水源地专项资金包括生态沟渠
在“十四五”开局之时,生态环境部、农业农村部针对农业面源污染防控指出,在防控路径上要从源头减量延展到过程阻断、养分再利用和生态修复,建立农业面源污染防治技术库,形成易复制、可推广的治理模式和管理措施,逐步形成产业化、规模化效应。目前在过程阻断中应用比较普遍的有生态沟渠技术、人工湿地技术、稻田消纳技术、前置库技术、丁型潜坝技术等,而生态沟渠技术因其不需额外占用耕地等优势,是其中应用比较广泛的农业面源污染过程拦截技术。
一、生态沟渠
生态沟渠是指具有一定宽度和深度,由水、土壤和生物组成,具有自身独特结构并发挥相应生态功能的农田沟渠生态系统,也称之为农田沟渠湿地生态系统。这主要是利用沟渠在农田与河塘湖库之间水流“连通器”的优势,通过在渠内种植水生植物并建造透水坝、沉泥池、反硝化除磷装置等设施,从而实现底泥截留吸附、植物吸收与微生物降解转化等多种途径持留、吸收、固定或转移农田排水中的氮磷等营养物质。农田氮磷生态拦截沟渠建设是贯彻落实乡村振兴战略、推进农业绿色发展、美丽田园建设的重要举措。
二、生态沟渠去除机理
1. 生态吸附:主要是通过沟渠基质底泥及沟渠中沉淀物质等来吸附沟渠中还原态氨氮。吸附过程前期作用效果明显,伴随水体中氨氮浓度的降低,吸附作用逐渐减弱,达到吸附平衡,当水体中氨氮浓度发生变化时,平衡就会被打破,逐渐又形成新的平衡。通过生态吸附方式可有效去除氨氮,但吸附平衡存在,除氮效果有限。吸附作用是沟渠去除磷的重要方式,在非碱性条件下,溶解态的无机磷可与一些高价阳离子如三价铁、三价铝等互相吸附并形成磷酸铁和磷酸铝沉淀;而在碱性条件下,磷可与钙离子发生吸附作用形成磷酸钙并产生沉淀。然而这种沉淀并不稳定,随着水体中磷浓度降低,小部分磷会重新回到水体之中,即当吸附达到饱和时,可能会因释放出去的磷形成二次污染。总体来讲,仍可有效降低水体中磷含量。
2. 截留沉降:基于自身的特殊结构及沟渠中的植物系统组成生态拦截型沟渠,这不仅能使水流速度降低、增加水力滞留时间、促进流动中的悬浮物质及颗粒物沉积,还能利用水生植物及沟渠土壤对水体污染物质进行吸附和交换等,从而有效拦截污染物质的扩散及迁移。
3. 微生物作用:由于沟渠中存在大量水生植物,而植物的根系发育,根茎网络呈现出大面积的分布,再加上植物的呼吸作用及光合作用可使植物根茎周围产生有氧环境和厌氧环境,有氧环境条件下可使微生物进行硝化作用,而在厌氧环境下可以进行反硝化作用;两种作用的存在促进微生物吸收转化氮磷等营养物质,大大降低环境中氮磷污染水平。微生物的作用有效去除的氮素与总氮的比值可达到 80%以上,微生物同样对磷产生作用,在有氧条件下,好氧微生物将有机磷和难溶的无机磷吸附转化为可溶的无机磷,进而通过植物吸收、吸附沉降等作用降低水体中磷浓度;厌氧微生物可将过量累积的结合态磷转化为可吸收利用的溶解态磷。
4. 植物吸收:生态沟渠中的植物通过物理、生物及化学作用结合可吸收水体中8%-16%的氮。无机氮可被植物直接吸收利用,参与植物的生长发育,植物吸收利用后将植物进行收割可有效去除;有机氮在碱性水体条件下,可吸附在土壤表层,同时在微生物的胺化作用及矿化作用下转化为氨氮;植物可以通过根部来吸收溶解态的无机磷;有机磷则需要在微生物作用下转化为无机磷后被植物吸收利用。
三、生态沟渠类型
1. 湿地生态沟渠:该装置可以起到存水的作用,当湿地水涨高时,它可以起到防止水淹没农田的作用。
2. 固着藻类生态沟渠:固着藻类广泛存在于自然界水体中,基于固着藻类形成的固着藻膜净化系统,通过吸收代谢利用、吸附和络合等过程去除水体污染物质。该沟渠主要具备生物量大、水质响应灵敏、N、P去除效果好以及藻类细胞回收利用价值高等优点,它主要适合用作废水生物处理出水的深度处理。
3. 水生植物生态沟渠:在沟渠系统中种植水生植物,这既可以通过水生植物的吸收拦截等效应减少农田养分向下游迁移,还可以将收割的水生植物作为饲料或用于覆盖还田,实现了水生植物的资源化利用,一举两得。
4. 灌区生态沟渠:指从水源取水,为农田进行调配水和排除田间多余水分等目的而人工修建的工程系统,通常分为干、支、斗、农四级固定沟渠。该沟渠不仅可以提高灌溉水有效利用系数,还可以改善水生态环境,实现农业稳产高产。
四、生态沟渠的优点
1. 减缓水速,延长流水停留时间,促进流水携带的颗粒物沉淀、吸收和拦截沟壁、水体以及沟底中溢出的养分。
2. 建造灵活、无动力消耗、运行成本低廉。5. 有效控制农业面源污染的扩散,维持农田生态环境和谐稳定,保障食品质量安全。
3. 池内种植高效富集氮磷植物,这不仅可以吸纳氮磷以及水体中残留农药,改善净化水质,促其循环再利用外;还可以利用水生植物来加速氮、磷界面的交换和传递,从而使污水中氮、磷的浓度快速减小,具有良好的净化效果。
4. 沟渠中水生植物对污水中的氮、磷有很好的吸收能力,水生植物能被农民收割,从而解决了二次污染问题。
五、生态沟渠的缺点
1. 由于生态沟渠体系较为复杂,需要继续进行改进和完善。2. 收割的植物及清淤的底泥是极好的营养物质,但如果直接利用,将会造成二次污染,所以要将其进行合理的处理及回收利用。3. 我国生态沟渠研究开展较晚,需要加强生态沟渠管理养护方向的研究,提出适应我国农业情况的沟渠管理方案。
六、实施案例介绍
早在2018年,浙江省为坚决打赢污染防治攻坚战,在全国率先开展了农田沟渠水环境综合治理工作。在建设中,浙江各地把生态沟渠作为农田面源污染治理与农田生态化的重要载体,因地制宜建设具有区域特点、景观性突出的高标准田园景观型生态沟渠系统。据2020年浙江省生态与能源总站对嘉兴、湖州、杭州、绍兴和金华的5条实施生态沟渠的水质监测结果显示,水体中化学需氧量(COD)平均去除率为30.78%,总磷的平均去除率为29.14%,总氮的平均去除率为23.77%,氨氮的平均去除率为22.76%。
“十四五”期间,浙江省生态沟渠系统在规划建设上将积极推进流域性、区域性生态沟渠系统网络化建设,力求全覆盖,从选址、规划、建设等各环节进一步完善建设内容、标准和规范,做到科学选址、统筹规划、高标准建设,逐步实现农田尾水氮磷治理由减排向洁净排放转变,推进流域性、区域性治理,进一步发挥生态沟渠系统连片成网的示范效果;以集成创新技术组织高标准沟渠系统建设,针对当地农田尾水氮磷排放的突出问题,加强先进实用新技术、新工艺、新设施的集成,推进农艺、生物、工程等综合措施的配套。
Copyright © 2024 北京义鑫新材料科技有限公司 版权所有 京ICP备2023026286号-2