利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法，屬于農(nóng)業(yè)氮、磷面源污染控制【技術(shù)領(lǐng)域】。溝渠的前段為水生植物組合吸收區(qū)，設(shè)有若干生物過濾箱呈S形排列于溝底，箱內(nèi)填充基質(zhì)，在溝渠水面與生物過濾箱內(nèi)種植高吸收氮、磷的水生植物組合；溝渠后段為基質(zhì)組合吸附區(qū)，底部鋪設(shè)有粉煤灰與蛭石的混合物；溝渠末端安裝調(diào)控稻田排水流速的閘門。本發(fā)明對稻田排水中氮、磷攔截率可達(dá)40~60%，并顯著提高水體透明度，且本發(fā)明建立在原有農(nóng)田排水溝渠的基礎(chǔ)上，省去了大量基建成本，水生植物與吸附基質(zhì)也便于獲取。
【專利說明】利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)氮、磷面源污染控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著農(nóng)業(yè)集約化、規(guī)?；潭鹊牟粩嗵岣?，農(nóng)業(yè)面源污染問題也日益突出。第一次全國污染源普查公報顯示:農(nóng)業(yè)源是總氮、總磷排放的主要來源，分別占排放總量的57.2%和67.4% ;其中，種植業(yè)總氮流失量159.78萬噸，總磷流失量10.87萬噸，占農(nóng)業(yè)源流失總量的50%以上。水稻是太湖流域種植面積最廣的作物，稻田氮、磷徑流已成為影響周邊河流、湖泊等地表水水質(zhì)的重要污染途徑，因此，通過對稻田流失的氮、磷養(yǎng)分進(jìn)行消納而減少其向水體的排放是今后農(nóng)業(yè)與環(huán)保領(lǐng)域工作的重中之重。
[0003]利用種植有水生植物的生態(tài)溝渠，對稻田排水中的氮、磷進(jìn)行攔截消納已是一種較常用的生態(tài)工程，即在溝渠中種植水生植物，通過吸附、吸收、沉淀、過濾與微生物降解等多種方式，達(dá)到原位消納排水中部分氮、磷污染物的目的。但眾所周知，實際工程中僅依賴水生植物對稻田溝渠中高濃度氮、磷的的攔截效果是有限的，一般僅為10%左右效果。因此，在該已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他的技術(shù)措施，如基質(zhì)吸附、氧化塘等，提高對稻田排水的脫氮除磷效果，將會取得更好的生態(tài)及環(huán)境效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是，針對目前常規(guī)依賴水生植物對溝渠中高濃度稻田排水氮、磷一般僅有10%左右低效攔截效果，導(dǎo)致稻田氮、磷面源污染難以得到明顯控制的問題，提供一種利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法。
[0005]本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn):
利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)適用范圍:排水溝渠水面面積與稻田面積之比為1:1000-5000;稻田排水量為每公頃每天10-30 t,稻田排水的總氮濃度為5-50 mg I71,總磷濃度為0.5-5 mg L-1 ；
(2)排水溝渠的結(jié)構(gòu)設(shè)置:由前段的水生植物組合吸收區(qū)與后段的基質(zhì)組合吸附區(qū)及末端的排水閘門組成，其中，水生植物組合吸收區(qū)與基質(zhì)組合吸附區(qū)的長度比例為廣2:1 ;具體是:
1)水生植物組合吸收區(qū):由生物過濾箱和水生植物及溝渠組成，其中每只生物過濾箱由多孔磚砌成，長度為0.8-1.2 m，高度為溝渠高的1/2，寬度為溝渠寬的1/3-1/2，多孔磚空隙的朝向為水流通過方向；箱內(nèi)填充蛭石作基質(zhì)；各生物過濾箱按前一只的左側(cè)貼緊溝渠的溝壁，則后一只的右側(cè)貼緊溝壁，兩箱前后間隔5-10m，呈S形狀排列在溝渠底部；該區(qū)的溝渠水面與生物過濾箱內(nèi)分別種植水生植物，其中，溝渠水面種植漂浮植物水浮蓮，密度為20-30株m2，生物過濾箱內(nèi)種植常綠鳶尾、再力花或美人蕉，密度為10-20株m-2 ;且上述水生植物的枯枝落葉需及時清除，以免造成二次污染；2)基質(zhì)組合吸附區(qū):在該區(qū)段的溝渠底部全面鋪設(shè)厚度為0.05、.2 m由120目粉煤灰與60目蛭石按重量1:3?4的混合物；
3)排水閘門:位于溝渠的末端，調(diào)控稻田的排水在溝渠中的水力停留時間為4?12小時。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明的排水溝渠由“水生植物組合吸收區(qū)”和“基質(zhì)組合吸附區(qū)”組成，該溝渠較常規(guī)種植單一水生植物的溝渠對氮、磷的去除率可提高30%以上；同時，水生植物通過組合篩選后，在種植密度較單一植物降低20%的條件下，仍可達(dá)到單一水生植物對氮、磷的去除效果，且由于根系與莖葉呈錯層分布，更利于溝渠的排水；在粉煤灰與蛭石基質(zhì)的組合中，粉煤灰與蛭石用量比例為1:3?4時，對氮、磷的去除率較1:1與1:2的組合比例高出25%以上；綜上特點，本發(fā)明提供的利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法，對稻田排水中氮、磷的攔截率均可達(dá)到40飛0%，并可顯著提高水體的透明度。
[0007]2、本發(fā)明的“水生植物組合吸收區(qū)”，通過在該區(qū)溝渠底部設(shè)置呈S型分布的生物過濾箱、箱內(nèi)填充對氮、磷具較強吸附能力的蛭石作基質(zhì)及在溝渠水面與生物過濾箱內(nèi)種植對氮、磷具有較強吸收能力的水生植物組合(見實施例1)，既可通過生物過濾箱的阻擋作用增加水流在溝渠內(nèi)的停留時間，又可利用材料的吸附作用、植物的吸收作用與微生物的降解作用，消納稻田排水中的部分氮、磷。
[0008]3、本發(fā)明的“基質(zhì)組合吸附區(qū)”，通過將兩種分別對氮、磷具有較高吸附性能的基質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化比例組合(見實施例2)，可大量吸附稻田排水中的氮、磷與顆粒物，進(jìn)一步降低溝渠排水中的氮、磷濃度，最終達(dá)到削減稻田排水氮、磷入河量的目標(biāo)。
[0009]4、本發(fā)明由于可充分.利用原有的排水溝渠，省去了基建工程，故造價成本較低、操作簡單、便于維護(hù)，可在太湖流域稻田中進(jìn)行推廣應(yīng)用。
[0010]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明排水溝渠的結(jié)構(gòu)、水生植物的種植示意圖。
[0012]其中，1、水生植物組合吸收區(qū)；2、基質(zhì)組合吸附區(qū)；3、排水閘門；4、生物過濾箱；
5、水生植物水浮蓮；6、水生植物常綠鳶尾/再力花/美人蕉；7、粉煤灰與蛭石組合。
[0013]圖2為六種不同水生植物對水體總氮與總磷的去除率。
[0014]圖3為不同水生植物組合對水體總氮與總磷的去除率。
【具體實施方式】
[0015]通過以下實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于此。
[0016]實施例1:(對水生植物組合的篩選)
依據(jù)一般稻田排水中氮、磷的濃度，調(diào)整污水中總磷TP初始濃度為5 mg L—1，總氮TN初始濃度為50 mg L'水生植物選擇漂浮植物——水浮蓮與黃花水龍，挺水植物——再力花、常綠鳶尾與美人蕉，沉水植物一聚草，種植密度為50株m2。經(jīng)過15天的試驗發(fā)現(xiàn)，水浮蓮對TN與TP的去除效率都最高，分別達(dá)到了 49.6%與48.8% (圖1);再力花、常綠鳶尾與美人蕉的去除率均達(dá)到30%以上；而聚草對氮、磷的去除率均低于20%，效果最差。[0017]考慮到實際工程中需減少高密度水生植物對水流的阻擋作用，利用漂浮植物與挺水植物根系與莖葉在溝渠水中的錯層分布，以漂浮植物水浮蓮為主要植物，研究了其與挺水植物再力花、常綠鳶尾及美人蕉分別組合對水體氮、磷的去除效率，水浮蓮與三種挺水植物的種植密度均為20株m_2，即每種組合的總種植密度均為40株m_2。結(jié)果表明15天后，水浮蓮與再力花、常綠鳶尾及美人蕉任意一種的組合均可以達(dá)到很好的脫氮除磷的效果，其中對TN的去除率為53.1-54.9%，對TP的去除率為50.8飛4.5%(圖2)，因此，均可作為生態(tài)溝渠中水生植物的理想組合。
[0018]實施例2:(對基質(zhì)組合的篩選)
通過等溫吸附試驗，研究了蛭石、粉煤灰、火燒石、活性炭與礬土五種基質(zhì)對氮、磷的吸附特征，其中，NH/-N 濃度為 5、10、20、40、60 與 80 mg ?Λ TP 濃度為 1、2、4、6、8 與 10 mgL4,試驗進(jìn)行24h。五種基質(zhì)對NH/-N與TP的吸附特征采用Langmuir方程進(jìn)行擬合。結(jié)果表明，蛭石對NH/-N的飽和吸附量最大，但對TP的飽和吸附量最小，粉煤灰對TP的飽和吸附量最大，而對NH4+-N的飽和吸附量較小(表I)。
[0019]表I五種供試基質(zhì)的NH4+-N與TP等溫吸附曲線相關(guān)參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)適用范圍:排水溝渠水面面積與稻田面積之比為1:1000-5000;稻田排水量為每公頃每天10-30 t,稻田排水的總氮濃度為5-50 mg L-1,總磷濃度為0.5-5 mg L-1 ； (2)排水溝渠的結(jié)構(gòu)設(shè)置:由前段的水生植物組合吸收區(qū)與后段的基質(zhì)組合吸附區(qū)及末端的排水閘門組成，其中，水生植物組合吸收區(qū)與基質(zhì)組合吸附區(qū)的長度比例為廣2:1 ;具體是: 1)水生植物組合吸收區(qū):由生物過濾箱和水生植物及溝渠組成，其中每只生物過濾箱由多孔磚砌成，長度為0.8-1.2 m，高度為溝渠高的1/2，寬度為溝渠寬的1/3-1/2，多孔磚空隙的朝向為水流通過方向；箱內(nèi)填充蛭石作基質(zhì)；各生物過濾箱按前一只的左側(cè)貼緊溝渠的溝壁，則后一只的右側(cè)貼緊溝壁，兩箱前后間隔5-10m，呈S形狀排列在溝渠底部；該區(qū)的溝渠水面與生物過濾箱內(nèi)分別種植水生植物，其中，溝渠水面種植漂浮植物水浮蓮，密度為20-30株m-2，生物過濾箱內(nèi)種植常綠鳶尾、再力花或美人蕉，密度為10-20株m-2 ;且上述水生植物的枯枝落葉需及時清除，以免造成二次污染； 2)基質(zhì)組合吸附區(qū):在該區(qū)段的溝渠底部全面鋪設(shè)厚度為0.05-0.2 m由120目粉煤灰與60目蛭石按重量1:3-4的混合物； 3)排水閘門:位于溝渠的末端，調(diào)控稻田的排水在溝渠中的水力停留時間為4-12小時。
【文檔編號】C02F3/32GK103435165SQ201310428024
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】李華, 傅慶林, 景金富, 郭彬, 李凝玉, 劉琛, 丁能飛, 林義成 申請人:浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院