進(jìn)行不同的處理，由于這部分水富含氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，在旱季將這部分水回灌到坡地上游，在雨季很大的時候，才將溢流的水進(jìn)行后續(xù)的處理，這樣既能夠減輕處理的負(fù)荷，又能夠?qū)I養(yǎng)物質(zhì)，水資源循環(huán)利用。


附圖是本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例1:如圖1所示，一種基于植物籬I及多層滲濾塘3的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣種植紫穗槐構(gòu)成植物籬1，每一層梯田邊緣的植物籬I為多排，排間距為lm，行間距為3(T70cm，共有三層；沿坡地下緣挖掘設(shè)置植草溝2，植草溝2種植是當(dāng)?shù)氐闹脖?，植草?長30米、高I米左右、寬I米左右；在自然水體區(qū)域4與植草溝2之間，與植草溝2平行設(shè)置多層滲濾塘3，多層滲濾塘3第一層填料為活性炭，層高50cm，第二層填料是生物炭，層高50cm ;在自然水體區(qū)域4外圍，層寬I米；在淺層地表水5匯聚通路上設(shè)置反硝化墻6，墻寬50cm，墻高I米，主要由生物炭組成，生物炭是由秸桿在300°C，缺氧燃燒3個小時制備而得。降一場20mm的雨水，本實施例工藝可削減90%以上的SS進(jìn)入水體，削減90%的總磷，削減85%的總氮。實施例2:如圖1所示，一種基于植物籬I及多層滲濾塘3的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣種植黃荊構(gòu)成植物籬1，每一層梯田邊緣的植物籬I為多排，排間距為lm，行間距為3(T70cm，共有三層；沿坡地下緣挖掘設(shè)置植草溝2，植草溝2種植是當(dāng)?shù)氐闹脖?，植草?長30米、高I米左右、寬I米左右；在自然水體區(qū)域4與植草溝2之間，與植草溝2平行設(shè)置多層滲濾塘3，多層滲濾塘3第一層填料為高嶺土，層高70cm，第二層填料是生物炭，層高70cm ;在自然水體區(qū)域4外圍，層寬1.2米，在淺層地表水5匯聚通路上設(shè)置反硝化墻6，墻寬60cm，墻高I米，主要由生物炭組成，生物炭是由秸桿在300°C，缺氧燃燒3個小時制備而得。降一場20mm的雨水，本實`施例工藝削減90%以上的SS進(jìn)入水體，削減95%的總磷，削減90%的總氮。實施例3:如圖1所示，一種基于植物籬I及多層滲濾塘3的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣種植紫花苜蓿構(gòu)成植物籬1，每一層梯田邊緣的植物籬I為多排，排間距為lm，行間距為3(T70cm，共有三層；沿坡地下緣挖掘設(shè)置植草溝2，植草溝2種植是當(dāng)?shù)氐闹脖?，植草?長30米、高I米左右、寬I米左右；在自然水體區(qū)域4與植草溝2之間，與植草溝2平行設(shè)置多層滲濾塘3，多層滲濾塘3第一層填料為高嶺土，層高50cm，第二層填料是生物炭，層高50cm ;在自然水體區(qū)域4外圍，層寬80cm，在淺層地表水5匯聚通路上設(shè)置反硝化墻6，墻寬50cm，墻高I米，主要由生物炭組成，生物炭是由秸桿在300°C，缺氧燃燒3個小時制備而得。降一場20mm的雨水，本實施例工藝削減90%以上的SS進(jìn)入水體，削減85%的總磷，削減75%的總氮。實施例4:如圖1所示，一種基于植物籬I及多層滲濾塘3的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣混合種植紫穗槐/黃荊/紫花苜蓿構(gòu)成植物籬I，每一層梯田邊緣的植物籬I為多排，排間距為lm，行間距為3(T70cm，共有三層；植物籬I起到的作用是防風(fēng)固沙，防止水土流失，由于在農(nóng)業(yè)面源污染中，一旦形成降雨徑流，泥土中將會夾雜著大量的污染物沖到河流，所以該工藝的第一道防護(hù)措施是利用植物籬I將絕大部分泥沙擋住，防止泥沙直接進(jìn)入水體，同時使得泥沙上面附著的污染物被截留。沿坡地下緣挖掘設(shè)置植草溝2，植草溝2種植是當(dāng)?shù)氐闹脖?，植草?長30米、高I米左右、寬I米左右，其中內(nèi)置水泵；植草溝2的作用是進(jìn)一步沉淀泥沙，同時過濾一部分C0D，將一些污染物沉淀。當(dāng)不下雨的時候，可以用泵將植草溝2的水抽到植物籬I以及坡地上，由于植草溝2中儲存的雨水沖刷過農(nóng)業(yè)土地，所以富含氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，所以這部分水可以循環(huán)利用，為坡地上的植物提供氮磷等營養(yǎng)元素，廢物利用。在自然水體區(qū)域4與植草溝2之間，與植草溝2平行設(shè)置多層滲濾塘3，多層滲濾塘3第一層填料為娃藻土,層高50cm,第二層填料是活性炭,層高50cm ;當(dāng)降雨很大的時候，植草溝2不能夠受納所有地表徑流，溢流出來的雨水或者污水將流入多層滲濾塘3。在坑塘下面第一層填入的是吸附磷的材料，再下一層是吸附氮的材料。這是由于磷酸根比氨氮或者硝態(tài)氮更容易被吸附，所以先吸附磷，再吸附氮。在自然水體區(qū)域4 外圍，在淺層地表水5匯聚通路上設(shè)置反硝化墻6，墻寬50cm，墻高I米，主要由生物炭組成，生物炭是由秸桿在300°C，缺氧燃燒3個小時制備而得。這樣制備生物炭的好處是，生物炭中既含有無機(jī)物質(zhì)，又含有有機(jī)物質(zhì)，無機(jī)成分能夠高效快速的吸附重金屬，有機(jī)污染物，磷酸根，氨氮等，有機(jī)物質(zhì)由于經(jīng)過預(yù)處理之后，釋放碳的速率較慢，可以充當(dāng)緩釋碳源，在土壤中微生物的利用下，將淺層地下水中的硝態(tài)氮反硝化為氮氣。反硝化墻6主要是針對逐漸下滲到地下的雨水，當(dāng)這些雨水夾雜著污染物進(jìn)入淺層地表水5的時候，往往會對下游的河流或者水庫造成一定的危害，這也是農(nóng)業(yè)面源污染中被人忽視的部分。降一場200mm的雨水，本實施例工藝削減80%以上的SS進(jìn)入水體，削減80%的總磷，削減70%的總氮。
權(quán)利要求
1.一種基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣種植的植物籬，用于防風(fēng)固沙，防止水土流失； 沿坡地下緣挖掘設(shè)置的植草溝，長度30±5米，寬度I米，高度I米，用于進(jìn)一步沉淀泥沙并實現(xiàn)存水復(fù)用； 在自然水體區(qū)域與植草溝之間，與植草溝平行設(shè)置的多層滲濾塘，用于吸附溢流出植草溝的水中的磷和氮； 在自然水體區(qū)域外圍，在淺層地表水匯聚通路上設(shè)置的反硝化墻，寬度為50±5cm，高度I米，用于將淺層地下水中的硝態(tài)氮反硝化為氮氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，其特征在于，所述植物籬中植物為紫穗槐和/或黃荊和/或紫花苜蓿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，其特征在于，每一層梯田邊緣的植物籬為多排，排間距為lm，行間距為3(T70cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，其特征在于，所述植草溝中設(shè)置有水泵，用于在不降雨的時候?qū)⒋嫠萌肫碌厣暇墶?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多層滲濾塘底部鋪有活性炭、生物炭、硅藻土或者高嶺土。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多層滲濾塘最底部鋪設(shè)氮吸附材料層，氮吸附材料層之上鋪設(shè)磷吸附材料層，每層高度40 60cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反硝化墻主要由生物炭組成，所述生物炭是由秸桿在300°C，缺氧燃燒3個小時制備而得。
8.一種基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制工藝，其特征在于，包括: 在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣種植植物籬，用于防風(fēng)固沙，防止水土流失； 沿坡地下緣挖掘設(shè)置植草溝，長度30 ±5米，寬度I米，高度I米，用于進(jìn)一步沉淀泥沙并實現(xiàn)存水復(fù)用； 在自然水體區(qū)域與植草溝之間，與植草溝平行設(shè)置多層滲濾塘，分為兩層，上層填有吸附磷的材料，下層填有去除氮的材料，每層高度4(T60cm，用于吸附溢流出植草溝的水中的磷和氮； 在自然水體區(qū)域外圍，在淺層地表水匯聚通路上設(shè)置反硝化墻，寬度為50±5cm，高度I米，用于將淺層地下水中的硝態(tài)氮反硝化為氮氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制工藝，其特征在于，所述植物籬中植物為紫穗槐和/或黃荊和/或紫花苜蓿。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制工藝，其特征在于，所述反硝化墻主要由生物炭組成，所述生物炭是由秸桿在300°C，缺氧燃燒3個小時制備而得。
全文摘要
一種基于植物籬及多層滲濾塘的農(nóng)業(yè)面源污染控制系統(tǒng)，包括在坡地上沿開設(shè)的梯田邊緣種植的植物籬，用于防風(fēng)固沙，防止水土流失；沿坡地下緣挖掘設(shè)置的植草溝，用于進(jìn)一步沉淀泥沙并實現(xiàn)存水復(fù)用；在自然水體區(qū)域與植草溝之間，與植草溝平行設(shè)置的多層滲濾塘，用于吸附溢流出植草溝的水中的磷和氮；在自然水體區(qū)域外圍，在淺層地表水匯聚通路上設(shè)置的反硝化墻，用于將淺層地下水中的硝態(tài)氮反硝化為氮氣，本發(fā)明通過將植物籬，植草溝，多層滲濾塘，反硝化墻技術(shù)相組合，同時在實際應(yīng)用過程中，對同樣一種面源污染地表徑流在不同時期進(jìn)行不同的處理，既能夠減輕處理的負(fù)荷，又能夠?qū)I養(yǎng)物質(zhì)，水資源循環(huán)利用。
文檔編號C02F9/14GK103073151SQ201310002728
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者左劍惡, 劉峰林, 楊波, 邢薇, 邢麗楠, 王佩 申請人:清華大學(xué)