一种具有氮磷削减功能的农田尾水复合生态修复系统
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体是涉及一种具有氮磷削减功能的农田尾水复合生态修复系统。
背景技术
农田尾水是指施肥后赋存在田间的氮磷等物质从非特定的地点，在降水或融雪及灌溉的冲刷作用下，通过地表径流从田间流出来的水。农田尾水起源于分散、多样的区域，其产量和污染特征，与降雨和灌溉强度、施用化肥种类数量和施肥方式，土壤理化性质、地形地质及区域气候等密切相关。农田尾水具有污染发生随机性、污染机理复杂性、排放方式不确定性、污染负荷时空差异性及污染影响广泛性等诸多特点，识别和防治非常困难。随着对工业废水和城市生活污水等点源污染的有效控制，以及农业经济的快速发展，农田尾水面源污染已经取代点源成为水环境污染的最重要来源。
现有技术中，专利(CN105731656A)公开了一种用于农田尾水处理的富藻沟系统及处理方法，包括富藻沟渠、推流器、水位控制闸门、排水连通涵管、水生生物塘及调控站；农田尾水从农田排出后进入富藻沟系统，在推流器作用下保持流速，由沟内的藻菌共生系统对尾水进行净化处理，然后通过排水连通涵管进入水生生物塘进一步净化处理，经沟塘系统处理后的水由调控站提升至农田进行循环利用。该系统初期处理效果良好，但是长时间运行后，富藻沟内藻类聚集会造成富藻沟堵塞，推流器也会被藻类缠绕无法工作，并且即使将藻类设置在其生物塘内，长时间运行也会导致藻类遮盖水面，使水生生物无法生存，生态系统不够稳定。
所以，设计一种具有氮磷削减功能的农田尾水复合生态修复系统十分有必要。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种具有氮磷削减功能的农田尾水复合生态修复系统。
本发明的技术方案是：一种具有氮磷削减功能的农田尾水复合生态修复系统，主要包括引流模块、沉降池、复合生态处理池和生态平衡模块，
所述引流模块包括设置在农田周围用于将农田径流尾水集中的引流渠，所述沉降池连接在所述引流渠的下游处，用于沉降农田尾水中的淤泥，沉降池与引流渠连接处设有用于避免水流直接冲击池底的导流渠，
所述复合生态处理池与所述沉降池上端排水口通过水渠连接，用于利用复合生态系统对农田尾水进行处理，复合生态处理池包括浮水植物模块、沉水植物模块和水生生物模块，
所述生态平衡模块用于使复合生态处理池的生态系统保持长时间稳定，生态平衡模块包括用于监测复合生态处理池中溶解氧浓度、光照强度、水体温度实时数据的监测单元，与监测单元连接用于存储监测数据的存储单元，用于对监测数据超出警戒范围时进行预警的预警单元，用于根据通过异常监测数据分析计算处理方案的分析控制单元和用于执行处理方案的处理终端单元，
所述处理终端单元包括用于向水中曝气增加水中溶解氧浓度的曝气装置，用于向水中动物投喂饲料的投喂装置，用于回收利用多余浮水植物的回收装置和用于将生态系统除氮磷后水排放的排水泵。
进一步地，所述引流渠互相连通，且靠近沉降池的引流渠地势低，使农田尾水通过重力作用就能流至沉淀池。
进一步地，所述引流渠上架设有用于拦截农田中秸秆和杂物的拦截网，避免秸秆杂物堵塞引流渠。
进一步地，所述沉降池底部还设有用于将沉降淤泥提升至农田以补充农田水土流失的抽泥泵，长时间沉淀后，沉淀池会被沉降淤泥填满，抽泥泵将沉淀淤泥抽至农田中，不仅补充了农田的水土流失，又使沉淀池可以继续使用。
进一步地，所述浮水植物模块为将浮水植物种植在生物膜上的生物浮岛，通过生物浮岛种植在水面上的浮水植物，美观易管理，浮水植物不易发生爆发性繁殖，有利于复合生态处理池内生态系统的稳定。
进一步地，所述水生生物模块包括水生动物类和水生生物菌类，水生动物可以增强水的流动性，避免成为死水，生长至一定时间后还可以打捞食用，水生生物菌可以分解农田尾水中的营养物质以及水生动物的排泄物，增强生态系统的稳定性。
进一步地，所述监测单元包括均匀设置在复合生态处理池内的多个溶解氧浓度监测器、光照监测器和水温监测器，所述溶解氧浓度监测器、光照监测器和水温监测器均通过设置在复合生态处理池上方的太阳能电池板供电，实时监控可以及时发现生态系统出现的问题，及时解决，避免造成不可逆的生态系统崩溃。
进一步地，所述回收装置包括将漂浮在水面的植物捞起的机械打捞装置，用于将捞起植物进行粉碎的粉碎装置，用于对粉碎植物进行厌氧消化处理的消化装置和用于对消化装置产生的消化液进行回收制备肥料的制肥装置，将过量繁殖的浮水植物打捞回收，不仅可以恢复水体生态系统的稳定性，并且回收制得的肥料可以向农田施放，节省了成本。
上述的生态修复系统进行农田尾水处理的方法，主要包括以下步骤：
S1：农田尾水径流至引流渠，农田尾水中的秸秆和杂物被拦截网拦截过滤，农田尾水经重力作用流至沉降池中，将农田尾水中的淤泥沉淀后排放至复合生态处理池，沉淀的污泥通过抽泥泵排至农田中；
S2：复合生态处理池内的浮水植物、沉水植物、水生生物菌对农田尾水中所含的氮磷进行分解吸附，水生动物增强水体的流动性，加快水体处理效率，监测单元实时监测水体的溶解氧浓度、光照强度和水温，并通过处理终端单元调节水体的溶解氧浓度、光照强度和水温至适合水中动植物生存；
S3：复合生态处理池在运行一段时间后，由于农田尾水富营养化，会导致水生植物繁殖过快，造成水体的透明度降低，阳光难以穿透水体，影响沉水植物的生长，并且会引起水中溶解氧浓度过高，影响水生生物的生存，监测单元实时监测水体参数，在水中溶解氧浓度过低时，曝气装置向水中曝气，水中溶解氧浓度过高时，联合光照强度数据，通过分析控制单元分析是否为浮水植物繁殖引起，通过回收装置将部分浮水植物打捞回收；
S4：打捞起的浮水植物通过粉碎装置进行粉碎，然后利用消化装置对其进行厌氧消化反应，将得到富含氮磷的消化液通过制肥装置制成肥料，向农田施放。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种具有氮磷削减功能的农田尾水复合生态修复系统，通过在农田周围设置引流渠将农田尾水引流至沉降池，引流渠上设置拦截网避免桔梗杂物堵塞引流渠，沉降池将农田尾水中淤泥沉淀后排放至复合生态处理池中进行处理，沉淀淤泥可以提升至农田中补充水土流失，复合生态处理池中浮水植物、沉水植物、水生动物和水生生物菌组成一个稳定的生态系统，将农田尾水中的氮磷分接吸附，并且本发明还设置了监测单元，实时监测水体的多种参数，根据参数通过处理终端调节生态系统的稳定性，同时设置了回收装置，将因水体富营养化过度繁殖的水生植物打捞制成肥料再利用。总之，本发明具有系统完善、处理效果好、成本低、生态系统稳定等优点。
附图说明
图1是本发明的系统整体结构图；
图2是本发明的引流渠示意图。
其中，1-引流模块、11-引流渠、12-拦截网、2-沉降池、21-导流渠、22-抽泥泵、3-复合生态处理池、31-浮水植物模块、32-沉水植物模块、33-水生生物模块、4-生态平衡模块、41-监测单元、411-溶解氧浓度监测器、412-光照监测器、413-水温监测器、414-太阳能电池板、42-存储单元、43-预警单元、44-分析控制单元、45-处理终端单元、451-曝气装置、452-投喂装置、453-回收装置、4531-机械打捞装置、4532-粉碎装置、4533-消化装置、4534-制肥装置、454-排水泵。
具体实施方式
为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1-2和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对发明保护范围的限定。
实施例：如图1所示，一种具有氮磷削减功能的农田尾水复合生态修复系统，主要包括引流模块1、沉降池2、复合生态处理池3和生态平衡模块4，
引流模块1包括设置在农田周围用于将农田径流尾水集中的引流渠11，如图2所示，引流渠11互相连通，且靠近沉降池2的引流渠11地势低，引流渠11上架设有用于拦截农田中秸秆和杂物的拦截网12，沉降池2连接在引流渠11的下游处，用于沉降农田尾水中的淤泥，沉降池2与引流渠11连接处设有用于避免水流直接冲击池底的导流渠21，沉降池2底部还设有用于将沉降淤泥提升至农田以补充农田水土流失的抽泥泵22，
复合生态处理池3与沉降池2上端排水口通过水渠连接，用于利用复合生态系统对农田尾水进行处理，复合生态处理池3包括浮水植物模块31、沉水植物模块32和水生生物模块33，浮水植物模块31为将浮水植物种植在生物膜上的生物浮岛，水生生物模块33包括水生动物类和水生生物菌类，
生态平衡模块4用于使复合生态处理池3的生态系统保持长时间稳定，生态平衡模块4包括用于监测复合生态处理池3中溶解氧浓度、光照强度、水体温度实时数据的监测单元41，与监测单元41连接用于存储监测数据的存储单元42，用于对监测数据超出警戒范围时进行预警的预警单元43，用于根据通过异常监测数据分析计算处理方案的分析控制单元44和用于执行处理方案的处理终端单元45，
监测单元41包括均匀设置在复合生态处理池3内的多个溶解氧浓度监测器411、光照监测器412和水温监测器413，溶解氧浓度监测器411、光照监测器412和水温监测器413均通过设置在复合生态处理池3上方的太阳能电池板414供电，
处理终端单元45包括用于向水中曝气增加水中溶解氧浓度的曝气装置451，用于向水中动物投喂饲料的投喂装置452，用于回收利用多余浮水植物的回收装置453和用于将生态系统除氮磷后水排放的排水泵454，
回收装置453包括将漂浮在水面的植物捞起的机械打捞装置4531，用于将捞起植物进行粉碎的粉碎装置4532，用于对粉碎植物进行厌氧消化处理的消化装置4533和用于对消化装置4533产生的消化液进行回收制备肥料的制肥装置4534，消化装置4533在无氧条件下通过控制温度，使兼性菌和厌氧细菌将植物体分解，产生的消解气体可作为沼气利用，产生的消化液进入制肥装置4534，制肥装置4534通过向消化液中添加氢氧化镁，氢氧化镁与消化液反应可以得到用作肥料的磷酸铵镁，
上述抽泥泵22为4P-22KW泥浆泵，溶解氧浓度监测器411为LDOTM便携式溶解氧测试仪，光照监测器412为STUA-002水下光照度记录仪，水温监测器413为STUA-001型高精度水下温度监测记录仪，太阳能电池板414为15W多晶太阳能光伏板，曝气装置451为SWY-SCJ500太阳能曝气机，投喂装置452为STLZ-120W型号水产投饲机。
上述实施例的工作方法，主要包括以下步骤：
S1：农田尾水径流至引流渠11，农田尾水中的秸秆和杂物被拦截网12拦截过滤，农田尾水经重力作用流至沉降池2中，将农田尾水中的淤泥沉淀后排放至复合生态处理池3，沉淀的污泥通过抽泥泵22排至农田中；
S2：复合生态处理池3内的浮水植物、沉水植物、水生生物菌对农田尾水中所含的氮磷进行分解吸附，水生动物增强水体的流动性，加快水体处理效率，监测单元41实时监测水体的溶解氧浓度、光照强度和水温，并通过处理终端单元45调节水体的溶解氧浓度、光照强度和水温至适合水中动植物生存；
S3：复合生态处理池在运行一段时间后，由于农田尾水富营养化，会导致水生植物繁殖过快，造成水体的透明度降低，阳光难以穿透水体，影响沉水植物的生长，并且会引起水中溶解氧浓度过高，影响水生生物的生存，监测单元41实时监测水体参数，在水中溶解氧浓度过低时，曝气装置451向水中曝气，水中溶解氧浓度过高时，联合光照强度数据，通过分析控制单元44分析是否为浮水植物繁殖引起，通过回收装置453将部分浮水植物打捞回收；
S4：打捞起的浮水植物通过粉碎装置4532进行粉碎，然后利用消化装置4533对其进行厌氧消化反应，将得到富含氮磷的消化液通过制肥装置4534制成肥料，向农田施放。
实验例1：
实验方法：选取某农田作为本发明提供系统的试点，首先测定该农田尾水的氮磷含量，然后按照上述实施例在农田周围挖设引流渠，并在引流渠下游挖设连通的沉降池和复合生态处理池，不设置处理终端单元，对农田尾水进行处理，测定处理后农田尾水中的氮磷含量。
实验结果：处理前后农田尾水中氮磷含量变化如表1所示：
表1农田尾水中氮磷含量变化表
复合生态池在运行3个月后，由于水面浮水植物过度繁殖，复合生态池中光照强度不足，导致水中溶解氧浓度过高，造成水生动物大量死亡，复合生态池中农田尾水处理效率大大降低，水体发臭，无法继续进行农田尾水处理。
实验例2：
实验方法：与实施例1基本相同，不同之处在于，加入了处理终端单元。
实验结果：复合生态池运行3个月后复合生态池水面过度繁殖的浮水植物已经被处理终端单元中的回收装置打捞回收，水中光照充足，溶解氧浓度适合水生动物生存，整体生态系统稳定，农田尾水处理效率高，并且由打捞回收水生植物制得的肥料可重复施向农田中，节省资源。
结论：本发明提供的一种具有氮磷削减功能的农田尾水复合生态修复系统，生态处理系统可长时间保持稳定，可持续对农田尾水进行处理，并且可将农田尾水中的氮磷回收制肥再利用，节省资源。
