申请/专利权人：金陵科技学院

申请日：2019-04-08

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN109874442B

主分类号：A01B79/02

分类号：A01B79/02;C02F1/00;C02F3/32;C02F3/34;E02B13/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2019.07.09#实质审查的生效;2019.06.14#公开

摘要：本发明公开了一种田间原位生态循环水处理灌排系统，包括种植区、地下物理净化区、生态拦截Ⅰ区、生态拦截Ⅱ区、生态拦截Ⅲ区、生物膜‑陶粒净化区、清洁水源存储区、培养区以及灌水系统；种植区为斜坡，中部通过地下物理净化区隔成上种植区和下种植区；生态拦截Ⅰ区为延种植区坡底铺设的沟渠，其一端引水口连接外来水源，另一端与生态拦截Ⅲ区相连通；生态拦截Ⅱ区为位于生态拦截Ⅰ区的另一侧向外倾斜土坡，底部形成集水渠并与生态拦截Ⅲ区连通；清洁水源存储区位于种植区的一侧；生物膜‑陶粒净化区位于生态拦截Ⅲ区与清洁水源存储区之间；灌水系统通过管道连通清洁水源存储区与种植区，将清洁水源存储区内的水源浇灌于种植区内。

主权项：1.一种田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，包括种植区1、地下物理净化区2、生态拦截Ⅰ区3、生态拦截Ⅱ区4、生态拦截Ⅲ区5、生物膜-陶粒净化区6、清洁水源存储区7、培养区8以及灌水系统9；其中，所述的种植区1为斜坡，坡度为0.2-0.4，中部通过地下物理净化区2隔成上种植区101和下种植区102；所述上种植区101通过土陇13围合，所述下种植区102通过地下物理净化区2围合；所述的生态拦截Ⅰ区3为延种植区1坡底铺设的沟渠，其一端引水口31连接外来水源，另一端通过生态拦截Ⅲ区5侧面的第一预留口51与生态拦截Ⅲ区5相连通，从而将外来水源引入到生态拦截Ⅲ区5内；所述生态拦截Ⅱ区4为位于生态拦截Ⅰ区3的另一侧向外倾斜土坡，其底部形成集水渠，端部通过生态拦截Ⅲ区5侧面的第二预留口52与生态拦截Ⅲ区5相连通，将集水渠内的水引入到生态拦截Ⅲ区5内；所述清洁水源存储区7位于种植区1的一侧，用于储存清洁的灌溉水源，其上方设有顶棚，隔绝外部污染物；所述生物膜-陶粒净化区6位于生态拦截Ⅲ区5与清洁水源存储区7之间；生态拦截Ⅲ区5通过一侧的第一滚水坝53将生态拦截Ⅲ区5内的水引入到生物膜-陶粒净化区6内进一步处理，然后通过生物膜-陶粒净化区6一侧的第二滚水坝61进入到清洁水源存储区7内储存；所述的培养区8紧邻清洁水源存储区7和种植区1，用于培养微生物、水生植物；所述的灌水系统9通过管道连通清洁水源存储区7与种植区1，将清洁水源存储区7内的水源浇灌于种植区1内；所述上种植区101和下种植区102分别通过秸秆陇14分隔成若干种植田；所述的秸秆陇由农作物秸秆与土壤混合而成；所述的地下物理净化区2由上部土层21、中部过滤层22和底部净化层23组成；所述的上部土层21厚度为20-40cm；所述的中部过滤层22由土、石块和细沙混合而成，厚度不小于40cm；所述的底部净化层23由土、鹅卵石、生物质粉和陶粒混合而成，厚度不小于40cm；所述的生物膜-陶粒净化区6深度不大于0.5m，底部陶粒层不大于0.4cm，并加入当地水源中的微生物形成生物膜；所述的清洁水源存储区7深度为0.5-2m，其与种植区1相邻的一侧设有引水台10，另一侧设置有自来水补水管道11；所述的灌水系统9包括水泵91、输水主管道92和田间支管93，所述的水泵91位于引水台10上，所述的输水主管道92铺设在上种植区101和下种植区102之间，通过田间支管93将清洁水源存储区7内的水泵送至各种植田进行浇灌。

全文数据：一种田间原位生态循环水处理灌排系统技术领域本发明属于农田生态循环工程、原位面源污染治理、水资源高效利用及保护等领域，具体涉及一种田间原位生态循环水处理灌排系统。背景技术我国农业生产中土壤重金属污染、水体富营养化以及有机污染较严重。有的地区甚至没有可以用来生产农作物的良好土壤。针对这些环境问题，国内外专家利用多种手段进行研究，并逐步实施有效成果，取得了一定的效果。如针对农田面源污染提出的“4R”技术，在大面积的农业面源污染区域使用取得了很好的整治效果。并且正在全国各地大规模的进行推进。由于该技术使用的是生态手段，整治时间较长，针对污染程度严重地区效果并不能很快实现。另外一些地方也开始利用植物工程、微生物进行防治，有一定的效果。传统的客土换土虽然可以很大程度上解决污染土壤，但是在我国可以利用的无污染的土壤资源越来越少的情况下并不适合。还有对重金属污染土壤进行淋洗、蒸馏等手段也要高昂的费用。对于原位水土污染治理也在大量研究，如利用一些改良剂、特殊肥料、微生物等，但是各种手段治理效果不同，尤其是对于不同土壤类型、地理位置难以有有效的简易方法解决。然而多数措施也没有考虑对当地受污染的地下水进行治理利用，造成后期污染现象的复发。地下水污染检测及治理刻不容缓。当今农田面源污染治理主要集中在大规模的种植区域，对于小规模农业生产基地还没有相应的完整生态循环回收利用处理系统。尤其是对于设施农业生成区域，长期产生土壤问题，如盐分累积、养分流失、重金属污染，同时农业废弃物得不到合理的利用，对上述问题的整治及防治措施不能够有机的结合，不仅造成资源的浪费，治理成本较高。而且土壤问题也得不到根本的利用。发明内容本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种有效治理农业生产中的面源污染、重金属污染、有机物污染的灌排系统，实现田间原位水的高效净化处理及循环利用。为了达到上述的目的，本发明采取的技术方案如下：一种田间原位生态循环水处理灌排系统，包括种植区、地下物理净化区、生态拦截Ⅰ区、生态拦截Ⅱ区、生态拦截Ⅲ区、生物膜-陶粒净化区、清洁水源存储区、培养区以及灌水系统；其中，所述的种植区为斜坡，坡度为0.2-0.4，中部通过地下物理净化区隔成上种植区和下种植区；所述上种植区通过土陇围合，所述下种植区通过地下物理净化区围合；所述的生态拦截Ⅰ区为延种植区坡底铺设的沟渠，其一端引水口连接外来水源，另一端通过生态拦截Ⅲ区侧面的第一预留口与生态拦截Ⅲ区相连通，从而将外来水源引入到生态拦截Ⅲ区内；所述生态拦截Ⅱ区为位于生态拦截Ⅰ区的另一侧向外倾斜土坡，其底部形成集水渠，端部通过生态拦截Ⅲ区侧面的第二预留口与生态拦截Ⅲ区相连通，将集水渠内的水引入到生态拦截Ⅲ区内；；所述清洁水源存储区位于种植区的一侧，用于储存清洁的灌溉水源，其上方设有顶棚，隔绝外部污染物；所述生物膜-陶粒净化区位于生态拦截Ⅲ区与清洁水源存储区之间；生态拦截Ⅲ区通过一侧的第一滚水坝将生态拦截Ⅲ区内的水引入到生物膜-陶粒净化区内进一步处理，然后通过生物膜-陶粒净化区一侧的第二滚水坝进入到清洁水源存储区内储存；所述的培养区紧邻清洁水源存储区和种植区，用于培养微生物、水生植物；所述的灌水系统通过管道连通清洁水源存储区与种植区，将清洁水源存储区内的水源浇灌于种植区内。具体地，所述上种植区和下种植区分别通过秸秆陇分隔成若干种植田；所述的秸秆陇由农作物秸秆与土壤混合而成。所述的地下物理净化区由上部土层、中部过滤层和底部净化层组成；所述的上部土层厚度为20-40cm；所述的中部过滤层由土、石块和细沙混合而成，厚度不小于40cm；所述的底部净化层由土、鹅卵石、生物质粉和陶粒混合而成，厚度不小于40cm。所述的生态拦截Ⅰ区深度不大于0.5m，底部高于生态拦截Ⅲ区0.5-0.1m，渠内种有水生净化植物，并养殖小型水产动物。所述的生态拦截Ⅱ区坡面种植有水生作物。所述的生态拦截Ⅲ区深度不大于1.0m，底部设有沸石-鹅卵石层，层厚不超过生态拦截Ⅲ区深度的一半，并种植有净化浮游植物。所述的生物膜-陶粒净化区深度不大于0.5m，底部陶粒层不大于0.4cm，并加入当地水源中的微生物形成生物膜。所述的清洁水源存储区深度为0.5-2m，其与种植区相邻的一侧设有引水台，另一侧设置有自来水补水管道。所述的灌水系统包括水泵、输水主管道和田间支管，所述的水泵位于引水台上，所述的输水主管道铺设在上种植区和下种植区之间，通过田间支管将清洁水源存储区内的水泵送至各种植田进行浇灌。有益效果：本发明通过多层次、多过程、多空间的生态净化及渗流的水分，净化后的水回用到作物生产中，同时在不同生态净化区都能取得一定的经济和生态效益，减少了土壤养分的流失，充分利用了农作物秸秆，不仅能减少水分蒸发，还能经过一定时期的腐熟形成有机物质直接用于种植区。因此本发明能够很好的实现农田生态水循环功能，还能创造经济价值，降低运行成本，减少作物生长障碍，资源化利用废弃物。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为该灌排系统的整体结构示意图。图2为该灌排系统的灌溉原理图。图3为该灌排系统地下物理净化区布层图。图4为该灌排系统水流循环储存原理图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本发明。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。如图1所示，该灌排系统包括种植区1、地下物理净化区2、生态拦截Ⅰ区3、生态拦截Ⅱ区4、生态拦截Ⅲ区5、生物膜-陶粒净化区6、清洁水源存储区7、培养区8以及灌水系统9。种植区1为斜坡，坡度为0.3，中部通过地下物理净化区2隔成上种植区101和下种植区102；所述上种植区101通过土陇13围合，所述下种植区102通过地下物理净化区2围合；上种植区101和下种植区102分别通过秸秆陇14分隔成若干种植田。地下物理净化区2由上部土层21、中部过滤层22和底部净化层23组成；所述的上部土层21厚度为30cm；所述的中部过滤层22由土、石块和细沙混合而成，厚度为40cm；所述的底部净化层23由土、鹅卵石、生物质粉和陶粒混合而成，厚度为40cm。生态拦截Ⅰ区3为延种植区1坡底铺设的沟渠，其一端引水口31连接外来水源，另一端通过生态拦截Ⅲ区5侧面的第一预留口51与生态拦截Ⅲ区5相连通，从而将外来水源引入到生态拦截Ⅲ区5内。生态拦截Ⅰ区3深度为0.5m，底部高于生态拦截Ⅲ区5约0.3m，渠内种有水生净化植物，并养殖小型水产动物。生态拦截Ⅱ区4为位于生态拦截Ⅰ区3的另一侧向外倾斜土坡，坡面种植有水生作物，底部形成集水渠，端部通过生态拦截Ⅲ区5侧面的第二预留口52与生态拦截Ⅲ区5相连通，将集水渠内的水引入到生态拦截Ⅲ区5内。生态拦截Ⅲ区5深度为1.0m，底部设有沸石-鹅卵石层，层厚不超过生态拦截Ⅲ区深度的一半，并种植有净化浮游植物。清洁水源存储区7位于种植区1的一侧，深度为1m，其与种植区1相邻的一侧设有引水台10，另一侧设置有自来水补水管道11。清洁水源存储区7用于储存清洁的灌溉水源，其上方设有顶棚，隔绝外部污染物。生物膜-陶粒净化区6位于生态拦截Ⅲ区5与清洁水源存储区7之间；生态拦截Ⅲ区5通过一侧的第一滚水坝53将生态拦截Ⅲ区5内的水引入到生物膜-陶粒净化区6内进一步处理，然后通过生物膜-陶粒净化区6一侧的第二滚水坝61进入到清洁水源存储区7内储存。生物膜-陶粒净化区6深度为0.5m，底部陶粒层不大于0.4cm，并加入当地水源中的微生物形成生物膜。培养区8紧邻清洁水源存储区7和种植区1，用于培养微生物、水生植物。灌水系统9通过管道连通清洁水源存储区7与种植区1，将清洁水源存储区7内的水源浇灌于种植区1内。灌水系统9包括水泵91、输水主管道92和田间支管93，所述的水泵91位于引水台10上，所述的输水主管道92铺设在上种植区101和下种植区102之间，通过田间支管93将清洁水源存储区7内的水泵送至各种植田进行浇灌。上述灌排系统建设流程包括：1硬质化区域建设本发明施工过程中首先对生态拦截Ⅲ区5、生物膜-陶粒净化区6、清洁水源存储区7、培养区8进行硬质化建设。生态拦截Ⅲ区5独立的两侧设置防渗层，另一侧通过第一滚水坝51与生物膜-陶粒净化区6相通。四周进行防渗硬质化处理，内部设置沸石-鹅卵石层，层厚不超过本区域深度的一半，种植净化浮游植物。生物膜-陶粒净化区6间隔生态拦截Ⅲ区5和清洁水源存储区7，底部陶粒层不大于0.4cm，加入当地水源中微生物形成生物膜。清洁水源存储区7四周墙壁设有防渗层，与生物膜-陶粒净化区6共有的一侧为第二滚水坝61，与种植区相邻一侧建有引水台10，相向一侧设置自来水补水管道11。2地下物理净化区建造由上层土层、中部土+石块+细沙、下部土+鹅卵石+生物质粉+陶粒组成。土层厚度20-40cm，土+石块+细沙层厚不小于40cm，土+鹅卵石+生物质粉+陶粒层厚不小于40cm，效果较好。3灌水系统设置灌水系统包括水泵、输水主管道、田块支管取水口，其中水泵放置在饮水台上。在地下物理净化区施工过程中铺设输水主管道，选用耐老化、抗压的塑料管，管径不小于50cm。引出的田块取水管道管径要小于主管道，并带有控制阀门，作为每个田块取水口。4种植区建设主要是按照最佳坡度为0.2-0.4，最佳倾斜角度为10-30°情况进行土地平整，种植区地势高一侧每个种植区为土陇、秸秆陇、物理净化层围成，地势较低的一侧每个种植区仅由秸秆陇隔离，其余周边均为物理进化层围成。在种植区田块间设置秸秆陇，厚度根据种植区域生物量设定，一般不小于5cm。该陇是由作物茬或秸秆粉碎后与土壤混合而成，加入有益微生物EM原位发酵。4生态拦截Ⅰ区和生态拦截Ⅱ区生态拦截Ⅰ区是在原土壤上挖掘成土质沟渠，深度小于0.5m，底部高于生态拦截Ⅲ区0.5-0.1m，与地下物理净化区要有至少40cm宽的土埂相隔。种植具有经济价值的水生净化植物和养殖小型水产动物，利用当地周从生物形成生物膜；同时一端连接外来水源，另一端直接与生态拦截Ⅲ区相通。生态拦截Ⅱ区是一倾斜土坡，宽度不少于1m，坡面种植具有净化功能的植物，底部形成集水渠，并与生态拦截Ⅲ区相连通，将集水渠内的水引入到生态拦截Ⅲ区内，远离生态拦截Ⅰ区一侧应当进行防渗处理。该灌排系统水处理循环净化过程如下：在作物生长过程中进行灌溉，下渗水进入地下物理净化区，防止养分流失。地下水位上升的时候也经过地下物理净化区，生物质炭、陶粒等吸收阻挡盐分的累积，同时把截留的养分根据需要提供给作物，所以需要根据当地实际情况进行作物生长养分管理，不能过多施用，可以在下一作物生长过程中考虑上一茬作物养分被截留的情况，进行减肥施用。水分在下渗过程中流入到生态拦截生态拦截Ⅰ区和生态拦截Ⅱ区，通过植物和生物膜的进一步吸收净化，流入到生态拦截Ⅲ区，水中污染物质或者富余养分通过浮游植物以及沸石、鹅软石的周围生成的微生物的进一步吸收。同时该区域能够降低水流速度，延长吸收净化时间，缓慢进入生物膜-陶粒净化区被进一步净化，最终进入清洁水源存储区，可以回收再利用进行灌溉，实现区域水处理循环利用。上述所有使用的生物膜以及植物均可提前在培养区进行周从生物的培养、植物的育苗等，有利于降低成本，方便施工及后期的水处理。本发明对农业生产中的面源污染、重金属污染、有机物污染扥均有一定的效果。尤其是对重污染区域，可在一年之后初步实现净化，第二年可以开始生产出绿色无公害的农产品。同时本发明可以取得多方面的经济价值，降低成本，实现一定的经济收益。本发明提供了一种田间原位生态循环水处理灌排系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

权利要求：1.一种田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，包括种植区1、地下物理净化区2、生态拦截Ⅰ区3、生态拦截Ⅱ区4、生态拦截Ⅲ区5、生物膜-陶粒净化区6、清洁水源存储区7、培养区8以及灌水系统9；其中，所述的种植区1为斜坡，坡度为0.2-0.4，中部通过地下物理净化区2隔成上种植区101和下种植区102；所述上种植区101通过土陇13围合，所述下种植区102通过地下物理净化区2围合；所述的生态拦截Ⅰ区3为延种植区1坡底铺设的沟渠，其一端引水口31连接外来水源，另一端通过生态拦截Ⅲ区5侧面的第一预留口51与生态拦截Ⅲ区5相连通，从而将外来水源引入到生态拦截Ⅲ区5内；所述生态拦截Ⅱ区4为位于生态拦截Ⅰ区3的另一侧向外倾斜土坡，其底部形成集水渠，端部通过生态拦截Ⅲ区5侧面的第二预留口52与生态拦截Ⅲ区5相连通，将集水渠内的水引入到生态拦截Ⅲ区5内；所述清洁水源存储区7位于种植区1的一侧，用于储存清洁的灌溉水源，其上方设有顶棚，隔绝外部污染物；所述生物膜-陶粒净化区6位于生态拦截Ⅲ区5与清洁水源存储区7之间；生态拦截Ⅲ区5通过一侧的第一滚水坝53将生态拦截Ⅲ区5内的水引入到生物膜-陶粒净化区6内进一步处理，然后通过生物膜-陶粒净化区6一侧的第二滚水坝61进入到清洁水源存储区7内储存；所述的培养区8紧邻清洁水源存储区7和种植区1，用于培养微生物、水生植物；所述的灌水系统9通过管道连通清洁水源存储区7与种植区1，将清洁水源存储区7内的水源浇灌于种植区1内。2.根据权利要求1所述的田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，所述上种植区101和下种植区102分别通过秸秆陇14分隔成若干种植田；所述的秸秆陇由农作物秸秆与土壤混合而成。3.根据权利要求1所述的田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，所述的地下物理净化区2由上部土层21、中部过滤层22和底部净化层23组成；所述的上部土层21厚度为20-40cm；所述的中部过滤层22由土、石块和细沙混合而成，厚度不小于40cm；所述的底部净化层23由土、鹅卵石、生物质粉和陶粒混合而成，厚度不小于40cm。4.根据权利要求1所述的田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，所述的生态拦截Ⅰ区3深度不大于0.5m，底部高于生态拦截Ⅲ区50.5-0.1m，渠内种有水生净化植物，并养殖小型水产动物。5.根据权利要求1所述的田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，所述的生态拦截Ⅱ区4坡面种植有水生作物。6.根据权利要求1所述的田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，所述的生态拦截Ⅲ区5深度不大于1.0m，底部设有沸石-鹅卵石层，层厚不超过生态拦截Ⅲ区深度的一半，并种植有净化浮游植物。7.根据权利要求1所述的田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，所述的生物膜-陶粒净化区6深度不大于0.5m，底部陶粒层不大于0.4cm，并加入当地水源中的微生物形成生物膜。8.根据权利要求1所述的田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，所述的清洁水源存储区7深度为0.5-2m，其与种植区1相邻的一侧设有引水台10，另一侧设置有自来水补水管道11。9.根据权利要求8所述的田间原位生态循环水处理灌排系统，其特征在于，所述的灌水系统9包括水泵91、输水主管道92和田间支管93，所述的水泵91位于引水台10上，所述的输水主管道92铺设在上种植区101和下种植区102之间，通过田间支管93将清洁水源存储区7内的水泵送至各种植田进行浇灌。

百度查询： 金陵科技学院 一种田间原位生态循环水处理灌排系统

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD