[发明专利]一种用于河流流域阻断农田面源污染的装置

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护领域，尤其涉及一种用于河流流域阻断农田面源污染的装置。

背景技术

农业面源污染主要是指农业生产活动中，农田中的土壤颗粒、氮、磷、农药及其他有机或无机污染物质，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、农田排水或地下渗漏，使大量污染物质进入水体，造成的地表水和地下水的污染。有关研究表明，在中国水体污染严重流域，由农田、农村畜禽养殖地区和城乡结合部分的生活排污造成的流域水体氮、磷营养化已超过来自城市地区的生活点源污染和工业点源污染，引起农业面源污染的直接原因主要是：农田径流、暴雨坡面漫流、山地水土流失、农业固废和生活污水中的氮磷营养物质在土壤与水体中的迁移与转化，由此可见，施肥和降雨是影响农田养分流失的关键因素。

农业面源污染因其排放的随机性、广泛性、扩散性，以及对面源污染的发生时间、污染物浓度、发生源的不确定性等特征，所以，农田面源污染的阻断可分别采取：源头减量和过程阻断进行治理。

1、源头减量治理：源头减量虽能有效减少污染物的产生量，但不能完全控制污染物的产生；

2、过程阻断进行治理：过程阻断控制是指在污染物向水体迁移过程中通过一些物理、生物以及工程方法对污染物进行拦截阻断和加强净化，延长其在路域的停留时间，最大化减少其进入水体的污染物量。目前常用的技术有两大类，一是农田内部拦截；另一类是污染物离开农田后的拦截阻断技术。其中，生态拦截技术是农田面源污染阻断控制的主要技术手段，现有拦截技术主要包括：生态拦截沟渠技术、人工湿地技术、稻田消纳技术、近河道端的生态“丁”型潜坝拦截技术、前置库技术、缓冲带技术。

1)生态拦截沟渠技术：主要是通过对现有排水沟渠的生态改造和功能强化，或者额外建设生态工程，利用物理、化学和生物的联合作用对污染物(主要是氮、磷)进行强化净化和深度处理，不仅能有效拦截并减少农田面源污染物，还能汇集处理农村地表径流以及农村的生活污水，实现污染物中氮、磷等元素的减量化排放。该技术不需额外占用耕地、资金投入少、易使农民接受，且能高效阻控农田氮磷养分流失。而在实际应用中生态沟渠对氮磷的拦截效果时空变异较大，如何适配生态沟渠与农田比例、配置沟渠植物和吸附基质以提高暴雨径流时的拦截效果仍需进一步探讨。

2)人工湿地技术：是20世纪70年代发展起来的污水处理和水环境修复技术，由土壤、人工填料和生长其中的水生植物所组成的独特的土壤-植物-微生物-动物生态系统。根据人工湿地内水流方式分为表面流人工湿地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地。随着面源污水在湿地内的流动总磷(TP)和总氮(TN)的浓度逐渐下降。人工湿地去除氮磷效果好，相对稳定，操作简单，运行和维护费用低，但其需要额外占用大量土地，湿地植物不及时收割会存在二次污染问题，且冬季处理效果差，易淤积。

3)稻田消纳技术：主要利用稻田作为天然的人工湿地系统及周边河流和沟渠在内的水文单元，来处理面源污水，作为面源氮磷和低污染水的汇流消纳场所。研究表明稻田湿地系统对外源污水中的氮磷消纳效率高达70％以上。而在实际应用中稻田消纳中污染物浓度过高也容易带来土壤肥力破坏和水稻重金属超标的问题。

4)生态“丁”型潜坝：是借鉴水利工程中丁字坝的设计思路，结合生态浮床、人工湿地的基本原理而开发设计的，其主要设置在河道支浜承纳污水的端头，作为陆-水界面的交接断面，对进入水体后的面源污染物进拦截。该技术是在不影响河流泄洪等功能需求的情况下，通过河底丁型潜坝的设置，改变河流底部地形，从而在河水通过坝体与浮床间空隙进行流动时，影响水流方向中污染物的扩散和迁移路径，增加污染物在丁型潜坝的水力停留时间，利用丁型潜坝沸石基质的吸附作用、离子交换作用等对污染物进行去除，可持续拦截净化河流外源污染。

5)缓冲带是一类水土保持和面源污染控制和生物治理措施的总称，广泛用于农村面源污染物的阻断控制、坡地水土流失控制和河道稳定性保护等。一般指永久性植被区，宽度一般为5-100m，大多数位于水体附近，利用缓冲带降低潜在污染物与相邻水体的联系，提供了一个阻止面源污染物输入的障碍带。缓冲区植被主要包括树、草和湿地植物等，缓冲带能有效的拦截农田的养分和颗粒污染物，生态丁型潜坝拦截技术与缓冲带技术在实际应用中需要因地制宜，工程量较大，也需占用一定面积土地。

6)前置库技术是利用水库的蓄水功能将污水拦截在水库中，再经过物理、生物作用净化后排入所要保护的水体中。这种技术对控制面源污染，减少湖泊外源有机污染负荷，尤其对去除入湖地表径流中的氮磷效果显著。前置库技术也有植被二次污染和前置库淤积等问题。