一种用于田间排水的嵌入式折流净化装置

1.本实用新型涉及一种农业领域内的水净化装置，特别是涉及一种用于田间排水的嵌入式折流净化装置。


背景技术：

2.随着我国工业废水和城市生活污水等点源污染得到有效控制，农业面源污染已经成为水环境污染物的最重要来源。第二次全国污染源普查公报显示，农业源排放的总氮和总磷占全国水污染排放总量的46.5％和67.2％，其中51％和36％来自种植业。水稻生产的灌溉用水量是农业总用水量的约70％，稻田排水所含污染物已经成为南方水网地区农业面源污染的主要来源。在水稻生产过程中，过量施用化肥以及超负荷秸秆还田，极易导致污染物(固体悬浮物、氮和磷养分)通过径流排水进入周边水体，是造成水体富营养化及水质恶化的重要原因之一。同时，大量灌溉以及丰富的降雨也会导致氮磷等污染物通过径流排放的环境负荷升高，尤其长江中下游水稻种植区域全年降雨量集中在稻季，且多发强降雨天气，极易导致土壤粘粒等固体悬浮物、氮和磷等污染物经径流排水进入水体，从而加大水体的污染风险。
3.目前，国内关于稻田排水处理的方法主要是采用生态沟渠拦截技术。该技术是通过新建或对现有排水沟渠进行生态化改造，使其在稻田排水流经生态沟渠时进行拦截净化。已有的生态沟渠技术的净化原理基本类似，主要问题是大多数的生态沟渠耐冲击负荷能力较差，无法满足瞬时大流量、污染物浓度高时的快速处理要求；此外，生态沟渠通常距离较长，不仅改造工程量大，而且需要在沟壁或沟底种植水生植物，后续维护成本较高，如果维护不当会造成植物体过于茂盛而影响稻田排水的顺畅，影响了生态沟渠的大规模推广。
4.涉及到利用稻田排水口或田埂来控制稻田排水水质的实用新型尚不多见。稻田田埂是传统水稻田的重要组成部分，主要作用是保持田间水层。我国高标准农田建设的基本原则包括“田成方、渠成网、涝能排、无污染”等，但目前为止稻田系统除了改造排水沟渠使之成为生态净化沟渠技术外，尚缺少能与高标准农田建设的排水沟渠系统无缝链接的净化技术，尤其是利用田埂空间结构、不占用农田面积、不影响沟渠排水的稻田排水净化技术与装置。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于田间排水的嵌入式折流净化装置，用于解决现有技术中装置占用农田面积大、稻田排水净化难的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于田间排水的嵌入式折流净化装置，所述装置包括初级净化单元、主体净化单元，所述初级净化单元联通所述主体净化单元；
7.所述初级净化单元内填充初级净化材料；所述初级净化单元与所述主体净化单元
之间设有入水口，所述入水口的阀门为可调节高度的闸门；
8.所述主体净化单元包括若干依次流体联通的净化处理模块，每个净化处理模块与相邻的两个所述净化处理模块之间的联通位置分别位于净化处理模块的顶部和底部，使得水流通过每个净化处理模块时都是上进下出或者下进上出；每个所述净化处理模块内部设置填料层，所述填料层包括顶层填料、中间层填料以及底层填料，所述顶层填料和底层填料为多孔性填料层，中间层填料为吸附性填料层。
9.进一步地，所述初级净化材料为天然沸石。
10.进一步地，所述闸门包括若干块可拆卸的闸板，所有所述闸板都使用时可封闭入水口。
11.进一步地，所述多孔性填料层中的填料选自多孔性玻璃轻石、火山岩、蛭石、或人工陶粒中的任一种或几种；所述吸附性填料层选自天然沸石或生物质炭中的任一种或两种。
12.进一步地，所述填料层包括从下至上依次设置的第一多孔性玻璃轻石层、天然沸石层以及第二多孔性玻璃轻石层。
13.进一步地，所述第一多孔性玻璃轻石层中含有塑料空心球。
14.进一步地，所述主体净化单元整体为箱体结构，所述箱体内部设置若干挡水板将整个箱体分割成若干净化处理模块。
15.进一步地，与所述入水口连接的净化处理模块中的顶层填料和中间层填料之间设置多孔布水板。
16.进一步地，每个净化处理模块分别通过挡水板顶部的缺口以及底部多孔集水管与相邻的两个净化处理单元流体联通。
17.进一步地，所述主体净化单元还包括盖子，所述盖子与箱体匹配。
18.本实用新型的另一方面提供了上述净化装置用于田间污水净化处理的用途。
19.如上所述，本实用新型的田间排水净化装置，具有以下有益效果：
20.不占用农田面积、不影响沟渠排水的情况下，充分利用稻田结构上的可利用空间，在田埂内部横向嵌入处理装置，并通过在装置内部设置水流上行
‑
下行折流路径增加流程，加上多层填料系统的过滤与吸附，可以快速去除稻田排水中的固体悬浮物和氮磷养分，从而达到削减稻田面源污染负荷的目的。
附图说明
21.图1显示为本净化装置的透视图；
22.图2显示为本净化装置的安装剖面图；
23.图3显示为本净化装置的分段式入水口示意图；
24.图4显示为本净化装置的填料剖面图。
25.元件标号说明
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初级净化单元
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入水口
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第一多孔集水管
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第二多孔集水管
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第一挡水板
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第二挡水板
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第三挡水板
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第四挡水板
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排水管
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顶盖
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11
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布水板
[0037]
12
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顶层填料
[0038]
13
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中间层填料
[0039]
14
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底层填料
[0040]
15
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卡槽
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16
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顶层闸板
[0042]
17
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中间层闸板
[0043]
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下层闸板
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稻田
[0045]
20
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排水沟
具体实施方式
[0046]
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0047]
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、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，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，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，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0048]
实施例：上海市奉贤区某村水稻田。试验稻田面积为5亩，种植常规水稻，按常规进行施肥和灌溉管理。稻田排水主要发生在强降雨时期和稻田烤田排水时期。采集装置进出口水样并检测固体悬浮物、总氮和总磷。
[0049]
如图1
‑
4所示，本装置主要用于给田间的排水进行净化。所述净化装置安装时主体结构嵌入稻田19靠近排水沟20的田埂内部周边，装置顶部与田埂平齐。
[0050]
所述净化装置包括初级净化单元1和主体净化单元，所述初级净化单元联通所述主体净化单元，使得水流从初级净化单元流进主体净化单元。所述主体净化单元上部设置入水口2，所述入水口2的周围设置初级净化单元1。所述初级净化单元体积较小，位于主体净化单元的侧面顶部。
[0051]
所述初级净化单元内填充初级净化材料；所述入水口的阀门为可调节高度的闸门。所述初级净化单元包括初级净化箱体，以及设置于箱体中的初级净化材料。所述初级净
化材料可以为天然沸石。所述初级净化箱体采用具有多孔结构的布水板。初级净化装置主要防止较大悬浮物进入。
[0052]
于一优选实施例中，所述闸门包括若干块可拆卸的闸板，所有所述闸板都使用时可封闭入水口。例如在本实施例中设置了3块闸板，分别为顶层闸板16、中间层闸板17以及下层闸板18(均为10cm高、30cm宽)。入水口处设置卡槽15，3块闸板可以插入卡槽中。使用者可根据田间需水情况改变入水口闸板高度。中间层闸板与下层闸板交接处与稻田土壤表面平齐，田间需要蓄水时3块闸板均插入入水口卡槽，进行水稻淹水栽培时一般插入2块闸板(中间层闸板与下层闸板)，可蓄10cm深田面水；如遇强降雨水面上升，可通过闸板上方溢流进入装置；当需要排放稻田的田面水时仅留下层闸板，当需要深度排水时抽去所有闸板。稻田排水或强降雨时溢流水均通过初级过滤系统进入装置。
[0053]
所述主体净化单元包括若干依次流体联通的净化处理模块，每个净化处理模块与相邻的所述净化处理模块之间的联通位置分别位于净化处理模块的顶部和底部，使得水流通过每个净化处理模块时都是上进下出或者下进上出；每个所述净化处理模块内部设置填料层，所述填料层包括顶层和底层的多孔性填料层，以及中间的吸附性填料层。所述多孔填料主要作用是进行针对较大颗粒污染物的截留，吸附性填料的作用是针对氨、氮、磷的吸附。当然有些多孔性填料也具有吸附作用，有些吸附性填料也可以截留较大颗粒的污染物。
[0054]
于一优选实施例中，所述多孔性填料层中的填料选自多孔性玻璃轻石、火山岩、蛭石、或人工陶粒中的任一种或几种。所述吸附性填料选自天然沸石或生物质炭中的任一种或两种。填料的目的主要是为了进一步净化水质，因此只要是能够达到净化水质效果的具有吸附功能的颗粒都可以作为填充物。
[0055]
于一优选实施例中，所述填料层包括从下至上依次设置的第一多孔性玻璃轻石层(直径4
‑
6cm)，填充深度30cm左右、天然沸石层(直径3
‑
5cm)，沸石填料采用网袋装填后堆砌铺设，填充深度40cm，以及第二多孔性玻璃轻石层。天然沸石填料主要成分为铝硅酸盐，负电荷过剩，且沸石构架中有一定孔径的空腔和孔道，对氨、氮和磷具有很强的选择性吸附能力，可进一步降低排水中氮磷浓度；多孔性玻璃轻石填料孔隙多，不仅提高了装置的容水体积，有利于进一步增加水流的滞留时间，而且多孔性玻璃轻石比表面积大，孔隙内易形成微生物群落，可部分降解排水中的有机性成分，延长填料的使用寿命和作用时间。因此，本实用新型通过改变水流路径和合理配置填料种类，使排水中的悬浮物颗粒及氮磷等污染物被高效拦截、沉降和去除，降低了稻田排水的面源污染负荷。
[0056]
于一优选实施例中，与初级净化单元连接的净化处理模块中顶层填料与中间层填料之间设置多孔布水板。
[0057]
于一优选实施例中，所述第一多孔性玻璃轻石层中含有塑料空心球(直径2
‑
3cm)。设置空心球可增加容水提及，进一步增加水流滞留时间。
[0058]
于一优选实施例中，所述主体净化单元整体为箱体结构，所述箱体顶面为敞口，所述箱体内部设置若干挡水板将整个箱体分割成若干净化处理模块。如图1所示，在本装置中设置了第一挡水板5、第二挡水板6、第三挡水板7以及第四挡水板8。
[0059]
于一优选实施例中，每个净化处理模块分别通过隔板顶部的缺口以及底部多孔集水管道与相邻的两个净化处理单元流体联通。如图1所示，本装置设置了第一多孔集水管3以及第二多孔集水管4。最终水流通过排水管9排入排水沟20。
[0060]
于一优选的实施例中，所述主体净化单元中的顶部设置顶盖10，顶盖的设置可以防止杂物的进入。
[0061]
每个模块长100cm、宽40
‑
50cm、深70
‑
90cm，主体结构可用硬塑料、pvc板或水泥预制板等材料制作，最少3个模块连接使用，可根据稻田面积连接相应的模块数(原则上1个模块对应1亩稻田的排水，模块越多，处理面积的放大效应越大)。常用标准规格为5个模块连接成长方体形状(附图1)，可净化4
‑
6亩稻田的排水。
[0062]
当稻田实施排水时，入水口初级净化单元可以去除较大杂质和悬浮物，然后排水进入主体净化单元进一步拦截净化污染物。通过装置内部入水口处布水板使水流均匀下渗，模块之间的空间结构设计使水流实现下行
‑
上行
‑
下行的折流式流动，促进排水中固体悬浮物在装置中的沉降，并通过增加排水在迁移路径上的滞留时间，促进排水中污染物与填料充分接触。装置中不同空间布局的填料发挥相互配合的净化功能，中间层的吸附性填料(天然沸石)对氨氮和磷具有很好的吸附效果，可进一步降低排水中氮磷浓度；底层的多孔性玻璃轻石填料表面易形成微生物群落，可部分降解排水中的有机性成分，防止堵塞，延长填料的使用寿命和作用时间。
[0063]
净化结束后，排水中的固体悬浮物、氮和磷的净化率分别达到50
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80％、30
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60％和30
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60％，处理效率和运行指标达到了设计要求。稻田排水经本实用新型净化装置的拦截、吸附和净化处理后，最终汇入田间排水沟。
[0064]
所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0065]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。