《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》是河海大學於2014年1月26日申請的發明專利，該專利的申請號為2014100369641，公布號為CN103803760A，授權公布日為2014年5月21日，發明人是王沛芳、王超、錢進、侯俊、任文暢，該發明屬於農田排水溝及農田水體淨化和生態修復領域。
《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》結構包括灌水渠、稻田、排水溝，含濕地淨污池，其中稻田進水口和退水口設定在斜對角線上，在退水口下方稻田田埂與排水溝節點處設定濕地淨污池1，如此反覆，在每塊稻田退水口下方設定濕地淨污池1，多級串聯套用，形成“珍珠鏈”式灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，灌溉水由灌水渠引導進入稻田區再進入排水溝，排水溝末端與鄰近水體相同，所排放農田退水經逐級淨化後排入臨近水體。優點：在保持排水溝有效輸水的基礎上，該發明同時還能有效減少農田退水中的有機物、重金屬、化肥農藥殘留物等有毒有害物質，以及削減N、P等營養元素，避免臨近接納水域的水質惡化。
2016年12月7日，《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統
- 公布號：CN103803760A
- 公布日：2014年5月21日
- 申請號：2014100369641
- 申請日：2014年1月26日
- 申請人：河海大學
- 地址：江蘇省南京市西康路1號
- 發明人：王沛芳、王超、錢進、侯俊、任文暢
- Int.Cl.：C02F9/14(2006.01)I
- 代理機構：南京君陶專利商標代理有限公司
- 代理人：沈根水
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著工業污染、城鎮生活污水等點源污染通過污水處理廠等措施得到逐步治理與控制，農業面源污染日益突顯出來。農田地表徑流中的氮、磷等營養物質流入河湖造成水體富營養化的農田面源污染已成為河湖等水域的主要污染源。作為農業大國，中國農田施肥量大以及灌溉用水量大可想而知，再加上化肥的有效利用率以及灌溉水的利用率都不是很高，這必將導致大量的農業污水排入臨近水體，導致水體水環境惡化。農業面源污染已成為中國水環境的主要污染源之一，其中農田排水導致的農田面源污染又在農業面源污染源中占主導地位，因此處理好農田面源污染成為控制面源污染的關鍵。如何控制解決農業面源污染危害河湖等重要水體，很多學者已提出了多種生態工程技術，主要包括濕地工程技術、濱岸緩衝帶控制技術、人工多水塘技術和生態溝渠淨化技術等等。但前三者生態工程技術，都要占用很大土地資源，基於中國的國情，大多數地區不能得到套用，很難推廣普及。
因此，許多學者研究探討了農田排水溝渠的作用。排水溝渠廣泛存在於農田之中，是農業生產重要的水利設施，具有統籌農田排水的水利功能和生態功能的作用，但自然溝渠淨化效果不理想，而改造後的生態溝渠具有良好的淨化效果。生態溝渠是指具有一定寬度和深度，由水、土壤和生物組成，具有自身獨特結構並發揮相應生態功能的農田溝渠，能高效淨化農田退水。
已經有相關專利。如專利申請號201110142588.0公開了一種用於攔截磷流失的抗沖刷型生態溝渠，溝壁用水泥預製塊鋪設，將固磷基質與土壤混合物覆於預製塊，底部鋪設碎石再覆土，在溝壁與底部上種植植物，並在乾渠上每個一定距離設定水泥攔截壩。如申請號201210456740.7公開了一種農田排水的控污減排方法，固化護坡後，在坡上中濕生植物，溝內種植沉水植物，溝內分段設定水位控制閥，排水溝設定分流控制閥。如專利號201320020861.7公開了一種農田面源污染階梯式潛流壩生態淨化溝，溝壁及溝底設定防滲砌塊並種植植物，溝內設有攔截板及潛流壩。雖然這些專利能有效淨化農田面源污水，但是溝壁溝底固化、鋪設砌塊等需要大量工作量，且在溝壁溝底長滿植物明顯影響了溝渠的排水能力，失去了排水溝最重要的功能。如專利號200910104687.2公開了利用排水溝渠的污水原位淨化系統，排水溝渠沿縱向分為處理渠和分流渠，來水依次經過沉砂池、接觸氧化池、人工濕地池和沉澱池得到淨化。雖然污水得到淨化，但是大量的基建工程且施工複雜以及土地限制，很難推廣套用。2014年1月前，工作量小、現場安裝施工方便，且在不影響溝渠排水功能前提下，具有淨化功能的溝渠淨污系統並不多見。
發明內容
專利目的
《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》旨在克服上述提到的生態溝渠的缺陷，集施工安裝方便、能廣泛套用、有正常排水功能與能有效淨化農田退水於一體的生態排水溝渠系統。
技術方案
《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》包括灌水渠、稻田、排水溝（含濕地淨污池），其中稻田進水口和退水口設定在斜對角線上，在退水口下方稻田田埂與排水溝節點處設定濕地淨污池，如此反覆，在每塊稻田退水口下方設定濕地淨污池，多級串聯套用，形成“珍珠鏈”式灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，灌溉水由灌水渠引導進入稻田區再進入排水溝，排水溝末端與鄰近水體相同，所排放農田退水經逐級淨化後排入臨近水體。
改善效果
（1）《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》在稻田排水溝節點處進行處理，不影響排水溝正常排水功能，在洪澇期間亦可正常排水。吸附基質球填置於池底，不超過排水溝底部，沉水植物位於淨污池池底內，挺水植物適量種植，從而在擁有淨化功能的同時不失排水功能。
（2）該發明處理效果好，能有效去除有機物、重金屬、農藥殘體物，氮磷等營養元素。水流繞行可增加停留時間，增加沉澱效果；當水流流經碎石籠透水牆時，一方面可使石籠各表面的生物膜發揮最大功效，攔截懸浮物，吸收同化有機物等，另一方面，透牆水體與繞流水體匯合形成錯流，使水體充分交換，不存在死角；底部吸附基質可大量吸附污染物質；水生植物亦可攔截吸收同化污染物質。
（3）排水流量大小不影響該發明處理工藝。在大流量時段，來水能順利通過淨污池並得到淨化；在小流量時，來水可蓄在淨污池內，得到淨化。
（4）該發明施工安裝便捷且易推廣實施。不需大量基建工程，施工安裝方便，在農田可廣泛套用，且多級串聯套用可提高整體處理效果。
附圖說明
附圖1是《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》示意圖（3組串聯為例）。
附圖2是濕地淨污池平面示意圖。
附圖3是濕地淨污池剖面示意圖。
附圖4是碎石籠透水擋牆示意圖。
附圖5是碎石籠示意圖。
圖中1是濕地淨污池，2是碎石籠駁岸，3是碎石籠透水牆，4是吸附基質球，5是沉水植物，6是挺水植物，7是碎石籠，8是碎石，9是土壤。
權利要求
1.《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》特徵是包括灌水渠、稻田、排水溝，含濕地淨污池，其中稻田進水口和退水口設定在斜對角線上，在退水口下方稻田田燻與排水溝節點處設定濕地淨污池，如此反覆，在每塊稻田退水口下方設定濕地淨污池，多級串聯套用，形成“珍珠鏈”式灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，灌溉水由灌水渠引導進入稻田區再進入排水溝，排水溝末端與鄰近水體相通，所排放農田退水經逐級淨化後排入鄰近水體；所述的濕地淨污池，其結構是在節點處挖半徑為排水溝底寬1.25-1.5倍的柱體，圓形直徑尺寸由對應排水溝而定，在排水溝的基礎上再挖深300一400毫米，池壁用碎石籠疊置而成，並用碎石籠砌成碎石籠駁岸，在濕地淨污池的中間及前後設定相應碎石籠透水擋牆，並在牆頂種植挺水植物，在濕地淨污池底部填置吸附基質並種植水生植物，包括沉水植物和挺水植物，水流一部分從前往後繞著擋牆流經濕地淨污池，一部分直接穿過擋牆。
2.根據權利要求1所述的灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，其特徵是所述的中間碎石籠透水擋牆長度為濕地淨污池直徑的0.75倍，前後擋牆以中間碎石籠透水擋牆為軸對稱布置，與中間擋牆間距0.5-0.6倍直徑距離，長度為0.5倍直徑，在池底種植適量的水生植物，在池底填置吸附基質球，填置高度不超過排水溝底，當急需大量排水時，選擇性的把碎石籠透水擋牆高出濕地淨污池，以增大斷面過流量，達到及時排水的效果。
3.如權利要求1或2所述的灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，其特徵是所述的碎石籠透水擋牆的製作方法，首先批量製作長度為350毫米和250毫米的碎石籠，然後疊置透水擋牆，底層為250毫米碎石籠，間隔50毫米擺放，第二層為350毫米和250毫米碎石籠間隔擺放，同樣間隔50毫米擺放，且邊擺放邊用軟鋼絲把相鄰碎石籠綁住，依次逐層疊加，形成碎石籠透水擋牆，並在牆頂種植挺水植物。
4.根據權利要求1所述的灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，其特徵是所述的碎石籠，由包塑鋼絲編制而成，長×寬×高=250毫米×200毫米×200毫米或=350毫米×200毫米×200毫米，網孔控制在30毫米~40毫米，碎石尺寸為50毫米~100毫米。
5.根據權利要求2所述的灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，其特徵是所述的吸附基質球把灰渣和木炭打碎混合，盛於孔徑為2毫米尼龍網布袋，製成直徑30毫米球狀體，散布在池底。
6.根據權利要求1所述的灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，其特徵是所述的沉水植物有覆草、苦草；所述的挺水植物有茨菰、菱草。
實施方式
對照圖1，《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》結構包括灌水渠、稻田、排水溝（含濕地淨污池），其中稻田進水口和退水口設定在斜對角線上，在退水口下方稻田田埂與排水溝節點處設定濕地淨污池1，如此反覆，在每塊稻田退水口下方設定濕地淨污池1，多級串聯套用，形成“珍珠鏈”式灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統，灌溉水由灌水渠引導進入稻田區再進入排水溝，排水溝末端與鄰近水體相同，所排放農田退水經逐級淨化後排入臨近水體。
對照圖2、圖3，所述的濕地淨污池，其結構是在節點處挖半徑為排水溝底寬1.25-1.5倍的柱體，圓形，直徑尺寸由對應排水溝而定，在排水溝的基礎上再挖深300-400毫米，池壁用碎石籠7疊置而成，並用碎石籠7砌成碎石籠駁岸2，在濕地淨污池的中間及前後設定相應碎石籠透水擋牆3，並在牆頂種植挺水植物，在濕地淨污池底部填置吸附基質並種植水生植物，包括沉水植物和挺水植物，水流一部分從前往後繞著擋牆流經濕地淨污池，一部分直接穿過擋牆。中間碎石籠透水擋牆3長度為濕地淨污池1直徑的0.75倍左右，前後擋牆以中間碎石籠透水擋牆為軸對稱布置，與中間擋牆間距0.5~0.6倍直徑距離，長度為0.5倍直徑左右，在池底種植適量的水生植物，包括沉水植物5，如菹草、苦草等和挺水植物6，如茨菰、茭草等。最後在池底填置吸附基質球4，填置高度不超過排水溝底。當急需大量排水時，可以選擇性的把碎石籠透水擋牆3高出濕地淨污池1，以增大斷面過流量，達到及時排水的效果。
所述的吸附基質球4把灰渣和木炭打碎混合，盛於孔徑為2毫米尼龍網布袋，製成直徑30毫米左右球狀體，散布在池底。吸附基質球4具有很大比表面積，具有很強吸附能力，當達到一定吸附量時，可取舊換新，提高淨污能力，並把舊球清洗乾淨備用。
所述的碎石籠透水擋牆3，由350毫米和250毫米碎石籠疊加而成，具體步驟是，底層為250毫米碎石籠，間隔50毫米擺放，第二層為350毫米和250毫米碎石籠間隔擺放，同樣間隔50毫米擺放，依次逐層疊加，形成透水石籠擋牆，並在牆頂種植水生植物。
對照圖4、圖5，碎石籠透水擋牆3的製作方法，首先批量製作長度為350毫米和250毫米的碎石籠7，然後疊置透水擋牆，底層為250毫米碎石籠，間隔50毫米擺放，第二層為350毫米和250毫米碎石籠間隔擺放，同樣間隔50毫米擺放，且邊擺放邊用軟鋼絲把相鄰碎石籠綁住，依次逐層疊加，形成碎石籠透水擋牆3，並在牆頂種植挺水植物6。
所述的碎石籠，由包塑鋼絲編制而成，長×寬×高=250毫米×200毫米×200毫米或=350毫米×200毫米×200毫米，網孔控制在30毫米~40毫米，碎石尺寸為50毫米~100毫米。
《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》系統運行時，灌溉水由灌水渠引導進入稻田區進行正常灌溉，等到排水時，由各塊稻田退水口排出稻田水進入排水溝，所排放農田退水逐級流經濕地淨污池，經逐級淨化後，最終排入臨近水體。
榮譽表彰
2016年12月7日，《灌區稻田排水溝串聯濕地淨污系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
