苏南农田地表径流污染特征与滞留渠处理技术研究

摘要

以具有典型苏南地域特征的宜兴市高塍镇亳村为对象，开展施肥结构、种植状况、农田沟渠径流量、径流水质、稻麦轮作体系下不同种植期氮磷在传统土质沟渠的迁移转化等方面的调查;通过实验室模拟试验，探讨传统土质沟渠及两种不同铺设结构的滞留渠对氮、磷的截留效果;在现场将一段100米长的传统土质沟渠改造为滞留渠，实测其对氮、磷的截留去除效果，结合降雨事件的水文特征，计算其截留量，并通过电镜扫描初步揭示了滞留渠中微生物的作用。 现场调查及监测结果表明:亳村北部调查区域有农户7户，稻麦轮作农田16亩，分散养殖鸡鸭30只，且是具有独立排水系统的典型苏南自然村落。麦季沟渠处于排水状态，氮、磷质量浓度在空间上呈直线形式降低，在时间上呈二次曲线形式先降低，后又因生活污水的持续汇入和底泥污染物的二次释放出现略微上升的现象。稻季沟渠处于蓄水状态，降雨期间沟渠溢流排水，非降雨期间沟渠通过截留坝渗流排水。氮磷出流浓度波动幅度较大(TN:1.2～5.2mg/L;NH4+-N:0.3～1.3mg/L; NO3--N:0.5～2.0mg/L;TP:0.1～1.3mg/L; DP:0.06～0.98mg/L)。降雨强度越大，氮磷流失越严重。施肥初期，TN、NH4+-N、NO3--N、TP、DP的出流浓度分别是正常情况下的2.5倍、2.1倍、1.5倍、2.2倍和2.5倍。 实验室比较了三种不同沟渠（土质沟渠、从上到下粒径从大到小铺设的滞留渠、沿程粒径从大到小铺设的滞留渠）的水力滞留时间和氮磷截留效果。结果表明:在进水量为109.8mL/min，进水时间为2h，TN、NH4+-N、NO3--N、TP、DP的进水浓度分别为3～9mg/L、0.8～2.8mg/L、0.5～2.3mg/L、0.5～1.3mg/L和0.3～0.9mg/L的条件下，三种沟渠的水力滞留时间分别为28.2min、104.8min和107.2min。输水期三种沟渠对TN的去除率分别为16.01％、46.97％和39.17％，对TP的去除率分别为15.82％、65.46％和62.20％;蓄水期三种沟渠对TN的去除率分别为35.14％、51.05％和44.89％，对TP的去除率分别为36.97％、60.28％和59.43％。 现场示范研究表明:系统稳定运行后，滞留渠对TN、NH4+-N、TP、DP的平均去除率分别为47.4％、40.2％、73.2％和40.2％，分别为传统土质沟渠的4.7倍、5.7倍、2.2倍和5.7倍，系统对NO3--N的去除效果并不明显。整个试验期间（70天里），滞留渠对TN、NH4+-N、NO3--N、TP、DP的截留量分别为4155.88g、1422.12g、184.83g、623.24g和921.28g，截留率分别为15.34％、20.44％、2.17％、14.82％和35.97％。对改造后的沟渠两侧土工格栅和沟渠底部砾石填料电镜扫描分析表明，这些材料表面均已附着有大量微生物，滞留渠系统是具有生物活性的生态沟渠。 沟渠系统是农田与河流的过渡带，发挥排水与灌溉的作用，经改造后，可以成为增强氮磷污染截留作用的生态沟渠系统。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 农田地表径流污染现状

1．2 农田地表径流污染研究进展

1．3 沟渠中氮磷的迁移转化及截留去除

1．3．1 氮磷的迁移转化

1．3．2 沟渠对氮磷的截留去除

1．4 研究内容及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 研究区域概况与试验方法

2．1 区域概况

2．2 试验方法

2．2．1 降雨量测定

2．2．2 沟渠径流量测定

2．2．3 水质等指标分析

第三章 地表径流污染调查与特征分析

3．1 水样采集

3．2 径流污染源调查

3．2．1 麦季农田污染源

3．2．2 稻季农田污染源

3．3 麦季径流污染物特征

3．3．1 氮污染物

3．3．2 磷污染物

3．4 稻季径流污染物特征

3．4．1 氮污染物

3．4．2 磷污染物

3．5 本章小结

第四章 滞留渠处理实验室试验

4．1 试验方法

4．1．1 试验装置设计

4．1．2 填料及植物

4．1．3 装置进水条件

4．2 水力滞留时间的测定

4．3 氮污染物截留效果

4．3．1 输水期截留效果

4．3．1 蓄水期截留效果

4．4 磷污染物截留效果

4．4．1 输水期截留效果

4．4．2 蓄水期截留效果

4．5 本章小结

第五章 滞留渠处理现场试验

5．1 现场试验方法

5．1．1 滞留渠构建

5．1．2 样品采集

5．2 氮污染物截留效果

5．3 磷污染物截留效果

5．4 滞留渠截留负荷

5．4．1 负荷计算方法

5．4．2 氮污染物截留负荷

5．4．3 磷污染物截留负荷

5．5 维护与管理

5．6 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

致谢

参考文献

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