本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)污染治理領(lǐng)域，具體涉及一種用于治理農(nóng)業(yè)面污染源的生態(tài)溝渠及其修建方法。

背景技術(shù)：

目前，針對農(nóng)田氮磷流失引起的農(nóng)業(yè)面源污染問題，國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量的機理及模型研究，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的控制措施，主要歸納為：源頭控制、中間調(diào)控和末端治理三個方面。

源頭控制是通過加強田間管理、科學(xué)施肥而減少面源污染的產(chǎn)生；中間調(diào)控是在面源向地表水遷移的過程中加以截留和凈化，達(dá)到削減進(jìn)入下游受納水體污染物總量的目的；末端治理是在污染物匯入河流、湖泊等前進(jìn)行集中收集處理后再排放入下游水體。其中，源頭控制是削減農(nóng)業(yè)面源污染物最有效的措施，然而在目前糧食危機日趨嚴(yán)峻的形勢下，大幅度減少化肥施用量難以實現(xiàn)，末端治理又具有高投入低收效的特點(姜翠玲，2004)，而中間調(diào)控措施是一種經(jīng)濟可行的手段。對于大量的農(nóng)田排水溝渠，其是承接農(nóng)田氮磷排放并最終進(jìn)入河湖水體的必然中間途徑，因此應(yīng)對農(nóng)田排水溝渠進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，使之成為具備脫氮除磷功能的生態(tài)溝渠，成為農(nóng)田氮磷面源污染治理的必然途徑和選擇，因而成為各級水環(huán)境保護(hù)工作者關(guān)注的焦點之一。

農(nóng)田排水溝渠系統(tǒng)作為農(nóng)業(yè)面源排放和下游受納水體的過渡帶，對于農(nóng)田徑流來說是匯，而對于下游受納水體是源。由于其長時間的積水或季節(jié)性過水，使溝渠因濕化而逐漸演化成具有濕地生態(tài)性質(zhì)的特殊類型的濕地，稱為生態(tài)溝渠。

在構(gòu)建生態(tài)溝渠中，氮磷的去除效果是評價生態(tài)溝渠好壞的指標(biāo)之一。目前，對于氮磷具有較好的去除的產(chǎn)品或者系統(tǒng)，通常具有價格高昂或構(gòu)建方法復(fù)雜而難以實現(xiàn)的缺點，不符合農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟性要求。

因此，構(gòu)建一種以符合農(nóng)業(yè)經(jīng)濟性的方式而高效去除農(nóng)田中的氮、磷面源污染物的生態(tài)溝渠是本領(lǐng)域研究人員面臨的一項課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于治理農(nóng)業(yè)面污染源的生態(tài)溝渠的修建方法，其包括修建用于去除氮磷的溝渠結(jié)構(gòu)，所述溝渠結(jié)構(gòu)包括A段、B段和C段；

在所述A段中，鋪設(shè)A段填料層，所述A段填料層由渠底至上分為填料層1和填料層2，所述填料層1和填料層2的高度比為2:1；填料層1為生物質(zhì)顆粒，填料層2按重量份計由8～15份生物炭、40～60份生物質(zhì)顆粒和5～15份土壤組成；

所述C段毗鄰位于A段末端，C段為阻隔墻，其高度不低于A段填料層的高度，其中，與所述填料層1高度對應(yīng)的部分為透水隔斷，具有透水功能，與所述填料層2高度對應(yīng)的部分為阻水隔斷，不透水；

所述B段與C段順接，B段與A段之間的水位跌落差不低于5cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份計，在所述B段中鋪設(shè)由30～40份粗砂、40～50份碎石和5～15份鐵屑組成的混合層，所述粗砂的粒徑為1～3mm，所述碎石的粒徑為1～3mm，所述鐵屑的粒徑為1～3mm；

在所述生態(tài)溝渠中，修建一次或沿生態(tài)溝渠多次修建所述包括A段、B段和C段的溝渠結(jié)構(gòu)。

在實際修建過程中，可以根據(jù)實際情況選擇A段填料層和B段的混合層的高度。對于一般的溝渠而言，A段填料層的高度為30～70cm比較適宜，B段的混合層高度為30～50cm比較適宜。

優(yōu)選的，所述填料層2，按重量份計，由10份生物炭、50份生物質(zhì)顆粒和10份土壤組成。

優(yōu)選的，在所述B段中鋪設(shè)由35份粗砂、45份碎石和10份鐵屑組成的混合層，所述粗砂的粒徑為1.5～2.5mm，所述碎石的粒徑為1.5～2.5mm，所述鐵屑的粒徑為1.5～2.5mm。

所述阻隔墻的結(jié)構(gòu)包括木制結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)或磚砌結(jié)構(gòu)。

阻隔墻用于防止所述A段填料層被水沖入下游。本領(lǐng)域人員應(yīng)該知曉，凡是具有所述阻隔作用的施工結(jié)構(gòu)(如木制結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu))均可用于本發(fā)明。

在本發(fā)明中，阻隔墻的長度可以根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇，阻隔墻的長度大小并不影響本發(fā)明技術(shù)效果的實現(xiàn)。

優(yōu)選的，在B段中水域部分和或溝渠沿岸還種植水陸兩生植物。

優(yōu)選的，所述A段與B段的長度比為1～2:1。

所述生物質(zhì)顆粒的原料包括木屑、秸稈、生物質(zhì)顆粒中的至少一種；優(yōu)選的，所述生物質(zhì)顆粒中含有淀粉和/或石灰；優(yōu)選的，所述秸稈包括油菜秸稈、玉米秸稈、紅薯秸稈中的至少一種。

當(dāng)多次修建所述包括A段、B段和C段的溝渠結(jié)構(gòu)時，所述溝渠結(jié)構(gòu)還包括D段，所述D段位于B段末端，為阻水墻，高于所述B段中的混合層，所述D段與下一個A段順接，所述阻水墻的結(jié)構(gòu)包括木制結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)或磚砌結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述D段與B段混合層的高度差不低于5cm。

本發(fā)明的另外一個目的在于提供由上述方法制備得到的生態(tài)溝渠。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的原材料廉價易得，許多材料均可就地取材，適用于農(nóng)業(yè)使用；本發(fā)明對于氮磷具有高效的去除效率，可對農(nóng)田溝渠的氮磷污染進(jìn)行高效的治理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明生態(tài)溝渠結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，H/3為填料層2的高度，2H/3為填料層1的高度，ΔH為C段高出A段填料層的高度，h為B段混合層的高度，Δh為D段高出B段混合層的高度，Δh不低于5cm。

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例只是用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容所做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1

本實施例中，溝渠寬度為2m。

修建用于去除氮磷的溝渠結(jié)構(gòu)，所述溝渠結(jié)構(gòu)由A段、B段和C段組成。

在所述A段中，鋪設(shè)A段填料層，所述A段填料層由渠底至上分為填料層1和填料層2，所述填料層1和填料層2的高度比為2:1；填料層1為生物質(zhì)顆粒，填料層2按重量份計由8份生物炭、40份生物質(zhì)顆粒和5份土壤組成；

所述C段毗鄰位于A段末端，C段為阻隔墻，其高度不低于A段填料層的高度(高出5cm)，其中，與所述填料層1高度對應(yīng)的部分為透水隔斷，具有透水功能，與所述填料層2高度對應(yīng)的部分為阻水隔斷，不透水；

所述B段與C段順接，B段與A段之間的水位跌落差為5cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份計，在所述B段中鋪設(shè)由30份粗砂、40份碎石和5份鐵屑組成的混合層，所述粗砂的粒徑為1～3mm，所述碎石的粒徑為1～3mm，所述鐵屑的粒徑為1～3mm；

在所述生態(tài)溝渠中，修建一次由所述A段、B段和C段組成的溝渠結(jié)構(gòu)。

所述生物質(zhì)顆粒的原料為木屑。

所述A段與B段的長度比為1:2。

實施例2

本實施例中，溝渠寬度為2m。

修建用于去除氮磷的溝渠結(jié)構(gòu)，所述溝渠結(jié)構(gòu)由A段、B段和C段組成。

在所述A段中，鋪設(shè)A段填料層，所述A段填料層由渠底至上分為填料層1和填料層2，所述填料層1和填料層2的高度比為2:1；填料層1為生物質(zhì)顆粒，填料層2按重量份計由15份生物炭、60份生物質(zhì)顆粒和15份土壤組成；

所述C段毗鄰位于A段末端，C段為阻隔墻其高度不低于A段填料層的高度(高出6cm)，其中，與所述填料層1高度對應(yīng)的部分為透水隔斷，具有透水功能，與所述填料層2高度對應(yīng)的部分為阻水隔斷，不透水；

所述B段與C段順接，B段與A段之間的水位跌落差為6cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份計，在所述B段中鋪設(shè)由40份粗砂、50份碎石和15份鐵屑組成的混合層，所述粗砂的粒徑為1～3mm，所述碎石的粒徑為1～3mm，所述鐵屑的粒徑為1～3mm；

在所述生態(tài)溝渠中，修建一次由所述A段、B段和C段組成的溝渠結(jié)構(gòu)。

所述生物質(zhì)顆粒的原料為油菜秸稈。

所述A段與B段的長度比為1:3。

實施例3

本實施例中，溝渠寬度為2m。

修建用于去除氮磷的溝渠結(jié)構(gòu)，所述溝渠結(jié)構(gòu)由A段、B段和C段組成。

在所述A段中，鋪設(shè)A段填料層，所述A段填料層由渠底至上分為填料層1和填料層2，所述填料層1和填料層2的高度比為2:1；填料層1為生物質(zhì)顆粒，填料層2按重量份計由10份生物炭、50份生物質(zhì)顆粒和10份土壤組成；

所述C段毗鄰位于A段末端，C段為阻隔墻，其高度不低于A段填料層的高度(高出5cm)，其中，與所述填料層1高度對應(yīng)的部分為透水隔斷，具有透水功能，與所述填料層2高度對應(yīng)的部分為阻水隔斷，不透水；

所述B段與C段順接，B段與A段之間的水位跌落差為7cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份計，在所述B段中鋪設(shè)由35份粗砂、45份碎石和10份鐵屑組成的混合層，所述粗砂的粒徑為1～3mm，所述碎石的粒徑為1～3mm，所述鐵屑的粒徑為1～3mm；

在所述生態(tài)溝渠中，修建一次由所述A段、B段和C段組成的溝渠結(jié)構(gòu)。

所述生物質(zhì)顆粒的原料為玉米秸稈。

所述A段與B段的長度比為1:1。

實施例4

本實施例中，溝渠寬度為2m。

多次修建用于去除氮磷的溝渠結(jié)構(gòu)，所述溝渠結(jié)構(gòu)由A段、B段、C段和D段組成。

在所述A段中，鋪設(shè)A段填料層，所述A段填料層由渠底至上分為填料層1和填料層2，所述填料層1和填料層2的高度比為2:1；填料層1為生物質(zhì)顆粒，填料層2按重量份計由10份生物炭、50份生物質(zhì)顆粒和10份土壤組成；

所述C段毗鄰位于A段末端，C段為阻隔墻，其高度不低于A段填料層的高度(高出5cm)，其中，與所述填料層1高度對應(yīng)的部分為透水隔斷，具有透水功能，與所述填料層2高度對應(yīng)的部分為阻水隔斷，不透水；

所述B段與C段順接，B段與A段之間的水位跌落差為6cm，B段的渠底高于A段的渠底；按重量份計，在所述B段中鋪設(shè)由35份粗砂、45份碎石和10份鐵屑組成的混合層，所述粗砂的粒徑為1～3mm，所述碎石的粒徑為1～3mm，所述鐵屑的粒徑為1～3mm；

所述D段位于B段末端，為阻水墻，高于所述B段中的混合層，所述D段與下一個A段順接，所述阻水墻的結(jié)構(gòu)包括木制結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)或磚砌結(jié)構(gòu)。

所述D段與B段混合層的高度差不低于5cm。

所述生物質(zhì)顆粒由紅薯秸稈制成后添加少量淀粉和石灰。

所述A段與B段的長度比為1:1。

實驗例

對實施例1～4進(jìn)行去除氮、磷效率的測試，結(jié)果為：

對實施例1～4進(jìn)行氮磷的去除效果和排水效率檢測，結(jié)果為：在農(nóng)田排水氮為20mg/l，磷濃度在3mg/l時，可有效去除農(nóng)田排水中90％的氮和85％以上的磷，同時對TSS的截留率在95％以上，對COD的截留率在70％以上。