利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法
2023-09-23 13:10:55 2
利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法，屬於農業氮、磷面源汙染控制【技術領域】。溝渠的前段為水生植物組合吸收區，設有若干生物過濾箱呈S形排列於溝底，箱內填充基質，在溝渠水面與生物過濾箱內種植高吸收氮、磷的水生植物組合；溝渠後段為基質組合吸附區，底部鋪設有粉煤灰與蛭石的混合物；溝渠末端安裝調控稻田排水流速的閘門。本發明對稻田排水中氮、磷攔截率可達40~60%，並顯著提高水體透明度，且本發明建立在原有農田排水溝渠的基礎上，省去了大量基建成本，水生植物與吸附基質也便於獲取。
【專利說明】利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農業氮、磷面源汙染控制【技術領域】，具體涉及一種利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法。
【背景技術】
[0002]隨著農業集約化、規模化程度的不斷提高，農業面源汙染問題也日益突出。第一次全國汙染源普查公報顯示:農業源是總氮、總磷排放的主要來源，分別佔排放總量的57.2%和67.4% ;其中，種植業總氮流失量159.78萬噸，總磷流失量10.87萬噸，佔農業源流失總量的50%以上。水稻是太湖流域種植面積最廣的作物，稻田氮、磷徑流已成為影響周邊河流、湖泊等地表水水質的重要汙染途徑，因此，通過對稻田流失的氮、磷養分進行消納而減少其向水體的排放是今後農業與環保領域工作的重中之重。
[0003]利用種植有水生植物的生態溝渠，對稻田排水中的氮、磷進行攔截消納已是一種較常用的生態工程，即在溝渠中種植水生植物，通過吸附、吸收、沉澱、過濾與微生物降解等多種方式，達到原位消納排水中部分氮、磷汙染物的目的。但眾所周知，實際工程中僅依賴水生植物對稻田溝渠中高濃度氮、磷的的攔截效果是有限的，一般僅為10%左右效果。因此，在該已有技術的基礎上，結合其他的技術措施，如基質吸附、氧化塘等，提高對稻田排水的脫氮除磷效果，將會取得更好的生態及環境效益。
【發明內容】
[0004]本發明目的是，針對目前常規依賴水生植物對溝渠中高濃度稻田排水氮、磷一般僅有10%左右低效攔截效果，導致稻田氮、磷面源汙染難以得到明顯控制的問題，提供一種利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法。
[0005]本發明目的通過以下技術方案得以實現:
利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法，按以下步驟進行:
(1)適用範圍:排水溝渠水面面積與稻田面積之比為1:1000-5000;稻田排水量為每公頃每天10-30 t,稻田排水的總氮濃度為5-50 mg I71,總磷濃度為0.5-5 mg L-1 ；
(2)排水溝渠的結構設置:由前段的水生植物組合吸收區與後段的基質組合吸附區及末端的排水閘門組成，其中，水生植物組合吸收區與基質組合吸附區的長度比例為廣2:1 ;具體是:
1)水生植物組合吸收區:由生物過濾箱和水生植物及溝渠組成，其中每隻生物過濾箱由多孔磚砌成，長度為0.8-1.2 m，高度為溝渠高的1/2，寬度為溝渠寬的1/3-1/2，多孔磚空隙的朝向為水流通過方向；箱內填充蛭石作基質；各生物過濾箱按前一隻的左側貼緊溝渠的溝壁，則後一隻的右側貼緊溝壁，兩箱前後間隔5-10m，呈S形狀排列在溝渠底部；該區的溝渠水面與生物過濾箱內分別種植水生植物，其中，溝渠水面種植漂浮植物水浮蓮，密度為20-30株m2，生物過濾箱內種植常綠鳶尾、再力花或美人蕉，密度為10-20株m-2 ;且上述水生植物的枯枝落葉需及時清除，以免造成二次汙染；2)基質組合吸附區:在該區段的溝渠底部全面鋪設厚度為0.05、.2 m由120目粉煤灰與60目蛭石按重量1:3?4的混合物；
3)排水閘門:位於溝渠的末端，調控稻田的排水在溝渠中的水力停留時間為4?12小時。
[0006]本發明的有益效果是:
1.本發明的排水溝渠由「水生植物組合吸收區」和「基質組合吸附區」組成，該溝渠較常規種植單一水生植物的溝渠對氮、磷的去除率可提高30%以上；同時，水生植物通過組合篩選後，在種植密度較單一植物降低20%的條件下，仍可達到單一水生植物對氮、磷的去除效果，且由於根系與莖葉呈錯層分布，更利於溝渠的排水；在粉煤灰與蛭石基質的組合中，粉煤灰與蛭石用量比例為1:3?4時，對氮、磷的去除率較1:1與1:2的組合比例高出25%以上；綜上特點，本發明提供的利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法，對稻田排水中氮、磷的攔截率均可達到40飛0%，並可顯著提高水體的透明度。
[0007]2、本發明的「水生植物組合吸收區」，通過在該區溝渠底部設置呈S型分布的生物過濾箱、箱內填充對氮、磷具較強吸附能力的蛭石作基質及在溝渠水面與生物過濾箱內種植對氮、磷具有較強吸收能力的水生植物組合(見實施例1)，既可通過生物過濾箱的阻擋作用增加水流在溝渠內的停留時間，又可利用材料的吸附作用、植物的吸收作用與微生物的降解作用，消納稻田排水中的部分氮、磷。
[0008]3、本發明的「基質組合吸附區」，通過將兩種分別對氮、磷具有較高吸附性能的基質進行優化比例組合(見實施例2)，可大量吸附稻田排水中的氮、磷與顆粒物，進一步降低溝渠排水中的氮、磷濃度，最終達到削減稻田排水氮、磷入河量的目標。
[0009]4、本發明由於可充分.利用原有的排水溝渠，省去了基建工程，故造價成本較低、操作簡單、便於維護，可在太湖流域稻田中進行推廣應用。
[0010]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明排水溝渠的結構、水生植物的種植示意圖。
[0012]其中，1、水生植物組合吸收區；2、基質組合吸附區；3、排水閘門；4、生物過濾箱；
5、水生植物水浮蓮；6、水生植物常綠鳶尾/再力花/美人蕉；7、粉煤灰與蛭石組合。
[0013]圖2為六種不同水生植物對水體總氮與總磷的去除率。
[0014]圖3為不同水生植物組合對水體總氮與總磷的去除率。
【具體實施方式】
[0015]通過以下實施例對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的內容並不局限於此。
[0016]實施例1:(對水生植物組合的篩選)
依據一般稻田排水中氮、磷的濃度，調整汙水中總磷TP初始濃度為5 mg L—1，總氮TN初始濃度為50 mg L'水生植物選擇漂浮植物——水浮蓮與黃花水龍，挺水植物——再力花、常綠鳶尾與美人蕉，沉水植物一聚草，種植密度為50株m2。經過15天的試驗發現，水浮蓮對TN與TP的去除效率都最高，分別達到了 49.6%與48.8% (圖1);再力花、常綠鳶尾與美人蕉的去除率均達到30%以上；而聚草對氮、磷的去除率均低於20%，效果最差。[0017]考慮到實際工程中需減少高密度水生植物對水流的阻擋作用，利用漂浮植物與挺水植物根系與莖葉在溝渠水中的錯層分布，以漂浮植物水浮蓮為主要植物，研究了其與挺水植物再力花、常綠鳶尾及美人蕉分別組合對水體氮、磷的去除效率，水浮蓮與三種挺水植物的種植密度均為20株m_2，即每種組合的總種植密度均為40株m_2。結果表明15天後，水浮蓮與再力花、常綠鳶尾及美人蕉任意一種的組合均可以達到很好的脫氮除磷的效果，其中對TN的去除率為53.1-54.9%，對TP的去除率為50.8飛4.5%(圖2)，因此，均可作為生態溝渠中水生植物的理想組合。
[0018]實施例2:(對基質組合的篩選)
通過等溫吸附試驗，研究了蛭石、粉煤灰、火燒石、活性炭與礬土五種基質對氮、磷的吸附特徵，其中，NH/-N 濃度為 5、10、20、40、60 與 80 mg ?Λ TP 濃度為 1、2、4、6、8 與 10 mgL4,試驗進行24h。五種基質對NH/-N與TP的吸附特徵採用Langmuir方程進行擬合。結果表明，蛭石對NH/-N的飽和吸附量最大，但對TP的飽和吸附量最小，粉煤灰對TP的飽和吸附量最大，而對NH4+-N的飽和吸附量較小(表I)。
[0019]表I五種供試基質的NH4+-N與TP等溫吸附曲線相關參數
【權利要求】
1.利用排水溝渠攔截消納稻田流失氮、磷的方法，其特徵在於按以下步驟進行: (1)適用範圍:排水溝渠水面面積與稻田面積之比為1:1000-5000;稻田排水量為每公頃每天10-30 t,稻田排水的總氮濃度為5-50 mg L-1,總磷濃度為0.5-5 mg L-1 ； (2)排水溝渠的結構設置:由前段的水生植物組合吸收區與後段的基質組合吸附區及末端的排水閘門組成，其中，水生植物組合吸收區與基質組合吸附區的長度比例為廣2:1 ;具體是: 1)水生植物組合吸收區:由生物過濾箱和水生植物及溝渠組成，其中每隻生物過濾箱由多孔磚砌成，長度為0.8-1.2 m，高度為溝渠高的1/2，寬度為溝渠寬的1/3-1/2，多孔磚空隙的朝向為水流通過方向；箱內填充蛭石作基質；各生物過濾箱按前一隻的左側貼緊溝渠的溝壁，則後一隻的右側貼緊溝壁，兩箱前後間隔5-10m，呈S形狀排列在溝渠底部；該區的溝渠水面與生物過濾箱內分別種植水生植物，其中，溝渠水面種植漂浮植物水浮蓮，密度為20-30株m-2，生物過濾箱內種植常綠鳶尾、再力花或美人蕉，密度為10-20株m-2 ;且上述水生植物的枯枝落葉需及時清除，以免造成二次汙染； 2)基質組合吸附區:在該區段的溝渠底部全面鋪設厚度為0.05-0.2 m由120目粉煤灰與60目蛭石按重量1:3-4的混合物； 3)排水閘門:位於溝渠的末端，調控稻田的排水在溝渠中的水力停留時間為4-12小時。
【文檔編號】C02F3/32GK103435165SQ201310428024
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】李華, 傅慶林, 景金富, 郭彬, 李凝玉, 劉琛, 丁能飛, 林義成 申請人:浙江省農業科學院