CN110117126A - 一种农田排水净化装置 - Google Patents

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姚德昌
孙迎霞
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王晓晨
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Abstract

本发明公开了一种农田排水净化装置，包括沿水流方向依次连接的管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ，所述管Ⅱ的直径大于的管Ⅰ和管Ⅲ的直径，所述管Ⅰ的内部沿水流方向依次设有过滤层饼块和流量控制板，所述管Ⅱ的内部沿水流方向依次设有假草串单元和小球串单元，所述管Ⅲ的内部设有PRB饼块。该装置可埋入排水沟渠出口或田埂内，不影响正常农业活动，而且具有物理处理、生物处理及深度处理的三级处理效果，使得农田污水在排入水体之前得到一定程度的净化。

Description

一种农田排水净化装置
技术领域
本发明属于农业水污染控制技术领域，具体涉及一种农田排水净化装置。
背景技术
在农业生产上，部分化肥随农田排水经地表径流或土壤渗滤进入水体，很容易引起水体N、P富营养化。农田排水为非点源污染，逐渐引起重视，而且对由化肥、农药、水土流失引起的非点源污染的研究趋于活跃。采取一定方法和措施来降低农业排水对水体的污染，已是必然趋势。
很多相关专利都提供了很大的帮助。如专利号为201210456740.7的中国专利《一种农田排水的控污减排方法》主要就是在排水沟护岸和沟内种植水生植物以此来去除水中的N、P，但是这种方法对沟渠基质选择要求高，植物生长管理难，大量生长的植物还会导致排水不畅，还有到秋冬植物枯败死亡时会N、P等营养物质再释放，引起二次污染等一系列问题；专利号为201110036371.1的中国专利《一种构建农田排水生态净化***的方法》此专利涉及一块生态缓冲区域，这样就占用了大量的耕地资源，是一大弊端；专利号为201010516865.5的中国专利《平原感潮河网地区农田排水的污染控制方法》主要就是对排水沟进行初步整理，制成生态排水沟渠，再依次用石板或多孔性透水板对生态排水沟进行加固处理，显然此专利基建工程相对复杂，现场安装也不方便，同时管理上也有一定难度。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种农田排水净化装置，该装置可以设置在田间田埂以及排水沟等处，可以有效控制氮、磷向河流排放。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种农田排水净化装置，包括沿水流方向依次连接的管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ，所述管Ⅱ的直径大于的管Ⅰ和管Ⅲ的直径，所述管Ⅰ的内部沿水流方向依次设有过滤层饼块和流量控制板，所述管Ⅱ的管壁上沿水流方向依次设有假草串单元和小球串单元，所述管Ⅲ的内部设有PRB饼块。
在上述技术方案中，所述管Ⅱ两端通过法兰分别与管Ⅰ和管Ⅲ连接，其中，管Ⅰ的顶部与管Ⅱ顶部内切连接，所述管Ⅱ的轴线是管Ⅲ的底部切线。
在上述技术方案中，所述过滤层饼块的框架为圆柱体铁丝网套，内部沿水流方向依次填充有大砾石层、中砾石层和碎小砾石层，其中，大砾石粒径为20-30mm，中砾石粒径为10-20mm，小砾石粒径为5-10mm。
在上述技术方案中，所述流量控制板的上部镂空，可分为1/4镂空、2/4镂空以及3/4镂空这3种规格，根据不同需要，***过滤饼后面的插槽中。
在上述技术方案中，所述PRB饼块的内部填料为陶粒、铁屑、焦炭、沸石及锰砂中的两种或两种以上的混合物。
进一步地，为了便于过滤层饼块和PRB饼块的安装，在所述管Ⅰ的中部和所述管Ⅲ的中部均沿水平直径方向剖开一段管壁，所述管壁的一侧通过铰链与原管体固定连接，另一侧设有手柄。
进一步地，所述管Ⅱ的假草串单元和小球串单元所述的管壁上设有若干扣环，所述扣环用于固定假草串和小球串。
更进一步地，所述假草串上的假草由聚烯烃制成。
在上述技术方案中，所述小球串的制备方法具体包括以下步骤：
S1、通过多次富集培养得到好氧反硝化菌种；
S2、按8％和0.5％的质量分数称取聚乙烯醇和海藻酸钠加入蒸馏水中，沸水浴使之溶解，冷却至室温，加入一定量的活性炭和步骤S1所述菌种，混匀后用注射器滴入交联剂中，制成包埋小球，将小球放于4℃中交联固化24h；
S3、将S2制备的小球用尼龙绳串起来。
进一步地，所述交联剂为饱和硼酸溶液与质量分数为2％CaCl2溶液的混合溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过流量控制板前后落差可进行跌水曝气，以及管Ⅰ和管Ⅱ之间的落差进行二级跌水曝气；应用好氧反硝化菌对水体N元素进行高效净化，且同时采用物理净化、生物净化及深度净化实现对农田污水的三级处理。本发明可多个多级应用于农田排水，达到对排放水量和水质的要求；本发明不占用大量土地资源，不影响景观，且各部件简单易实施，可批量化生产，且管理方便，一定时段后可根据实际情况对各部件进行换取以达到最好处理效果。本发明装置也可应用到其他排污口净化排放水体。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是管Ⅰ和管Ⅲ的结构示意图；
图3是铁丝网套结构示意图；
图4是假草串和固定化小球串及其固定单元结构示意图；
图5是不同规格流量控制板示意图，其中，a为1/4镂空、b为2/4镂空，c 为3/4镂空；
图中：1-管Ⅰ、2-管Ⅱ、3-管Ⅲ、4-过滤层饼块、5-流量控制板、6-假草串单元、7-小球串单元、8-PRB饼块、9-铁丝网套、10-铰链、11-手柄、12-流量控制板插缝、13-假草串、14-小球串、15-扣环。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
如图1所示，一种农田排水净化装置，包括沿水流方向依次连接的管Ⅰ1、管Ⅱ2和管Ⅲ3，其中，管Ⅱ2的直径大于的管Ⅰ1和管Ⅲ3的直径，优选地，管Ⅰ1和管Ⅲ3的直径均为15cm，管Ⅱ2的直径为45cm；管Ⅰ1的内部沿水流方向依次设有过滤层饼块4和流量控制板5，管Ⅱ2的内部沿水流方向依次设有假草串单元6和小球串单元7，管Ⅲ的内部设有PRB饼块；管Ⅱ2的两端通过法兰分别与管Ⅰ1和管Ⅲ3连接，而且，管Ⅰ(1)的顶部与管Ⅱ(2)顶部内切连接，管Ⅲ(3)的底部与管Ⅱ(2)另一端圆心相切。优选地，管Ⅰ、管Ⅱ和管Ⅲ均为 PVC管，管的长度可根据农田田埂宽度进行设置。
管Ⅰ1中的过滤层饼块4可以截留农田排水中较大的悬浮物，过滤层饼块的框架为圆柱形铁丝网套9，如图1和3所示，网套的内部沿水流方向依次填充有粒径为20-30mm的大砾石层、粒径为10-20mm的中砾石层和粒径为5-10mm的碎小砾石层，优选地，大砾石层、中砾石层和碎小砾石层的厚度比为5：3：2。管Ⅰ1中的流量控制板5上部镂空，可分为1/4镂空、2/4镂空以及3/4镂空这3 种规格，如图5所示，优选为PVC板，根据不同需要，***过滤饼后面的插槽中，形成跌水曝气，同时调节了流量流速的大小。
如图1和图4所示，管Ⅱ2的假草串单元6和小球串单元7所处的管壁上设有若干扣环15，可用于固定假草串13和小球串14。假草串13上的假草由聚烯烃制成，表面粗糙的假草可形成生物膜，对农田污水进一步净化。小球串14的制备方法具体包括以下步骤：通过多次富集培养得到好氧反硝化菌种；按8％和 0.5％的质量分数称取聚乙烯醇和海藻酸钠加入蒸馏水中，沸水浴使之溶解，冷却至室温，加入一定量的活性炭和菌种，混匀后用注射器滴入交联剂中，制成包埋小球，将小球放于4℃中交联固化24h；将S2制备的小球用尼龙绳串起来。其中，交联剂为饱和硼酸溶液与质量分数为2％CaCl2溶液的混合溶液。进一步地，在接种前，将含有菌种的菌液在3000rpm下离心15min，用磷酸盐缓冲液洗涤并离心，重复两次后在进行接种。
为了便于假草串13和小球串14的安装，将假草串单元6和小球串单元7 所处的管壁沿水平直径方向各剖开一段管壁，再在两侧水平剖分处安装铰链。具体安装方法为：在管壁处于打开状态时，将假草串系在管Ⅱ下端的扣环15，然后再穿过剖开的管壁上的扣环，穿好所有的假草串后，将剖开的管壁通过铰链固定回原位，最后，将假草串一一拉紧系牢，即为假草串单元，同理安装小球串单元。
管Ⅲ3中的PRB饼块8由圆柱形铁丝网套和填料组成，所述填料为陶粒、铁屑、焦炭、沸石及锰砂中的两种或两种以上的混合物。
如图2所示，为了便于过滤层饼块4和PRB饼块8的安装，在管Ⅰ1的中部和管Ⅲ3的中部均沿水平直径方向剖开一段半圆形管壁，被剖开的管壁的一侧通过铰链10与原管体固定连接，另一侧设有手柄11。另外，在管Ⅰ1中，还设有安装流量控制板的插缝12。
工作方法为：将所述装置埋于田埂、排水沟出口等处，根据实际情况并排设置多个装置以达到实际的排量要求，也可以在田块之间多级安装以满足更高的排放要求。
当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种农田排水净化装置，包括沿水流方向依次连接的管Ⅰ(1)、管Ⅱ(2)和管Ⅲ(3)，其特征在于，所述管Ⅱ(2)的直径大于的管Ⅰ(1)和管Ⅲ(3)的直径，所述管Ⅰ(1)的内部沿水流方向依次设有过滤层饼块(4)和流量控制板(5)，所述管Ⅱ(2)的内部沿水流方向依次设有假草串单元(6)和小球串单元(7)，所述管Ⅲ(3)的内部设有PRB饼块(8)；
所述管Ⅱ(2)两端通过法兰分别与管Ⅰ(1)和管Ⅲ(3)连接，其中，管Ⅰ(1)的顶部与管Ⅱ(2)顶部内切连接，所述管Ⅱ(2)的轴线是管Ⅲ(3)的底部切线。
2.根据权利要求1所述的一种农田排水净化装置，其特征在于，所述过滤层饼块(4)的框架为圆柱形铁丝网套(9)，所述铁丝网套(9)内部沿水流方向依次设有大砾石层、中砾石层和碎小砾石层，其中，大砾石粒径为20-30mm，中砾石粒径为10-20mm，小砾石粒径为5-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种农田排水净化装置，其特征在于，所述流量控制板(5)上部镂空，根据流量大小可选择1/4镂空、2/4镂空或3/4镂空。
4.根据权利要求1所述的一种农田排水净化装置，其特征在于，所述PRB饼块(8)的填料为陶粒、铁屑、焦炭、沸石及锰砂的两种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种农田排水净化装置，其特征在于，为了便于过滤层饼块(4)和PRB饼块(8)的安装，在所述管Ⅰ(1)的中部和所述管Ⅲ(3)的中部均沿水平直径方向剖开一段管壁，所述管壁的一侧通过铰链(10)与原管体固定连接，另一侧设有手柄(11)。
6.根据权利要求1所述的一种农田排水净化装置，其特征在于，所述管Ⅱ(2)的假草串单元和小球串单元所处的管壁上设有若干扣环(15)，所述扣环用于固定假草串(13)和小球串(14)。
7.根据权利要求6所述的一种农田排水净化装置，其特征在于，所述假草串(13)上的假草由聚烯烃制成。
8.根据权利要求6所述的一种农田排水净化装置，其特征在于，所述小球串(14)的制备方法具体包括以下步骤：
S1、通过多次富集培养得到好氧反硝化菌种；
S2、按8％和0.5％的质量分数称取聚乙烯醇和海藻酸钠加入蒸馏水中，沸水浴使之溶解，冷却至室温，加入一定量的活性炭和步骤S1所述菌种，混匀后用注射器滴入交联剂中，制成包埋小球，将小球放于4℃中交联固化24h；
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