坡地农田土壤径流重金属阻隔带布置结构的制作方法

1.本发明涉及一种坡地农田土壤径流重金属阻隔带布置结构，属于农田土壤污染控制技术领域。


背景技术：

2.对于已被重金属污染农田土壤，其重金属多积累在土壤表层，降雨时产生的地表径流容易将土壤浅层的重金属淋出进入径流中，并随着土壤径流往下游迁移，增加下游农田土壤重金属输入而导致新的污染。特别对于我国山区的坡地农田而言，一方面农田土地资源十分有限，必须加强对农田污染的预防工作；另一方面上游受污染土壤中的重金属会随径流作用快速向下游农田迁移，从而导致污染面积扩大。为防止径流输送重金属对农田的污染，目前采取类似固化稳定化或化学淋洗的方式对已污染的土壤进行防控或治理修复仍存在不足，如固化稳定化后的重金属经过一段时间后会再次溶出对环境造成污染，而化学淋洗的成本高昂，并且会破坏土壤的营养结构。因此对于重金属随水流携带输入而引起的重金属污染扩散，采取土壤阻隔是防止坡地农田土壤重金属污染的有效措施之一。
3.目前常用的阻隔技术措施主要有两大类型。一类是阻隔墙技术，如40年前美国环保署提出通过原位竖向阻隔墙(vertical cutoff wall)，将污染场地与周边环境实现物理隔离，该技术用低渗透材料构建阻隔墙，具有能长期阻隔污染物、防渗透效果好等优点。阻隔墙的材料可以分为：水泥墙、板桩墙、土壤搅拌墙、土工膜墙。阻隔墙技术对防止污染物迁移有很好的效果，但是该技术适用于渗流速度较低的地下水污染，同时对阻隔墙材料要求较高。另一类是阻隔带技术，包括可渗透反应墙技术、缓冲带、渗流池、滞留池技术等。处理对象是土壤径流、地下水的污染物。其技术原理是利用阻隔带的高渗透性，当含污染物的水流经过阻隔带时，阻隔带的填料、植物通过吸附、截流和降解等作用减少水流中的污染物浓度。可渗透反应墙可以处理地下水中的氨氮、有机物、重金属，采用活性炭粉和石灰石粉作为材料，对地下水中重金属的长期去除效率达到96％。而利用土壤、乔木、黑麦草等组成缓冲带，对径流中的cd
2+
、pb
2+
去除效果达到93％和85％。阻隔带技术是利用高渗透性材料减少污染物浓度、防止污染面积扩大的有效措施。
4.国内现有关于对土壤重金属阻隔的相关专利主要有“一种金属矿山酸性固废堆场生态阻酸修复方法”(cn202210776745.1)、“一种土壤重金属矿山废渣阻隔结构”(cn202120095385.x)、“一种用于农田重金属污染源对客土污染的阻隔结构”(cn202022384057.x)、“减少重金属污染农业的农田阻隔装置”(cn202020665240.4)、“一种重金属污染土壤的原位阻隔治理方法”(cn201410030243.x)、“一种果园重金属污染土壤的客土修复方法”(cn201910318414.1)、“防治河道河水与河岸土壤中重金属交互迁移污染的吸附阻隔墙”(cn201710118924.5)等。上述专利主要涉及采用低渗透性材料以隔断污染物随水流的输入，或利用植物的滞留和降解作用减少污染物的后续输出，且多数均需要修建固定的建筑设施。此外，目前常规阻隔技术采用低渗透材料直接阻断了水文流动通道，不仅不能保持上下游农田土壤的水气通道，而且对于壤中流的阻隔拦截中不适用。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种坡地农田土壤径流重金属阻隔带布置结构，在防止径流输送重金属对下游农田的污染同时又能保持上下游土壤的水气通道，不影响下游为污染农田的农业生产。
6.为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：坡地农田土壤径流重金属阻隔带布置结构，包括上游污染坡地农田与下游未污染农田，沿上游污染坡地农田与下游未污染农田交界处挖掘有设定深度的沟槽，沟槽内沿其长度方向分层堆放有重金属吸附生态袋。其中，“重金属吸附生态袋”是指在包装袋内装填重金属吸附材料后形成。包装袋无特殊技术要求，只需要具有一定的透水性能即可。优选地，包装袋可采用商品化产品，尺寸为0.3m～0.5m
×
0.6m～0.8m，由丙纶(聚丙烯纤维)或涤纶(pet纤维)的无纺布制成，在包装袋中预先装填粒径0.2mm～1.0mm的重金属吸附材料，重金属吸附材料可以是下列2～4种材料进行组合：沸石、膨润土、海泡石、磷矿粉、椰壳生物炭、玉米桔梗生物炭、堆肥等。
7.进一步的是：沟槽的截面为矩形，深度为0.8m～1.2m，宽度1.2m～2.0m。
8.进一步的是：位于沟槽下沿的重金属吸附生态袋顶端面相较于位于沟槽上沿的重金属吸附生态袋顶端面高出0.3m～0.5m，沟槽下沿是指沟槽靠近下游未污染农田的这一侧，沟槽上沿是指沟槽靠近上游污染坡地农田的这一侧。
9.进一步的是：沟槽靠近上游污染坡地农田的这一侧在沟槽上边沿埋设有拦渣格栅，拦渣格栅沿沟槽长度方向布置，拦渣格栅的顶端伸出其所在位置的地面设定高度。
10.进一步的是：拦渣格栅的顶端伸出其所在位置的地面0.2m～0.4m。
11.进一步的是：拦渣格栅为横向筋板和竖向筋板组成的网状栅格，拦渣格栅的栅格净空宽度为0.02m～0.04m。
12.进一步的是：拦渣格栅为孔状栅格，孔的内直径为0.02m～0.04m。
13.本发明优选适用于坡度小于20
°
的坡地农田。
14.本发明的有益效果是：
15.1.上游污染坡地农田含重金属的径流在流经设置的拦渣格栅时，水流中浮渣被拦截，避免浮渣堵塞生态袋间隙，导致后续渗水能力下降。
16.2.上游污染坡地农田含重金属的径流进入沟槽后，在流经多层生态袋时，水中多种重金属被生态袋中吸附材料吸附，使得下渗或侧面渗出的水中重金属浓度大幅降低。
17.3.采用在农田中直接挖掘沟槽，并在沟槽中堆放生态袋，而在生态袋中装填重金属吸附材料的阻隔带构建方式，现场施工要求和流程简单，装填重金属吸附材料的生态袋可以在厂家或异地制备完成后运输至现场直接堆放，减少现场作业场地和人工等要求；同时，便于通过更换失效的生态袋，保持阻隔带的长期效果且现场管理方便。
18.4.采用的吸附阻隔材料具有高渗透性，对其他阴阳离子如na
+
、k
+
、no
3-以及气体、微生物等吸附能力弱，因此可以有效保持上下游土壤之间营养物质和水气的流通，对下游未污染农田的农业生产影响较小。
附图说明
19.图1为本发明的立面结构示意图。
20.图2为本发明的拦渣格栅结构示意图一。
21.图3为本发明的拦渣格栅结构示意图二。
22.图中标记：上游污染坡地农田1，含重金属径流2，拦渣格栅3，重金属吸附生态袋4，下游未污染农田5，沟槽6，地表径流7，沟槽宽度a，沟槽深度b，栅格净宽c，格栅地面高度d。
具体实施方式
23.为便于理解和实施本发明，选本发明的优选实施例结合附图作进一步说明。
24.如图1所示，本发明包括上游污染坡地农田1与下游未污染农田5，沿上游污染坡地农田1与下游未污染农田5交界处挖掘有设定深度的沟槽6，沟槽6内沿其长度方向分层堆放有重金属吸附生态袋4。其中，“重金属吸附生态袋4”是指在包装袋内装填重金属吸附材料后形成。包装袋无特殊技术要求，只需要具有一定的透水性能即可。优选地，包装袋可采用商品化产品，尺寸为0.3m～0.5m
×
0.6m～0.8m，由丙纶(聚丙烯纤维)或涤纶(pet纤维)的无纺布制成，在包装袋中预先装填粒径0.2mm～1.0mm的重金属吸附材料，重金属吸附材料可以是下列2～4种材料进行组合：沸石、膨润土、海泡石、磷矿粉、椰壳生物炭、玉米桔梗生物炭、堆肥等，例如沸石：堆肥：生物炭＝45；35：20；沸石：堆肥：生物炭：磷矿粉＝40；35：20：5；沸石：堆肥：生物炭：磷矿粉＝45；28：27：10；沸石：堆肥：生物炭：磷矿粉＝43；32：18：7等。
25.为便于施工，且有效保证生态袋的重金属吸附效果，沟槽6的截面优选为矩形，深度为0.8m～1.2m，宽度1.2m～2.0m。
26.为提高生态袋的重金属吸附效果，位于沟槽6下沿的重金属吸附生态袋4顶端面相较于位于沟槽6上沿的重金属吸附生态袋4顶端面高出0.3m～0.5m，沟槽6下沿是指沟槽6靠近下游未污染农田5的这一侧，沟槽6上沿是指沟槽6靠近上游污染坡地农田1的这一侧。
27.为便于对浮渣进行拦截，沟槽6靠近上游污染坡地农田1的这一侧在沟槽6上边沿埋设有拦渣格栅3，拦渣格栅3沿沟槽6长度方向布置，拦渣格栅3的顶端伸出其所在位置的地面设定高度。上游污染坡地农田1含重金属的径流在流经设置的拦渣格栅3时，水流中浮渣被拦截，避免浮渣堵塞生态袋间隙，导致后续渗水能力下降。
28.优选地，拦渣格栅3的顶端伸出其所在位置的地面0.2m～0.4m，可进一步优选为0.3m。
29.如图2所示，拦渣格栅3可以为横向筋板和竖向筋板组成的网状栅格，拦渣格栅3的栅格净空宽度为0.02m～0.04m。
30.如图3所示，拦渣格栅3可以为孔状栅格，孔的内直径为0.02m～0.04m。
31.拦渣格栅3的材料可以采用铸铁，不锈钢或高分子材料。
32.本发明优选适用于坡度小于20
°
的坡地农田。
33.本发明实施后的处理效果如下：
34.在实验室装置上用复合重金属污染土壤为材料，采用模拟人工降雨方式进行实验，按1年降雨量的实验结果如表1和表2所示，采用的吸附材料配比为：沸石：堆肥：生物炭：磷矿粉＝40：35：20：5。
35.表1实验阻隔效果(径流流速5cm/min)
36.金属土壤含量(mg/kg)径流浓度(mg/l)阻隔带出水浓度浓度(mg/kg)阻隔效率(％)镉cd18.90.500.02894.4铅pb299.60.500.02096.0
锌zn12250.01.600.1093.8
37.表2实验阻隔效果(径流流速25cm/min)
38.金属土壤含量(mg/kg)径流浓度(mg/l)阻隔带出水浓度浓度(mg/kg)阻隔效率(％)镉cd18.90.500.03293.6铅pb299.60.500.01297.6锌zn12250.01.600.17689.0
39.以上所述仅为本发明示意性具体实施方案，并非用以限制本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。