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吸附剂改良过滤袋在农田排水渠中的应用
作者:管理员    发布于:2016-03-14 08:34:25    文字:【】【】【

  1国内外研究进展农田由于耕作、施肥等农业生产导致N和P的流失,地表径流通过农田排水渠进人河流,是造成农业面源污染的主要原因。植物隔离带通过拦截径流养分和泥沙被广泛应用于水土保持中。

  沟渠沉积物主要是由农田流失的土壤和自然形成的底泥两部分组成,N是农田沟渠的重要营养元素,沉积物是N的容纳场所,并且N通过间隙水与上覆水之间进行交换。N、P是造成水体富营养化的限制性因子之一。

  如果在作物生产中采取耕作措施,则径流中往往含沙量很高。目前通常采用植草护坡处理体系和保护缓冲体系,例如建立湿地、修建植草沟渠、设立隔离林草带等。在产流区和水体之间通过采取以上措施可有效减少径流中的泥沙含量,并改善水质,但以上各种方法对可溶性化学药剂的截留作用都不明显。当前,解决以上问题的方法之一是选用适当的吸附剂和凝聚物。通过在缓冲区内对径流采用吸附剂来吸附其中所含的化学物质。

  农田中化肥和农药的不合理使用,导致大量营养元素随着地表径流流人江河湖泊,造成面源污染。

  目前控制农田N、P面源污染的措施包括:1)源头控制,即合理使用农药和化肥;2)减少农田排水中的N、P浓度;农田排水渠是农田地表径流的主要排泄通道,通常有生态沟渠(即植草护坡排水渠),土质沟渠和混凝土沟渠。沟渠中水流较快,必然携带一定量的泥沙,对N、P的吸附能力也较差。有的学者通过在排水渠中部分位置放置过滤袋来拦截径流养分和泥沙。为了更好地吸附可溶性N、P,多个学者尝试在过滤袋中添加吸附剂来增强拦截效果。

  Gallimore等发现用明矾水处理残积物可有效截留农田中由于施动物粪便而产生的可溶性。在整个农田中均采用明矾水处理残留物,虽然可实现以上目的,但不经济,研究还发现通过在缓冲带中采用以上处理,可达到很好的效果而且更经济。同样,Leytem等人也发现在渗灌时,在定量灌溉的回流中添加浓度为4mg/L的Al2(S04)3,可使可溶性磷降低98.目前应用于生产中、可吸附径流中P和其它营养物的材料还有磷酸硫、铁矿渣、铁氧化物、改良黏土、石灰石、石膏、扬灰、沸石、有机聚合物(如聚丙烯酰胺)等。这些材料可减少泥沙沉积和降低径流的浑浊程度,因此常被用于地面或贮水池和沉砂池。

  另外还有的研究人员将吸附材料置于可渗透的水渠,草皮护坡水道和排水渠出口附近,以达到吸附化学物质的作用。这些结构可以是临时性的,例如,用反应性材料(如石膏,石灰石或铁矿渣)部分填充水沟。或者将纤维材料(如草、椰壳、木屑或混合材料)作为临时或可移除结构,置于开口的网状软管过滤袋中。用于填充过滤袋的混合材料在使用完毕后可丢弃或就地堆存使其自然风化。有研究发现,混合材料填充的过滤袋可将除草剂浓度降低18,这主要是过滤袋中的颗粒截留起了作用。混合肥料的吸附,以及过滤袋临时蓄水功能均起到了降低流速的作用,这就增加了水流与土壤、草和茅草等吸附性元素的接触时间,这些共同发挥作用。

  2材料和方法-P,S04,Ca,K,Na和Mg的浓度均有所增加,这可能是由于复合肥料中可溶性物质的渗漏造成的。但是,实验室的结果表明,经吸附剂改良的过滤袋拦截营养物的效果更好,截留率达90以上,不仅可截留营养物,还能截留细菌、金属(Cd,Cr,Cu,N,Pb和Zn)和可渗透碳氢化合物。但也有研究人员通过在小规模中型实验生态系统中发现取植草措施并进行数据分析后指出,实验室获得的这类信息与大田条件不具备可比性。此外,他们发现并声明实验结论缺少真实农田条件支持,因此,有必要在野外条件下测试吸附剂改良过滤袋拦截泥沙沉积和营养物输移的效果。试验方法:将两个玉米田(耕作和未耕作)集水区形成的地表径流,分别导流至两个草皮护坡水渠,在这两个水渠中放置吸附剂改良的过滤袋,研究其拦截效果。

  2.1集水区和排水渠的管理及配置集水区分为采取耕作措施和未采取耕作措施两类。两条排水渠长度均为30m,一条为试验沟渠,另一条为对照。根据排水渠的规格定制过滤袋,然后将其放置于草皮护坡排水渠中。过滤袋规格为直径46cm,长3m,袋与袋的间距为5m.两条排水渠,一条排水渠上半部放置过滤袋,共设置3个过滤袋,间距5m;另一条排水渠于下半部设置过滤袋,共设置3个过滤袋,间距5m,起点处为水渠长20m处。排水渠为U型,过滤袋贴着渠壁呈U型朝上游放置,并采取固定措施。产生径流时,在5个不同位置的5个取样器自动收集数据。1号取样器的人水口设在径流出水口下方;2号和3号取样器置于距水渠出口上游约15m处;4号和5号取样器置于水渠下游30m处。由于取样器的人口需要被径流淹没才能够开始数据采集,因此要求径流要达到一定的深度。当径流深度达到3cm时,取样器开始取样。当径流量超过该阈值,取样器每10min取样一次,取够10个样本后每20min取样一次,再取够10个样本后每60min取样一次,直至取够4个样本,全部取样结束。安装好过滤袋即开始取样,直到气温达到0以下时停止取样。

  2.2样品分析和数据分析将取得的径流样品用孔隙大小为1.5的滤纸过滤后,在105t的烘箱中烘干后称质量。用离子色谱法检测阴离子(Cl,N03和阳离子(Ca,K,Na,NH4-N,和Mg)的浓度。分离后的样品再用孔隙大小为0.45xin的滤纸过滤,采用USEPA方法测定草甘膦(由美国孟山都公司开发的除草剂)的浓度和草甘膦的代谢物――氨基磷酸的浓度,检测的限值为1 3结果与讨论过滤袋的截留效果受耕作方式、耕作时间和径流大小的影响,但影响并不明显。当年度径流量不明显时,侵蚀很小,沉积量很少,过滤袋对两个集水区拦截效果为:改良的过滤袋较无过滤袋区域多截留了28的,04-(/3=0.05)。在次取样时,改良后过滤袋截留的S04是对照的20倍,但之后取样的504沉积量大幅下降。同样,吸附剂改良的过滤袋增加了对Ca,K,Na的截留,但差别不显著。当年度降雨量大时,生长季径流频发,过滤袋拦截了排水渠中大量泥沙和P4-P.此外,NH4-N沉积量明显减少,平均大于7倍。但野外观测建议,这可能是对受侵蚀的尿素颗粒的物理截留,而非化学吸附。

  两个集水区中,过滤袋对S04沉积量的拦截都显著增加。当输沙率很高时,过滤袋可截留大量泥沙,并通过物理方式保留了被输移泥沙中的养分,从而达到降低径流中S04的作用,有效减少了泥沙的沉积和输移。过滤袋添加吸附剂对N、P的拦截效果明显优于只采取吸附剂或者只采取过滤袋的拦截效果。这说明吸附剂改良的过滤袋可应用于农业生产,对于减少水土流失和养分流失效果更好,但同时也要考虑可能产生的吸附剂的流失。

  可选的吸附剂中的可溶性化学成分应该被测量并报道以更全面地评价其对环境的影响。过滤袋与其它保护措施相结合,可有效降低排水渠中泥沙的养分流失。特别适用于易产生集中径流的区域,或是因空间原因不能设置缓冲带和其它植物隔离带的区域。对添加吸附剂的有效性尚需进一步研究并量化,以了解它们对可溶解物质的吸附能力。

  方伟成,刘好,黄邦维。3种吸附剂对东莞运河吸附效果比较研究。水科学与工程技术,2012(4):14-16.土工模袋在堰塘护坡工程中的应用鞠福勇1王宏宝2连刚3(1.普兰店市河道f理处,辽宁普兰店116200;2.大连通利项目管理有限公司,辽宁大连116b21;3.金州新区青云河水库管理处,辽宁金州116635)速度快,且克服了干砌石护坡法的弱点,简化了施工工艺和施工流程。模袋混凝土强度一般为C15-C30.无论在技术上,乃至经济上都有突出的优越性。其关键技术在于编织物选择、模袋厚度的确定、模袋加工、铺设及混凝土充灌。2010年于普兰店市大刘家镇小山村进行施工,实践证明:护坡整体稳定,质量满足抗冲、抗冻设计要求。应用土工模袋护坡是一种行之有效的施工方法。

  近些年来,土工模袋护坡法普遍应用于取水工程、护坡施工中。其特点是由上下两层高强度土工织物(布)制作的大面积连续袋状材料,并在其内泵灌流动性混凝土或水泥砂浆,凝固后形成一种整体的、透水不透浆的浆垫以防护岸坡稳定的施工技术。模袋混凝土强度一般为C15C30.该施工技术具有工艺简单,地形约束条件少、操作便捷、用工量少、工期短等优点。

  本地区近些年来应用此法开发了大量的堰塘取水工程用于灌溉。据统计,本区堰塘工程取水量约占新开发水源工程总取水量87以上,同时护坡工程量约占总体护坡工程量60.对此,堰塘护坡型式的选择,对减轻施工强度、降低工程成本以及改善生态环境等具有一定的重要意义。

  1工程概况该堰塘位于大刘家镇小山村。2009年设计,2010年施工,同年投人使用。工程规模为:160mx70mx7m,蓄水量6.2万m3,灌溉效益10hm2温室大棚、100hm2果树梯田。1 2模袋法施工原理土工模袋法(以下简称模袋法),通常是用上下两层高强度土工织物(布)制作成连续的透水不透浆的“口袋",直接铺设在施工场地上,并在其内泵灌流动性混凝土或水泥砂浆,通过凝聚力的提高来加强基土坡面的强度,使其达到坡面稳定的施工方法。

  3施工工艺3.1工艺流程根据近年来本地区堰塘工程采用模袋法施工经验分析,其主要流程分为:材料准备(混凝土搅拌机及混凝土泵和商混罐车、土工织物等)―平整坡面―放线定位―开挖顶脚基槽―模袋铺设缝合―模袋混凝土灌注―模袋混凝土养护等。

  3.2施工流程3.2.1编织物选择模袋宜采用抗老化丙纶织造(编织)型土工织物制作。在王岩,王建国,李伟,等。三种类型农田排水渠氮磷拦截徐红灯,席北斗,翟丽华。沟渠沉积物对农田排水中氨氮的截留效应研究。农业环境科学学报,2007,26(5):1924 14,大学本科,工程师,现工作于朝阳县凌河保护区管理局。

  (责任编辑郑娟责任校对戈素芬)

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