一种水稻田面源污染控制与氮磷回收利用系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水稻田面源污染控制与氮磷回收利用系统和方法，属于污染防治技术领域。
【背景技术】
[0002]在广大农村，农业面源污染是水环境污染的重要来源，其主要污染物质为氮磷，它是造成水体富营养化的主要物质。农业氮磷面源污染的主要来源包括农田施肥、动物粪尿以及生产生活污水等，其中农田施肥占比最大。
[0003]在农作物种植过程中，人们大量使用化肥等富含氮磷的有机或无机化学肥料，由于农作物对氮磷的利用率平均值约为35%，近65%的氮磷通过雨水及灌溉用水等进入自然水体，导致农村池塘等水体的富营养化。因此，解决农业氮磷面源污染问题对减少自然水体富营养化具有十分重要的实际意义。
[0004]通过设置氮磷吸附装置用氮磷吸附物质或吸附剂来实现对氮磷的去除，但吸附物质对氮磷的吸附效果并不是十分明显，去除率约为40%，剩余的氮磷则直接排入了自然水体，对水体依旧造成富营养化污染。并且吸附剂需要不断补充，不仅不能实现氮磷的回收利用而且造成了附加污染物质的产生，造成了额外的污染及运营成本。
[0005]人工湿地除氮磷技术则通过人工模拟自然湿地的结构功能。利用自然生态系统中的物理和生物协同作用来实现对农田排水中氮磷的去除，不仅能有效组织农田氮磷物质进入自然水体，防止发生水体富营养化，而且能通过合理规划与设计，与周边环境达到和谐相处的效果。不足之处在于氮磷物质被湿地消化吸收且不能回收利用。在农田排水中氮磷元素在农业氮磷施肥中所占比例约为2/3，如果这部分营养物质能全部或部分回用至农田，供作物吸收利用，则将有利于降低施肥成本，具有一定的经济效益。
【发明内容】
[0006]本发明意在解决我国南方水稻田的氮磷面源污染问题而提供一种部分营养物质可回收利用、节约成本，农田排水达标排放至自然水体的水稻田面源污染控制与氮磷回收利用系统和方法。
[0007]本发明的第一个目的是提供一种水稻田面源污染控制与氮磷回收利用系统，所述系统依次设有集水单元、格栅过滤单元、缓冲单元、氮磷吸附单元、人工湿地、自然蓄水设施;其中自然蓄水设施通过水利回灌单元与氮磷吸附单元连接;所述氮磷吸附单元与人工湿地之间设有第一水流通断控制单元，水利回灌单元与氮磷吸附单元之间设有第二水流通断控制单元。
[0008]所述第一水流通断控制单元在水稻田排水时处于连通状态，以便于水流进入人工湿地;所述第二水流通断控制单元在灌溉时处于连通状态，以便自然蓄水设施中的水流反向进入氮磷吸附单元。
[0009]在本发明的一种实施方式中，所述系统中，水稻田的排水通过集水单元进行汇集，依次经格栅过滤单元、氮磷吸附单元、人工湿地处理后进入自然蓄水设施；稻田需要灌溉时，自然蓄水设施中的水流经水利回灌单元依次反向通过氮磷吸附单元、缓冲单元、格栅过滤单元、集水单元，重新进入稻田。
[0010]在本发明的一种实施方式中，所述水利回灌单元通过水栗与自然蓄水设施连接。
[0011]在本发明的一种实施方式中，所述集水单元为原有稻田的灌溉沟渠。在水田灌溉时用于水田灌溉，降雨或排水时用于水田排水，并可在水量大时起到缓冲调节流速的作用。
[0012]在本发明的一种实施方式中，所述格栅过滤单元包括粗格栅和细格栅，接近集水单元的为粗格栅。分别用于拦截水稻田排水中带入的稻田杂物，防止对后续的处理系统造成影响。格栅需要定期进行人工清理，清除拦截下来的杂物，防止堵塞排水沟渠。
[0013]在本发明的一种实施方式中，所述格栅过滤单元由不同孔径的不锈钢网制作而成。
[0014]在本发明的一种实施方式中，所述缓冲单元由至今在6_14cm的石块组成。
[0015]在本发明的一种实施方式中，所述缓冲单元由大小在10cm左右的石块组成，水流从石缝中流过，起到对流速的缓冲作用。在石头上部液位以上的部分可覆盖一定厚度的砂石用于种植适合水生的植物，如小叶女贞等，以达到美化环境及净化水质的目的。
[0016]在本发明的一种实施方式中，所述氮磷吸附单元由沸石和/或煤灰渣组成。
[0017]在本发明的一种实施方式中，所述氮磷吸附单元使用的吸附材料的吸附容量越大越好;吸附材料的最小用量为水稻田最大量排水完毕时吸附材料的吸附量尚未达到最大吸附值。
[0018]在本发明的一种实施方式中，所述第一水流通断控制单元为可人工控制或电动控制的水闸结构，用于阻断水流进入后续处理设施及控制进入流速。
[0019]在本发明的一种实施方式中，所述人工湿地中种植氮磷吸收效果较好的空心莲子草及千屈菜，若条件允许可在在人工湿地前部设置一块区域用于种植水葫芦，通过三种湿地植物的根系吸收水中未被氮磷吸附单元吸附的氮磷，降低水中的氮磷含量。
[0020]在本发明的一种实施方式中，所述自然蓄水设施为人工修建的水池或自然池塘、河流，用于农田灌溉的汲水，在自然蓄水池中设置有用于水利灌溉的水栗。
[0021]在本发明的一种实施方式中，所述水利回灌单元连接自然蓄水设施及水流通断控制单元，用于水稻田灌溉及吸附单元的反冲洗。
[0022]本发明的第二个目的是提供一种水稻田面源污染控制与氮磷回收利用方法，是:当水稻田需要排水时，使水稻田中的排水依次经集水单元进行汇集、格栅过滤单元过滤掉水中的杂质、缓冲单元平缓水流降低流速、氮磷吸附单元吸附水中的氮磷物质，到达人工湿地，经人工湿地处理后排放到自然蓄水设施；当水稻田需要灌溉时，自然蓄水设施中的水经水利回灌单元反向通过氮磷吸附单元，使氮磷吸附单元中的氮磷物质发生脱附作用，被脱附的氮磷物质随水流依次通过缓冲单元、格栅过滤单元、集水单元，然后重新进入稻田。
[0023]在本发明的一种实施方式中，所述氮磷吸附单元与人工湿地之间设有第一水流通断控制单元，水利回灌单元与氮磷吸附单元之间设有第二水流通断控制单元。
[0024]在本发明的一种实施方式中，所述第一水流通断控制单元在水稻田排水时处于连通状态，以便于水流进入人工湿地;所述第二水流通断控制单元在灌溉时处于连通状态，以便自然蓄水设施中的水流反向进入氮磷吸附单元。
[0025]在本发明的一种实施方式中，所述集水单元、格栅过滤单元、氮磷吸附单元吸附等等的连接与组成与前面提及的水稻田面源污染控制与氮磷回收利用系统一致。
[0026]本发明通过集水单元、格栅过滤单元、缓冲单元、氮磷吸附单元、人工湿地、自然蓄水设施实现了水稻田排水中氮磷物质的有效吸附、利用，同时通过水利回灌单元反向进入氮磷吸附单元使吸附物质中的氮磷发生脱附作用，再进入到水稻田被水稻再吸收利用，实现了氮磷等营养物质的回收再利用。
[0027]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0028]1、通过物质吸附及植物吸收利用，在实现部分氮磷物质重复利用的同时，有效降低排放水中的氮磷含量，降低自然水体富营养化发生概率的同时，实现营养物质的回收利用，降低生产成本，资源再利用率在40%以上；
[0029]2、氮磷吸附单元采用生产生活废料一煤灰渣及低成本的沸石作为吸附材料，具有低成本及废物再利用的效果；
[0030]3、集水单元采用原有稻田灌溉沟渠，人工湿地亦可在原有滩涂、泥沼地的基础上进行改造，设施建设成本较低；
[0031]4、人工湿地与周围环境和谐相处，可根据地理位置设计成为水上公园，在实现氮磷消除的基础上实现与周边环境的和谐相处；
[0032]5、与传统氮磷消除灌溉技术相比，本发明没有增加额外成本，具有投资少、免维护管理的特点。
【附图说明】
[0033]图1为本发明一种水稻田面源污染控制与氮磷回收利用系统和方法工艺流程图；
[0034]图2为本发明一种水稻田面源污染控制与氮磷回收利用系统和方法实施示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合具体实例，进一步阐述本发明。应理解，这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0036]实施例1
[0037]结合本发明的工艺流程图及具体实施示意图对本发明进行如下详述:
[0038]如图1所示