一種水稻田面源污染控制與氮磷回收利用系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水稻田面源污染控制與氮磷回收利用系統(tǒng)和方法，屬于污染防治技術領域。
【背景技術】
[0002]在廣大農(nóng)村，農(nóng)業(yè)面源污染是水環(huán)境污染的重要來源，其主要污染物質(zhì)為氮磷，它是造成水體富營養(yǎng)化的主要物質(zhì)。農(nóng)業(yè)氮磷面源污染的主要來源包括農(nóng)田施肥、動物糞尿以及生產(chǎn)生活污水等，其中農(nóng)田施肥占比最大。
[0003]在農(nóng)作物種植過程中，人們大量使用化肥等富含氮磷的有機或無機化學肥料，由于農(nóng)作物對氮磷的利用率平均值約為35%，近65%的氮磷通過雨水及灌溉用水等進入自然水體，導致農(nóng)村池塘等水體的富營養(yǎng)化。因此，解決農(nóng)業(yè)氮磷面源污染問題對減少自然水體富營養(yǎng)化具有十分重要的實際意義。
[0004]通過設置氮磷吸附裝置用氮磷吸附物質(zhì)或吸附劑來實現(xiàn)對氮磷的去除，但吸附物質(zhì)對氮磷的吸附效果并不是十分明顯，去除率約為40%，剩余的氮磷則直接排入了自然水體，對水體依舊造成富營養(yǎng)化污染。并且吸附劑需要不斷補充，不僅不能實現(xiàn)氮磷的回收利用而且造成了附加污染物質(zhì)的產(chǎn)生，造成了額外的污染及運營成本。
[0005]人工濕地除氮磷技術則通過人工模擬自然濕地的結構功能。利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理和生物協(xié)同作用來實現(xiàn)對農(nóng)田排水中氮磷的去除，不僅能有效組織農(nóng)田氮磷物質(zhì)進入自然水體，防止發(fā)生水體富營養(yǎng)化，而且能通過合理規(guī)劃與設計，與周邊環(huán)境達到和諧相處的效果。不足之處在于氮磷物質(zhì)被濕地消化吸收且不能回收利用。在農(nóng)田排水中氮磷元素在農(nóng)業(yè)氮磷施肥中所占比例約為2/3，如果這部分營養(yǎng)物質(zhì)能全部或部分回用至農(nóng)田，供作物吸收利用，則將有利于降低施肥成本，具有一定的經(jīng)濟效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明意在解決我國南方水稻田的氮磷面源污染問題而提供一種部分營養(yǎng)物質(zhì)可回收利用、節(jié)約成本，農(nóng)田排水達標排放至自然水體的水稻田面源污染控制與氮磷回收利用系統(tǒng)和方法。
[0007]本發(fā)明的第一個目的是提供一種水稻田面源污染控制與氮磷回收利用系統(tǒng)，所述系統(tǒng)依次設有集水單元、格柵過濾單元、緩沖單元、氮磷吸附單元、人工濕地、自然蓄水設施;其中自然蓄水設施通過水利回灌單元與氮磷吸附單元連接;所述氮磷吸附單元與人工濕地之間設有第一水流通斷控制單元，水利回灌單元與氮磷吸附單元之間設有第二水流通斷控制單元。
[0008]所述第一水流通斷控制單元在水稻田排水時處于連通狀態(tài)，以便于水流進入人工濕地;所述第二水流通斷控制單元在灌溉時處于連通狀態(tài)，以便自然蓄水設施中的水流反向進入氮磷吸附單元。
[0009]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述系統(tǒng)中，水稻田的排水通過集水單元進行匯集，依次經(jīng)格柵過濾單元、氮磷吸附單元、人工濕地處理后進入自然蓄水設施；稻田需要灌溉時，自然蓄水設施中的水流經(jīng)水利回灌單元依次反向通過氮磷吸附單元、緩沖單元、格柵過濾單元、集水單元，重新進入稻田。
[0010]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述水利回灌單元通過水栗與自然蓄水設施連接。
[0011]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述集水單元為原有稻田的灌溉溝渠。在水田灌溉時用于水田灌溉，降雨或排水時用于水田排水，并可在水量大時起到緩沖調(diào)節(jié)流速的作用。
[0012]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述格柵過濾單元包括粗格柵和細格柵，接近集水單元的為粗格柵。分別用于攔截水稻田排水中帶入的稻田雜物，防止對后續(xù)的處理系統(tǒng)造成影響。格柵需要定期進行人工清理，清除攔截下來的雜物，防止堵塞排水溝渠。
[0013]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述格柵過濾單元由不同孔徑的不銹鋼網(wǎng)制作而成。
[0014]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述緩沖單元由至今在6_14cm的石塊組成。
[0015]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述緩沖單元由大小在10cm左右的石塊組成，水流從石縫中流過，起到對流速的緩沖作用。在石頭上部液位以上的部分可覆蓋一定厚度的砂石用于種植適合水生的植物，如小葉女貞等，以達到美化環(huán)境及凈化水質(zhì)的目的。
[0016]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述氮磷吸附單元由沸石和/或煤灰渣組成。
[0017]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述氮磷吸附單元使用的吸附材料的吸附容量越大越好;吸附材料的最小用量為水稻田最大量排水完畢時吸附材料的吸附量尚未達到最大吸附值。
[0018]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述第一水流通斷控制單元為可人工控制或電動控制的水閘結構，用于阻斷水流進入后續(xù)處理設施及控制進入流速。
[0019]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述人工濕地中種植氮磷吸收效果較好的空心蓮子草及千屈菜，若條件允許可在在人工濕地前部設置一塊區(qū)域用于種植水葫蘆，通過三種濕地植物的根系吸收水中未被氮磷吸附單元吸附的氮磷，降低水中的氮磷含量。
[0020]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述自然蓄水設施為人工修建的水池或自然池塘、河流，用于農(nóng)田灌溉的汲水，在自然蓄水池中設置有用于水利灌溉的水栗。
[0021]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述水利回灌單元連接自然蓄水設施及水流通斷控制單元，用于水稻田灌溉及吸附單元的反沖洗。
[0022]本發(fā)明的第二個目的是提供一種水稻田面源污染控制與氮磷回收利用方法，是:當水稻田需要排水時，使水稻田中的排水依次經(jīng)集水單元進行匯集、格柵過濾單元過濾掉水中的雜質(zhì)、緩沖單元平緩水流降低流速、氮磷吸附單元吸附水中的氮磷物質(zhì)，到達人工濕地，經(jīng)人工濕地處理后排放到自然蓄水設施；當水稻田需要灌溉時，自然蓄水設施中的水經(jīng)水利回灌單元反向通過氮磷吸附單元，使氮磷吸附單元中的氮磷物質(zhì)發(fā)生脫附作用，被脫附的氮磷物質(zhì)隨水流依次通過緩沖單元、格柵過濾單元、集水單元，然后重新進入稻田。
[0023]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述氮磷吸附單元與人工濕地之間設有第一水流通斷控制單元，水利回灌單元與氮磷吸附單元之間設有第二水流通斷控制單元。
[0024]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述第一水流通斷控制單元在水稻田排水時處于連通狀態(tài)，以便于水流進入人工濕地;所述第二水流通斷控制單元在灌溉時處于連通狀態(tài)，以便自然蓄水設施中的水流反向進入氮磷吸附單元。
[0025]在本發(fā)明的一種實施方式中，所述集水單元、格柵過濾單元、氮磷吸附單元吸附等等的連接與組成與前面提及的水稻田面源污染控制與氮磷回收利用系統(tǒng)一致。
[0026]本發(fā)明通過集水單元、格柵過濾單元、緩沖單元、氮磷吸附單元、人工濕地、自然蓄水設施實現(xiàn)了水稻田排水中氮磷物質(zhì)的有效吸附、利用，同時通過水利回灌單元反向進入氮磷吸附單元使吸附物質(zhì)中的氮磷發(fā)生脫附作用，再進入到水稻田被水稻再吸收利用，實現(xiàn)了氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的回收再利用。
[0027]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0028]1、通過物質(zhì)吸附及植物吸收利用，在實現(xiàn)部分氮磷物質(zhì)重復利用的同時，有效降低排放水中的氮磷含量，降低自然水體富營養(yǎng)化發(fā)生概率的同時，實現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)的回收利用，降低生產(chǎn)成本，資源再利用率在40%以上；
[0029]2、氮磷吸附單元采用生產(chǎn)生活廢料一煤灰渣及低成本的沸石作為吸附材料，具有低成本及廢物再利用的效果；
[0030]3、集水單元采用原有稻田灌溉溝渠，人工濕地亦可在原有灘涂、泥沼地的基礎上進行改造，設施建設成本較低；
[0031]4、人工濕地與周圍環(huán)境和諧相處，可根據(jù)地理位置設計成為水上公園，在實現(xiàn)氮磷消除的基礎上實現(xiàn)與周邊環(huán)境的和諧相處；
[0032]5、與傳統(tǒng)氮磷消除灌溉技術相比，本發(fā)明沒有增加額外成本，具有投資少、免維護管理的特點。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明一種水稻田面源污染控制與氮磷回收利用系統(tǒng)和方法工藝流程圖；
[0034]圖2為本發(fā)明一種水稻田面源污染控制與氮磷回收利用系統(tǒng)和方法實施示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合具體實例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0036]實施例1
[0037]結合本發(fā)明的工藝流程圖及具體實施示意圖對本發(fā)明進行如下詳述:
[0038]如圖1所示