一种同步实现脱氮除磷的拦截转化池的制作方法

本实用新型涉及一种同步实现脱氮除磷的拦截转化池，属于农业面源污染控制和水环境治理等技术领域。

背景技术：

面源污染中由于农田流失的氮磷引起的污染问题不容忽视，农民大量使用无机化肥，但作物吸收氮磷的利用率低下导致农田氮磷污染严重。随着全球人口增长，人们对食物和纤维的需求与日俱增，有限的耕地驱使生产者增加更多的无机化肥的投入，然而由于作物吸收利用率低，使得农田土壤富含高浓度氮磷，尤其在水田区稻田水中氮磷处于高浓度条件下，在人工排水和暴雨径流条件下，导致大量氮磷流失，如果富含氮磷的农田排水直接进入与农田毗邻的受纳水体，将提高该受纳水体潜在的污染风险性。

因此，许多学者研究探讨了农田排水沟渠的阻控或调控作用。农田沟渠是农业地表径流汇入河流、湖泊等天然水体的必经通道，因而对农业面源污染的削减起着极为重要的作用。但是由于沟渠截留净化氮磷能力有限，尤其在较大流速条件下沟渠截留净化的效果更差，所以通过在沟渠适当位置建设拦截转化池是十分必要的。稻田排水流经拦截转化池，不仅能截留稻田排水污泥、减少养分流失吸附转化水中氮磷，还具有良好的景观效果。

技术实现要素：

本实用新型是针对现有农田沟渠抗水冲刷性差及截留净化氮磷能力低的技术问题，提供一种可根据农田实际情况灵活设置的同步实现脱氮除磷的拦截转化池工艺。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种同步实现脱氮除磷的拦截转化池，该拦截转化池的池体上设有高于池体底部的进水口和出水口，池体内部沿水流方向顺次划分为汇水区、吸附拦截区和储水排水区；所述的吸附拦截区中设有横跨池体断面的炭基填料墙，汇水区和储水排水区之间通过炭基填料墙阻隔不直接连通；所述的汇水区中设有缓冲调流墙和生态隔离带，缓冲调流墙、生态隔离带以及炭基填料墙的底部均支撑于池体底部；

所述的缓冲调流墙与水流方向垂直设置并横跨池体断面，墙体上开设有若干个过流孔，且过流孔在墙上的分布密度从上到下逐渐减小；

所述的生态隔离带设置于缓冲调流墙与吸附拦截区之间，包括若干个用于种植沉水植物和/或挺水植物的植生袋；

所述的吸附拦截区中，炭基填料墙的外壳采用多孔框架，多孔框架内部中空且外壁透水，其内腔中在迎水面、出水面和底部分别铺设有海绵层；海绵层之间的空腔中填充有两层不同的填料，其中下部为渗滤层，上部为炭基吸附填料层。

作为优选，所述拦截转化池的进水口和出水口分别连接外部排水沟渠，且排水沟渠的渠底高于池体底部。

作为优选，所述的拦截转化池池容大小为1.5～3m³，且池边缘及底部用水泥固化。

作为优选，所述的植生袋采用由针刺无纺布制成的袋子，袋子内部装填植物生长基质。

作为优选，所述的植生袋体积为0.003～0.005m³，高度不超过渠底。

作为优选，所述的炭基填料墙厚度为40～60cm，其顶部高于所述的外部排水沟渠顶部。

作为优选，所述的缓冲调流墙厚度为20～30cm，其顶部高度位于外部排水沟渠高度的三分之二位置。

作为优选，所述的炭基吸附填料层由粒径3～5mm的稻壳炭和/或粒径5～10mm的竹炭组成。

作为优选，所述的渗滤层为粒径3～5mm的级配砾石。

本实用新型中，通过在农田排水沟中设置特殊的拦截转化，能够对农田排水进行低成本的消纳处理。在该拦截转化池中，汇水区由缓冲调流墙和生态隔离带组成，不仅能减缓水流速度、截留稻田排水污泥、减少养分流失，还具有良好的景观效果。吸附拦截区设置炭基填料墙，通过吸附作用、氮磷转化作用来吸附消纳稻田水径流中的氮磷。本实用新型可根据需要在沟渠中间隔设置，也可仅用于排水沟渠末端作为尾水调节池。本实用新型结构简单、投资省、设置灵活，实现了无动力、无能耗、方便管理的目的，是一种符合我国村镇水网沟渠同步脱氮除磷处理的新工艺。

附图说明

图1为本实用新型所述拦截转化池俯视图；

图2为本实用新型所述拦截转化池纵剖图；

图3为缓冲调流墙的正视图示意图；

图4为生态隔离带的局部放大示意图；

图5为炭基填料墙的剖面示意图。

本实用新型附图标记如下：

1——汇水区 2——吸附拦截区

3——储水排水区 4——缓冲调流墙

5——生态隔离带 6——炭基填料墙

7——渠底 8——多孔塑料框架

9——海绵层 10——炭基吸附填料层

11——渗滤层 12——过流孔

13——植生袋 14——沉水植物

15——挺水植物

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本实用新型的一个较佳实施例中，同步实现脱氮除磷的拦截转化池如图1和2所示，呈长方体形状。该拦截转化池的池体设置于常规的农田排水沟渠中部位置，作为水流过程中的消纳池。拦截转化池上设有高于池体底部的进水口和出水口，在本实施例中,拦截转化池的进水口和出水口分别连接外部排水沟渠，且排水沟渠的渠底7高于池体底部，池内的蓄积容量使得水流在池内有一定的停留时间。池体内部沿水流方向顺次划分为汇水区1、吸附拦截区2和储水排水区3，不同的功能区承担不同的作用。其中，吸附拦截区2中设有横跨池体断面的炭基填料墙6，炭基填料墙6的底部与池体底部相接，墙体两端连接池体的两个侧壁，使得池体以炭基填料墙6的为界被划分为两个池体，分别为汇水区1和储水排水区3。汇水区1和储水排水区3之间由于存在炭基填料墙6，因此被阻隔不直接连通，从汇水区1过来的水流需要经过炭基填料墙6后方能进入储水排水区3。汇水区1中设有缓冲调流墙4和生态隔离带5缓冲调流墙4、生态隔离带5的底部均支撑于池体底部。炭基填料墙承担了主要的脱氮除磷任务，储水排水区用于调节沟渠水量，可暂时储存少部分沟渠排水。根据沟渠实际情况设置拦截转化池池容大小为1.5～3m³，池底部和池边缘用水泥固化。

由于农田沟渠中的水流具有一定的流速，特别在降雨产生较大径流时其初始速度较大，直接进入池中一方面容易因为停留时间过短导致处理效率低下，另一方面也会因为流速过大导致池内原本吸附、沉降的污染物被重新冲出。因此，本实用新型中在进水口后方的池中设置一堵缓冲调流墙4。缓冲调流墙4与水流方向垂直设置并横跨池体断面，正面迎向水流方向。如图3所示，墙体上开设有若干个过流孔12。缓冲调流墙厚度为20～30cm，顶部高度位于外部排水沟渠高度的三分之二位置，宽度与实际沟渠同宽。缓冲调流墙上均匀布置的过流孔，起到消能作用，减缓了水流速度，可以降低对后续处理单元的冲刷，既能充分利用生态隔离带的拦截去污作用，又能防止底部死水。本实施例中过流孔孔径大小均为5cm，过流孔12在墙上的分布密度从上到下逐渐减小，使得沉入下方的泥沙不容易重新进入后续环境，以期达到更好的阻隔泥沙以保证尾水清洁度的效果。

生态隔离带5设置于缓冲调流墙4与吸附拦截区2之间，包括多个用于种植沉水植物14和挺水植物15的植生袋13。由稻田水带来的泥沙和养分通过生态隔离带的阻截，将大部分泥沙留在生态隔离带内，而隔离带种植的植物同时可吸收水流中的养分，达到控制稻田排水，减少水中养分排放的目的。

本实施例中，植生袋13是由聚丙烯PP或聚酯纤维PET为原材料，双面熨烫针刺无纺布加工而成袋子，植生袋13内部可以装填植物生长基质，例如生态混凝土、卵砾石、砂土等等。将植物用植生袋13固定，可以保持植物原位生长，避免因植物向周围扩散生长堵塞沟渠水道。植生袋13单个体积为0.003～0.005m³，高度不超过渠底7。

植生袋13中种植的植物可以根据需要进行选择。其中，沉水植物包括但不限于苦草、金鱼藻、狐尾藻、小茨藻；挺水植物包括但不限于芦苇、香蒲、水菖蒲、美人蕉。选种尽量增加土著植物比例并避免引入湿地植物破坏当地现有生态平衡，种植比例根据当地条件确定。利用不同植物对养分吸收能力的互补性和对农业面源污染的截留、过滤能力，其功效主要表现在两个方面：一是由于植物覆盖增加了生态隔离带底部粗糙度，对稻田排水起到滞缓作用，调节进入吸附拦截区的水流量；二是有效减少稻田排水中固体颗粒和养分含量，从而成为养分过滤器，改善排水水质。

农田排水中的污染物在生态隔离带5中可以被阻截消纳，但是沉淀、植物吸收的过程相对较慢，当处理流量较大的时候无法满足出水要求，因此需要配合其他的处理工序进行辅助，以保证出水效果。本实施例中通过在吸附拦截区2设置炭基填料墙6来实现。炭基填料墙尺寸为厚度为40～60cm、与沟渠同宽，略高于沟渠顶部，以使稻田水充分接触炭基填料墙，对水中污染物进行吸附沉降。炭基填料墙6的外壳采用硬度较大的塑料制成的可移动式多孔框架8，以便定期取出更换。多孔框架8内部中空，且外壁上通过开孔形成透水结构。框架内部的结构如图5所示，其内腔中在迎水面、出水面和底部分别铺设有2～3cm的海绵层9，必要时可在内腔的各个面上都覆盖海绵层，以防止较小填充颗粒的流失。海绵层9之间的空腔中填充有两层不同的填料，其中下部为渗滤层11，上部为炭基吸附填料层10。渗滤层11可以由不透水的粒装滤料堆叠而成，用于对排水进行渗滤。而炭基吸附填料层10则采用炭基的吸附材料，例如常规的活性炭等。在本实施例中，渗滤层11由粒径3～5mm的级配砾石填充，填充高度为炭基填料墙高度的四分之一。级配砾石可优选采用填充体积比例为1:1:1的陶粒、砂石和鹅卵石混合组成，具有较好的渗滤出污效果。炭基吸附填料层10采用粒径3～5mm的稻壳炭或粒径5～10mm的竹炭，填充高度为炭基填料墙高度的四分之三。两种炭可以单独使用，也可以组合使用，优选的为稻壳炭和竹炭混合且填充的体积比例为1:2。当然，两层填料层中具体的填料也可以根据需要进行调整。渗滤层能使水体中的悬浮污染物得到沉降和吸附，炭基吸附填料层可以有效吸收水体中氮磷等富营养化污染物，且停留在炭基填料墙上的氮磷在微生物作用下发生转化，从而提高了农田排水水处理效果。

由于在炭基填料墙6中，渗滤层11位于底部，因此农田排水在吸附拦截区中将呈现水平、垂直复合潜流态。炭基填料墙6上部的水流会沿墙体向下流动，污染物在流动过程中被炭基填料吸附，进入渗滤层11后开始以水平流形式通过进入后续的储水排水区3。农田排水中的污染物首先通过滤料的阻截和筛除作用分别拦截不同粒径的有机污染物颗粒，再由滤料和滤料中附生的微生物吸附并通过微生物新陈代谢将其转化去除。由于饱和后的炭基材料中吸附了氮磷等营养元素，肥力增强，可以继续农用，作为非食用植物的肥料或土壤改良剂使用，达到资源化利用的目的。

基于上述拦截转化池，可以对农田排水进行拦截转化。而且该拦截转化池可以在农田排水沟渠的不同位置沿程多个，作为过程消纳；也可以设置在沟渠的末端，作为尾水调节池。下面详述基于上述拦截转化池对农田排水进行拦截转化的方法，其步骤如下：

1)在农田排水沟渠的中间或者末端位置开挖拦截转化池，并将沉水植物14和挺水植物15种植于植生袋13上；

2)将农田排水通过沟渠汇流收集后，从进水口输入拦截转化池中；

3)利用缓冲调流墙4对水流进行消能降速，并使水流沿着过流孔12，以潜流态形式进入后续的生态隔离带5中；

4)利用生态隔离带5中植生袋13上种植的沉水植物14和挺水植物15，对农田排水带来的泥沙和养分进行阻截，泥沙沉积于生态隔离带5内，而排水中的养分则通过植物进行吸收；

5)经过生态隔离带5初步阻截后的农田排水，进一步通过炭基填料墙6进行吸附沉降；农田排水在流动过程中接触炭基吸附填料层10，使得水体中氮、磷及有机物被炭基吸附填料吸附，再由填料中附生的微生物通过新陈代谢将其转化去除；炭基吸附填料层10处的农田排水随着炭基填料墙6向下流动，形成垂直流，并经过渗滤层11进入储水排水区3中；农田排水在经过渗滤层11过程中，污染物被再次过滤和吸收；

6)储水排水区3中的农田排水通过出口排入后方的农田排水沟渠或其他水体中；

7)定期取出炭基填料墙6，并更换其中的炭基吸附填料后重新放入池中，更换出的旧填料，特别是炭基吸附填料可以作为肥料还田。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。