一种农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统及方法

本发明涉及农业面源污染拦截，尤其涉及到农业面源脉冲式高负荷磷污染的末端拦截。

背景技术：

1、农业面源污染：

2、在农业生产过程中产生的、未经合理处置的污染物对水体、土壤和空气及农产品造成的污染，具有位置、途径、数量不确定、随机性大、发生范围广、防治难度大等特点。农业面源污染主要来源是农村农作物生产过程中产生的废弃物，包括农业生产过程中不合理使用而流失的农药、化肥、残留在农田中的农用薄膜和处置不当的畜禽粪便、恶臭气体以及不科学的水产养殖等产生的水体污染物。

3、农业面源脉冲式磷污染：

4、农业面源磷脉冲式污染主要特征是污染的季节性剧烈波动，特别表征为在农业生产活动关键时期，如每年6月-7月水稻种植期，或10月份蟹塘尾水排放季等，以脉冲的方式，大量磷等养分通过农田或者养殖排水的方式进入自然水体，造成短期污染强度急剧增加，自然水体指标急剧恶化（如图1）。具有治理响应时间短、难度大、负荷高、环境压力大等特征和问题。

5、农业面源磷污染的特点：

6、有研究表明，70%的农业面源污染的磷排放以土壤颗粒形式释放至水体，而剩余30%的农业面源污染磷以溶解性磷酸盐进入水体。因此，控制农业面源污染中磷元素，必须同时拦截颗粒态和溶解态磷。

7、针对上述农业面源脉冲式污染，其强度大，原有的生态拦截装置负荷过高易失效的问题，本发明提供一种农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统及方法，具有快速拦截、有效控制污染物、循环可利用、生态环保的优点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统及方法。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，该系统包括：

4、水流拦截通道底板、以及连接所述水流拦截通道底板的两侧边并向外倾斜的一对水流拦截通道侧板，以形成梯形截面的水流拦截通道结构；

5、导流拦截板，若干个导流拦截板相隔一段距离且可转角度地连接在水流拦截通道侧板内侧面上，以在各导流拦截板之间的间隔空间内形成涡流，拦截并沉淀农业面源污染中颗粒态磷；

6、装有吸附材料的养分吸附回收包，若干个养分吸附回收包呈点阵方式附着于各导流拦截板之间的间隔空间内，用以吸附农业面源污染中水溶性磷。

7、进一步的，所述导流拦截板为弹性件，导流拦截板的一侧边直接与水流拦截通道侧板的内侧面相连接，导流拦截板随水流速度产生不同程度形变，从而根据水流量自适调整其与水流拦截通道侧板之间的角度。

8、进一步的，所述导流拦截板的一侧边与水流拦截通道侧板的内侧面相铰接，以铰接结构约束导流拦截板的转动范围，以适应不同的水流量。

9、进一步的，所述养分吸附回收包为可降解塑料无纺布剪裁制成的条状袋，在该条状袋内装有生物炭负载纳米零价铁材料作为吸附材料。

10、进一步的，若干份所述养分吸附回收包串联且竖向位于各导流拦截板之间的间隔空间内，所述养分吸附回收包的底端通过弹性件固接至水流拦截通道底板上，使得成串的养分吸附回收包随涡流进行一定角度的摆动。

11、进一步的，所述养分吸附回收包的顶端通过弹性件连接至水流拦截通道底板上方设置的相应固定结构上，用以限制吸附回收肥料包的摆动范围。

12、进一步的，在所述水流拦截通道结构的一端面设有一对截面径流驳接口，分别用于进水和出水，水流拦截通道结构的另一端面设有排/进水口，用于排水或反冲洗进水。

13、进一步的，所述截面径流驳接口连通l形管，以l形管的竖向l边的高度来调节水位。

14、一种农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截方法，该方法包括以下步骤：

15、步骤1）在原有的沟渠边上并排安装水流拦截通道底板和水流拦截通道侧板，形成梯形截面的水流拦截通道结构；

16、步骤2）在水流拦截通道结构的截面径流驳接口处通过l形管与传统沟渠相连通；

17、步骤3）在水流拦截通道结构的排/进水口通过三通阀连通外水流拦截通道与传统沟渠；

18、步骤4）在农业面源脉冲式高负荷磷污染发生期，在可降解塑料无纺布剪裁制成的条状袋内提前装入生物炭负载纳米零价铁材料；

19、步骤5）通过水位及流速判断，选用不同高度竖向l边的l形管来调节水位，同时将传统沟渠出水切断，水体经过大气压强流入水流拦截通道结构后，根据流速，自适应或主动调节导流拦截板与水流拦截通道侧板之间的角度，利用水的黏滞力和涡流效应，水体在导流拦截板处流速变慢，颗粒态磷被逐级拦截沉淀，而水溶性磷在生物炭负载纳米零价铁材料的强吸附作用下，被有效固定；

20、步骤6）在农业面源污染脉冲式高负荷磷污染拦截完成后，将水流拦截通道结构的排/进水口处的三通阀门切换，使得常规沟渠水体由排/进水口直接进入水流拦截通道结构进行反冲洗，将拦截过程中拦截的颗粒态磷反向冲洗至截面径流驳接口，同时降低l形管的竖向l边高度，将截面径流驳接口处的l形管的改成低位管，并在l形管的横向l边管套上可降解无纺布材料制成的养分收集袋，通过养分收集袋收集颗粒态磷；

21、步骤7）将养分收集袋及收集的颗粒态磷直接回田，将吸附回收肥料包及收集水溶性磷作为开发炭基富磷富铁堆肥或有机肥的基础原料。

22、所述步骤4）中：

23、可降解塑料无纺布优选pla和pbat材质，并采用浆粕气流方式制成，使其其纤维直径应满足20±5μm，单位面积重量满足120±10g/m2，并用2mm滚筒式针打孔，使得孔密度为每平方厘米4孔，形成可降解塑料无纺布网；

24、生物炭负载纳米零价铁材料优选小麦、水稻、玉米秸秆，将秸秆破碎至5~8cm，在450度环境下进行热解炭化获得生物炭，采用液相还原法制备生物炭纳米零价铁，使得纳米零价铁平均粒径50nm，纯度99.9%，比表面积20m2/g，体积密度2.3 g/cm3，负载过程中用氮气保护，利用磁选法分离，分离所得的生物炭负载纳米零价铁材料再经过去氧水清洗后干燥，装入塑料密封袋并充入氮气保护备用，并使得每1kg生物炭负载纳米零价铁量不低于35.0g。

25、本发明的有益效果是:

26、本发明系统部署拦截快速，能进行预制，能有效控制污染物，还可循环利用，只需更换生物炭负载纳米零价铁材料即可，更加生态环保。

技术特征：

1.一种农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，其特征在于，该系统包括：

2.根据权利要求1所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，其特征在于，所述导流拦截板（3）为弹性件，导流拦截板（3）的一侧边直接与水流拦截通道侧板（2）的内侧面相连接，导流拦截板（3）随水流速度产生不同程度形变，从而根据水流量自适调整其与水流拦截通道侧板（2）之间的角度。

3.根据权利要求1所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，其特征在于，所述导流拦截板（3）的一侧边与水流拦截通道侧板（2）的内侧面相铰接，以铰接结构约束导流拦截板（3）的转动范围，以适应不同的水流量。

4.根据权利要求1所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，其特征在于，所述吸附回收肥料包（4）为可降解塑料无纺布剪裁制成的条状袋，在该条状袋内装有生物炭负载纳米零价铁材料作为吸附材料。

5.根据权利要求4所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，其特征在于，若干份所述养分吸附回收包（4）串联且竖向位于各导流拦截板（3）之间的间隔空间内，所述养分吸附回收包（4）的底端通过弹性件（6）固接至水流拦截通道底板（1）上，使得成串的养分吸附回收包（4）随涡流进行一定角度的摆动。

6.根据权利要求5所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，其特征在于，所述养分吸附回收包（4）的顶端通过弹性件（6）连接至水流拦截通道底板（1）上方设置的相应固定结构上，用以限制养分吸附回收包（4）的摆动范围。

7.根据权利要求1所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，其特征在于，在所述水流拦截通道结构的一端面设有一对截面径流驳接口（7），分别用于进水和出水，水流拦截通道结构的另一端面设有排/进水口（8），用于排水或反冲洗进水。

8.根据权利要求7所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统，其特征在于，所述截面径流驳接口（7）连通l形管（5），以l形管（5）的竖向l边的高度来调节水位。

9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统的拦截方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截方法，其特征在于，所述步骤4）中：

技术总结
本发明是一种农业面源脉冲式高负荷磷污染末端拦截系统及方法，系统包括：水流拦截通道拦截底板、以及连接所述水流拦截通道拦截底板的两侧边并向外倾斜的一对水流拦截通道拦截侧板，以形成梯形截面的水流拦截通道结构；导流拦截板，若干个导流拦截板相隔一段距离且可转角度地连接在水流拦截通道拦截侧板内侧面上，以在各导流拦截板之间的间隔空间内形成涡流，拦截并沉淀农业面源污染中颗粒态磷；装有吸附材料的养分吸附回收包，若干个养分吸附回收包呈点阵方式附着于各导流拦截板之间的间隔空间内，用以吸附农业面源污染中水溶性磷。本发明系统部署拦截快速，能进行预制，能有效控制污染物，还可循环利用，更加生态环保。

技术研发人员：施林林,朱卫峰,马云浩,惠武彬,杨秋平,程烨,刘文
受保护的技术使用者：苏州市农业科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16