一種具有脫氮除磷功能的生態溝渠制造技術

本發明專利技術提供一種具有脫氮除磷功能的生態溝渠，包括類三面光溝渠主體、若干固體緩釋碳源填料池、升降式水壩；其中，所述固體緩釋碳源填料池位于所述類三面光溝渠主體底部的下方，所述升降式水壩位于所述生態溝渠沿水流方向的末端。整理來講，本發明專利技術充分考慮傳統土質溝渠和三面光水泥硬化溝渠存在的問題，開發了一種具有脫氮除磷功能的生態溝渠的構建方法。在保證農田溝渠正常排水功能的基礎上，對溝渠中的土壤吸附、填料吸附、植物吸收和生物降解等各部分的功能進行強化，同時豐富農田溝渠生物多樣性，實現對農田尾水中氮磷污染物的高效去除，使溝渠成為農田尾水與受納水體之間的氮磷污染物處理單元。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種具有脫氮除磷功能的生態溝渠。
技術介紹
以農田尾水為代表的農業面源污染日趨嚴重，農田氮磷化肥施用過量、大量氮磷污染物隨農田尾水排放進入周邊地表水體，給受納水體帶來嚴重的富營養化隱患。傳統土質溝渠內生長有植物，具備一定的土壤吸附、植物吸收和生物降解等功能，對氮磷污染物有一定的但不是非常顯著的去除功能，但經過一段時間的運行后，溝渠內雜草叢生、水土流失嚴重、水流不暢，氮磷污染物的去除效果得不到充分保證，因此對后續受納水體仍造成一定污染。目前農民經常采用的三面光水泥硬化溝渠主要作用是農田尾水的排放通道，硬化溝渠雖易于維護，但其內基本不長植物，對農田尾水中氮磷等污染物的去除能力弱，且水流速度快，農田尾水在溝渠內的停留時間非常短，因此農田尾水中的氮磷等污染物很難在溝渠內被充分去除。可見，傳統土質溝渠和三面光水泥硬化溝渠對農田尾水中的氮磷污染物的自凈能力弱，使得以農田尾水為主的農業面源污染呈現日趨嚴重趨勢。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種具有脫氮除磷功能的生態溝渠。本專利技術將農田生態溝渠作為農田尾水進入下游受納水體之前的一個處理單元，通過豐富農田溝渠生物多樣性，強化溝渠中的土壤吸附、填料吸附、植物吸收和生物降解等作用，使其對農田尾水中的氮磷等污染物具有較好去除效果，降低進入受納水體中的氮、磷含量，對提升農田面源污染自凈能力非常有用，具有十分重要的意義和廣闊的市場應用前景。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：本專利技術提供一種具有脫氮除磷功能的生態溝渠，包括類三面光溝渠主體、若干固體緩釋碳源填料池、升降式水壩；其中，所述固體緩釋碳源填料池位于所述類三面光溝渠主體底部的下方，所述升降式水壩位于所述生態溝渠沿水流方向的末端。優選地，所述類三面光溝渠主體的邊坡和底部由混凝土預制件鋪設而成，所述混凝土預制件的孔洞或所述混凝土預制件彼此拼接形成的孔洞中種植有對污染物具有較強吸收能力的水生植物。進一步優選地，所述預制件為連鎖型預制件。優選地，所述混凝土中添加有氮磷吸附填料。進一步地，所述氮磷吸附填料與混凝土的體積比為1:(3～5)。優選地，所述氮磷吸附填料為沸石、陶粒、火山巖混合物；進一步地，所述沸石、陶粒、火山巖的體積比為1:1:1(三種填料均勻配比，按此比例配比比較容易操作)。優選地，所述類三面光溝渠主體的邊坡坡度為1：(0.5～1)；其中，所述類三面光溝渠主體的溝渠底部寬度可以根據具體土地的利用情況做調整，溝渠內的水深因為考慮到要在溝渠內進行反硝化脫氮，反硝化是在缺氧條件下完成的，所以覆水深度至少要0.5米，加上水深之上的保護高度(取0.2米)后，溝渠深度至少為0.7米，比如：溝渠底部寬度為1～2米、深度為0.5～1.0米。為保證溝渠內水流的暢通，本專利技術采用連鎖型填料-混凝土預制件(制作過程中加入氮磷吸附材料)，對溝渠的三面進行修筑。這樣的邊坡和底部修筑方式既能保證水流的暢通，又能在溝渠的邊坡和底部種植水生植物，既避免了傳統土質溝渠雜草叢生的問題，又解決了三面光水泥硬化溝渠不生長植物的問題；通過在混凝土中添加具有氮磷吸附功能的材料，強化填料吸附在氮磷污染物去除中的作用，使溝渠主體成為氮磷等污染物吸附去除的處理單元。優選地，所述固體緩釋碳源填料池之間的間隔為20～30米。優選地，所述固體緩釋碳源填料池垂直于水流方向的寬度與所述類三面光溝渠主體底部寬度相同。優選地，所述固體緩釋碳源填料池的材質為水泥，所述固體緩釋碳源填料池中的固體緩釋碳源填料為無毒、廉價的天然固體有機物，如玉米芯、植物秸稈、絲瓜絡等。優選地，所述固體緩釋碳源填料池朝向類三面光溝渠主體的方向上設有固體緩釋碳源填料池蓋板，所述蓋板上布有條狀間隙，間隙寬度為3～5厘米。關于固體緩釋碳源填料池的設計原因在于：在生物脫氮過程中，反硝化是非常關鍵的一步，以往研究表明，農田尾水等低污染水具有低碳高氮磷的特點，生物脫氮過程中，因碳源品質和數量原因，效率往往不高。考慮到反硝化反應在缺氧狀態下進行，固體緩釋碳源填料池修筑在溝渠底部，在抬高升降式水壩溝渠行使污染物處理功能的時候，足夠的水深深度可以營造出較好的缺氧環境，另外在雨季行洪的時候，填充在碳源池內的固體碳源也不至被水沖走。本專利技術在溝渠底部每隔一段距離挖坑修建緩釋碳源填料池，在填料池內裝填固體緩釋碳源(無毒、廉價的天然固體有機物，如玉米芯、植物秸稈、絲瓜絡等)強化處理系統的反硝化效能，緩釋碳源用完后可補充添加。優選地，所述升降式水壩的最高抬升高度低于所述生態溝渠的深度。優選地，所述升降式水壩的升降采用人工操作的方式，實現溝渠在行洪及污染物處理功能之間的快速切換。優選地，所述生態溝渠中還放養螺絲、貝殼等水生動物。本專利技術構建的生態溝渠，在水生植物、水生動物、微生物、土壤、填料和緩釋碳源的共同作用下，土壤吸附、填料吸附、植物吸收和生物降解等各部分功能得以強化，提高了農田尾水氮磷處理效果，防止對受納水體造成富營養化風險，使溝渠成為農田尾水氮磷污染物處理單元。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：(1)本專利技術在溝渠邊坡和底部的填料－混凝土預制件孔洞中種植對污染物具有較強吸收能力的挺水植物以及沉水植物，放養螺絲、貝殼等水生動物，可豐富農田溝渠內的生物多樣性，在溝渠邊坡種植具有經濟價值的水生植物如水芹、空心菜，在溝渠底部種植有觀賞價值的美人蕉、香蒲、馬蹄蓮等，增強農田生態價值，即有效提升了溝渠污染自凈能力，又帶來一定的經濟效益。(2)本專利技術充分考慮氮磷吸附填料在污染物去除過程中的作用，在溝渠邊坡和底部修筑的過程中采用由氮磷吸附填料與混凝土混合制成的預制件，使溝渠主體成為具有氮磷污染物吸附功能的處理單元，可以強化填料吸附在氮磷污染物去除中的作用。(3)在溝渠底部營造相對缺氧的環境以利于反硝化脫氮的進行，間隔修筑固體緩釋碳源填料池，給微生物反硝化脫氮過程提供碳源，促進微生物反硝化脫氮效能的提高。固體緩釋碳源填料池內裝填的是無毒、廉價的天然固體有機物，如玉米芯、植物秸稈、絲瓜絡等，或定期對溝渠內的水生植物進行收割、處理后回填。固體緩釋碳源填料取材方便，也不會對出水水質造成影響。(4)本專利技術通過修建升降式水壩抬高溝渠水位，延長農田尾水在溝渠內的停留時間，實現對農田尾水的處理，削減氮磷等營養物質的負荷，有效降低農田徑流負荷，使后續受納水體避免出現富營養化現象，提高農田尾水的處理效果。在雨季到來之前降低水壩高度，可以保證溝渠行洪功能的發揮，免受洪澇災害。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本專利技術生態溝渠的平面視圖；圖2為本專利技術生態溝渠的縱剖視圖；圖3為本專利技術生態溝渠的橫剖視圖；圖4、圖5為本專利技術可采用的連鎖型混凝土預制件示意圖；圖6為本專利技術固體緩釋碳源填料池蓋板示意圖；圖7為本專利技術固體緩釋碳源填料池及蓋板示意圖；圖8為本專利技術類三面光溝渠主體示意圖；其中，1是類三面光溝渠主體，2是固體緩釋碳源填料池，3是升降式水壩，4是固體緩釋碳源填料池蓋板。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有脫氮除磷功能的生態溝渠，其特征在于，包括類三面光溝渠主體(1)、若干固體緩釋碳源填料池(2)、升降式水壩(3)；其中，所述固體緩釋碳源填料池(2)位于所述類三面光溝渠主體(1)底部的下方，所述升降式水壩(3)位于所述生態溝渠沿水流方向的末端。

【技術特征摘要】
1.一種具有脫氮除磷功能的生態溝渠，其特征在于，包括類三面光溝渠主體(1)、若干固體緩釋碳源填料池(2)、升降式水壩(3)；其中，所述固體緩釋碳源填料池(2)位于所述類三面光溝渠主體(1)底部的下方，所述升降式水壩(3)位于所述生態溝渠沿水流方向的末端。2.根據權利要求1所述的具有脫氮除磷功能的生態溝渠，其特征在于，所述類三面光溝渠主體(1)的邊坡和底部由混凝土預制件鋪設而成；所述混凝土預制件的孔洞或所述混凝土預制件彼此拼接形成的孔洞中種植有對污染物具有較強吸收能力的水生植物。3.根據權利要求2所述的具有脫氮除磷功能的生態溝渠，其特征在于，所述混凝土中添加有氮磷吸附填料。4.根據權利要求3所述的具有脫氮除磷功能的生態溝渠，其特征在于，所述氮磷吸附填料為沸石、陶粒、火山巖混合物。5.根據權利要求1所述的具有脫氮除磷功能的生態溝渠，其特征在于，所述類三面光溝渠主體(1)的邊坡坡度為1：(0.5～1)。6.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何小娟，李旭東，王欣澤，紀婧，趙琦，封吉猛，吳海露，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31