一种利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法

本发明涉及农业面源污染控制与废弃物资源化利用，具体为一种利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法。

背景技术：

1、农田氮磷径流流失是导致受纳水体富营养化的重要面源污染源。在田埂、生态沟渠等关键节点构建渗透性反应层，是拦截农田退水中氮磷的有效手段。现有技术多采用沸石、陶粒、改性生物炭等作为吸附填料，但普遍存在以下缺陷：一是吸附容量有限，短期内即趋于饱和，需频繁更换或再生，维护成本高；二是功能单一，多为单纯的物理吸附，对氮、磷的同步去除效率不理想，尤其对溶解态有机氮、硝态氮去除能力弱；三是部分填料（如纯菌棒）在水力浸润下易分解软烂，导致生物过度增殖，造成严重的生物堵塞，丧失渗滤功能。

2、食用菌废弃菌棒是食用菌栽培后的残余基质，主要由木屑、秸秆、麦麸等构成，富含纤维素、木质素及大量残留菌丝体，年产量巨大，是一种亟待高值化利用的农业废弃物资源。近年来，有研究尝试将废弃菌棒破碎后直接用作田埂渗滤层或生态沟渠的填料，利用其有机质吸附和生物降解功能去除氮磷。然而，实践表明，单纯菌棒填料在水力浸润下会迅速分解软烂，并因有机质溶出引发微生物暴增，导致严重的生物堵塞，渗透系数在数天内即可下降数个数量级，水流被迫从表层溢流，丧失深层渗滤功能，使用寿命极短。

3、为缓解堵塞问题，有方案提出在菌棒填料中掺混粗砂以构建刚性骨架。此举虽能在一定程度上维持渗透性，但随着菌棒不断分解，骨架间的有机质逐渐流失，填料的整体净化能力随之衰减。更重要的是，菌棒填料对氮磷的去除主要依赖有限的物理吸附和缓慢的生物降解，对磷酸根的吸附容量低，对硝态氮几乎没有截留能力，难以满足日益严格的农田面源减排要求。

4、因此，如何对菌棒填料进行科学改良，以极低的成本、简便的操作，在维持粗砂骨架防堵塞功能的同时，精准激活并长期维持菌棒菌丝体的原生矿化作用，使填料层内部持续原位生成高活性的生物铁锰氧化物，进而同步实现磷的高效化学固定与氮的生物转化脱除，是本领域亟待突破的技术瓶颈。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，所述方法具体步骤如下所述：

2、（1）将废弃菌棒进行破碎得到菌棒碎块。

3、（2）将步骤（1）得到的菌棒碎块、粗砂和土壤混合得到固态混合料。

4、（3）向固态混合料中加入铁锰营养液混合均匀得到混合填料。

5、（4）在田埂上开挖渗滤沟槽，将混合填料回填至沟槽中自然堆积，不压实，采用浸润养护方式构建稳定渗滤层，使填料整体持续保持润湿状态即得田埂渗滤层。

6、优选的，步骤（1）中所述废弃菌棒为香菇采后废弃菌棒。

7、优选的，步骤（1）中菌棒碎块的粒径为2-5cm。

8、优选的，步骤（2）中菌棒碎块、粗砂和土壤的干重质量比为(1-2):(3-5):(3-5)。

9、优选的，步骤（2）中粗砂为天然河沙，粒径为0.5-2.0mm。

10、优选的，步骤（2）中土壤为黄棕壤。

11、优选的，步骤（3）中铁锰营养液的加入量为固态混合料质量干重的8%-12%。

12、优选的，步骤（3）中所述铁锰营养液中包括硫酸亚铁和硫酸锰，其中硫酸亚铁在铁锰营养液中的浓度为1.5-3.0g/l，硫酸锰在铁锰营养液中的浓度为0.3-0.6g/l。

13、优选的，步骤（4）中埂渗滤层内部形成溶解氧浓度为0.2-0.5mg/l的微氧环境。

14、优选的，步骤（4）中沟槽的深度为25-35cm，宽度为20-40cm。

15、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

16、（1）突破传统菌棒填料净化瓶颈，氮磷同步去除效率高。本发明的核心在于“生物矿化固定磷”与“硝化-反硝化脱氮”的双路径耦合。投加的微量fe2+、mn2+经菌丝体络合富集后，在渗滤层的微氧环境中通过菌丝代谢与土著微生物协同氧化，原位生成高活性生物铁锰氧化物，可通过吸附与化学沉淀高效固定溶解态磷酸根；同时填料内部天然形成的微观氧梯度与菌棒缓慢释放的缓释碳源相匹配，在同一体系内同步支撑好氧硝化与缺氧反硝化过程，且原位生成的生物铁锰氧化物可作为电子介体进一步强化脱氮反应，最终实现“生物矿化固磷”与“硝化-反硝化脱氮”的协同耦合，对总磷、氨氮、硝态氮的去除率分别可达94%、89%、84%以上，综合净化性能显著优于现有菌棒类渗滤填料。

17、（2）耦合刚性骨架与原位矿化，实现长效稳定运行。在粗砂构建的刚性孔隙骨架基础上，通过菌丝体介导的缓慢原位生物矿化过程，使活性矿物逐步负载于骨架与菌丝网络表面，既避免了化学法批量负载填料易造成孔隙骤缩堵塞的问题，也解决了传统菌棒-粗砂填料随有机质分解流失、净化能力持续衰减的通病。生物铁锰氧化物可随微生物代谢持续再生更新，配合粗砂骨架的透水保障能力，使渗滤层在长期运行中既能维持稳定的渗透性能，又能保持高水平的氮磷截留效果，使用寿命与长效稳定性显著优于现有同类技术。

18、（3）成本低廉，废弃物资源化，主要原料为废弃菌棒、田埂本土土壤、廉价粗砂和铁锰营养液，菌棒实现了废弃物资源化，铁锰营养液用量极少且为常规农资，工序简单。

19、（4）环境友好，无二次污染，微量铁锰离子作为诱导因子而非大量化学沉淀剂，避免了金属离子淋溶风险；菌棒在服役后期可自然降解还田，整个体系对农田生态安全无害。

1.一种利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下所述：

2.根据权利要求1所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（1）中所述废弃菌棒为香菇采后废弃菌棒。

3.根据权利要求1所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（1）中菌棒碎块的粒径为2-5cm。

4.根据权利要求1所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（2）中菌棒碎块、粗砂和土壤的干重质量比为(1-2):(3-5):(3-5)。

5.根据权利要求1所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（2）中粗砂为天然河沙，粒径为0.5-2.0mm。

6.根据权利要求5所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（2）中土壤为黄棕壤。

7.根据权利要求1所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（3）中铁锰营养液的加入量为固态混合料干重质量的8%-12%。

8.根据权利要求1所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（3）中所述铁锰营养液中包括硫酸亚铁和硫酸锰，其中硫酸亚铁在铁锰营养液中的浓度为1.5-3.0g/l，硫酸锰在铁锰营养液中的浓度为0.3-0.6g/l。

9.根据权利要求1所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（4）中埂渗滤层内部形成溶解氧浓度为0.2-0.5mg/l的微氧环境。

10.根据权利要求1所述利用废弃菌棒构建田埂渗滤层的方法，其特征在于：步骤（4）中沟槽的深度为25-35cm，宽度为20-40cm。