复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系统

摘要

本发明涉及复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系统，于沟塘湿地系统入口处设置第一生态浮岛，第一生态浮岛的其后水域悬挂第一生物绳，第一生物绳的其后水域布置第二生态浮岛，第二生态浮岛的其后水域悬挂第二生物绳，第二生物绳的其后水域设置水生蔬菜筏子，水生蔬菜筏子其后水域的两驳岸间设置吸附式石笼网陶粒填充排水坝，吸附式石笼网陶粒填充排水坝的其后水域布置双六边形组合生态浮岛。可对农田排水中氮磷等营养元素进行有效截留，适用于多种类型农田排水削减氮磷的修复工作，大大简化水体环境恢复难度，省去大量改造工程的实施，免去使用大型机械截污所需要的大量投入成本，有效提高水体净化效率，净水同时获得经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系统。

背景技术

随着工业等点源污染逐步得到有效控制，面源污染逐渐成为各大湖 泊、水源地的主要污染源，而面源污染防治便成了国内外研究者广泛关注 的主要问题。农田面源污染是目前发生面最广、影响最大的面源污染，是 面源污染的主要形式。农业生产和农村生活中产生的废弃物类型多种多 样，主要包括生活污水、地表径流、农田排水、种植养殖业渗滤水等，这 些废水富含氮磷和有机质，未经处理，汇入江河湖海，会造成严重的面源 污染。我国农村地区大多财政收入不富裕，人均收入不高，技术水平相对 落后，适合处理农业生产和农村生活污水的污水处理工艺还不是很多。

迄今为止，污染河流、沟塘湿地的生物净化技术的研究与应用虽然取 得了很大的成功，但是仍存在一些尚需解决的问题。首先，目前该类技术 的实际应用范围较窄，大都是在农田周边的小沟、小河中进行，长度也只 是水域的一小部分，而不是对整个水域系统自我恢复能力的强化。其次， 该类净化技术在应用过程中，还会对水域生态系统的结构和功能造成一定 的负面影响。最后，是资金方面的问题，当前的生物净化技术在应用过程 中所需费用较高，每净化一条小河流就相当于建了一个污水处理厂。由此 可见，进一步完善净化农田排水的生态修复技术十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种可有效净化农田排水的复合型净化农田排 水与生态修复的沟塘湿地系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系统，特点是：包含沿水 流方向依次布置的第一生态浮岛、第一生物绳、第二生态浮岛、第二生物 绳、水生蔬菜筏子、吸附式石笼网陶粒填充排水坝和双六边形组合生态浮 岛，于沟塘湿地系统入口处设置第一生态浮岛，第一生态浮岛的其后水域 悬挂第一生物绳，第一生物绳的其后水域布置第二生态浮岛，第二生态浮 岛的其后水域悬挂第二生物绳，第二生物绳的其后水域设置水生蔬菜筏 子，水生蔬菜筏子其后水域的两驳岸间设置吸附式石笼网陶粒填充排水 坝，吸附式石笼网陶粒填充排水坝的其后水域布置双六边形组合生态浮 岛。

进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系统， 其中，所述第一生态浮岛和第二生态浮岛为长方形浮岛，其上种植有植物。

更进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系 统，其中，所述第一生态浮岛上种植有黄花菖蒲、红花美人蕉以及千屈菜， 第二生态浮岛上种植有蓝花鸢尾、红花美人蕉以及紫花鸢尾。

更进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系 统，其中，所述第一生物绳和第二生物绳有数排，每排生物绳上还吊挂有 多根生物绳。

更进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系 统，其中，所述第一生物绳和第二生物绳的两端固定于驳岸，第一生物绳、 第二生物绳及其吊挂的生物绳为生物接触氧化填料绳，使大量参与污染物 净化的微生物生长在生物接触氧化填料上形成粘液状的生物膜，生物膜固 着于生物接触氧化填料上生长。

再进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系 统，其中，所述水生蔬菜筏子包含多个塑料篮子，塑料篮子之间通过pvc 管捆扎连接，每个篮内设有一层支持网，其上种植有水生蔬菜。

再进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系 统，其中，所述水生蔬菜是水芹菜。

再进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系 统，其中，所述吸附式石笼网陶粒填充排水坝包含透水生物净化通道和土 质堤坝，透水生物净化通道包含网状箱体以及置于其内的填料，填料包含 沿水流方向前后依次布置的第一石块料层、陶粒料层以及第二石块料层， 土质堤坝上设有用于容纳透水生物净化通道的凹坑，凹坑内铺设土工布， 透水生物净化通道置于其上。

再进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系 统，其中，所述双六边形组合生态浮岛包含六边形框以及沿其每一边框固 定的方形生态浮岛，六边形框中间设有用于种植腹水植物的网。

再进一步地，上述的复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系 统，其中，所述吸附式石笼网陶粒填充排水坝的其后水域的河道与河岸之 间设有植物缓冲带。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

采用生物强化系统、水生蔬菜筏子技术、复合生态浮岛系统、植物缓 冲带系统、吸附式石笼网陶粒填充排水坝，对农田排水中氮磷等营养元素 进行有效截留，适用于多种类型农田排水削减氮磷的修复工作，大大简化 水体环境恢复难度，不但省去了大量改造工程的实施，也免去使用大型机 械截污所需要的大量投入成本，有效地提高了水体净化效率，而且在净水 的同时还能获得经济效益。投入成本低、占地面积小、脱氮除磷效果佳。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明系统的平面示意图；

图2：第一生态浮岛的平面示意图；

图3：水生蔬菜筏子的平面示意图；

图4：吸附式石笼网陶粒填充排水坝的示意图；

图5：图4中透水生物净化通道的水平截面示意图；

图6：图4中透水生物净化通道的垂直截面示意图；

图7：双六边形组合生态浮岛的平面示意图。

具体实施方式

如图1所示，复合型净化农田排水与生态修复的沟塘湿地系统，包含 沿水流方向依次布置的第一生态浮岛1、第一生物绳2、第二生态浮岛3、 第二生物绳4、水生蔬菜筏子5、吸附式石笼网陶粒填充排水坝6和双六 边形组合生态浮岛7，于沟塘湿地系统9入口处设置第一生态浮岛1，第 一生态浮岛1的其后水域悬挂第一生物绳2，第一生物绳2的其后水域布 置第二生态浮岛3，第二生态浮岛3的其后水域悬挂第二生物绳4，第二 生物绳4的其后水域设置水生蔬菜筏子5，水生蔬菜筏子5其后水域的两 驳岸间设置吸附式石笼网陶粒填充排水坝6，吸附式石笼网陶粒填充排水 坝6的其后水域布置双六边形组合生态浮岛7，吸附式石笼网陶粒填充排 水坝7的其后水域的河道与河岸之间设有植物缓冲带8。

第一生态浮岛1和第二生态浮岛3为长方形浮岛，如图2，第一生态 浮岛1上种植有植物11，植物11为黄花菖蒲、红花美人蕉以及千屈菜。 第二生态浮岛3上种植蓝花鸢尾、红花美人蕉、紫花鸢尾。

第一生物绳2和第二生物绳4有数排，每排生物绳上还吊挂有多根生 物绳，第一生物绳2和第二生物绳4的两端固定于驳岸，第一生物绳2、 第二生物绳4及其吊挂的生物绳为高比表面积的生物接触氧化填料绳，使 大量参与污染物净化的微生物生长在生物接触氧化填料上形成粘液状的 生物膜，生物膜固着于生物接触氧化填料上生长而不随水流走，因此单位 体积的水体中生物数量高几个数量级。在沟塘湿地系统入口水域范围内布 设，第一处采用pp+k-45生物绳，横向间距30cm，共20排，纵向间距30cm， 共3排。第两处采用pp+k-45生物绳，横向间距50cm，共3排，纵向间距 30cm，共3排。生物绳的强度张力标准为74kg，可以完全应对反应槽内的 水流冲击以及附着的污泥重量，不会轻易断裂。

如图3，水生蔬菜筏子5包含多个塑料篮子52，塑料篮子52之间通 过pvc管51捆扎连接，每个篮内设有一层支持网，其上种植有水生蔬菜， 水生蔬菜是水芹菜。将塑料篮子两侧与pvc管捆扎连接，外侧用pvc管边 框围固，单个筏子之间用pvc捆扎连接，形成4×4的方形整排蔬菜筏子， 四个角用绳子拉住固定于河道两岸，置于水面开阔地带。水生蔬菜筏子5 是活动的，进行维护以及改种或移植种植浮筏里的植物都比较容易。用塑 料篮子作为水生经济蔬菜的生长载体，在篮内加装一层渔网作为经济作物 的支撑材料，篮与篮之间采用pvc管捆扎连接，整个筏子加固，方便采摘， 便于收割。水生蔬菜筏子置于生态排水坝前区的水域开阔地带。

如图4、图5和图6，吸附式石笼网陶粒填充排水坝6包含透水生物 净化通道和土质堤坝10，土质堤坝10上设有用于容纳透水生物净化通道 的凹坑，凹坑内铺设土工布，透水生物净化通道2置于其上，透水生物净 化通道包含网状箱体61以及置于其内的填料，填料包含沿水流方向前后 依次布置的第一石块料层62、陶粒料层63以及第二石块料层64，第一石 块料层62和第二石块料层64均由扁圆形石块堆叠形成，网状箱体61为 1×1×1m的正方形结构。扁圆形石块堆叠存在较多的孔隙，形成较大的比 表面积，有较好的抗冲击性。陶粒密度小，内部多孔，质轻，表面强度高， 吸附能力及透气性极好，可以增强水体的自净能力。扁圆形石块与陶粒渗 透性吸附，可以使水下小型生物通过，净水同时还维护了水环境的生物多 样性。为延长水力停留时间，使水流均匀分布，土质堤坝上种植有对氮磷 吸附能力好的水生植物，水生植物为美人蕉或鸢尾等。水生植物吸收水体 中氮磷等营养元素，根系还能形成好氧区和远离根系的厌氧区，促进了硝 化和反硝化作用，提高了对水体的脱氮作用。排水坝具有净化效果好、经 济实用、易维护等特点，在环境保护和水质保持上，都具有极佳的功效。

如图7，双六边形组合生态浮岛7包含六边形框以及沿其每一边框固 定的方形生态浮岛71，六边形框中间设有用于种植腹水植物的网72，其 上种植白花鸢尾、美人蕉、红花鸢尾、梭鱼草、香菇草、菖蒲、千屈菜、 黄花水龙、再力花、大聚藻等水生植物。以水生植物为主体，运用无土栽 培技术原理，以高分子材料等为载体拼接成双六边形框架，应用物种间共 生关系和充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工 生态系统，以削减水体中的污染负荷。结合绿化技术与漂浮技术，其最大 的优点就是净水效果好，同时浮岛单元一体性完整，结构牢固，拆装维护 方便。

植物缓冲带8介于河道和河岸之间植上植物过渡带，选种去除氮磷能 力强、生态适应性强的水生植物。沿驳岸线种植再力花、旱伞草等去除水 体氮磷效果好的水生植物。缓冲带具有明显的边缘效应，具有调节气候、 涵养水源、滞洪补枯、防止土壤侵蚀、降解环境污染的作用；对面源污染， 地表径流、营养盐具有阻滞作用；具有生物廊道、维持生物多样性和生态 平衡、保持地下水资源平衡以及调节区域C、N等元素等功能。

综上所述，本发明采用生物强化系统、水生蔬菜筏子技术、复合生态 浮岛系统、植物缓冲带系统、吸附式石笼网陶粒填充排水坝，利用生物膜 附着污染物，修复水体环境；水生蔬菜筏方便采摘作物，净水同时产生经 济效益；结合绿化技术与漂浮技术，净水效果好，拆装维护方便；排水坝 的扁圆形石块与陶粒渗透性吸附，可以使水下小型生物通过，净水同时维 护了水环境的生物多样性，石笼网内填充的材料需要具有表面强度大、吸 附能力强、渗透能力好等特点。对农田排水中氮磷等营养元素进行有效截 留，适用于多种类型农田排水削减氮磷的修复工作，大大简化水体环境恢 复难度，不但省去了大量改造工程的实施，也免去使用大型机械截污所需 要的大量投入成本，有效地提高了水体净化效率，而且在净水的同时还能 获得经济效益。投入成本低、占地面积小、脱氮除磷效果较好。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若 干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。