本發(fā)明涉及一種提升硬化溝渠對(duì)農(nóng)田尾水氮磷污染去除能力的方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，因氮、磷化肥施用量大，造成農(nóng)田尾水氮磷含量高，若農(nóng)田尾水直接排放，將給后續(xù)受納水體帶來(lái)富營(yíng)養(yǎng)化隱患。傳統(tǒng)土質(zhì)溝渠內(nèi)動(dòng)物、植物、微生物量豐富，作為農(nóng)田與受納水體的水流通道，通過土壤吸附、植物吸收和微生物降解等一系列作用，對(duì)農(nóng)田尾水中的氮磷污染具有一定的凈化功能，但因傳統(tǒng)土質(zhì)溝渠內(nèi)雜草叢生、水土流失和水流不暢等問題，被農(nóng)民棄用或改造為三面光的水泥硬化溝渠。硬化溝渠易于維護(hù)，主要作用是農(nóng)田尾水的排放通道，硬化溝渠內(nèi)基本不長(zhǎng)植物，對(duì)農(nóng)田尾水中污染物的去除能力弱，且水流速度快，農(nóng)田尾水在溝渠內(nèi)的停留時(shí)間短，因此農(nóng)田尾水中的氮磷等污染物很難在溝渠內(nèi)被充分去除。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)一種提升硬化溝渠對(duì)農(nóng)田尾水氮磷污染物去除能力的改造方法，降低硬化溝渠排出水中氮磷等污染物的濃度，消除由農(nóng)田尾水氮磷污染引發(fā)的水體富營(yíng)養(yǎng)化隱患，對(duì)恢復(fù)受納水體的生態(tài)和社會(huì)功能具有重大意義，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

目前，農(nóng)田尾水排放溝渠大多是三面光的硬化溝渠，硬化溝渠存在的問題是：基本不長(zhǎng)植物且水流速度快，因此對(duì)農(nóng)田尾水中的氮磷等污染物很難起到去除作用。為了進(jìn)一步去除農(nóng)田尾水中的氮磷等污染物，需要對(duì)現(xiàn)有的硬化溝渠進(jìn)行改造，提升其對(duì)氮磷污染物的去除能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種提升硬化溝渠對(duì)農(nóng)田尾水氮磷污染去除能力的方法。

本發(fā)明充分考慮到現(xiàn)有農(nóng)田三面光硬化溝渠存在的問題，開發(fā)了一種改造成本低、工程開挖量少(對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)小)、不改變?cè)杏不瘻锨庥^形態(tài)、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)簡(jiǎn)單的溝渠改造方法，通過構(gòu)建水生植物生長(zhǎng)區(qū)、吸附填料透水壩、升降式水壩，通過抬高溝渠水位增加農(nóng)田尾水在溝渠內(nèi)的停留時(shí)間，使農(nóng)田尾水與水生植物、吸 附填料充分接觸反應(yīng)，強(qiáng)化溝渠內(nèi)的植物吸收、微生物降解和填料吸附污染物功能，同時(shí)也可以根據(jù)季節(jié)變化，和灌溉期、非灌溉期的變換調(diào)節(jié)升降式水壩高度，使溝渠在行洪功能及污染物處理功能之間實(shí)現(xiàn)快速切換，將硬化溝渠改造成具有良好氮磷污染物去除能力的溝渠，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的去除。

更具體地，本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種提升硬化溝渠對(duì)農(nóng)田尾水氮磷污染去除能力的方法，具體包括在所述溝渠內(nèi)沿兩側(cè)渠壁構(gòu)建若干填料-植物處理小單元，及在所述溝渠的末端設(shè)置的升降式水壩；

其中，所述填料-植物處理小單元沿水流方向依次包括緊密貼合的吸附填料透水壩、松木樁植物生長(zhǎng)帶。

優(yōu)選地，所述吸附填料透水壩由若干縱向疊置的裝有吸附材料的筐組成；各裝有吸附材料的筐可以靈活組裝、替換；在吸附填料透水壩沿水流方向的下側(cè)與松木樁植物生長(zhǎng)帶的一側(cè)緊密貼合，筐內(nèi)裝填的吸附材料較重，下水流方向又有松木樁固定，因此不至被水流沖走。

優(yōu)選地，所述吸附材料是對(duì)氮、磷具有較強(qiáng)吸附功能的填料，例如陶粒、爐渣等。陶粒和爐渣按照1：4填料配比，完全混合后裝填到雙層塑料筐內(nèi)，陶粒的粒徑為60～100mm，爐渣的粒徑為30～40mm。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述裝有吸附材料的筐的數(shù)量為2個(gè)以上(根實(shí)際情況而定)；所述筐的材質(zhì)為抗老化塑料，可以購(gòu)買或者定制。

優(yōu)選地，所述松木樁植物生長(zhǎng)帶中的植物包括挺水植物、沉水植物中的一種或兩種的混合；其中，所述挺水植物如空心菜、香蒲、黑三棱等；所述沉水植物如伊樂藻等。

優(yōu)選地，所述松木樁植物生長(zhǎng)帶中填充的植物種植基質(zhì)為氮磷吸附材料，例如陶粒、爐渣、生物炭；陶粒、爐渣和生物炭按照1:3:1的填料配比完全混合后填充到植物生長(zhǎng)帶內(nèi)，陶粒的粒徑為60～100mm，爐渣的粒徑為30～40mm，生物炭的粒徑為1～2mm。

優(yōu)選地，所述松木樁之間的間隙為3-5厘米。

優(yōu)選地，所述填料-植物處理小單元在垂直于水流方向上的寬度為所述溝渠寬度的30％-40％。

優(yōu)選地，所述填料-植物處理小單元沿水流方向上的長(zhǎng)度為5-10米。

優(yōu)選地，所述填料-植物處理小單元中，吸附填料透水壩、松木樁植物生長(zhǎng)帶沿水流方向的長(zhǎng)度比為1：4。

優(yōu)選地，所述方法中，相鄰沿水流方向的相鄰兩個(gè)填料-植物處理小單元之間的距離與填料-植物處理小單元的長(zhǎng)度保持一致。

優(yōu)選地，所述方法還包括在溝渠內(nèi)放養(yǎng)水生動(dòng)物，例如螺絲、貝類等，豐富溝渠生物多樣性。

本發(fā)明的方法，其具體工作過程如下：旱季，抬高升降式水壩的高度，攔截農(nóng)田尾水，抬高硬化溝渠內(nèi)的水位，延長(zhǎng)農(nóng)田尾水在溝渠內(nèi)的停留時(shí)間，完成對(duì)氮磷污染物的去除；雨季，放下升降式水壩，使農(nóng)田尾水能夠快速通過溝渠排出，保證溝渠行洪功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

(1)本發(fā)明工程開挖量少(對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)小)、不改變?cè)杏不瘻锨庥^形態(tài)；本發(fā)明通過在硬化溝渠兩側(cè)構(gòu)建植物生長(zhǎng)區(qū)，并相應(yīng)栽種對(duì)污染物具有較強(qiáng)吸收能力的挺水植物以及沉水植物，放養(yǎng)螺絲、貝殼等水生動(dòng)物，豐富農(nóng)田溝渠內(nèi)的生物多樣性，在對(duì)硬化溝渠改造過程中盡量選擇有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物，增強(qiáng)農(nóng)田生態(tài)價(jià)值，即有效提升了溝渠污染自凈能力，又帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)本發(fā)明充分考慮填料在污染物去除過程中的作用，在填料透水壩裝填對(duì)氮磷具有較好吸附性能的陶粒、爐渣，在植物生長(zhǎng)區(qū)除裝填陶粒和爐渣外，還配置一定比例的生物炭，通過碳源緩釋來(lái)促進(jìn)反硝化脫氮過程的長(zhǎng)期進(jìn)行。

(3)本發(fā)明修建的填料透水壩為雙層以上抗老化塑料提籃筐，可方便填料透水壩內(nèi)填料的更換與補(bǔ)充，具體可以參考市場(chǎng)上能購(gòu)買到的相關(guān)產(chǎn)品或加工定制。

(4)本發(fā)明通過修建升降式水壩抬高溝渠水位，延長(zhǎng)農(nóng)田尾水在溝渠內(nèi)的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田尾水的處理，削減氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)荷，有效降低農(nóng)田徑流負(fù)荷，使后續(xù)受納水體避免出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，提高農(nóng)田尾水的處理效果。在雨季到來(lái)之前放低水壩高度，可以保證溝渠行洪功能的發(fā)揮，免受洪澇災(zāi)害。

(5)在實(shí)際硬化溝渠改造過程中，可根據(jù)溝渠長(zhǎng)度、寬度和深度，靈活調(diào)整填料－植物處理小單元的具體修建尺寸，并在溝渠兩側(cè)輪流建造，強(qiáng)化處理效果。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的平面圖；

圖2為本發(fā)明的縱剖面圖；

圖3為本發(fā)明的橫剖面圖；

其中，1是松木樁植物生長(zhǎng)帶；2是吸附填料透水壩；3是升降式水壩；4是松木樁植物生長(zhǎng)帶與吸附填料透水壩共用的松木樁擋墻。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明具體如圖1、圖2、圖3所示：圖1為本發(fā)明的平面圖，圖2為本發(fā)明的縱剖面圖，圖3為本發(fā)明的橫剖面圖；其中，1是松木樁植物生長(zhǎng)帶；2是吸附填料透水壩；3是升降式水壩；4是松木樁植物生長(zhǎng)帶與吸附填料透水壩共用的松木樁擋墻。

下面以1米寬0.6米深的硬化溝渠為例，說明改造過程：

填料-植物處理小單元中的吸附填料透水壩設(shè)置在處理小單元的前端，即水流通道的迎水側(cè)，采用雙層或多層塑料材質(zhì)提籃，以方便填料的更換和補(bǔ)充，填料筐單層高度20厘米，雙層40厘米，寬度40厘米，長(zhǎng)度100厘米(可以參考市場(chǎng)上能購(gòu)買到的相關(guān)塑料筐產(chǎn)品或加工定制)，為了保證填料筐在溝渠內(nèi)不被水流沖走，在背水側(cè)修建松木樁擋墻(擋墻與植物生長(zhǎng)帶迎水側(cè)的松木樁邊界共用，松木樁擋墻采用直角固定支架將其固定在溝渠底部)，這部分松木樁擋墻的高度設(shè)置與填料筐疊加在一起的高度一致，即40厘米。填料筐內(nèi)氮磷吸附材料由陶粒和爐渣構(gòu)成，將便于微生物吸附的陶粒和對(duì)氮磷吸收能力較強(qiáng)的爐渣，按照1：4填料配比，完全混合后裝填到雙層塑料筐內(nèi)，陶粒的粒徑為60～100mm，爐渣的粒徑為30～40mm。

填料－植物處理小單元中的松木樁植物生長(zhǎng)帶建在處理小單元的后端，長(zhǎng)4米，寬40厘米，有一側(cè)為渠壁，其他三面以松木樁為邊界，松木樁采用直角固定支架將其固定在溝渠底部，并與溝渠的渠壁組成完整的植物生長(zhǎng)區(qū)，植物生長(zhǎng)帶與前端填料透水壩緊連且共用松木樁(此處松木樁高度40厘米)，其他兩個(gè)邊界松木樁的高度為20厘米。在由松木樁構(gòu)成的植物生長(zhǎng)區(qū)內(nèi)填充由爐渣、陶粒和生物炭構(gòu)成的基質(zhì)(陶粒、爐渣和生物炭按照1:3:1的填料配比完全混合后填充到植物生長(zhǎng)帶內(nèi)，陶粒的粒徑為60～100mm，爐渣的粒徑為30～40mm，生物炭的粒徑為1～2mm)。隨后在松木樁植物生長(zhǎng)區(qū)的基質(zhì)中 種植挺水植物為空心菜、香蒲和黑三棱的搭配種植，種植的沉水植物為伊樂藻；放養(yǎng)的水生動(dòng)物有螺絲和貝殼等。

升降式水壩修筑在硬化溝渠的末端，旱季時(shí)抬高水位至50厘米，保證溝渠前面填料透水墻和植物生長(zhǎng)區(qū)在水面以下，增大農(nóng)田尾水在溝渠內(nèi)的停留時(shí)間，使氮磷污染物得以充分去除；雨季時(shí)放空升降式水壩，可以使面源徑流盡快排出，不至產(chǎn)生洪澇災(zāi)害。

主要部分特征表述：為方便填料透水壩內(nèi)填料的更換與補(bǔ)充，采用雙層抗老化塑料提籃筐，長(zhǎng)寬高根據(jù)被改造硬化溝渠的實(shí)際尺寸確定，可以參考市場(chǎng)上能購(gòu)買到的相關(guān)產(chǎn)品或加工定制；松林樁采用直角支架固定在溝渠底部，安裝時(shí)在兩個(gè)松木樁之間留出間隙3-5厘米，保證水流在水體與介質(zhì)之內(nèi)的暢通流動(dòng)，又不至造成填料的流失；在實(shí)際硬化溝渠改造過程中，可根據(jù)溝渠長(zhǎng)度、寬度和深度，靈活調(diào)整填料－植物處理小單元的具體修建尺寸，并在溝渠兩側(cè)輪流建造，強(qiáng)化處理效果。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。