一种治理农业面源污染的塘堰生态系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种蓄水减污管理模式的治理农业面源污染的塘堰生态系统。该系统地势低于稻田，塘堰主体为椭圆形，塘堰主体沿长轴方向设置有生态进水沟和生态出水沟，塘堰主体和生态进水沟之间设有格栅池，所述的生态进水沟和生态出水沟每隔一段距离设置有拦水闸，所述的塘堰主体、生态进水沟和生态出水沟的两岸均设有草皮生态护坡，草皮生态护坡由可降解的生态袋呈阶梯状垒叠而成，生态袋内填充有草籽和土壤，塘堰主体底部均匀覆盖有底泥，底泥表面设置有水生植被。本实用新型的减污效果较好，总氮的去除率达到60%~90%，总磷的去除率达到30%~80%。
【专利说明】
-种治理农业面源污染的塘框生态系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于农业水利技术领域和防控农业面源污染领域，具体设及一种蓄水 减污管理模式的治理农业面源污染的塘堪生态系统，尤其适用于南方地区农业面源污染的 治理。
【背景技术】
[0002] 随着点源污染控制能力的提高，面源污染的严重性逐渐呈现出来，其中农业面源 污染最为普遍。农业面源污染主要是指在农业生产活动中，农田中的上粒、氮素、憐、农药及 其它有机或无机物质，在降水或灌概过程中，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏，使 大量污染物进入水体而形成的水环境污染。主要包括±壤流失、化肥污染、农药污染、畜禽 养殖污染及其它农业生产过程中造成的面源污染。它具有分散性和隐蔽性、随机性和不确 定性W及广泛性和不易监测性等特点。农业面源污染已构成了当今世界水质恶化的第一大 威胁。我国南方降雨较多，在南方水稻种植区，水中常携带大量的氮憐等负荷，从而造成了 较广的农业面源污染。
[0003] 目前，国内外处理面源污染主要采用人工湿地法、稳定塘法^及±地过滤法等。人 工湿地法是国内外推广利用多年的治理污染的技术，目前主要是表面流和潜流两种人工湿 地，运种技术处理效果较好，但占地面积大，构建成本高。稳定塘法是一种利用天然净化能 力的生物处理构筑物的总称，主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物，但也存 在占地面积大、功能单一、处理时间较长等缺点。±地过滤法是在人工控制条件下，通过± 壤-植物系统的一系列过程进行处理，相对于其他技术具有节省投资、运行费用低等优点， 存在的主要问题是水力负荷低、处理能力差W及占地面积大。W上方法普遍存在占地面积 大等问题，针对国内尤其南方地区人多地少的现状，W上方法不能有效的利用现有±地，不 适于在南方农业区进行推广应用。
[0004] 南方水稻灌区的多水塘湿地系统，由许多沟塘组成，星罗棋布地分布在农田中，若 将运些塘堪主体进行重新设计或改造，并加之合理的管理模式，可W将其用来减缓和治理 农业面源污染。鉴于此，经过试验与研究，本实用新型提出了一种蓄水减污管理模式的塘堪 主体，为农业面源污染的防治探寻一条具有地域特色的技术途径。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于从环境保护和污染处理的角度，提出一种构造简单、工程 造价成本低、治污效果好并适宜大面积推广应用的治理农业面源污染的塘堪生态系统。
[0006] 本实用新型的技术方案具体如下：
[0007] -种治理农业面源污染的塘堪生态系统，包括塘堪主体1、草皮生态护坡2、塘堪内 部用于植物生长的底泥3、塘堪底部的水生植被4、生态进水沟5、生态出水沟6和格栅池7;所 述的塘堪生态系统地势低于稻田，所述的塘堪主体1为楠圆形，塘堪主体1沿长轴方向设置 有生态进水沟5和生态出水沟6，生态进水沟5和生态出水沟6位于塘堪主体1两侧，塘堪主体 I和生态进水沟5之间设有格栅池7,所述的生态进水沟5和生态出水沟6每隔一段距离设置 有拦水闽8,所述的塘堪主体1、生态进水沟5和生态出水沟6的两岸均设有草皮生态护坡2， 所述的草皮生态护坡2由可降解的生态袋呈阶梯状垒叠而成，所述的生态袋内填充有草巧 和上壤，所述的塘堪主体1底部均匀覆盖有底泥3，底泥3表面设置有水生植被4，稻田与塘堪 主体1的面积比为15:1~20:1;塘堪主体1的塘巧边坡迎水面边坡不睹于1:1，背水面边坡不 睹于1:1.5;塘堪主体1的水深为0.6m~1.5m。
[000引所述的塘堪主体1长轴与短轴长度比为2:1~5:1，短轴长度在IOmW上的楠圆形。
[0009] 所述的生态进水沟5和生态出水沟6每隔300~500m设置拦水闽8。
[0010] 所述的塘堪主体1设有多个生态进水沟5和多个生态出水沟6。
[0011] 底泥3深度为20~60cm。
[0012] 本实用新型具有W下优点和有益效果：
[0013] 此塘堪主体W水生植被为核屯、的塘堪主体生态系统来处理农田排水中的氮憐负 荷，不需要复杂的水处理过程，加上蓄水减污的管理模式，操作简单方便，只需封闭生态出 水沟，将水蓄到指定深度，保持一定的滞水时间，待处理完后即可；蓄水减污管理模式的塘 堪主体能从多方面进行减污，让稻田排水在塘堪主体中静置一定时间，可W通过塘堪水生 植物对氮憐的吸收、附着于水生植物上的微生物对氮憐的降解和静置下稻田排水中污染负 荷的沉降W及塘堪底泥的吸附共四个方面进行减污，可W最大限度减缓农业面源污染，根 据试验，总氮的去除率达到60%~90%，总憐的去除率达到30%~80% ;本实用新型的构建 成本和操作管理成本较低，且对操作人员没有专业要求，适宜推广应用。
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型的断面示意图；
[0015] 图2是本实用新型的平面示意图；
[0016] 图3是生态进水沟纵断面示意图；
[0017] 其中：1-塘堪主体;2-草皮生态护坡;3-底泥;4-水生植被，5-生态进水沟，6-生态 出水沟，7-格栅池，8-拦水闽。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合说明书附图和实施例对本实用新型进一步描述：
[0019]实施例1
[0020] 如图1-3所示，一种治理农业面源污染的塘堪生态系统，包括塘堪主体1、草皮生态 护坡2、塘堪内部用于植物生长的底泥3、塘堪底部的水生植被4、生态进水沟5、生态出水沟6 和格栅池7;所述的塘堪生态系统地势低于稻田，所述的塘堪主体1为楠圆形，塘堪主体1沿 长轴方向设置有生态进水沟5和生态出水沟6,生态进水沟5和生态出水沟6位于塘堪主体1 两侧，塘堪主体1和生态进水沟5之间设有格栅池7,所述的生态进水沟5和生态出水沟6每隔 一段距离设置有拦水闽8,所述的塘堪主体1、生态进水沟5和生态出水沟6的两岸均设有草 皮生态护坡2,所述的草皮生态护坡2由可降解的生态袋呈阶梯状垒叠而成，所述的生态袋 内填充有草巧和±壤，所述的塘堪主体1底部均匀覆盖有底泥3，底泥3表面设置有水生植被 4,稻田与塘堪主体1的面积比为15:1~20:1;塘堪主体1的塘巧边坡迎水面边坡不睹于1:1， 背水面边坡不睹于1: 1.5;塘堪主体I的水深为0.6m~1.5m。
[0021] 所述的塘堪主体1长轴与短轴长度比为2:1~5:1，短轴长度在IOmW上的楠圆形。
[0022] 所述的生态进水沟5和生态出水沟6每隔300~500m设置拦水闽8。
[0023] 所述的塘堪主体1设有多个生态进水沟5和多个生态出水沟6。
[0024] 底泥3深度为20~60畑1。
[0025] 一种蓄水减污管理模式的治理农业面源污染的塘堪生态系统（W江西省灌概试验 中屯、站为例），具体的操作规程如下：
[00%]在地势低于稻田处设置塘堪主体，稻田与塘堪主体面积比为12.3:1，平面形状为 类楠圆，长轴40m，短轴13m，塘堪断面示意图见图1，采用梯形断面，边坡取1:2,种植底泥厚 20cm，蓄水减污管理模式下采用的日常蓄水水位为60cm，塘堪种植的水生植物为莲截。
[0027] 采用表面流人工湿地工艺，在塘堪主体进口前修一个格栅池，大型的漂浮物先由 格栅池拦截，然后维持塘堪主体的低水位，为稻田排水预留空间，当稻田排水排入塘堪主体 时，同时封闭生态出水沟，直到稻田排水蓄满塘堪主体，让稻田排水在塘堪主体中静置3~5 天，即水体滞留时间设置为3~5天，之后再通过塘堪主体中的莲截对氮憐的吸收、附着于莲 截上的微生物对氮憐的降解和静置下稻田排水中污染负荷的沉降和底泥的吸附四个方面 作用，从而达到对氮憐的减污效果。
[0028] 蓄水减污管理模式的塘堪主体的减污效果很好，其减污效果见表1:
[0029] 表1塘堪主体的减污效果表 [00301
[0031] 由表1可W看出蓄水减污管理模式的治理农业面源污染的塘堪生态系统对稻田的 净化效果相当好。
[0032] 1、利用水生植被构建生态系统，有效吸收随农田排水带来的营养负荷
[0033] 在塘堪主体中种植水生植被，可W构建环境友好、生态健康、可持续利用的塘堪主 体生态系统，我们将塘堪主体进行合理利用，栽培水生植物，利用运种塘堪主体系统，吸收 农田排水中的氮憐负荷，减少氮憐向自然水体中排放。运样既可W解决人工湿地占地面积 大的问题，又可W有效地拦截和消纳灌区的氮憐面源污染物，且水生植物吸收的氮憐可用 于自身的营养需求。如选择有经济价值的水生植物，如水寥、高杆灯忍草W及莲截等，还会 带来经济效益。
[0034] 2、合理的稻田面积与塘堪主体比
[0035] 稻田面积与塘堪主体比方面，不仅要考虑塘堪主体对水体的净化效果，还要考虑 现有±地的充分利用，综合运两个方面，最后确定稻田面积与塘堪主体比取15:1~20:1。
[0036] 3、塘堪主体平面形状
[0037] 塘堪主体宜采用楠圆形或类楠圆形，长宽比在3:1左右，宽度在IOmW上，并使进出 水流通道沿楠圆的长边方向。在自然形成的法地进行扩建或在原有的塘堪基础上进行改 造。
[0038] 4、塘堪主体的边坡系数W及护坡型式
[0039] 选择草皮生态护坡的型式，并根据塘巧边坡稳定性的计算，确定迎水面的边坡不 睹于1:1，背水面不睹于1:1.5。运样的护坡型式和边坡系数，不仅满足塘巧边坡的稳定，草 皮生态护坡还减缓了水体对塘巧边坡上体的浸润作用，并且草皮生态护坡还辅助了水体的 净化。
[0040] 5、蓄水深度的选择
[0041] 蓄水深度的选择不仅需考虑净化效果，还要考虑是否有灌水要求。本实用新型设 计的塘堪主体采用植被全部覆盖，故塘堪主体水深选择为0.6~0.9m，若兼有蓄水灌概的要 求，可适当增加蓄水深度。
[0042] 所述一种蓄水减污管理模式的塘堪主体的运行管理技术要点包括：
[0043] 1、蓄水减污管理的主要过程
[0044] 先维持塘堪主体的低水位，为稻田排水预留空间，在稻田排水排入塘堪主体前，封 闭出口，直到稻田排水蓄满塘堪主体，让稻田排水在塘堪主体中静置一定时间，通过静置下 稻田排水中污染物质的沉降、水生湿地植物对氮憐的吸收、附着于水生植物上的微生物对 氮憐的降解W及底泥的吸附四个方面作用，从而达到对氮憐的减污效果。
[0045] 2、最佳水体滞留时间的选择
[0046] 水体滞留时间是指待处理污水在塘堪主体内的平均停留时间，也就是塘堪主体系 统处理污染水体的平均反应时间。根据研究，在蓄水减污的管理模式下，污染水体在塘堪主 体中的最佳滞留时间是3~5天，即在蓄水减污模式下，氮憐等负荷在3~5天后的吸收效果 较好。
[0047] 3、塘堪主体进出水口管理
[004引为了提高塘堪主体的运行效率，即满足进水快，处理完后出水快，并且应尽量使污 染水体在塘堪主体中均匀分配，同时避免出现死水区，故考虑设置多个生态进水沟和多个 生态出水沟。
[0049] 4、植被收割与清渺
[0050] 为了防止水生植被在底泥W上部分死亡，植被残体对水体产生二次污染，需要在 灌区面源污染物负荷排放相对较少的时期进行植被收割，一般在11月份进行收割。并且及 时收割具有经济价值的植被，还会带来经济效益。除收割植被W外，对于多年运行后的塘堪 主体，需要进行底泥疏竣，降低底层水体的耗氧量和腐殖质的含量。疏竣后挖出的渺泥应结 合周边地形进行处理，防止影响农作物耕作W及塘堪主体的边坡稳定等。塘堪主体的底泥 深度一般控制在20~60cm的范围。
[0051] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种治理农业面源污染的塘堰生态系统，其特征在于:包括塘堰主体（I)、草皮生态 护坡(2)、塘堰底部用于植物生长的底泥(3)、水生植被(4)、生态进水沟(5)、生态出水沟(6) 和格栅池(7);所述的塘堰生态系统地势低于稻田，所述的塘堰主体（1)为椭圆形，塘堰主体 (1)沿长轴方向设置有生态进水沟（5)和生态出水沟(6)，生态进水沟（5)和生态出水沟(6) 位于塘堰主体（1)两侧，塘堰主体（1)和生态进水沟（5)之间设有格栅池（7)，所述的生态进 水沟(5)和生态出水沟(6)每隔一段距离设置有拦水闸（8)，所述的塘堰主体（1)、生态进水 沟(5)和生态出水沟(6)的两岸均设有草皮生态护坡(2)，所述的草皮生态护坡(2)由可降解 的生态袋呈阶梯状皇叠而成，所述的生态袋内填充有草籽和土壤，所述的塘堰主体（1)底部 全部均匀覆盖有底泥(3)，底泥(3)表面设置有水生植被(4)，稻田与塘堰主体（1)的面积比 为15:1~20:1;塘堰主体（1)的塘埂边坡迎水面边坡不陡于1:1，背水面边坡不陡于1:1.5; 塘堰主体（1)的水深为0.6m~1.5m。2. 根据权利要求1所述的治理农业面源污染的塘堰生态系统，其特征在于:所述的塘堰 主体(1)长轴与短轴长度比为2:1~5:1，短轴长度在IOm以上的椭圆形。3. 根据权利要求1所述的治理农业面源污染的塘堰生态系统，其特征在于:所述的生态 进水沟(5)和生态出水沟(6)每隔300~500m设置拦水闸（8)。4. 根据权利要求1所述的治理农业面源污染的塘堰生态系统，其特征在于:所述的塘堰 主体(1)设有多个生态进水沟(5)和生态出水沟(6)。5. 根据权利要求1所述的治理农业面源污染的塘堰生态系统，其特征在于:底泥(3)深 度为20~60cm。
【文档编号】C02F3/32GK205472969SQ201620290357
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】崔远来, 赵树君, 吴迪, 杨洋, 刘方平, 罗玉峰
【申请人】武汉大学