一种节水防污型农田水利系统

本发明涉及农田排水，尤其涉及一种节水防污型农田水利系统。

背景技术：

1、农业面源污染已成为我国水环境污染的主要来源。我国2017年发布的《第二次全国污染源普查公报》显示，农业源水污染物排放量中，化学需氧量(cod)、氨氮、总氮(totalnitrogen,tn)、总磷(total phosphorus,tp)的排放量分别达到了1.067亿吨、21.62万吨、141.5万吨、21.20万吨。种植业的农业活动对水体的化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的污染贡献非常显著，尤其是总磷的排放量，几乎占据了农业源排放总量的三分之二。农业面源污染逐渐成为制约我国现代农业和经济社会可持续发展的重大障碍。因此，开展农业面源污染物削减研究，对于降低农业面源污染、保障水环境安全具有重要的战略意义。

2、专利201710266774.2公开了一种削减农田面源污染物的方法，该方法是将农田排出的水经排水草沟、塘堰湿地和骨干生态沟这一系统后，对农田排水的总氮和总磷负荷削减率分别为61％和63％，有效降低了水中氮磷含量，但该系统处理氮磷去除速度较慢，如果遇到汛期，雨量大，雨水渗漏速度快，则难以达到相应的效果，如果想要达到相应的效果，需要占用更大的面积和更长的处理时间。

3、综上，申请人对上述系统做进一步地改进，提供了一种节水防污型农田水利系统，以实现快速有效去除水中氮磷，除满足正常情况下农业面源污染处理外，更好地满足汛期、暴雨期的处理需求。

技术实现思路

1、针对以上不足，本发明提供一种节水防污型农田水利系统，解决了现有系统难以满足大量污水快速处理的问题，具体技术方案如下：

2、一种节水防污型农田水利系统，包括排水草沟、缓冲池、人工湿地和骨干生态沟，所述排水草沟与所述缓冲池相连，所述缓冲池与所述人工湿地相连，所述人工湿地与所述骨干生态沟相连。

3、所述人工湿地分为左区、中区和右区；所述左区和右区均填满改性沸石；所述中区由下至上依次设有下部填料层、中部填料层和上部植被层，所述下部填料层主要由改性沸石和碱性炉渣混制而成，所述中部填料层主要由土、碱性炉渣和作物秸秆混制而成，所述上部植被层种植有湿生植物。下部填料层中的碱性炉渣颗粒大于中部填料层的碱性炉渣颗粒。碱性炉渣可以调整环境ph，防止植物根部释放大量有机酸导致环境酸性强导致除氮磷功能菌的除氮磷能力下降，保证除氮磷功能菌的除氮磷能力。

4、进一步地，所述改性沸石的制备方法为：将沸石粉加入质量浓度为3-5％的硝酸溶液中浸泡8-10h后，洗涤至中性，接着于300-400℃下高温焙烧1-2h，得酸化沸石粉；将淀粉与的等量的水混合搅拌均匀，并加热至糊化后，加入所述酸化沸石粉中搅拌均匀，所述淀粉与沸石粉的质量比为1:10-20，于50-60℃下微波震荡2-3h，离心、洗涤抽滤后干燥至恒重，得淀粉和沸石的复合粉末，将所述复合粉末置于制粒机中制成粒径为1-2cm的颗粒，即得所述改性沸石。

5、进一步地，所述下部填料层中改性沸石和碱性炉渣的质量比为50-60:1。

6、进一步地，所述中部填料层中土、碱性炉渣和作物秸秆的质量比为100:(15-20):(5-10)。

7、进一步地，所述湿生植物主要由香蒲、凤眼莲、香根草、水花生和美人蕉组成；所述香根草种植占比为5-10％，所述美人蕉种植占比为40-50％。香蒲的种植密度为3-5株/m2；凤眼莲4-8株/m2、香根草1-2株/m2、水花生5-10株/m2和美人蕉3-6株/m2组成。香蒲、凤眼莲、水花生和美人蕉不但能吸收利用氮磷，其根部还会释放大量碳源，利于除氮磷功能菌的快速繁殖和生长，提高氮磷去除效果，同时香根草根系数量多，可在基质中成网状密布，其根部更新后也能为功能微生物提供碳源，形成利于微生物生长的优良环境。

8、进一步地，所述排水草沟纵断面为梯形，上底宽于下底0.05-0.2m，深度为0.2-0.5m，纵坡1/900-1/1500。

9、进一步地，所述骨干生态沟的纵断面为梯形，上底宽于下底0.6-1m，深度为1-2m，纵坡1/1500-1/2500，骨干生态沟中的水面低于骨干生态沟上底所在平面0.1-0.5m。

10、进一步地，所述排水草沟、缓冲池和骨干生态沟内均种植有沉水植物；所述沉水植物包括苦草和金鱼藻。沉水植物能将氮磷进行部分去除，削减了水中部分氮磷。

11、进一步地，所述人工湿地底部设有防渗透层；所述人工湿地左右两侧改性沸石的填充长度分别为50-80cm，所述人工湿地下部填料层的厚度为30-50cm，中部填料层的厚度为20-30cm。

12、进一步地，所述人工湿地和缓冲池的深度均分别为1-1.2m，所述缓冲池通过布水墙与所述人工湿地的左区相连，所述人工湿的左区和中区之间、中区和右区之间均分别设有布水墙。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1.本发明农田水利系统设有排水草沟、缓冲池、人工湿地和骨干生态沟，人工湿地分为左区、中区和右区，在左区和右区均填满改性沸石，将中区由下至上依次设为下部填料层、中部填料层和上部植被层，该系统可在较短时间内占用更小的面积处理更大量的污水，提高了农田污水中氮磷的去除效率，更好地适用于汛期、暴雨期雨量大、雨水渗漏速度快时的农田污水处理。本发明排水草沟对农田排水的总氮和总磷负荷削减率分别为20％和25％左右；缓冲池对农田排水的总氮和总磷负荷削减率分别为10％和13％左右；人工湿地对农田排水的总氮和总磷负荷削减率分别为35％和30％左右；骨干生态沟对农田排水的总氮和总磷负荷削减率分别为16％和14％左右。与现有技术相比，总氮和总磷负荷削减率提高了20％左右。

15、2.本发明增设缓冲池，缓冲池不但可以起到缓解急流的冲刷作用，保护人工湿地植被层和基质层不被破坏，还能通过其中的沉水植物去除部分氮磷，增加了整个系统的抗负荷能力和氮磷削减能力。

16、3.本发明人工湿地分的左区和右区均填满改性沸石，可快速去除氮磷，其中改性沸石含有大量孔隙，部分孔隙内附着有淀粉颗粒，污水经过改性沸石后，氮磷会被吸附在改性沸石的孔隙内，除氮磷功能菌可以利用淀粉作为碳源，可将氮磷快速吸收转化去除，与普通沸石相比，其去除速度更快，效果更好。

17、4.本发明人工湿地中的中区由下至上依次设为下部填料层、中部填料层和上部植被层，是一个集吸附基质-植物-微生物的综合除氮磷系统，系统中的吸附基质-植物-微生物相互配合，相互促进，提高了氮磷去除效率。其中下部填料层中的改性沸石、碱性炉渣，中部填料层中的土、碱性炉渣和作物秸秆混可为植被层提供良好的营养环境，促进植物生长及对氮磷的吸收去除；上部植被层的植物根部可释放有机酸、氨基酸和活性酶等物质，为功能微生物提供充足碳源，提高微生物的活跃度，进而提高了去除效率；中部填料层中的作物秸秆也能为功能微生物提供充足碳源，提高微生物的活跃度，进而提高了去除效率；而下部和中部填料层中的碱性炉渣可以调整环境ph，防止植物根部释放大量有机酸导致除氮磷功能菌的除氮磷能力下降，提高了去除效率。

18、5.本发明农田污水可以通过布水墙的通孔均匀流入人工湿地的各区中，使污水可以充分接触改性沸石和中区系统，提高了氮磷的去除效率。