本發(fā)明涉及的是一種去除農(nóng)田退水農(nóng)藥的活性炭與微生物耦合裝置，屬于農(nóng)田農(nóng)藥面源污染控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著近年來(lái)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)方式的轉(zhuǎn)變以及精細(xì)密集農(nóng)業(yè)的發(fā)展，世界上農(nóng)藥的使用量顯著增加，對(duì)防控作物病蟲(chóng)害、提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)具有重要作用；農(nóng)藥在田間施用過(guò)程中，僅有10~30%被有效利用，超過(guò)70%的農(nóng)藥殘留于土壤或漂浮于大氣中，并通過(guò)灌溉后農(nóng)田退水、降雨、淋溶等途徑進(jìn)入水體環(huán)境，嚴(yán)重威脅水生態(tài)安全及人類(lèi)健康；農(nóng)田退水是農(nóng)田農(nóng)藥污染輸出的主要途徑，高效去除農(nóng)田退水中農(nóng)藥殘留是控制農(nóng)業(yè)農(nóng)藥面源污染的關(guān)鍵措施，對(duì)水環(huán)境質(zhì)量改善和水生態(tài)安全保障具有重要意義。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中蘊(yùn)藏著豐富的農(nóng)藥降解微生物資源，這些農(nóng)藥降解微生物能夠?qū)⑥r(nóng)藥完全礦化或降解為無(wú)毒成分。微生物修復(fù)因具有無(wú)毒高效、無(wú)二次污染、高效經(jīng)濟(jì)、可大范圍適用等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最具潛力的農(nóng)藥污染去除途徑。已有的農(nóng)田水體農(nóng)藥控制技術(shù)（如人工濕地技術(shù)、濱岸緩沖帶控制技術(shù)、生態(tài)溝渠凈化技術(shù)）其實(shí)質(zhì)就是通過(guò)對(duì)污染物原位攔截后利用微生物降解作用來(lái)達(dá)到凈化水體的目的；然而，這些技術(shù)都存在占地面積大、基建工程多、實(shí)施費(fèi)用高、管理難度大等問(wèn)題，難以大范圍推廣應(yīng)用；此外，由于這些技術(shù)中發(fā)揮作用的微生物并非對(duì)農(nóng)藥具有特異性高效降解作用的菌株，降解效率偏低，難以在短時(shí)間內(nèi)將農(nóng)藥有效去除。

目前已在農(nóng)田系統(tǒng)中馴化篩選得到對(duì)多種農(nóng)藥具有高效降解作用的降解菌株，而微生物固定化技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)這些降解菌株在原位污染修復(fù)中的應(yīng)用?；钚蕴恳蚓哂卸嗫讖?qiáng)吸附特性，其多孔隙結(jié)構(gòu)為降解菌生長(zhǎng)提供棲息地，有利于降解菌在其表面的吸附固定化；如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01110351867.8公布了一種利用固定化微生物治理有機(jī)磷農(nóng)藥廢水的方法，將馴化的真菌黑曲霉吸附到直徑為5-8mm的活性炭上后投放入有機(jī)磷農(nóng)藥廢水，靜置7天降解率可達(dá)98%；該專(zhuān)利申請(qǐng)雖具有高降解效率，但是負(fù)載非土著降解菌的活性炭顆粒卻不可直接投放于農(nóng)田退水中用以去除農(nóng)藥污染，存在回收困難、外源菌體二次污染等弊端；因此，亟需研發(fā)一種適用于農(nóng)田退水環(huán)境、不需要或需要較少基建工程、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便、造價(jià)低廉、農(nóng)藥去除效率高、固定化顆粒方便回收且可循環(huán)多次利用的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種去除農(nóng)田退水農(nóng)藥的活性炭與微生物耦合裝置，其目的為解決農(nóng)田農(nóng)藥面源污染問(wèn)題，在農(nóng)田排水溝渠內(nèi)固定透水安裝槽并安裝嵌入式過(guò)濾墻，在農(nóng)田水體逐層流過(guò)嵌入式過(guò)濾墻時(shí)，水體中農(nóng)藥被活性炭-降解菌耦合載體吸附降解，從而降低農(nóng)田退水農(nóng)藥濃度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一去除農(nóng)田退水農(nóng)藥的活性炭與微生物耦合裝置，其結(jié)構(gòu)包括透水安裝槽1、粗柵格攔截網(wǎng)8、嵌入式過(guò)濾墻3和固定樁4；透水安裝槽1設(shè)有卡槽2和窄槽9，透水安裝槽1的底部和透水安裝槽1平行于農(nóng)田溝渠長(zhǎng)度方向的兩面分別由底部擋板10和側(cè)面擋板5封閉，透水安裝槽1通過(guò)固定樁4固定于農(nóng)田排水溝渠18中；卡槽2內(nèi)有嵌入式過(guò)濾墻3；窄槽9內(nèi)插有粗柵格攔截網(wǎng)8。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1）透水安裝槽直接安裝于農(nóng)田排水溝渠中，基建工程少，不存在占地問(wèn)題；

2）農(nóng)田退水流經(jīng)多層嵌入式過(guò)濾墻時(shí)，水體內(nèi)農(nóng)藥被活性炭-微生物耦合載體吸附降解，農(nóng)藥去除效率高，水體逐層凈化徹底；

3）透水安裝槽的多卡槽設(shè)計(jì)可用于靈活調(diào)節(jié)嵌入式過(guò)濾墻的數(shù)量和間距，若遇下雨期間或洪水期農(nóng)田排水流量大的情況，為避免堵塞溝渠可以取出或減少嵌入式過(guò)濾墻插入數(shù)量而不影響原有溝渠的排水能力；

4）嵌入式過(guò)濾墻的頂部開(kāi)啟式設(shè)計(jì)方便活性炭-降解菌耦合載體的更新處理和循環(huán)利用；

5）制作簡(jiǎn)單、實(shí)施費(fèi)用低、維護(hù)管理容易、適合大范圍推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

附圖1是本發(fā)明的立體圖。

附圖2是本發(fā)明的剖視圖。

附圖3是本發(fā)明的俯視圖。

附圖4是本發(fā)明中嵌入式過(guò)濾墻的立體圖。

附圖5是本發(fā)明在農(nóng)田排水溝渠擺放示意圖。

圖中的1是透水安裝槽，2是卡槽，3是嵌入式過(guò)濾墻，4是固定樁，5是側(cè)面擋板，6是固定環(huán)，7是手把，8是粗柵格攔截網(wǎng)，9是窄槽，10是底部擋板，11是活性炭-微生物耦合載體，12是鐵絲網(wǎng)，13是十字加固架，14是合頁(yè)，15是不銹鋼邊框，16是不銹鋼閉合蓋，17是卡扣，18是農(nóng)田排水溝渠。

具體實(shí)施方式

對(duì)照附圖，一種去除農(nóng)田退水中農(nóng)藥的活性炭與微生物耦合裝置，其結(jié)構(gòu)包括透水安裝槽1、粗柵格攔截網(wǎng)8、嵌入式過(guò)濾墻3和固定樁4；透水安裝槽1設(shè)有卡槽2和窄槽9，透水安裝槽1的底部和透水安裝槽1平行于農(nóng)田溝渠長(zhǎng)度方向的兩面分別由底部擋板10和側(cè)面擋板5封閉，透水安裝槽1通過(guò)固定樁4固定于農(nóng)田排水溝渠18中；卡槽2內(nèi)有嵌入式過(guò)濾墻3；窄槽9內(nèi)插有粗柵格攔截網(wǎng)8。

所述底部擋板10和側(cè)面擋板5的材質(zhì)均優(yōu)選為pvc塑料。

所述透水安裝槽1由角鋼和pvc塑料板制成，透水安裝槽1整體呈長(zhǎng)方體，透水安裝槽1平行于排水溝渠的框架上下四條棱上各有一根角鋼，每根角鋼的前段和末端均切割出一個(gè)窄槽，四根角鋼前端的窄槽組成一組窄槽9，四根角鋼后端的窄槽組成另一組窄槽9，每根角鋼的上切割出若干卡槽2，卡槽2的尺寸根據(jù)嵌入式過(guò)濾墻3厚度確定，用一塊底部擋板10和兩塊側(cè)面擋板5分別將框架的底部及透水安裝槽1平行于農(nóng)田溝渠長(zhǎng)度方向的兩面封閉，透水安裝槽1的其他三面均為開(kāi)放狀態(tài)，用固定樁4將透水安裝槽1固定于農(nóng)田排水溝渠18中。

所述粗柵格攔截網(wǎng)8為鋼筋與鋼絲網(wǎng)制作，鋼絲網(wǎng)密度優(yōu)選為4.5kg/m²，根據(jù)水流方向選擇插入透水安裝槽的前段或末端窄槽9中，以防止較大的懸浮物及作物秸稈等直接進(jìn)入裝置發(fā)生堵塞。

所述嵌入式過(guò)濾墻3為頂部可開(kāi)啟式，包括不銹鋼邊框15和鐵絲網(wǎng)12，嵌入式過(guò)濾墻3平行于農(nóng)田溝渠長(zhǎng)度方向的兩個(gè)側(cè)面是不銹鋼邊框15，嵌入式過(guò)濾墻3垂直于農(nóng)田溝渠長(zhǎng)度方向的兩個(gè)側(cè)面是鐵絲網(wǎng)12，其中一個(gè)不銹鋼邊框15的頂部安裝合頁(yè)14，不銹鋼閉合蓋16通過(guò)合頁(yè)14與其中一個(gè)不銹鋼邊框15銜接，另一個(gè)不銹鋼邊框15的頂部安裝卡扣17用于嵌入式過(guò)濾墻3封閉時(shí)對(duì)不銹鋼閉合蓋16的鎖定，每個(gè)鐵絲網(wǎng)12上各有一個(gè)十字加固架13，通過(guò)十字加固架13將鐵絲網(wǎng)12與不銹鋼邊框15固著緊密以保證嵌入式過(guò)濾墻3牢固，在不銹鋼閉合蓋16上安裝兩個(gè)手把7以方便嵌入式過(guò)濾墻3在透水安裝槽1的插入和取出。

所述嵌入式過(guò)濾墻3內(nèi)部由活性炭-微生物耦合載體11填充，活性炭-微生物耦合載體11填充于嵌入式過(guò)濾墻3中，活性炭顆粒大小要大于鐵絲網(wǎng)12的孔徑。

所述活性炭-微生物耦合載體11的制備：首先通過(guò)馴化篩選獲得農(nóng)田土著農(nóng)藥降解菌，將農(nóng)藥降解菌接種至液體培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)，將活化后的活性炭顆粒投入菌液中與農(nóng)藥降解菌共培養(yǎng)，即可獲得活性炭-微生物耦合載體11。

一種去除農(nóng)田退水農(nóng)藥的活性炭與微生物耦合裝置在使用時(shí)，首先根據(jù)水流方向?qū)⒋謻鸥駭r截網(wǎng)8插入透水安裝槽1前段或末端窄槽9中，然后將若干嵌入式過(guò)濾墻3分別對(duì)應(yīng)插入透水安裝槽1的卡槽2中，安插數(shù)量和間距根據(jù)農(nóng)田排水量、水流速度等條件確定，如附圖5所示，在農(nóng)田排水溝渠18中固定若干個(gè)本發(fā)明耦合裝置，水體經(jīng)過(guò)本發(fā)明裝置時(shí)，大顆粒雜質(zhì)首先被粗柵格攔截網(wǎng)8攔截，然后依次經(jīng)過(guò)若干層嵌入式過(guò)濾墻3，其內(nèi)部填充的活性炭-微生物耦合載體11將水體中農(nóng)藥吸附并高效降解，裝置運(yùn)行一段時(shí)間，將嵌入式過(guò)濾墻3從透水安裝槽1抽出，打開(kāi)不銹鋼閉合蓋16，將內(nèi)置活性炭-微生物耦合載體11從頂部倒出處理并更換；下雨期間或洪水期農(nóng)田排水流量大時(shí)取出粗柵格攔截網(wǎng)8和嵌入式過(guò)濾墻3，或者減少嵌入式過(guò)濾墻3插入數(shù)量，以避免堵塞溝渠，保障農(nóng)田溝渠水流通暢。

所述透水安裝槽根據(jù)排水溝渠尺寸用角鋼焊接成長(zhǎng)方體框架，平行于排水溝渠的框架上下共四根角鋼前段和末端均切割出一個(gè)窄槽9，中間位置切割出若干卡槽2，卡槽2的尺寸根據(jù)嵌入式過(guò)濾墻3厚度確定，將一塊pvc塑料底部擋板10和兩塊pvc塑料側(cè)面擋板5分別將框架的底部及帶卡槽的兩面封閉，其他三面均為開(kāi)放狀態(tài)，形成透水安裝槽1；透水安裝槽1的側(cè)面上有固定環(huán)6，將透水安裝槽1放置于農(nóng)田排水溝渠18后，將木質(zhì)或鐵質(zhì)農(nóng)田溝渠固定樁4穿過(guò)固定環(huán)6插入溝渠底部泥土中將透水安裝槽1在農(nóng)田排水溝渠18中固定。

所述粗柵格攔截網(wǎng)8為鋼筋與大密度鋼絲網(wǎng)制作，根據(jù)水流方向選擇插入透水安裝槽的前段或末端窄槽9中，起到粗格柵作用，以防止較大的懸浮物及作物秸稈等直接進(jìn)入裝置發(fā)生堵塞。

所述活性炭-微生物耦合載體11中活性炭為顆粒狀，活性炭在負(fù)載微生物前需要進(jìn)行活化處理，活化處理的步驟包括：（1）活性炭經(jīng)500℃高溫焙燒4小時(shí)，無(wú)菌水沖洗3次每次15分鐘；（2）將（1）中獲得的活性炭顆粒加入到0.1m乙二胺四乙酸溶液中25℃浸泡24小時(shí)進(jìn)行改良鰲合，浸泡后將活性炭顆粒從乙二胺四乙酸溶液中取出；（3）用30%的氫氧化鈉溶液浸泡第（2）步改良后的活性炭12小時(shí)，浸泡后取出活性炭；（4）用30%的鹽酸溶液浸泡第（3）步經(jīng)堿洗過(guò)的活性炭12小時(shí)，浸泡后取出活性炭；（5）用無(wú)菌水沖洗5-6次，每次沖洗15分鐘后100℃烘至干燥。

所述活性炭-微生物耦合載體11中微生物是從農(nóng)田土壤中馴化篩選獲得的毒死蜱降解菌sphingomonassp.dsp-2，用lb培養(yǎng)基（lb培養(yǎng)基含胰蛋白胨10g/l、酵母提取物5g/l、氯化鈉10g/l；ph7.0）對(duì)sphingomonassp.dsp-2菌株在震蕩搖床進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速200rmp，培養(yǎng)條件為溫度30℃，用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度od600檢測(cè)降解菌的生長(zhǎng)情況，待生長(zhǎng)至平臺(tái)期后，將活化后的活性炭加入到培養(yǎng)系統(tǒng)中，共培養(yǎng)24小時(shí)，sphingomonassp.dsp-2菌體進(jìn)入活性炭?jī)?nèi)部微孔并在微孔表面緊密附著，獲得活性炭-毒死蜱降解菌耦合載體11。

以下通過(guò)具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明發(fā)明的實(shí)施步驟，目的在于使本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。

實(shí)施例

一種去除農(nóng)田退水中農(nóng)藥毒死蜱的活性炭與微生物耦合裝置，由結(jié)構(gòu)包括透水安裝槽1、粗柵格攔截網(wǎng)8、嵌入式過(guò)濾墻3和固定樁4；透水安裝槽1設(shè)有卡槽2和窄槽9，透水安裝槽1的底部和透水安裝槽1平行于農(nóng)田溝渠長(zhǎng)度方向的兩面分別由pvc塑料底部擋板10和pvc塑料側(cè)面擋板5封閉，透水安裝槽1通過(guò)固定樁4固定于農(nóng)田排水溝渠中；卡槽2內(nèi)有嵌入式過(guò)濾墻3；窄槽9內(nèi)插有粗柵格攔截網(wǎng)8。

所述透水安裝槽1為長(zhǎng)80cm×寬80cm×高60cm，由角鋼焊接而成；平行于排水溝渠的上下四根角鋼在距前端和后端2cm位置處切割出寬度為0.8cm的窄槽9，中間位置每間隔15cm切割1個(gè)寬度為3.5cm的卡槽2，每根角鋼的長(zhǎng)度方向不同位置共切割出4個(gè)卡槽2；將一塊長(zhǎng)80cm×寬80cm的pvc塑料底部擋板10將安裝槽底部密封，另用兩塊長(zhǎng)80cm×寬60cm的pvc塑料側(cè)面擋板5將框架帶卡槽2的兩面封閉，其他三面均為開(kāi)放狀態(tài)，形成透水安裝槽1；在透水安裝槽1四角位置焊接直徑為4cm的固定環(huán)6，將直徑約為3.5cm的鐵制固定樁4穿過(guò)固定環(huán)6將透水安裝槽1固定于農(nóng)田排水溝渠18的底部。

所述粗柵格攔截網(wǎng)8有鋼筋與大密度（4.5kg/m²）鋼絲網(wǎng)焊接制成，尺寸為長(zhǎng)79.5cm×高60cm×寬0.5cm。

所述嵌入式過(guò)濾墻3為頂部可開(kāi)啟式，尺寸為長(zhǎng)79.5cm×高60cm×寬3cm，由寬度為3.0cm的不銹鋼邊框15和兩面鐵絲網(wǎng)12（孔徑小于1.5cm）焊接制成，不銹鋼閉合蓋16尺寸為長(zhǎng)79.5cm×寬3cm，通過(guò)合頁(yè)14與不銹鋼邊框15銜接，用兩根長(zhǎng)79.5cm×寬60cm×高0.2cm的鋼條焊接制作十字加固架13，用十字加固架13將鐵絲網(wǎng)12與不銹鋼邊框15固著緊密，在不銹鋼閉合蓋16上安裝兩個(gè)手把7以方便嵌入式過(guò)濾墻3在透水安裝槽的插入和取出。

所述活性炭-微生物耦合載體11中活性炭為顆粒狀，活性炭顆粒直徑大于1.5cm，活性炭在負(fù)載微生物前需要進(jìn)行活化處理，步驟如下：（1）活性炭經(jīng)500℃高溫焙燒4小時(shí)，無(wú)菌水沖洗3次每次15分鐘，沖洗后無(wú)需干燥；（2）將（1）中獲得的活性炭顆粒加入到0.1m乙二胺四乙酸溶液中25℃浸泡24小時(shí)進(jìn)行改良鰲合，浸泡后將活性炭顆粒從乙二胺四乙酸溶液中取出，無(wú)需干燥；（3）用30%的氫氧化鈉溶液浸泡第（2）步改良后的活性炭12小時(shí)，浸泡后取出活性炭無(wú)需干燥；（4）用30%的鹽酸溶液浸泡第（3）步經(jīng)堿洗過(guò)的活性炭12小時(shí)，浸泡后取出活性炭無(wú)需干燥；（5）用無(wú)菌水沖洗5-6次，每次沖洗15分鐘后100℃烘至干燥；所述活性炭-微生物耦合載體11中微生物是從農(nóng)田土壤中馴化篩選獲得的毒死蜱降解菌sphingomonassp.dsp-2，用lb培養(yǎng)基（lb培養(yǎng)基含胰蛋白胨10g/l、酵母提取物5g/l、氯化鈉10g/l；ph7.0）對(duì)sphingomonassp.dsp-2菌株在震蕩搖床進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速200rmp，培養(yǎng)條件為溫度30℃，用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度od600檢測(cè)降解菌的生長(zhǎng)情況，待生長(zhǎng)至平臺(tái)期后，將活化后的活性炭加入到培養(yǎng)系統(tǒng)中，共培養(yǎng)24小時(shí)，sphingomonassp.dsp-2菌體進(jìn)入活性炭?jī)?nèi)部微孔并在微孔表面緊密附著，獲得活性炭-毒死蜱降解菌耦合載體11。

使用時(shí)，首先根據(jù)水流方向?qū)⒋謻鸥駭r截網(wǎng)8插入透水安裝槽1前段或末端窄槽9中，用于攔截大顆粒懸浮物或者作物秸稈等；然后根據(jù)溝渠水流速度靈活調(diào)節(jié)嵌入式過(guò)濾墻3插入透水安裝槽1中的數(shù)量；如附圖5所示，在農(nóng)田排水溝渠中固定2-10個(gè)耦合裝置，農(nóng)田排水中的毒死蜱在流經(jīng)裝置中多個(gè)嵌入式過(guò)濾墻3后得到逐層凈化，達(dá)到高效去除水體農(nóng)藥殘留，凈化水質(zhì)的目的；運(yùn)行一段時(shí)間后，可將嵌入式過(guò)濾墻3從透水安裝槽1抽出，打開(kāi)不銹鋼閉合蓋16，將內(nèi)置活性炭-微生物耦合載體11從頂部倒出收集并更換，回收的活性炭-微生物耦合載體11處理時(shí)可用高溫500℃高溫焙燒至少4小時(shí)以消解吸附但尚未被降解的農(nóng)藥。