[發明專利]一種農田氮磷面源污染控制與回收利用系統和方法

有效

• 申請號: 201210251534.2
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN102786110A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 靳強
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;E03F5/00;E03F5/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明涉及一種農業環境保護領域，具體地說，涉及的是一種農田氮磷面源污染的控制和回收利用技術。

背景技術

隨著對工業廢水和城市生活污水等點源污染的有效控制，農業面源污染已成為水環境污染的重要來源。其中，氮(N)、磷(P)污染是典型的一類農業面源污染，它是造成水體富營養化的主要物質。調查顯示，在歐美國家，N、P污染已成為江河湖泊污染的第一大污染源，瑞典、荷蘭、芬蘭分別有60％～87％、40％～60％、50％以上來自農業面源污染，在我國水體N、P污染的形勢也非常嚴峻，有50％以上來自農業面源污染。

農業N、P面源污染的主要途徑有農田施肥、畜禽糞尿、生活污水等，其中，農田施肥的貢獻最大。1978年以來，我國的化肥施用量急劇增長，從1990年的2590萬砘增加到2007年的5108萬噸，占全世界平均消費量的1/3，用量已接近400kg/hm²，遠遠超過國際上為防止水體污染而設置的225kg/hm²化肥使用安全上限。而且，化肥中營養元素N、P的流失嚴重，農作物對N、P的平均利用率僅為35％左右，約2/3的剩余部分通過地表徑流、土壤滲濾進入水體，導致江河湖泊水體的富營養化。因此，解決農田N、P面源污染問題，對水體富營養化控制具有重要實際意義。

控制農田N、P面源污染的主要方法有科學施用化肥、調整土地耕作方式、人工濕地技術，其中，人工濕地技術是一種新型的N、P元素污染的過程控制手段。人工濕地技術通過模擬天然濕地的結構與功能，選擇一定的地理位置與地形，通過利用自然生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用來實現對農田排水的凈化，阻止了農田N、P元素進入江河湖泊，有效防止了防止水體富營養化。而且，人工濕地技術具有N、P去除能力強、處理效果好、操作簡單、維護和運行費用低等優點。

公開號為CN101555071的發明專利是一種人工濕地技術，提供了利用緩沖帶控制平原感潮河網地區農田N、P面源污染的方法，包括：選擇緩沖帶區域，緩沖帶初步整理，設置緩沖帶布水系統，緩沖帶植物選取與種植以及緩沖帶水源導入。該發明具有簡便實用、凈化效果好、維護管理少的優點。

但是，人工濕地技術僅僅實現了農田N、P元素的污染防治的目的，并沒有實現N、P元素的資源化的目的。一般情況下，對于同一污染物的控制，優先選擇資源化方案，其次才是治理方案。農田排水中的N、P元素雖然對水體是污染物，但是對農作物是必需的營養物質。農田排水中的N、P元素占施肥中N、P總量的2/3，將這部分營養物質回用至農田，可為農民節約2/3的肥料成本，還具有可觀的經濟意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種回收利用率高、節約成本的農田氮磷面源污染控制與回收利用系統和方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種農田氮磷面源污染控制與回收利用系統，其特征在于，該系統包括集水設施，吸附單元和蓄水設施，根據農田地表徑流和地下徑流的路徑，從上游到下游依次設置集水設施、吸附單元和蓄水設施。

所述的集水設施為具有容納水的空間的水利設施，收集農田地表徑流和地下徑流水。

所述的集水設施為具有集水功能的任意一種設施，包括溝、渠、井或庫等。集水設施可以根據農田具體情況新建，也可以利用現有的溝、渠、井、庫，或其它具有空間容量的任何水利設施。當降雨量過大時，集水設施起到緩沖調節作用，防止地表徑流越過吸附單元，未經吸附而直接排入后續設施。集水設施可以與吸附單元零距離構建，也可以近距離構建。

所述的吸附單元為裝填由吸附材料的槽，其形狀為可裝填吸附材料的任意形狀，包括長方體形、弧狀體形、圓壁體形或廊道體型；所述的吸附單元由多個裝填不同吸附材料的槽串聯組成，或者為裝填有多種不同吸附材料的槽。農田徑流或者來自集水設施的水流富含N、P元素，當通過吸附單元時，吸附作用發生，N、P被截留，農田排水得到凈化。吸附材料的最小用量為農田排水完畢時吸收材料尚未達到穿透點。根據農田的地表徑流和地下徑流，確定吸附單元的放置地點，保證全部徑流或主要徑流通過吸附單元。

所述的吸附材料為能夠吸附農田徑流中N、P主要存在的物質形態的材料，而且吸附容量越大越好，吸附材料是分別吸附N、P的多種吸附劑，或者同時吸附N、P的一種吸附劑；吸附材料是天然或人工吸附劑及其改性衍生品，或者由原位土壤的改性獲得。