利用排水沟渠拦截消纳稻田流失氮、磷的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用排水沟渠拦截消纳稻田流失氮、磷的方法，属于农业氮、磷面源污染控制技术领域。沟渠的前段为水生植物组合吸收区，设有若干生物过滤箱呈S形排列于沟底，箱内填充基质，在沟渠水面与生物过滤箱内种植高吸收氮、磷的水生植物组合；沟渠后段为基质组合吸附区，底部铺设有粉煤灰与蛭石的混合物；沟渠末端安装调控稻田排水流速的闸门。本发明专利技术对稻田排水中氮、磷拦截率可达40~60%，并显著提高水体透明度，且本发明专利技术建立在原有农田排水沟渠的基础上，省去了大量基建成本，水生植物与吸附基质也便于获取。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，属于农业氮、磷面源污染控制
。沟渠的前段为水生植物组合吸收区，设有若干生物过滤箱呈S形排列于沟底，箱内填充基质，在沟渠水面与生物过滤箱内种植高吸收氮、磷的水生植物组合；沟渠后段为基质组合吸附区，底部铺设有粉煤灰与蛭石的混合物；沟渠末端安装调控稻田排水流速的闸门。本专利技术对稻田排水中氮、磷拦截率可达40~60%，并显著提高水体透明度，且本专利技术建立在原有农田排水沟渠的基础上，省去了大量基建成本，水生植物与吸附基质也便于获取。【专利说明】
本专利技术涉及农业氮、磷面源污染控制
，具体涉及一种。
技术介绍
随着农业集约化、规模化程度的不断提高，农业面源污染问题也日益突出。第一次全国污染源普查公报显示:农业源是总氮、总磷排放的主要来源，分别占排放总量的57.2%和67.4% ;其中，种植业总氮流失量159.78万吨，总磷流失量10.87万吨，占农业源流失总量的50%以上。水稻是太湖流域种植面积最广的作物，稻田氮、磷径流已成为影响周边河流、湖泊等地表水水质的重要污染途径，因此，通过对稻田流失的氮、磷养分进行消纳而减少其向水体的排放是今后农业与环保领域工作的重中之重。利用种植有水生植物的生态沟渠，对稻田排水中的氮、磷进行拦截消纳已是一种较常用的生态工程，即在沟渠中种植水生植物，通过吸附、吸收、沉淀、过滤与微生物降解等多种方式，达到原位消纳排水中部分氮、磷污染物的目的。但众所周知，实际工程中仅依赖水生植物对稻田沟渠中高浓度氮、磷的的拦截效果是有限的，一般仅为10%左右效果。因此，在该已有技术的基础上，结合其他的技术措施，如基质吸附、氧化塘等，提高对稻田排水的脱氮除磷效果，将会取得更好的生态及环境效益。
技术实现思路
本专利技术目的是，针对目前常规依赖水生植物对沟渠中高浓度稻田排水氮、磷一般仅有10%左右低效拦截效果，导致稻田氮、磷面源污染难以得到明显控制的问题，提供一种。本专利技术目的通过以下技术方案得以实现: ，按以下步骤进行: (1)适用范围:排水沟渠水面面积与稻田面积之比为1:1000-5000;稻田排水量为每公顷每天10-30 t,稻田排水的总氮浓度为5-50 mg I71,总磷浓度为0.5-5 mg L-1 ； (2)排水沟渠的结构设置:由前段的水生植物组合吸收区与后段的基质组合吸附区及末端的排水闸门组成，其中，水生植物组合吸收区与基质组合吸附区的长度比例为广2:1 ;具体是: 1)水生植物组合吸收区:由生物过滤箱和水生植物及沟渠组成，其中每只生物过滤箱由多孔砖砌成，长度为0.8-1.2 m，高度为沟渠高的1/2，宽度为沟渠宽的1/3-1/2，多孔砖空隙的朝向为水流通过方向；箱内填充蛭石作基质；各生物过滤箱按前一只的左侧贴紧沟渠的沟壁，则后一只的右侧贴紧沟壁，两箱前后间隔5-10m，呈S形状排列在沟渠底部；该区的沟渠水面与生物过滤箱内分别种植水生植物，其中，沟渠水面种植漂浮植物水浮莲，密度为20-30株m2，生物过滤箱内种植常绿鸢尾、再力花或美人蕉，密度为10-20株m-2 ;且上述水生植物的枯枝落叶需及时清除，以免造成二次污染；2)基质组合吸附区:在该区段的沟渠底部全面铺设厚度为0.05、.2 m由120目粉煤灰与60目蛭石按重量1:3?4的混合物； 3)排水闸门:位于沟渠的末端，调控稻田的排水在沟渠中的水力停留时间为4?12小时。本专利技术的有益效果是: 1.本专利技术的排水沟渠由“水生植物组合吸收区”和“基质组合吸附区”组成，该沟渠较常规种植单一水生植物的沟渠对氮、磷的去除率可提高30%以上；同时，水生植物通过组合筛选后，在种植密度较单一植物降低20%的条件下，仍可达到单一水生植物对氮、磷的去除效果，且由于根系与茎叶呈错层分布，更利于沟渠的排水；在粉煤灰与蛭石基质的组合中，粉煤灰与蛭石用量比例为1:3?4时，对氮、磷的去除率较1:1与1:2的组合比例高出25%以上；综上特点，本专利技术提供的，对稻田排水中氮、磷的拦截率均可达到40飞0%，并可显著提高水体的透明度。2、本专利技术的“水生植物组合吸收区”，通过在该区沟渠底部设置呈S型分布的生物过滤箱、箱内填充对氮、磷具较强吸附能力的蛭石作基质及在沟渠水面与生物过滤箱内种植对氮、磷具有较强吸收能力的水生植物组合(见实施例1)，既可通过生物过滤箱的阻挡作用增加水流在沟渠内的停留时间，又可利用材料的吸附作用、植物的吸收作用与微生物的降解作用，消纳稻田排水中的部分氮、磷。3、本专利技术的“基质组合吸附区”，通过将两种分别对氮、磷具有较高吸附性能的基质进行优化比例组合(见实施例2)，可大量吸附稻田排水中的氮、磷与颗粒物，进一步降低沟渠排水中的氮、磷浓度，最终达到削减稻田排水氮、磷入河量的目标。4、本专利技术由于可充分.利用原有的排水沟渠，省去了基建工程，故造价成本较低、操作简单、便于维护，可在太湖流域稻田中进行推广应用。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术排水沟渠的结构、水生植物的种植示意图。其中，1、水生植物组合吸收区；2、基质组合吸附区；3、排水闸门；4、生物过滤箱；5、水生植物水浮莲；6、水生植物常绿鸢尾/再力花/美人蕉；7、粉煤灰与蛭石组合。图2为六种不同水生植物对水体总氮与总磷的去除率。图3为不同水生植物组合对水体总氮与总磷的去除率。【具体实施方式】通过以下实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的内容并不局限于此。实施例1:(对水生植物组合的筛选) 依据一般稻田排水中氮、磷的浓度，调整污水中总磷TP初始浓度为5 mg L—1，总氮TN初始浓度为50 mg L'水生植物选择漂浮植物——水浮莲与黄花水龙，挺水植物——再力花、常绿鸢尾与美人蕉，沉水植物一聚草，种植密度为50株m2。经过15天的试验发现，水浮莲对TN与TP的去除效率都最高，分别达到了 49.6%与48.8% (图1);再力花、常绿鸢尾与美人蕉的去除率均达到30%以上；而聚草对氮、磷的去除率均低于20%，效果最差。考虑到实际工程中需减少高密度水生植物对水流的阻挡作用，利用漂浮植物与挺水植物根系与茎叶在沟渠水中的错层分布，以漂浮植物水浮莲为主要植物，研究了其与挺水植物再力花、常绿鸢尾及美人蕉分别组合对水体氮、磷的去除效率，水浮莲与三种挺水植物的种植密度均为20株m_2，即每种组合的总种植密度均为40株m_2。结果表明15天后，水浮莲与再力花、常绿鸢尾及美人蕉任意一种的组合均可以达到很好的脱氮除磷的效果，其中对TN的去除率为53.1-54.9%，对TP的去除率为50.8飞4.5%(图2)，因此，均可作为生态沟渠中水生植物的理想组合。实施例2:(对基质组合的筛选) 通过等温吸附试验，研究了蛭石、粉煤灰、火烧石、活性炭与矾土五种基质对氮、磷的吸附特征，其中，NH/-N 浓度为 5、10、20、40、60 与 80 mg ?Λ TP 浓度为 1、2、4、6、8 与 10 mgL4,试验进行24h。五种基质对NH/-N与TP的吸附特征采用Langmuir方程进行拟合。结果表明，蛭石对NH/-N的饱和吸附量最大，但对TP的饱和吸附量最小，粉煤灰对TP的饱和吸附量最大，而对NH4+-N的饱和吸附量较小(表I)。表I五种供试基质的NH4+-N与TP等温吸附曲线相本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用排水沟渠拦截消纳稻田流失氮、磷的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）适用范围：排水沟渠水面面积与稻田面积之比为1:1000~5000；稻田排水量为每公顷每天10~30?t，稻田排水的总氮浓度为5~50?mg?L?1，总磷浓度为0.5~5?mg?L?1；（2）排水沟渠的结构设置：由前段的水生植物组合吸收区与后段的基质组合吸附区及末端的排水闸门组成，其中，水生植物组合吸收区与基质组合吸附区的长度比例为1~2:1；具体是：????1）水生植物组合吸收区：由生物过滤箱和水生植物及沟渠组成，其中每只生物过滤箱由多孔砖砌成，长度为0.8~1.2?m，高度为沟渠高的1/2，宽度为沟渠宽的1/3~1/2，多孔砖空隙的朝向为水流通过方向；箱内填充蛭石作基质；各生物过滤箱按前一只的左侧贴紧沟渠的沟壁，则后一只的右侧贴紧沟壁，两箱前后间隔5~10m，呈S形状排列在沟渠底部；该区的沟渠水面与生物过滤箱内分别种植水生植物，其中，沟渠水面种植漂浮植物水浮莲，密度为20~30株?m?2，生物过滤箱内种植常绿鸢尾、再力花或美人蕉，密度为10~20株?m?2；且上述水生植物的枯枝落叶需及时清除，以免造成二次污染；?2）基质组合吸附区：在该区段的沟渠底部全面铺设厚度为0.05~0.2?m由120目粉煤灰与60目蛭石按重量1:3~4的混合物；3）排水闸门：位于沟渠的末端，调控稻田的排水在沟渠中的水力停留时间为4~12小时。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，傅庆林，景金富，郭彬，李凝玉，刘琛，丁能飞，林义成，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：