本實(shí)用新型屬于農(nóng)田水利技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氮磷攔截去除裝置，具體地說是一種稻田地下徑流出水口垂直與水平結(jié)合的氮磷攔截去除裝置。

背景技術(shù)：

近年來盡管稻田化肥使用總量有下降趨勢，但畝均用量居高不下，加上施肥結(jié)構(gòu)不合理，化肥利用率不高，導(dǎo)致在降雨和排灌后流失嚴(yán)重，含有氮磷養(yǎng)分的徑流直接通過排水溝匯入河流加劇了河流富營養(yǎng)化。由于氮磷是植物生長的營養(yǎng)元素，水體中氮磷含量的大量增加，勢必引起水生生物和某些藻類的過度生長和繁殖，從而造成水體中溶解氧含量下降，引發(fā)水生動物和水生植物的大量死亡，而腐敗的生物體進(jìn)一步加劇水體污染，給環(huán)境帶來很大風(fēng)險。

目前，我國在農(nóng)業(yè)面源污染氮磷攔截去除方面還主要停留在研究如何在地表進(jìn)行攔截、吸附、沉積、轉(zhuǎn)化和吸收利用。通過在稻田系統(tǒng)中構(gòu)建生態(tài)溝渠，在溝渠中配置多種植物，并在溝渠中設(shè)置透水壩、攔截壩等輔助性工程設(shè)施對溝渠水體中的氮、磷等物質(zhì)進(jìn)行攔截、吸附，從而凈化水質(zhì)，或者在排水溝內(nèi)設(shè)置過濾堰等裝置進(jìn)行氮磷的攔截。由于水生植物吸收了氮磷加快了生長，這就需要加強(qiáng)管理定期收割，否則就會造成水生植物瘋長擁堵排水溝使得排水不暢或者植物死亡后沉積水底腐爛形成二次污染，需要花費(fèi)很大的人工投入。而由于稻田排水溝的水位比較低，滲濾堰的高度過低降雨時水流就會溢流使得攔截效果甚微；稻田排水滲濾堰的高度過高又會對影響排水容易造成淤積。在生產(chǎn)實(shí)際中，土壤表面及耕作層內(nèi)的大量未被作物吸收利用的氮磷不光會通過地表徑流的方式進(jìn)入河流還會通過稻田地下滲流匯入河流。針對目前的現(xiàn)狀，尋求快速、高效、經(jīng)濟(jì)的攔截去除稻田地下徑流中氮磷的方法對保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種稻田地下徑流出水口垂直與水平結(jié)合的氮磷攔截去除裝置，該裝置結(jié)構(gòu)合理，施工安裝方便，能夠?qū)崿F(xiàn)持久有效攔截氮磷的效果，能有效改善土壤環(huán)境狀況和促進(jìn)農(nóng)田排水，提高作物產(chǎn)量和減少地下徑流污染，促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展，具有良好的環(huán)境效益，最終達(dá)到減少稻田面源污染的目的。

本實(shí)用新型的目的是是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種稻田地下徑流出水口垂直與水平結(jié)合的氮磷攔截去除裝置，包括上層秸稈排水層、下層地下暗管排水層、暗管末端的水平滲濾裝置和出水口處與兩層排水層呈十字交叉的豎井垂直滲濾裝置。

所述秸稈排水層由稻麥作物秸稈把組成，秸稈把為直徑0.12~0.15m柱狀結(jié)構(gòu)，平行設(shè)置于排水暗管上層，形成過流通道，埋深為0.5~0.6m，秸稈排水層末端出水口處1.5~2.0m范圍內(nèi)設(shè)置硬質(zhì)薄壁PVC管或PE管。

所述暗管末端滲濾裝置為圓柱形，直徑與安裝暗管相同，總長度150cm，其中稻殼攔截長度為100cm，生物活性炭的長度為50cm。滲濾裝置前段是經(jīng)過NaOH改性過的稻殼，后段為生物活性炭，外層包裹透水土工布。

所述出水口處豎井為圓柱形，直徑為20~25cm，長度為1.0~1.2m，豎井與兩層排水管呈十字交叉，接縫處作密封處理，兩層排水管之間的豎井內(nèi)填充與秸稈排水層相同的秸稈把，作為垂直滲濾裝置，并在豎井內(nèi)分別安裝兩層排水管的獨(dú)立控制閥門，豎井上端與地面平齊，并加蓋豎井蓋。

稻田地下徑流氮磷攔截裝置的應(yīng)用：在稻田中設(shè)置該裝置，通過上層秸稈排水層、下層地下暗管排水層、暗管末端的水平滲濾裝置及豎井中的垂直滲濾裝置共同作用，攔截未被作物吸收利用的地下徑流中的氮磷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

第一，稻田地下排水中的硝態(tài)氮含量占總氮的比重較高，秸稈排水層中作為以碳源為主的稻麥作物秸稈有機(jī)材料，對稻田地下滲流中的硝態(tài)氮攔截去除具有明顯的優(yōu)勢，且當(dāng)有效使用期結(jié)束后，秸稈在土壤內(nèi)腐爛為有機(jī)質(zhì)，有助于增加土壤養(yǎng)分。作物秸稈腐殖質(zhì)化后仍可保持良好的組織結(jié)構(gòu)，仍可在一定時間內(nèi)發(fā)揮其氮磷滲濾攔截作用；

第二，暗管出口的滲濾裝置前段為由經(jīng)過NaOH改性過的稻殼，通過膠結(jié)物質(zhì)組成圓柱體，后段為圓柱體的生物活性炭，兩者通過土工布裹在一起。以NaOH為改性劑處理的稻殼，其表面的油性物質(zhì)等被除去，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素則受到不同程度的破壞，使具有良好吸附性能的羥基等分子基團(tuán)暴露出來，并形成更多的小孔和中孔，致使改性稻殼的吸附效果明顯優(yōu)于原稻殼。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)NaOH改性后的稻殼對氮磷污染物的吸附效果可提升90%以上。生物活性炭的孔隙度小于稻殼，流經(jīng)稻殼的地下徑流可通過生物活性炭進(jìn)行二次氮磷攔截去除。該裝置可以充分的利用稻殼廢棄物，可就地取材，施工方便，價格便宜，并且不用破壞地下暗管，固定安裝非常方便。同時，使用經(jīng)過NaOH改性過的稻殼和生物活性炭雙重攔截稻田地下徑流中的氮磷效果更明顯，而且該裝置的長度還可以延長。

第三，該裝置的主要攔截氮磷的材料是稻麥作物秸稈、稻殼和生物活性炭，不用破壞原有的排水管道，不影響地下排水，同時該裝置還可以定期更換達(dá)到持久的攔截去除稻田地下徑流氮磷的效果。

第四，出水口處的豎井與兩層排水層形成十字交叉，并在豎井內(nèi)安裝了兩層排水層的控制閥門，閥門可實(shí)現(xiàn)對兩層排水層的獨(dú)立控制。當(dāng)?shù)叵滤惠^淺（未達(dá)到暗管埋深）時，秸稈層閥門關(guān)閉，暗管層閥門打開，秸稈排水層中的地下徑流通過豎井，分別流經(jīng)豎井中的秸稈垂直滲濾裝置和暗管末端的水平滲濾裝置得到進(jìn)一步的凈化，最終從暗管出口流出；當(dāng)?shù)叵滤惠^深（達(dá)到暗管埋深）時，兩層閥門同時打開，地下徑流中的氮磷污染物以自然降落的形式通過兩層排水層得到攔截和去除。豎井滲濾裝置通過開關(guān)閥門的形式，可有效的解決在不同時期、不同地下水位情況下地下徑流中氮磷污染物的有效攔截和去除，達(dá)到分時分類處理的效果。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型稻田地下徑流氮磷攔截去除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型稻田地下徑流氮磷攔截去除裝置的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的出水口垂直滲濾及控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的暗管末端滲濾裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的暗管末端滲濾裝置橫斷面示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的暗管末端滲濾裝置左側(cè)縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型的暗管末端滲濾裝置右側(cè)縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本實(shí)用新型的秸稈排水層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本實(shí)用新型的秸稈排水層橫斷面示意圖。

圖中：1秸稈排水層、2地下暗管排水層、3出水口滲濾裝置、4豎井豎直滲濾裝置、5硬質(zhì)薄壁塑料管、6控制閥門、7秸稈把、8稻殼、9生物活性炭、10透水土工布。

具體實(shí)施方式

如圖1-9所示，一種稻田地下徑流出水口垂直與水平結(jié)合的氮磷攔截去除裝置，包括上層秸稈排水層1、下層地下暗管排水層2、暗管末端的水平滲濾裝置3和出水口處與兩層排水層呈十字交叉的豎井垂直滲濾裝置4四部分；首先按設(shè)計要求開挖溝道并鋪設(shè)地下排水暗管2，開挖深度為1.0~1.2m，并在暗管末端設(shè)置出水口滲濾裝置3，裝置內(nèi)部由經(jīng)過NaOH改性過的稻殼8，再通過膠結(jié)物質(zhì)作用成為第一道攔截氮磷的屏障，再由生物活性炭9組成第二道攔截屏障，外部由透水土工布包裹10而成。同時在出水口處設(shè)置直徑20~25cm，長度1.0~1.2m的圓柱形豎井，豎井與暗管垂直，最下端與暗管末端的水平滲濾裝置相接，豎井距地面0.5~0.6m處各留兩個相通的15cm小孔。回填土壤，在排水暗管上層埋深為0.5~0.6m處平行設(shè)置秸稈排水層1，排水層由稻麥作物秸稈把7組成，秸稈把為直徑0.12~0.15m柱狀結(jié)構(gòu)，使秸稈把恰好可插入豎井預(yù)留的小孔中，形成過流通道。豎井與兩層排水管呈十字交叉，小孔的另一端接硬質(zhì)薄壁塑料管5，豎井與兩層排水層的各接縫處作密封處理，兩層排水管之間的豎井內(nèi)填充與秸稈排水層相同的秸稈把，作為垂直滲濾裝置，并在豎井內(nèi)分別安裝兩層排水管的獨(dú)立控制閥門6，豎井上端與地面平齊，并加蓋豎井蓋。最后將在回填土壤至原有深度。

該裝置具有攔截氮磷的作用： 所述裝置具有地下徑流氮磷攔截去除效果，上層的秸稈排水層、下層地下暗管排水層、暗管末端的垂直滲濾裝置和豎井中的水平秸稈滲濾裝置共同起到氮磷攔截去除的效果，以碳源為主的稻麥作物秸稈有機(jī)材料對稻田地下滲流中的硝態(tài)氮攔截去除極強(qiáng)，同時地下暗管末端水平滲濾裝置和豎井中安裝的垂直滲濾裝置可自動吸收氮磷，使得最后匯入河流的氮磷減少，各部分裝置結(jié)合使用起到攔截去除氮磷，減輕面源污染的作用。

上述步驟中地下徑流氮磷攔截，是通過經(jīng)過NaOH改性過的稻殼、生物活性炭和秸稈把自動吸附，共同實(shí)現(xiàn)氮磷攔截去除的。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，施工安裝方便，成本便宜，實(shí)現(xiàn)持久氮磷攔截去除的效果，可針對不同地下水位對氮磷污染做分時分類攔截去除處理，達(dá)到減輕稻田面源污染的目的。