一种基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置的制作方法

本实用新型涉及农田氮磷拦截去除系统的渗滤装置，具体是一种基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置。

背景技术：

根据第一次全国污染源普查公报数据，农业源总氮排放量为270.46万t，占排放总量的57.2%，并主要通过农田径流流出。农田面源污染造成大量的氮磷营养物进入江河、湖库，导致水体富营养化，严重威胁区域水环境和水生态安全，制约了经济社会的可持续发展。我国南方平原河网地区由于地势平坦低洼、地下水位常年较高，涝渍灾害治理成为该地区农田水利工程建设的重要任务。在该地区高标准农田建设中，需要将农田灌排工程与农田面源污染治理技术相结合，做到既满足农田排水降渍，又减少农田径流氮磷流失，以最佳效果与最少投入解决面临的突出问题，基于圆柱形水泥球粒排水体的农田嗲径流氮磷拦截组合渗滤装置提供了一种新的手段，对有效控制农田面源污染和加快生态灌区建设具有特别重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置，该装置结构合理，使用寿命长，防淤堵能力强，排水效果好，可大量利用农业和工业废弃物，节能环保，成本低廉。其具有良好的氮磷污染物拦截去除效果，对改善我国农田排水水质，缓解水体富营养化状况具有重大意义。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置，其特征是，包括内部的由水泥球粒粘接而成的多孔透水排水体及外部的组合外包层，该组合外包层由内层的透水土工布、外层的稻壳垫层构成，所述透水土工布包裹于多孔透水排水体外，所述多孔透水排水体置于稻壳垫层中心位置。

所述多孔透水排水体为圆柱体，由直径12~15mm的水泥球粘结而成，该排水体直径12~15cm，每节排水体长30cm。

所述稻壳垫层的厚度10～14cm。

基于圆柱形水泥球粒排水体的农田渗滤氮磷拦截去除组合渗滤装置的应用：基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置可替代现有波纹塑料管进行农田排水降渍，同时起到拦截去除农田氮磷污染物的作用。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，组合渗滤装置埋设于农田地下规定要求深度处，主要材料有由水泥球粒粘接而成的圆柱形多孔透水排水体，以及透水土工布、稻壳等，由里向外包裹于吸水暗管周围，形成以圆柱形水泥球粒多孔排水体、透水土工布、稻壳的农田氮磷拦截组合渗滤装置。通过对渗流通道中土壤溶液的物理、化学、生物三重协同处理，将农田排水降渍与氮磷拦截去除目标有机结合，实现其双重功能。

第二，以圆柱形水泥球粒作为排水体，水泥球粒排水体孔隙度达60%以上、渗透能力3倍于稻壳，水泥球粒吸附性强，有利于氨态氮拦截；更为重要的是均匀多孔的水泥球粒排水体中的大量孔隙有利于形成微生物群落，可有效去除农田渗流中的氮磷。

第三，外包层外层为厚度10～14cm稻壳，稻壳天然级配、粒度均匀，渗透系数达0.1cm/s～0.01cm/s，是土壤透水系数10～100倍，透水性强，可以有效改善反滤层的排水特性；稻壳富含硅质耐腐蚀性强，完全腐殖质化时常为5~6年，有效使用期是稻麦秸秆的2倍；南方地区盛产水稻取材方便，运输方便，使用成本低；稻壳腐殖质化后仍可保持良好的组织结构，持续发挥渗滤作用；稻壳有机材料也有利于农田渗流中硝态氮和磷的拦截。

第四，外包层内层选用透水土工布，预先裁制好的与沟槽宽度相同的整块透水土工布，置于10cm厚度的稻壳垫层之上，铺设圆柱形水泥球粒多孔排水体，人工将透水土工布包裹于水泥球粒排水体外部，稻壳与水泥球粒排水体铺设施工方便。且透水土工布具有很好的排水能力，耐腐蚀，同时可以防止细小颗粒通过，防止孔隙淤堵，影响排水性能。

该装置水泥球粒排水体透水性强，每节排水体之间的接缝同样为排水通道，更增强其排水效果好，而且可处理大量农业和工业废弃物，节能环保，成本低廉。

在南方适宜于农田塑料暗管排水工程技术的地区，推广应用该装置的潜力巨大，将获得显著的经济社会和生态环境效益。

附图说明

图1是本实用新型基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置的平面结构示意图；

图2是本实用新型基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置的纵断面结构示意图；

图3是本实用新型基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置的沟槽断面结构示意图；

图4是本实用新型基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置的排水体结构示意图；

图中：1稻壳、2透水土工布、3水泥球粒排水体、4回填土、5组合渗滤装置、L-排水体长度、B-排水体间距、D-排水体埋深。

具体实施方式

如图1-2所示，一种基于圆柱形水泥球粒排水体的农田地下径流氮磷拦截去除组合渗滤装置，包括内部的由水泥球粒粘接而成的圆柱形多孔透水排水体及外部的多种材料组合外包层，外包层由透水土工布、稻壳等材料组成，由里向外包裹于吸水暗管周围，形成以圆柱形水泥球粒多孔排水体、透水土工布、稻壳的农田氮磷拦截组合渗滤装置。

水泥球粒多孔排水体为圆柱体，由直径12～15mm的水泥球粘结而成，排水体直径12～15cm、每节长30cm左右。

多种材料组合外包层，内层包裹一层透水土工布、外层为厚度10～14cm稻壳。

首先在田间开挖宽度为35～40cm的沟槽，开挖深度和间距依据当地农田排水工程设计标准以及土壤特性，通过水力计算确定，暗管比降控制在1/1000～1/2000，在沟槽的底部铺设10cm厚的稻壳垫层1，将预先裁制好的与沟槽底宽相同的整块透水土工布2，置于稻壳垫层之上，然后将圆柱形水泥球粒多孔排水体3铺设于稻壳垫层的中心位置，再人工将透水土工布包裹于水泥球粒排水体外部，并在排水体的外层再填充10～14cm稻壳，最后用回填土4将沟槽填满。

渗滤体的氮磷拦截去除作用：在农田渗滤系统中设置以圆柱形水泥球粒多孔排水体、透水土工布和稻壳的氮磷拦截去除组合渗滤装置。圆柱形水泥球粒多孔排水体直径、埋设深度及间距，主要依据当地农田排水工程设计标准以及土壤特性，通过水力计算确定；圆柱形水泥球粒多孔排水体，由直径12~15mm的水泥球粘结而成，排水体直径12～15cm、每节长30cm左右，外裹一层透水土工布，最外层为厚度10～14cm稻壳。稻壳、透水土工布组合构成圆柱形水泥球粒多孔排水体的反滤层，满足透水性强，层层拦截由粗到细的土壤颗粒，保证其排水和防淤堵；由水泥、矿渣粘结而成的圆柱形水泥球粒排水体，形成一个直径12～15cm圆柱形多孔介质层，与外层稻壳、透水土工布一起构成组合渗滤装置，对农田渗流中的氮磷进行滞留、过滤、吸附、氧化还原作用，同时为微生物群落提供更好的附着与生长条件，微生物的硝化与反硝化作用成为排水过程氮磷去除的主要途径，专利申请者的试验结果表明该装置的氮磷拦截去除率可以达到30%以上。

本实用新型结构合理，使用寿命长，防淤堵能力强，排水效果好，具有良好的氮磷污染物拦截去除功效，对改善我国农田排水水质，缓解水体富营养化状况具有重大意义。同时本实用新型还可大量利用农业和工业废弃物，节能环保，成本低廉。