一种模块化农田排水梯级净化总氮去除系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种模块化农田排水梯级净化总氮去除系统及其方法，该系统包括依次连接的农田、S型反硝化净化系统、生态沟和梯级硝化系统。S型模块反硝化净化系统包括侧面挡板以及由中间隔板分隔成的反硝化净化区；生态沟包括植物净化区和端部设置的调节堰板；梯级硝化净化系统包括固定堰板和可更换堰板分隔的硝化净化区。农田排放含氮污水在梯级硝化净化系统将氨氮转化成硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，在S型模块反硝化净化系统中将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化成氮气。S型模块反硝化净化系统的数量和可更换堰板的数量可调。本发明专利技术因地制宜实现原位高效脱氮净化、稳定性高、运行灵活、投资少、运行成本低；工艺操作简单、生态环境效益好。

A modular system and its method for the removal of total nitrogen in cascade purification of farmland drainage

【技术实现步骤摘要】
一种模块化农田排水梯级净化总氮去除系统及其方法
本专利技术属于环保和水体修复领域，具体涉及一种模块化农田排水梯级净化总氮去除方法。
技术介绍
随着我国种植业飞速发展，农田种植业化肥施用用量不断增加，农田土壤中氮的含量和流失的氮不断增加，造成农田周边的水体污染加剧，导致水体富营养化。农田面源区域面积大、范围广、治理难度大、周期性长。在实际中，农户追求产量大，实施氮肥超出植物的生长实际需求量，面源污染加剧。目前，农田面源主要采用水肥控制技术、生态拦截技术、化学处理技术等。这些技术存在实施难度大、费用高、缺乏针对性差，处理效果不稳定。申请号201711460239.7稻田氮磷径流流失监测与预警装置及其使用方法，涉及环境监测
该装置由采样检测器1、监测传感器2、数据处理器3和用户终端4组成。本专利技术针对稻田氮磷径流流失发生的随机性和不确定性，克服了稻田排水中氮磷总氮、总磷监测困难的问题，直接测量稻田排水径流中的pH、溶解氧、氧化还原电位、温度、电导率、盐度、叶绿素和悬浮固体参数，间接测量总氮和总磷，并依据总氮、总磷浓度实时预警，实现了稻田排水水质的实时监测和氮磷流失风险预警，为环境管理者的决策提供科学依据，为农业面源污染防治提供装备支持。但该方法仅为氮磷径流流失监控方法，未有提出氮磷如何控制。申请号201711189976.8，一种农业面源污染物入河负荷削减系统。该系统包括：汇水沟、净化循环渠、沉淀塘、第一入河负荷监测装置、时间监控装置、第二入河负荷监测装置和远程终端。本专利技术通过环形净水循环渠中氮磷吸附装置和循环泵用于有效的对氮磷污染进行削减，净水循环渠和沉淀塘岸边和内部种植的各种植物可以有效削减重金属污染和其他污染，从而使得对进入受纳水体的农田排水污染进行了有针对性的有效削减；同时通过控制各闸门的工作情况和获取终端农业面源污染物入河负荷量，从而严控进入受纳水体的水质；进一步，根据氮磷负荷量的差值，重金属负荷量的差值，及其它污染物负荷量的差值，并结合沉淀时间，为本系统的合理调整提供了可靠依据。但该方法处理效果稳定性差、运行管理复杂等。申请号201611103198.1，一种基于土壤保墒原理的面源污染控制方法，包括顺着缓坡坡向做若干间距相同的等高线，在处于最顶部等高线上设置避免径流流量过大的截洪环槽，在垂直截洪环槽以下的缓坡等高线上种植若干作物，在间隔种植的作物之间均匀种植绿肥，在作物和绿肥间开设若干径流导排路径，在缓坡下设置与径流导排路径连通的，作为面污染处理缓冲带的果园，果园中均匀分布有若干径流导排路径，径流导排路径向外连通拦截固体杂质的预处理池，预处理池通过沉砂池与回收利用氮磷等营养元素的生态鱼塘连通。但该方法针对总氮去除效果差、稳定性不高、占地面积大。申请号201610704824.6，一种控制农业面源污染的多塘系统的构建方法，即在热带、亚热带地区构建多塘系统，该多塘系统包括多个农田水净化塘单元；每个农田水净化塘单元包括农田、水质净化塘和泵站，其具体步骤包括：S1确定总库容，S2确定分区库容，S3构建分区内的多塘体系，S4连通各分区形成多塘系统。本专利技术具有雨季蓄水、净化，旱季减少提灌量并净化农田回水的优点。但该方法占地面积大、投资大、运行成本高、总氮去除效果低。申请号201610298724.8，一种利用生物炭垫层改良沿海滩涂盐碱地土壤的方法，公开了一种利用生物炭垫层改良沿海滩涂盐碱地土壤的方法，包括：规划改良单元和改良小区，开挖改良小区表层土壤至40～50cm，铺设10～20cm厚度的生物炭垫层，回填表土，自然降雨或淋洗排盐3～5次。本专利技术方法简便、改良周期短、效果稳定、无二次污染。在有效改良盐碱地土壤的同时，生物炭垫层使用还能同时有效控制农业面源污染，促进盐碱地土壤改良及农业生态的良性发展。本专利技术可应用于沿海滩涂盐碱地土壤的改良，改良后的土壤可用于种植水稻、小麦或盐碱资源植物等。但该方法占地面积大、投资大、运行成本高、对总氮去除缺乏针对性。申请号201610259032.2一种农业面源污染高效截流系统及控制方法，公开了一种农业面源污染高效截流系统及控制方法，截流系统包括用于开闭截流口的闸门、控制闸门开闭的启闭机、超声明渠流量计和控制单元。超声明渠流量计设置在截流井内用于测量截流井中水的流量，其输出接控制单元；控制单元输出端与启闭机连接，以根据超声明渠流量计检测到的流量通过启闭机控制闸门的启闭，结构简单，能够通过流量差变化进行截流。根据农灌沟渠径流量与DTP浓度的相关性和浓度峰值的出现规律，采用流量和时间组合控制方式，实现对农业面源污水的截流，可以最大程度上在相同截留水量的情况下截留更多的污染物，比现有的截流技术更加简便高效。但该方法仅对流量进行控制，未有涉及污染物去除，对于面源污染总氮的去除更未有涉及。申请号201610237195.0，一种强力风送远程施药装备，涉及一种强力风送远程施药装备，属于农业机械
该装备包括支撑在具有牵引轮的机架上的药液箱，机架的一端安置动力源于牵引机的传动轴，另一端安置叶轮轴铰支在机架上的离心风机；风机蜗壳的出风口装有导流风筒，导流风筒的出口上部安装可调角度的导流罩，导流罩外端的上侧和下侧分别装有喷射部件；药液箱经泵增压管路接喷射部件，传动轴经联轴器与风机叶轮传动连接；风机处的机架铰装有转位液压缸，液压缸的活塞杆外端与风机蜗壳铰接。但该方法仅对施药装备进行设计，并未涉及污染物控制，更未有涉及总氮的控制方法。申请号201610152812.7，一种低山丘陵区农业面源污染治理的方法，提供了一种低山丘陵区农业面源污染治理的体系方法，将丘陵坡地开垦为反坡梯地，每行梯地保持等高水平，不同行梯地相互平行并垂直于上坡地的倾斜方向；所述的体系方法包括：源头减量，所述的源头减量为替代与减量化学农药和减量化肥的使用；径流阻截，所述的径流阻截为在反坡梯地外坡面种植植物篱，在坡面、背沟和梯壁种植地表覆盖植物；过程控制，所述的过程控制设置截洪沟、排水纵沟、背沟、沉砂池和集水井和初期雨水收集装置，并形成网络；养分利用，所述的养分利用包括预处理单元和主体处理单元。但该方法占地面积大、投资大、运行成本高、缺乏对总氮的控制。申请号201610019955.0，一种水稻种植区农业面源污染生态治理方法，公开了一种水稻种植区农业面源污染生态治理方法，从农业面源污染流出农田到进入下游受纳水体的整个过程入手，提出三道防线的具体减污技术，以田间节水灌溉与水肥综合调控减少农业面源污染排放的源头控制为第一道防线，生态沟对农业面源污染的去除净化为第二道防线，塘堰湿地对农业面源污染的去除净化为第三道防线，三道防线之间为串联关系，即首端为第一道防线，其次联接到第二道防线，最后联接到第三道防线。本专利技术方法对农业面源污染中的氮磷排放净化效果好，提高了氮磷利用率，建设成本和运行成本均较低廉，丰富了水稻灌区植物多样性，适合在南方种植水稻的地区进行推广。但该方法占地面积大、投资大、稳定差、缺乏对总氮的去除。申请号201510843816.5，一种用于收集农业面源污染径流样品的采样器及其方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化农田排水梯级净化总氮去除系统，其特征在于，包括依次连接的农田、S型模块反硝化净化系统、生态沟和梯级硝化净化系统，梯级硝化净化系统的输出端经回流管道与S型模块反硝化净化系统的输入端连接；/n其中S型模块反硝化净化系统包括侧面挡板、中间隔板和反硝化净化区；侧面挡板围成截面为S型的模块反硝化净化系统，多块中间隔板分割S型模块反硝化净化系统成多个反硝化净化区；S型模块反硝化净化系统包括垂直农田方向和顺水流方向两部分，截面呈“L”型，其中垂直农田方向和顺水流方向长度比例1:1；/n生态沟包括植物净化区和调节堰板，生态沟末端设置调节堰板，调节堰板宽度同植物净化区；植物净化区边坡种植挺水植物；/n梯级硝化系统包括硝化净化区、固定堰板、可更换堰板；固定堰板将梯级硝化系统分隔为多个硝化净化区；梯级硝化系统的断面直径小于生态沟的断面直径。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化农田排水梯级净化总氮去除系统，其特征在于，包括依次连接的农田、S型模块反硝化净化系统、生态沟和梯级硝化净化系统，梯级硝化净化系统的输出端经回流管道与S型模块反硝化净化系统的输入端连接；
其中S型模块反硝化净化系统包括侧面挡板、中间隔板和反硝化净化区；侧面挡板围成截面为S型的模块反硝化净化系统，多块中间隔板分割S型模块反硝化净化系统成多个反硝化净化区；S型模块反硝化净化系统包括垂直农田方向和顺水流方向两部分，截面呈“L”型，其中垂直农田方向和顺水流方向长度比例1:1；
生态沟包括植物净化区和调节堰板，生态沟末端设置调节堰板，调节堰板宽度同植物净化区；植物净化区边坡种植挺水植物；
梯级硝化系统包括硝化净化区、固定堰板、可更换堰板；固定堰板将梯级硝化系统分隔为多个硝化净化区；梯级硝化系统的断面直径小于生态沟的断面直径。


2.权利要求1所述的一种模块化农田排水梯级净化总氮去除系统，其特征在于，S型模块反硝化净化系统的侧面挡板和中间隔板材质为原木木材，板厚8mm~12mm，中间隔板间隔0.6~0.8m，高度0.3~0.6m。


3.权利要求1所述的一种模块化农田排水梯级净化总氮去除系统，其特征在于S型模块反硝化净化系统的数量根据不同灌溉期总氮浓度设置，当TN<25mg/L时，采用S型模块反硝化净化系统1组；25mg/L≤TN<35mg/L，采用S型模块反硝化净化系统共2组；35mg/L≤TN<40mg/L，采用S型模块反硝化净化系统共3组；TN≥40mg/L以上，采用S型模块反硝化净化系统共4组以上。


4.权利要求1所述的一种模块化农田排水梯级净化...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓笑，马吴成，邵孝侯，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32