往复式植物栅格系统及其应用技术方案

往复式植物栅格系统及其应用属于农村面源污染处理工艺技术领域；一种往复式植物栅格系统，其特征在于包括植物栅格区（１）、蓄水区（２）与固定连接转轴（３）；所述的固定连接转轴（３）底部固定于蓄水区（２）内，固定连接转轴（３）上设有套件（６），该套件（６）沿固定连接转轴（３）做上下自由运动，套件（６）与所述的植物栅格区（１）连接；植物栅格区（１）的自身重量大于或等于在污水中的浮力；本发明专利技术的栅门启闭状态随沟渠水位变化自行往复运动；该系统具有简易，灵活，美观，占地面积少，易于更换与清洁，Ｎ、Ｐ去除效果好，运行费用低，易于管理等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种随水位变化自动启闭的农田沟渠面源污染物削减系统及其构建 方法，属于农业面源污染物削减
，可广泛应用于农田沟渠或村镇河流之中，有效去 除面源污染物，而且不阻碍水体流动。
技术介绍
利用生物_生态修复技术有效削减农业非点源污染物是防治水环境污染的重要 手段，以生态护坡技术为代表。该技术能够固土保水、绿化景观、净化水质；但是，生态护坡 受分布位置影响，只能是沿水流流向上与部分水体接触，当农田沟渠水位较低时，护坡与水 体的接触面积会大幅减小，从而降低了净水效率，因此需要辅助其它生态修复技术，实现对 污染物的高效去除。人工浮床是运用无土栽培技术，以有机高分子材料或无机滤料等为基质，采用现 代农业和生态工程措施综合集成的污水生态工程治理技术。人工浮床一般由框架、基质、固 定装置以及特定的植物构成。该技术利用浮床植物根系的吸收、吸附以及根部系统的氧化 作用和物种互生共生机制机理，并通过收获植物的方法及依赖基质微生物生长削减水中富 集的N、P等污染物，从而达到净化水质的效果。但是，由于浮床植物的生长要求，人工浮床 的布置需要固定在较为宽阔的水面，适用于宽的河道或湖泊。而农田所涉及的沟渠宽度小， 且水位和流速变化幅度较大，不能满足浮床植物的生长要求，一般农田沟渠难以实现其放 置要求。
技术实现思路
专利技术目的提供一种治理农业面源污染的方法，尤其是提供削减农田沟渠水体面源污染物的 技术措施，主要是针对去除农田径流中N、P等营养元素问题。利用本专利技术提供的往复式植 物栅格，不仅能有效拦截农田排水中的污染物质，同时可以保障沟渠水流的畅通，能有效的 克服现有技术中存在的阻碍水流通畅、占地面积大等缺点，解决了现有植物修复技术不能 适应农田沟渠多变水深的问题。本专利技术具有简易、灵活、美观，占地面积少，N、P去除效果好， 易于清洗与更换，运行费用低，易于管理等特点。
技术实现思路
—种往复式植物栅格系统，其特征在于包括植物栅格区、蓄水区与固定连接转轴； 所述的固定连接转轴底部固定于蓄水区内，固定连接转轴上设有套件，该套件沿固定连接 转轴活动连接，所述的植物栅格区设于套件上，并且植物栅格区与套件固定连接；植物栅格 区的自身重量大于或等于在污水中的浮力。作为一种优化选择调节植物栅格区的自身重量使得所述的植物栅格区的植物生 长区处于水平面以上。所述的蓄水区的容积大于所述的植物栅格体的体积，且蓄水区底边的最短的一边大于植物栅格区的对角线长度，在水位上升后，所述的植物栅格体由于浮力作用通过套件 沿固定连接转轴做向上运动，当水位下降时又可恢复到起始位置。所述套件可以沿固定连 接转轴按一定角度进行偏转运动，也可以自由上下运动。套件可以嵌入到固定连接转轴内 沿一定弧形轨迹运动，或套件直接套在固定连接转轴外，以固定固定连接转轴为轴自由上 下运动。所述的植物栅格区包括植物生长区、微生物处理区和栅格框架，栅格框架内由下 到上依次为微生物处理区和植物生长区。所述的微生物处理区铺设吸附性填料，吸附性填料外设有网状体。以沸石和陶粒 为例，底部铺设8 30cm厚，粒径为0.5 lcm的陶粒；其上部铺设3 10cm厚，粒径为 1 3cm的沸石，所述陶粒层和沸石层外分别设有5 10cm厚的网状体如天然椰棕纤维 等，在使用时可以将陶粒与沸石放置在用网状体如天然椰棕纤维构建的抽屉内，在陶粒与 沸石的过渡位置需注意颗粒级配的均布以防结构变形，并保证栅格体在水中移动时重心的 稳定，所种植的植物可以在天然椰棕纤维构建的装有沸石的抽屉上平面生长。当沸石和陶 粒中充有大量的营养物质和泥沙颗粒时，将微生物处理区的抽屉取出，并予以清洗或更换 抽屉里面的沸石和陶粒，清洗沸石和陶粒的水可再次用于农田之中，提供农作物生长所需 的营养盐。该微生物处理区的功能是提供微生物生长场所，为植物根系提供空间，为便于移 动以轻质石料为主辅助沸石铺设以稳定重心。栅格体所受浮力大于或等于整个栅格体的重 量，即P gV彡(m1+m2+m3) g，其中P是水密度，g是重力加速度，V是栅格体的体积，n^为高 吸附性填料载体的质量，1113所种植物可达到的最大质量，1112为构建植物栅框架所用的镀锌 铁丝、藤条、竹子、木片等的总质量。所述植物为对N、P吸收效果较好植物的一种或几种，并根据季节进行选择，所述 的植物生长区为微生物处理区的椰棕纤维上种植蕹菜、香根草、茭白、香蒲，水芹或多花黑 麦草等，如春夏季节选择蕹菜、香根草、茭白、香蒲等，秋冬季选择水芹、多花黑麦草等，种植 密度为50 120株/m2。植物栅格框架上端前后边缘设栏，栏高为植物成熟期高度的1/2 2/3，以限制植物的横向生长，防止植物上部超出基座，落叶形成二次污染，以及上重下轻的 不稳定现象。植物栅框架可为圆柱型、椭圆柱型、棱柱型、花瓶型或曲线型，以竹子、木条、聚四 氟乙烯材料或有机玻璃为主体原料，外径根据栅格体大小确定，外径一般控制在3 6cm ； 植物栅框架的底面与侧面由孔径为0. 5 1. 0cm的网状结构如镀锌铁丝网、藤条编织网或 竹片编织网构建而成。当沟渠水流缓慢时透水，使植物栅格体与水体充分接触，达到拦截与 去除污染物的目的；当水流急速且水位上升时，植物栅格自动升降，充分保障沟渠水流的畅iM o作为一种优选方式在沟渠底部用混凝土构建深度为0. 15米的蓄水区，蓄水区的 面积根据沟渠大小确定。有益效果1、理念创新静水时净化水体，灌溉及暴雨时期不阻碍水流。2、构建方法创新整体结构特征创新，栅格体随水位变化自由升降，本专利技术与现有 技术相比，采用生物膜工艺，在微生物处理区采用沸石与陶粒，实现功能互补，提高污染物 去除效果，无需考虑系统的抗冲击能力，水位上涨之后，栅格自动避让，不阻碍水体流动。3、所述植物栅格区的椰棕纤维上种植对N、P营养元素有较强吸收能力的植物。在 农田沟渠构建植物栅格系统治理面源污染，其特点为投资少、见效快、成本低、净化效果好、无二次污染。4、工程材料为天然材料，使用寿命长，对环境影响小，符合生态学原理。系统运行 无需外加动力，运转成本低廉。日常管理维护简单。5、对水体水位和流速变化的适应性较好，且构建方便，材料易得，有较大的推广价值。6、植物的生长吸收水体中的N、P营养物质，进而达到去除水体污染物的目的，且 所种植的水芹等植物可以带来一定的经济收益。7、在水流低速流动时，沸石、陶粒等高吸附性填料的表面以及植物根系区为微生 物生长提供了良好的生存环境，大量悬浮物被填料和植物根系阻挡截留，有机物则通过生 物膜的吸收、同化和异化作用被一定程度上去除。填料内部及其周边环境将呈现好氧、缺氧 和厌氧多种状态，保证了水中的N、P作为营养成分被植物和微生物直接吸收，并可通过硝 化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将污染物质从水体中去除。附图说明图1为直五棱柱型往复式植物栅格系统示意2为固定连接转轴的剖面示意3为固定连接转轴和套件示意4为套件连接示意5为直五棱柱型往复式植物栅格系统装配前和装配后的示意6为直五棱柱型的往复式植物栅格示意7为圆柱型往复式植物栅格系统示意8为花瓶型往复式植物栅格系统示意图其中1、植物栅格区；2、蓄水区；3、固定连接转轴；4、植物生长区；5、微生物处理 区；6、套件；7、栅格框架；8、围栏；S为固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往复式植物栅格系统，其特征在于包括植物栅格区（１）、蓄水区（２）与固定连接转轴（３）；所述的固定连接转轴（３）底部固定于蓄水区（２）内，固定连接转轴（３）上设有套件（６），该套件（６）沿固定连接转轴（３）活动连接，所述的植物栅格区（１）设于套件（６）上，并且植物栅格区（１）与套件（６）固定连接；植物栅格区（１）的自身重量大于或等于在污水中的浮力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凌，燕文明，刘玉洪，刘俊伟，马惠群，黄兴国，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]