一种基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统及其应用的制作方法

本发明涉及水环境治理技术领域，具体涉及一种基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统及其应用。

背景技术：

生态沟渠是指具有一定宽度和深度，由水、土壤和生物组成，具有自身独特结构并发挥相应生态功能的农田沟渠生态系统，也称之为农田沟渠湿地生态系统。生态沟渠能够通过截留泥沙、土壤吸附、植物吸收、生物降解等一系列作用，减少水土流失，降低进入地表水中氮、磷的含量。由工程和植物两部分组成的生态拦截型沟渠系统，能减缓水速，促进流水携带的颗粒物沉淀，吸收和拦截沟壁、水体和沟底中溢出的养分，同时水生植物的存在可以加速氮、磷界面交换和传递，从而使污水中氮、磷的浓度快速减小，具有良好的净化效果；沟渠中水生植物对污水中的氮、磷有很好的吸收能力，水生植物能被农民收割，解决了二次污染问题；建造灵活、无动力消耗、运行成本低廉。旱作农田沟渠服务功能有其特殊性，排水效率要求较高，旱地匹配的排水沟渠横断面尺寸一般较大。

现有的旱作农田全混凝土沟渠工程成本高，污染物拦截效果差，而传统土质沟渠虽然净化效果好，但由于受横向和纵向水力冲刷影响较大，易产生沟壁坍塌、沟底淤泥沉积等问题，系统稳定性较差。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种安全稳定、氮磷去除率高的基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统。

本发明的技术方案为：一种基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统，包括生态沟渠、缓冲堰板和拦截组件，生态沟渠包括渠壁和渠底，渠壁设置有两个，两个渠壁卡接在渠底上，两个渠壁与渠底构成倒梯形结构；缓冲堰板设置有两个，两个缓冲堰板分别倾斜设置在两个渠壁上，缓冲堰板上水平设置有挡墙，挡墙上设置有过流通道；拦截组件包括拦截格栅、吸附块、生物浮板、生态滤墙和调节闸板，拦截格栅、吸附块、生物浮板、生态滤墙和调节闸板沿水流方向依次设置在渠底上，吸附块为内部中空的立方体结构，吸附块上设置有过水孔，吸附块上端设置有潜水植物种植槽，吸附块内部空腔设置有炭质吸附剂，生物浮板内部中空，生物浮板上端设置有挺水植物种植槽，生物浮板底部设置有纤维丝网，生物浮板内部空腔设置有微生物填料，微生物填料通过纤维丝网与外部农田径流导通，生态滤墙内部中空，生态滤墙上设置有多个过滤微孔，调节闸板包括闸座和调节板，闸座固定设置在渠底上，调节板插接在闸座上，调节板与闸座连接处设置有调节丝杠。

进一步地，缓冲堰板底部设置有沉淀槽，沉淀槽内部设置有沉淀网格，通过设置沉淀槽和沉淀网格初步拦截缓冲堰板上随雨水冲刷而下的泥土，避免泥土堵塞后续处理单元，提高了系统的可靠性。

进一步地，挡墙设置有三个，三个挡墙上的过流通道上下相互错开，相邻的两个挡墙之间设置有经济作物种植槽，通过设置挡墙，大大减缓了农田污水的流速，使得农田废水中的杂质能够有效沉淀。

进一步地，吸附块设置有两个，过水孔设置在吸附块的前端和后端，且位于吸附块前端的过水孔的高度低于位于吸附块后端的过水孔的高度，设置两个吸附块大大增加了炭质吸附剂对氮磷污染物的吸附量，通过在吸附块设置高度不同的过水孔，增加了污水在吸附块中的停留时间，提高吸附效果。

进一步地，生态滤墙包括第一滤墙和第二滤墙，所述第一滤墙内部空腔中设置有聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料，所述第二滤墙内部空腔中设置有改性斜发沸石联合生物炭吸附填料，由于氮磷污染物的性质不同，通过聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料吸附水中的氮物质，通过改性斜发沸石联合生物炭吸附填料吸附水中的磷物质，提高水中氮、磷的去除率。

进一步地，聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料的制备方法为：1、将磁性水滑石粉末配置成浓度为18％的水溶液，在82℃下水浴加热，搅拌80分钟，转速为3600转/分钟；2、向分散后的磁性水滑石悬浮液中加入改性剂和活化聚四氯乙烯微粉，其中改性剂的加入量为水溶液含量的16％，活化聚四氯乙烯微粉的加入量为水溶液含量的20％，然后在90℃下水浴加热，搅拌60分钟，转速为4200转/分钟；3、冷却至室温后既得聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料；

进一步地，改性斜发沸石联合生物炭吸附填料的制备方法为：1、将天然斜发沸石清洗、破碎、筛分和研磨，过1800目筛，获得粒径15μm的细粉体粒径沸石，高温处理后得到改性斜发沸石细粉；2、将生物炭水洗除去灰尘、泥沙后，控制含水率为8％，加入2％氯化钠水溶液微波处理15分钟；3、将步骤2所得生物炭包覆改性斜发沸石细粉，即得改性斜发沸石联合生物炭吸附填料。

进一步地，缓冲堰板下端设置有固定锚钉，通过固定锚钉将本系统牢固固定在农田中，避免自然灾害等因素对系统造成破坏，提高系统的稳定性。

进一步地，基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统在农田面源污染方面的应用。

本发明的工作原理为：使用时，将渠底、将渠壁、缓冲堰板拼接固定在原有农田排水渠上或者重新开挖沟渠进行铺设；然后沿水流方向依次设置拦截格栅、吸附块、生物浮板、第一滤墙、第二滤墙和调节闸板；在经济作物种植槽上种植经济作物，在吸附快内部空腔放置炭质吸附剂,并在潜水植物种植槽上种植潜水植物；在生物浮板内部空腔放置微生物填料，并在挺水植物种植槽内种植挺水植物；在第一滤墙内放置，在第二滤墙内部放置；农田中的废水首先在挡墙的作用下进行减速，废水经过沉淀槽上的沉淀网格时，在沉淀网格内部形成沉淀，沉淀后的废水流入渠底，拦截格栅对废水的树枝、枯叶等大颗粒杂质进行拦截处理，吸附块内部的炭质吸附剂吸附污水中的氮磷污染物，吸收到的氮磷污染物作为潜水植物的营养物质被潜水植物吸收降解；生物浮板内部的微生物填料对污水中的有机污染物进行分解，通过第一滤墙内部的聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料吸附水中的氮物质，通过第二滤墙内部的改性斜发沸石联合生物炭吸附填料吸附水中的磷物质，通过调节闸板调节生态沟渠中的水流量。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构设计合理，通过在系统进水端设置拦截格栅，对农田排水中的悬浮污染物进行有效拦截，避免了悬浮污染物对后续处理单元造成堵塞，提高了系统的稳定性；通过设置吸附块、生物浮板和生态滤墙，对农田排水中的氮磷物质进行多次拦截、吸附；彻底去除农田排水中的氮磷物质。避免了氮磷物质对河流等水资源造成污染；本发明的生态沟渠和缓冲堰板为装配式结构，系统维护管理费用较低，同时本发明结构较为稳定，能够有效抵御强降雨及沟渠内部排水造成的水力侵蚀，系统安全性较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的左视图；

图3是本发明的右视图；

图4是本发明的缓冲堰板的结构示意图；

图5是本发明的吸附块的结构示意图；

图6是本发明的吸附块的纵剖图；

图7是本发明的生物浮板的结构示意图；

图8是本发明的调节闸板与生态沟渠的连接示意图；

其中，1-生态沟渠、10-渠壁、11-渠底、2-缓冲堰板、20-挡墙、200-过流通道、201-经济作物种植槽、21-沉淀槽、22-沉淀网格、23-固定锚钉、3-拦截组件、30-拦截格栅、31-吸附块、310-过水孔、311-潜水植物种植槽、312-炭质吸附剂、32-生物浮板、320-挺水植物种植槽、321-纤维丝网、322-微生物填料、33-生态滤墙、330-第一滤墙、3300-聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料、331-第二滤墙、3310-改性斜发沸石联合生物炭吸附填料、34-调节闸板、340-闸座、341-调节板、342-调节丝杠。

具体实施方式

实施例1：如图1、2、3所示的一种基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统，包括生态沟渠1、缓冲堰板2和拦截组件3，生态沟渠1包括渠壁10和渠底11，渠壁10设置有两个，两个渠壁10卡接在渠底11上，两个渠壁10与渠底11构成倒梯形结构；

如图2、3、4所示，缓冲堰板2设置有两个，两个缓冲堰板2分别倾斜设置在两个渠壁10上，缓冲堰板2上水平设置有挡墙20，挡墙20上设置有过流通道200，挡墙20设置有三个，三个挡墙20上的过流通道200上下相互错开，相邻的两个挡墙20之间设置有经济作物种植槽201，通过设置挡墙20，大大减缓了农田污水的流速，使得农田废水中的杂质能够有效沉淀；缓冲堰板2底部设置有沉淀槽21，沉淀槽21内部设置有沉淀网格22，通过设置沉淀槽21和沉淀网格22初步拦截缓冲堰板2上随雨水冲刷而下的泥土，避免泥土堵塞后续处理单元，提高了系统的可靠性；缓冲堰板2下端设置有固定锚钉23，通过固定锚钉23将本系统牢固固定在农田中，避免自然灾害等因素对系统造成破坏，提高系统的稳定性；

如图1、5、6、7、8所示，拦截组件3包括拦截格栅30、吸附块31、生物浮板32、生态滤墙33和调节闸板34，拦截格栅30、吸附块31、生物浮板32、生态滤墙33和调节闸板34沿水流方向依次设置在渠底11上，吸附块31为内部中空的立方体结构，吸附块31上设置有过水孔310，吸附块31上端设置有潜水植物种植槽311，吸附块31内部空腔设置有炭质吸附剂312，吸附块31设置有两个，过水孔310设置在吸附块31的前端和后端，且位于吸附块31前端的过水孔310的高度低于位于吸附块31后端的过水孔310的高度，设置两个吸附块31大大增加了炭质吸附剂312对氮磷污染物的吸附量，通过在吸附块31设置高度不同的过水孔310，增加了污水在吸附块31中的停留时间，提高吸附效果；生物浮板32内部中空，生物浮板32上端设置有挺水植物种植槽320，生物浮板32底部设置有纤维丝网321，生物浮板32内部空腔设置有微生物填料322，微生物填料322通过纤维丝网321与外部农田径流导通；生态滤墙33内部中空，生态滤墙33上设置有多个过滤微孔，调节闸板34包括闸座340和调节板341，闸座340固定设置在渠底11上，调节板341插接在闸座340上，调节板341与闸座340连接处设置有调节丝杠342；

基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统在农田面源污染方面的应用。

实施例2：如图1、2、3所示的一种基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统，包括生态沟渠1、缓冲堰板2和拦截组件3，生态沟渠1包括渠壁10和渠底11，渠壁10设置有两个，两个渠壁10卡接在渠底11上，两个渠壁10与渠底11构成倒梯形结构；

如图2、3、4所示，缓冲堰板2设置有两个，两个缓冲堰板2分别倾斜设置在两个渠壁10上，缓冲堰板2上水平设置有挡墙20，挡墙20上设置有过流通道200，挡墙20设置有三个，三个挡墙20上的过流通道200上下相互错开，相邻的两个挡墙20之间设置有经济作物种植槽201，通过设置挡墙20，大大减缓了农田污水的流速，使得农田废水中的杂质能够有效沉淀；缓冲堰板2底部设置有沉淀槽21，沉淀槽21内部设置有沉淀网格22，通过设置沉淀槽21和沉淀网格22初步拦截缓冲堰板2上随雨水冲刷而下的泥土，避免泥土堵塞后续处理单元，提高了系统的可靠性；缓冲堰板2下端设置有固定锚钉23，通过固定锚钉23将本系统牢固固定在农田中，避免自然灾害等因素对系统造成破坏，提高系统的稳定性；

如图1、5、6、7、8所示，拦截组件3包括拦截格栅30、吸附块31、生物浮板32、生态滤墙33和调节闸板34，拦截格栅30、吸附块31、生物浮板32、生态滤墙33和调节闸板34沿水流方向依次设置在渠底11上，吸附块31为内部中空的立方体结构，吸附块31上设置有过水孔310，吸附块31上端设置有潜水植物种植槽311，吸附块31内部空腔设置有炭质吸附剂312，吸附块31设置有两个，过水孔310设置在吸附块31的前端和后端，且位于吸附块31前端的过水孔310的高度低于位于吸附块31后端的过水孔310的高度，设置两个吸附块31大大增加了炭质吸附剂312对氮磷污染物的吸附量，通过在吸附块31设置高度不同的过水孔310，增加了污水在吸附块31中的停留时间，提高吸附效果；生物浮板32内部中空，生物浮板32上端设置有挺水植物种植槽320，生物浮板32底部设置有纤维丝网321，生物浮板32内部空腔设置有微生物填料322，微生物填料322通过纤维丝网321与外部农田径流导通；生态滤墙33内部中空，生态滤墙33上设置有多个过滤微孔，生态滤墙33包括第一滤墙330和第二滤墙331，第一滤墙330内部空腔中设置有聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料3300，聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料3300的制备方法为：1、将磁性水滑石粉末配置成浓度为18％的水溶液，在82℃下水浴加热，搅拌80分钟，转速为3600转/分钟；2、向分散后的磁性水滑石悬浮液中加入改性剂和活化聚四氯乙烯微粉，其中改性剂的加入量为水溶液含量的16％，活化聚四氯乙烯微粉的加入量为水溶液含量的20％，然后在90℃下水浴加热，搅拌60分钟，转速为4200转/分钟；3、冷却至室温后既得聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料3300；第二滤墙331内部空腔中设置有改性斜发沸石联合生物炭吸附填料3310，改性斜发沸石联合生物炭吸附填料3310的制备方法为：1、将天然斜发沸石清洗、破碎、筛分和研磨，过1800目筛，获得粒径15μm的细粉体粒径沸石，高温处理后得到改性斜发沸石细粉；2、将生物炭水洗除去灰尘、泥沙后，控制含水率为8％，加入2％氯化钠水溶液微波处理15分钟；3、将步骤2所得生物炭包覆改性斜发沸石细粉，即得改性斜发沸石联合生物炭吸附填料3310；由于氮磷污染物的性质不同，通过聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料3300吸附水中的氮物质，通过改性斜发沸石联合生物炭吸附填料3310吸附水中的磷物质，提高水中氮、磷的去除率；

调节闸板34包括闸座340和调节板341，闸座340固定设置在渠底11上，调节板341插接在闸座340上，调节板341与闸座340连接处设置有调节丝杠342；

基于生态沟渠技术的旱作农田氮磷拦截系统在农田面源污染方面的应用。

使用时，将渠底11、将渠壁10、缓冲堰板2拼接固定在原有农田排水渠上或者重新开挖沟渠进行铺设；然后沿水流方向依次设置拦截格栅30、吸附块31、生物浮板32、第一滤墙330、第二滤墙331和调节闸板34；在经济作物种植槽201上种植经济作物，在吸附快31内部空腔放置炭质吸附剂312,并在潜水植物种植槽311上种植潜水植物；在生物浮板32内部空腔放置微生物填料322，并在挺水植物种植槽320内种植挺水植物；在第一滤墙330内放置3300，在第二滤墙331内部放置3310；农田中的废水首先在挡墙20的作用下进行减速，废水经过沉淀槽21上的沉淀网格22时，在沉淀网格22内部形成沉淀，沉淀后的废水流入渠底11，拦截格栅30对废水的树枝、枯叶等大颗粒杂质进行拦截处理，吸附块31内部的炭质吸附剂312吸附污水中的氮磷污染物，吸收到的氮磷污染物作为潜水植物的营养物质被潜水植物吸收降解；生物浮板32内部的微生物填料322对污水中的有机污染物进行分解，通过第一滤墙330内部的聚四氯乙烯改性水滑石磁性吸附填料3300吸附水中的氮物质，通过第二滤墙331内部的改性斜发沸石联合生物炭吸附填料3310吸附水中的磷物质，通过调节闸板34调节生态沟渠1中的水流量。

应用例：

2017年5月，应用本装置对我国北方某旱作农田进行生态治理，农田种植面积100亩。农田未经治理前，农田排水中总氮浓度为7.72,mgl-1，总磷浓度为2.18mgl-1，农田面源污染问题日益严重；采用本发明对农田排水进行治理，经过两年有效的运行、维护，该农田总排水水质得到明显提升，2019年5月农田排水中总氮浓度削减为3.18mgl-1，总磷浓度削减为1.52mgl-1，氮的去除率达到59.1％，磷的去除率达到30.3％。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。