[發(fā)明專利]一種防降雨徑流沖刷和強(qiáng)化污染物凈化的生態(tài)溝渠系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710056426.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN106745692A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張福超;王曉玲;鄭曉通;李建生;李松敏;呂鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/10
• 分類號(hào): C02F3/10;C02F3/30;C02F3/32;C02F101/10;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 劉子文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)面源污染控制工程技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及集強(qiáng)化植物、生物凈化和防降雨徑流沖刷、減少固態(tài)污染物顆粒流失以及減少底泥沉積物氮磷釋放的一種生態(tài)溝渠系統(tǒng)。

背景技術(shù)

非點(diǎn)源污染是全世界普遍存在的環(huán)境問題之一，與點(diǎn)源污染相比，具有難以監(jiān)測和控制、危害規(guī)模大的特點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)，非點(diǎn)源污染越來越成為水體污染的重要因素，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的研究逐漸活躍，成為熱點(diǎn)。國外許多學(xué)者對(duì)水體富營養(yǎng)化的研究工作開展甚多。美國環(huán)保局2003年的調(diào)查結(jié)果顯示，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染是其河流和湖泊污染的第一大污染源，約40％的河流、湖泊水體水質(zhì)不合格，也是造成地下水污染和濕地退化的主要因素。在歐洲國家，農(nóng)業(yè)面源污染同樣是造成水體、特別是地下水硝酸鹽污染的首要來源，也是造成地表水中磷富集的最主要原因，由農(nóng)業(yè)面源排放的磷為地表水污染總負(fù)荷的24％-71％。20世紀(jì)70年代，國外對(duì)控制非點(diǎn)源污染進(jìn)行了大量的研究，并形成了整套措施，包括污染物的檢測手段、產(chǎn)生規(guī)律、綜合管理和控制方案等。80年代以來，農(nóng)用化學(xué)品用量較高的歐盟國家氮、磷化肥用量分別下降了大約30％和50％。曾經(jīng)十分嚴(yán)重的地下水硝酸鹽污染有所緩解，湖泊和近海域水體富營養(yǎng)化也得到一定程度改善。

我國對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的研究起始于20世紀(jì)80年代，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在我國許多地區(qū)，尤其是農(nóng)業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)地區(qū)，普遍存在過量施用化肥、使用高毒高殘留農(nóng)藥以及農(nóng)田排水直接入河等現(xiàn)象，這一系列因素導(dǎo)致農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染日益嚴(yán)重，對(duì)水體質(zhì)量和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性產(chǎn)生重要的威脅。我國是世界上最大的化肥和農(nóng)藥使用國，單位耕地年均化肥用量是美國的4倍，化肥平均施用水平大大超出發(fā)達(dá)國家設(shè)置的安全上限，肥料在降雨和灌溉排水后流失嚴(yán)重，含有大量氮磷養(yǎng)分和高毒高殘留農(nóng)藥的徑流直接排入溝渠、河道或湖泊，引起某些藻類的過度繁殖，導(dǎo)致其他水生動(dòng)植物的大量死亡，生物體腐爛后又會(huì)進(jìn)一步惡化水體，給人們的生活和生態(tài)環(huán)境帶來很大風(fēng)險(xiǎn)。

農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染及其控制措施研究逐漸受到國內(nèi)外的重視，關(guān)于農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物的生態(tài)控制方面，主要有生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、濕地、植物緩沖帶、溝渠生態(tài)攔截等。在眾多的治理方法中，生態(tài)溝渠具有較高的氮、磷以及有機(jī)物去除效果和較好的景觀效應(yīng)。生態(tài)溝渠是指具有一定寬度和深度，由水、土壤和生物組成，具有自身獨(dú)特結(jié)構(gòu)并發(fā)揮相應(yīng)生態(tài)功能的農(nóng)田溝渠生態(tài)系統(tǒng)，也稱之為農(nóng)田溝渠濕地生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)田排水溝渠作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，既是農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物的最初匯聚地，也是河流、湖泊等水體中營養(yǎng)鹽的重要輸入源。

當(dāng)前對(duì)于生態(tài)溝渠的研究大多為溝渠系統(tǒng)內(nèi)植物、填料的篩選以及對(duì)溝渠主體形狀構(gòu)造的設(shè)計(jì)，以此來實(shí)現(xiàn)生態(tài)溝渠對(duì)農(nóng)田排水凈化效果的加強(qiáng)，減少農(nóng)業(yè)面源污染。有研究表明，降雨時(shí)和降雨后的徑流沖刷所造成的顆粒態(tài)污染物的流失在很大程度上增加了農(nóng)田排水對(duì)納入水體(河流、湖泊)的污染，是農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染形成的重要因素。同時(shí)，有研究表明，增加水體中的含氧量能夠同時(shí)加強(qiáng)植物根系的污染物吸收與凈化并加強(qiáng)填料的凈化作用。此外，據(jù)有關(guān)研究，溝渠底泥向上覆水體釋放的氮磷同樣是排出水體污染的重要來源，同時(shí)，底泥沉積物的氮磷釋放量雨水體中溶解氧含量有關(guān)，隨溶解氧的降低而增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種防降雨徑流沖刷和強(qiáng)化污染物凈化的生態(tài)溝渠系統(tǒng)，本發(fā)明生態(tài)系統(tǒng)中曝氣裝置的存在能夠增加水體含氧量，含氧量的增加能夠加強(qiáng)植物根系對(duì)水體氮、磷等污染物的吸收與轉(zhuǎn)換作用，加強(qiáng)生態(tài)溝渠植物凈化效果，含氧量的增加也能夠?yàn)樗w中生物提供良好的好氧環(huán)境，加強(qiáng)其好氧凈化效果。同時(shí)，曝氣裝置與生物填料擋板協(xié)同作用，使水流呈螺旋狀流動(dòng)，加強(qiáng)對(duì)固體污染物顆粒的去除，之后定期人工清除收集槽淤積物，大大降低了因降雨徑流沖刷而流失的顆粒態(tài)污染物對(duì)排入水體(河流、湖泊)的污染。最后，曝氣裝置使水體溶解氧含量增加，使底泥的氮磷釋放減小，從而進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)溝渠對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的治理效果。因此，本發(fā)明所構(gòu)造的生態(tài)溝渠系統(tǒng)能對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染有更加有效的治理效果。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：