1.本发明属于小流域废水处理技术领域，特别涉及一种小流域河道河塘分离型生态涵养系统。


背景技术：

2.小流域河道作为水系的毛细血管，因其具有流域面积小，河道短，河道宽度变化大等特点，水体自净能力较弱，水质容易恶化。小流域河道流经乡村田野，远离城区，缺少大量治理资金的拨付，缺乏有效管理，已成为污染治理的一块痼疾。
3.现有小流域河道污染治理一般参考城区河道，普遍采取控源截污、生态清淤，并辅以增氧曝气、微生物菌剂、生态浮岛、植物修复等技术措施，但在具体实践过程中，往往忽略小流域河流与城区河道存在较大差异，特别是城区河道作为城区水系的一部分，防洪排涝纳入城区管理，且城区排水系统较完备，河道水位、水质情况受暴雨等极端天气影响小，而小流域河道流经山间田野，在暴雨、山洪等极端天气条件下，部分治理设施（诸如曝气、浮岛、微生物菌剂、植物修复等）面临冲毁、失效可能，灾后功能修复历时较长甚至无法修复。
4.另外由于小河道流域遍布乡村、农田，初期雨水、分散养殖废水、农田退水等面源污染的汇入难以管控，治理后“复黑复臭”情况多发，常规治理措施的长期效果因此大打折扣，亟需在常规治理措施的基础上，针对分散性的面源污染问题提出解决措施，以保持小流域河道的长效治理。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供一种小流域河道河塘分离型生态涵养系统，实现河道的长效稳定治理。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：一种小流域河道河塘分离型生态涵养系统，包括分离式涵养塘和天然涵养塘；所述的分离式涵养塘间隔设置于天然涵养塘的两侧，通过设置在主河道内的生态拦水坝将河道水引入，在分离式涵养塘中处理后的河道水再返回主河道，进入下一个分离式涵养塘，如此循环；所述的天然涵养塘是通过在主河道中设置生态拦水坝间隔而得的；所述的分离式涵养塘分为沉淀型涵养塘、除氮型涵养塘、除磷型涵养塘、除藻型涵养塘和复合型涵养塘，根据河道水质情况以及不同功能需求进行设置。
7.本发明的生态涵养系统在主河道两侧设置多个分离式涵养塘，通过设置生态拦水坝将河道水引入分离式涵养塘，河道水在分离式涵养塘中经过处理后，重新送回主河道，在主河道中通过生态拦水坝隔成的天然涵养塘中继续进行处理，然后再进入分离式涵养塘中进行处理，如此反复后即可；分离式涵养塘根据河道水质情况以及不同功能需求进行设置为以去除沉淀物为主要功能的沉淀型涵养塘、以去除氮污染物为主要功能的除氮型涵养塘、以去除磷污染物为主要功能的除磷型涵养塘、以去除蓝藻为主要功能的除藻型涵养塘
和复合型涵养塘。所述的复合型涵养塘为沉淀型涵养塘、除氮型涵养塘、除磷型涵养塘、除藻型涵养塘中两种以上组合。
8.本发明的河道涵养系统将分离式涵养塘和主河道分离，受主河道水流干扰小，遇到暴雨、山洪等极端天气时，生态拦水坝开启进行泄洪，洪水即可通过主河道排出，使塘内设施具备很强的抗击能力，保证了系统稳态运行。
9.作为本发明的进一步改进，所述的沉淀型涵养塘水深为3～3.5m，水力停留时间为0.5～2天，按水流方向的长宽比为(3～4):1；所述的沉淀型涵养塘内种植美人蕉、再力花、水葱、花叶、芦竹、鸢尾等挺水植物，种植密度为9～12株/m2。
10.优选的，所述的沉淀型涵养塘水面配置浮动式吸淤艇，浮动式吸淤艇连接软管至池底，软管另一端是收集头，淤泥储存在艇内污泥仓，定期抽运。为方便定期清淤，塘内还设有设木质检修栈道。
11.作为本发明的进一步改进，所述的除氮型涵养塘分为浅水型除氮涵养塘和深水型除氮涵养塘，根据场地情况灵活设置；所述的浅水型除氮涵养塘水深0.5m，为地表漫流式，塘底部铺设pe防渗膜，膜上有0.6m厚的种植土层，种植象草、千屈菜、水芹、再力花、美人蕉等氮吸收能力强的植物，种植密度为9～12株/m2；为使植物与水中养分充分接触，可将浅水型涵养塘设计成折流型式，以生态袋作为间隔。
12.所述的深水型除氮涵养塘水深为0.8～2.0m，内设有常规浮岛和复合型人工浮床；所述的常规浮岛设置于塘内四周，浮岛种植有美人蕉、再力花、黄花水龙，种植密度为9～12株/m2；所述的复合型人工浮床设置于塘中央深水区，上层为植物区，下层为填料区；所述的填料区采用箱式安装，箱底布置曝气软管，并配有微型风机，微型风机通过太阳能供电，适合野外场景使用；所述的填料区采用帘式填料，费用低易获得，可配合脱氮微生物菌剂使用，强化脱氮效果，同时因分离式涵养塘与主河道分离，微生物流失少，挂膜后不易被洪水冲毁，可保持长效运行。。优选的，所述的种植土层选用圆球形颗粒滤料，滤料的孔隙率＞40%，兼作脱氮微生物载体；所述的种植土层中增设沸石滤料层，沸石滤料较高的离子交换能力和高氨氮选择性，可强化氨氮去除。
13.作为本发明的进一步改进，所述的除磷型涵养塘水深为1.5～2.5米，内设有人工浮岛和锁磷剂释放器；所述的人工浮岛为除磷型涵养塘面积的30%，种植有磷吸收能力强的千屈菜、水芹、美人蕉，种植密度为9~12株/m2；所述的锁磷剂释放器内设有锁磷剂，所述的锁磷剂为膨润土结构中的镧与磷酸根一对一螯合，形成稳定的磷酸镧稀土矿，其中镧含量为4.75%～5.25%；所述的锁磷剂释放器为漂浮型，内置药箱、释放泵和造流器，如水体中含磷量较高，则释放泵启动，将药箱内的锁磷剂释放入水体，并通过造流器与水体混合。。
14.作为本发明的进一步改进，所述的除藻型涵养塘水深为2.0～3.0米，内设软围栏、纳米曝气机和蓝藻收集器，并在岸边配置藻液分离机；所述的纳米曝气机为岸上式或水面式，纳米气泡将蓝藻富集在水面后，通过蓝藻收集器收集并泵至藻液分离机进行藻水分离；软围栏设置到水面以下1.5～2.0米，通过水体软性分隔，实现序批式除藻。
15.作为本发明的进一步改进，所述的天然涵养塘设置1个以上，分为曝气涵养塘、生物操纵涵养塘、恢复型涵养塘。
16.优选的，所述的曝气涵养塘针对重污染黑臭类河段，采用人工曝气供氧；
所述的生物操纵涵养塘针对含藻类较多的河段，通过投放滤食性鱼类鲢鱼或鳙鱼来直接牧食蓝藻水华，鱼类投放时间根据水质及水生生物的监测情况确定；所述的恢复型涵养塘针对水质较好的河段，通过种植苦草、狐尾藻、金鱼藻等沉水植物，并投放底栖动物等构件生态群落，维持水体清澈。
17.同时，本发明提供所述的小流域河道河塘分离型生态涵养系统的处理方法，包括以下步骤：s1：将主河道通过生态拦水坝分成多个天然涵养塘，依次设为曝气涵养塘、生物操纵涵养塘、恢复型涵养塘；并在主河道旁边设置多个分离式涵养塘，主要分为沉淀型涵养塘、除氮型涵养塘、除磷型涵养塘、除藻型涵养塘和复合型涵养塘；s2：将污水引流至主河道中的曝气涵养塘中，取样检测水中氮、磷和藻的含量，然后通过生态拦水坝将污水引入沉淀涵养塘，控制水力停留时间为0.5～2天，利用塘中的挺水植物使污水中的沉沙得到缓冲，使沉沙被截留和保持稳定，得到一级处理污水；s3：将一级处理污水引回生物操控涵养塘中，取样检测水中氮、磷和藻类的含量，如果达到排放标准即可直接排放，若未达到排放标准，则将污水引入第二个分离式涵养塘中，依次进行除氮、除磷和除藻的净化处理；s4：进行除氮净化处理时，将一级处理污水引入到第二个分离式涵养塘中，该塘按照除氮型涵养塘进行设置，控制水力停留时间为6～8天，利用塘中种植的吸氮植物除去水中的氮物质，得到二级处理污水；进行除磷净化处理时，将一级处理污水引入到第二个分离式涵养塘中，该塘按照除磷型涵养塘进行设置，控制水力停留时间为7～9天，利用塘中种植的吸磷植物除去水中的磷物质，得到二级处理污水；进行除藻净化处理时，将一级处理污水引入到第二个分离式涵养塘中，该塘按照除藻型涵养塘进行设置，控制水力停留时间为10～15天，通过蓝藻收集器收集并泵至藻液分离机进行藻水分离，得到二级处理污水；所述的除氮、除磷和除藻工序依次进行、单独进行或同时在复合型涵养塘中进行；s5：将二级处理污水引回恢复型涵养塘中，水力停留5～8天进行恢复，然后取样检测水中氮、磷和藻类的含量，如果达到排放标准即可直接排放，若未达到排放标准，则继续进行净化工艺直到达到排放标准。
18.本发明的有益效果如下：本发明通过“河塘分离”方式建立“分离式涵养塘”及“主河道分段式涵养塘”，实现涵养塘的稳态、动态结合运行，有效避免了洪涝灾害对设施的损坏，并通过涵养塘的多类型、灵活设计，以经济、生态的方式最大限度削减水体中的氮磷等污染物，实现河道的长效治理。
附图说明
19.图1为本发明河塘分离型生态涵养系统的结构示意图。
20.图2为本发明沉淀型涵养塘的结构示意图。
21.图3为本发明浅水型除氮涵养塘的结构示意图。
22.图4为本发明深水型除氮涵养塘的结构示意图。
23.图5为本发明除磷型涵养塘的结构示意图。
24.图6为本发明除藻型涵养塘的结构示意图。
25.附图标记：1-分离式涵养塘，2-天然涵养塘，3-生态拦水坝，4-浮动式吸淤艇，5-pe防渗膜，6-种植土层，7-常规浮岛，8-复合型人工浮床，9-人工浮岛，10-锁磷释放器，11-软围栏，12-纳米曝气机，13-蓝藻收集器，14-藻液分离机。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明作进一步说明。
27.实施例1如图1所示的一种小流域河道河塘分离型生态涵养系统，包括分离式涵养塘1和天然涵养塘2；所述的分离式涵养塘1间隔设置于天然涵养塘2的两侧，通过设置在主河道内的生态拦水坝3将河道水引入，在分离式涵养塘1中处理后的河道水再返回主河道，进入下一个分离式涵养塘1，如此循环；所述的天然涵养塘2是通过在主河道中设置生态拦水坝3间隔而得的；所述的分离式涵养塘1分为沉淀型涵养塘、除氮型涵养塘、除磷型涵养塘、除藻型涵养塘，根据河道水质情况以及不同功能需求进行设置。
28.所述的沉淀型涵养塘如图2所示，水深为3m，水力停留时间为0.5天，按水流方向的长宽比为3:1；所述的沉淀型涵养塘内种植美人蕉、再力花、水葱、花叶、芦竹、鸢尾等挺水植物，种植密度为9株/m2；水面配置浮动式吸淤艇4，浮动式吸淤艇4连接软管至池底，软管另一端是收集头，淤泥储存在艇内污泥仓，定期抽运。
29.所述的除氮型涵养塘为浅水型除氮涵养塘，如图3所示，水深0.5m，为地表漫流式，塘底部铺设pe防渗膜5，膜上有0.6m厚的种植土层6，种植有象草、千屈菜、水芹、再力花、美人蕉等氮吸收能力强的植物，种植密度为9株/m2；所述的种植土层6选用圆球形颗粒滤料，滤料的孔隙率＞40%，兼作脱氮微生物载体；所述的种植土层6中增设沸石滤料层。
30.所述的除磷型涵养塘如图5所示，水深为1.5米，内设有人工浮岛9和锁磷剂释放器10；所述的人工浮岛10为除磷型涵养塘面积的30%，种植有千屈菜、水芹、美人蕉，种植密度为9株/m2；所述的锁磷剂释放器10内设有锁磷剂，所述的锁磷剂为膨润土结构中的镧与磷酸根一对一螯合，形成稳定的磷酸镧稀土矿，其中镧含量为4.75%；所述的锁磷剂释放器为漂浮型，内置药箱、释放泵和造流器。
31.所述的除藻型涵养塘如图6所示，水深为2.0米，内设软围栏11、纳米曝气机12和蓝藻收集器13，并在岸边配置藻液分离机14；所述的纳米曝气机12为水面式，纳米气泡将蓝藻富集在水面后，通过蓝藻收集器13收集并泵至藻液分离机14进行藻水分离；软围栏11设置到水面以下1.5米，通过水体软性分隔，实现序批式除藻。
32.所述的天然涵养塘2设置2个，均为曝气涵养塘；所述的曝气涵养塘针对重污染黑臭类河段，采用人工曝气供氧。
33.本实施例的小流域河道河塘分离型生态涵养系统的处理方法，包括以下步骤：s1：将主河道通过生态拦水坝3依次设为曝气涵养塘、生物操纵涵养塘、恢复型涵养塘；并在主河道旁边设置沉淀型涵养塘、除氮型涵养塘、除磷型涵养塘、除藻型涵养塘；
s2：将污水引流至主河道中的曝气涵养塘中，取样检测水中氮、磷和藻的含量，然后通过生态拦水坝3将污水引入沉淀涵养塘，控制水力停留时间为0.5天，利用塘中的挺水植物使污水中的沉沙得到缓冲，使沉沙被截留和保持稳定，得到一级处理污水；s3：将一级处理污水引回生物操控涵养塘中，取样检测水中氮、磷和藻类的含量，未达到排放标准，将污水引入除氮型涵养塘中先进行除氮处理；s4：将一级处理污水引入到除氮型涵养塘中，控制水力停留时间为6天，利用塘中种植的吸氮植物除去水中的氮物质，得到二级处理污水；二级处理污水引回天然涵养塘中，继续进入除磷涵养塘进行除磷处理；进行除磷净化处理时，控制水力停留时间为7天，利用塘中种植的吸磷植物除去水中的磷物质，得到三级处理污水；三级处理污水引回天然涵养塘中，继续进入除藻涵养塘进行除藻处理；进行除藻处理时，控制水力停留时间为10天，通过蓝藻收集器13收集并泵至藻液分离机14进行藻水分离，得到四级处理污水；s5：将四级处理污水引回恢复型涵养塘中，水力停留5天进行恢复，然后取样检测水中氮、磷和藻类的含量，达到排放标准。
34.实施例2与实施例1相比较，本实施例的不同点在于：所述的沉淀型涵养塘水深为3.1m，水力停留时间为0.8天，按水流方向的长宽比为4:1，塘内挺水植物种植密度为10株/m2。
35.所述的除氮型涵养塘为浅水型除氮涵养塘，如图3所示，水深0.5m，为折流型式，以生态袋作为间隔；塘底部铺设pe防渗膜5，膜上有0.6m厚的种植土层6，种植有象草、千屈菜、水芹、再力花、美人蕉等氮吸收能力强的植物，种植密度为10株/m2；所述的种植土层6选用圆球形颗粒滤料，滤料的孔隙率＞40%，兼作脱氮微生物载体；所述的种植土层6中增设沸石滤料层。
36.所述的除磷型涵养塘水深为2.0米，塘内植物种植密度为10株/m2；所述的锁磷剂中镧含量为5.00%。
37.所述的除藻型涵养塘水深为2.5米，软围栏11设置到水面以下1.8米。
38.所述的天然涵养塘2设置3个，为分为曝气涵养塘、生物操纵涵养塘、恢复型涵养塘。
39.所述的曝气涵养塘针对重污染黑臭类河段，采用人工曝气供氧；所述的生物操纵涵养塘针对含藻类较多的河段，通过投放滤食性鱼类鲢鱼或鳙鱼来直接牧食蓝藻水华，鱼类投放时间根据水质及水生生物的监测情况确定；所述的恢复型涵养塘针对水质较好的河段，通过种植苦草、狐尾藻、金鱼藻等沉水植物，并投放底栖动物等构件生态群落，维持水体清澈。
40.实施例3与实施例2相比较，本实施例的不同点在于：所述的沉淀型涵养塘水深为3.2m，水力停留时间为1.0天，按水流方向的长宽比为3:1，塘内挺水植物种植密度为11株/m2。
41.所述的除氮型涵养塘为深水型除氮涵养塘；如图4所示，水深为0.8m，内设有常规
浮岛7和复合型人工浮床8；所述的常规浮岛7设置于塘内四周，常规浮岛7种植有美人蕉、再力花、黄花水龙，种植密度为9株/m2；所述的复合型人工浮床8设置于塘中央深水区，上层为植物区，下层为填料区；所述的填料区采用箱式安装，箱底布置曝气软管，并配有微型风机，微型风机通过太阳能供电；所述的填料区采用帘式填料。
42.所述的除磷型涵养塘水深为2.2米，塘内植物种植密度为12株/m2；所述的锁磷剂中镧含量为5.25%。
43.所述的除藻型涵养塘水深为3.0米，软围栏11设置到水面以下2.0米。
44.所述的天然涵养塘2设置2个，分为曝气涵养塘、恢复型涵养塘。
45.实施例4与实施例2相比较，本实施例的不同点在于：所述的沉淀型涵养塘水深为3.3m，水力停留时间为1.5天，按水流方向的长宽比为3:1，塘内挺水植物种植密度为12株/m2。
46.所述的除氮型涵养塘为深水型除氮涵养塘；如图4所示，水深为2.0m，塘内植物种植密度为12株/m2。
47.所述的除磷型涵养塘水深为2.5米，塘内植物种植密度为12株/m2；所述的锁磷剂中镧含量为5.05%。
48.所述的除藻型涵养塘水深为2.5米，软围栏11设置到水面以下1.8米。
49.所述的天然涵养塘2设置3个，分为生物操纵涵养塘、恢复型涵养塘。
50.实施例5与实施例2相比较，本实施例的不同点在于：所述的沉淀型涵养塘水深为3.4m，水力停留时间为1.5天，按水流方向的长宽比为4:1，塘内挺水植物种植密度为10株/m2。
51.所述的除氮型涵养塘分为浅水型除氮涵养塘，如图3所示，水深0.5m，为地表漫流式；塘内植物种植密度为10株/m2。
52.所述的除磷型涵养塘水深为2.0米，塘内植物种植密度为10株/m2；所述的锁磷剂中镧含量为5.00%。
53.所述的除藻型涵养塘水深为2.5米，软围栏11设置到水面以下2.0米。
54.所述的天然涵养塘2设置2个，分为曝气涵养塘、生物操纵涵养塘。
55.实施例6与实施例2相比较，本实施例的不同点在于：所述的沉淀型涵养塘水深为3.5m，水力停留时间为1天，按水流方向的长宽比为3:1，塘内挺水植物种植密度为12株/m2。
56.所述的除氮型涵养塘为深水型除氮涵养塘；如图4所示，水深为1.6m，塘内植物种植密度为12株/m2。
57.所述的除磷型涵养塘水深为2.2米，塘内植物种植密度为12株/m2；所述的锁磷剂中镧含量为5.00%。
58.所述的除藻型涵养塘水深为2.4米，软围栏11设置到水面以下1.8米。
59.所述的天然涵养塘2设置3个，分为曝气涵养塘、生物操纵涵养塘、恢复型涵养塘。
60.应用例
应用实施例1的系统在广东省鹤地水库某支流生态综合治理项目上投入应用。据环保部门提供的监测数据，该支流2021年1月-2021年5月水质监测均值为劣
ⅴ
类水质，主要超标污染物为氨氮和总磷，具体如表1。
61.表1：治理目标：消除劣
ⅴ
类水质，达到《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）
ⅴ
类水质，即：ph值6～9、化学需氧量≤40mg/l、高锰酸盐指数≤15mg/l、氨氮≤2.0mg/l、总磷≤0.4mg/l。
62.治理措施：项目涉及河道长约2500m，涉及7875m
³
的河道水体治理，主要内容包括建造3处分离式生态涵养塘，并利用原河道改造成2处主河道生态涵养塘，具体治理措施包括：（1）沉淀型涵养塘：数量1座，库容约25000m3，水面8000 m2，水深3～3.5m，长宽比约3:1，涵养塘内种植美人蕉、再力花、水葱、花叶芦竹等挺水植物约2000m2，配浮动式吸淤艇1艘；（2）除氮、除磷复合型涵养塘：数量2座，单座库容约30000m3，水面15000 m2，水深1.8-2.0m；涵养塘内设置常规生态浮岛2000 m2，种植再力花、千屈菜、水芹等挺水植物；设置复合型生态浮岛2500 m2，种植美人蕉、再力花、千屈菜等挺水植物，配套安装帘式填料箱2000 m2，定期补充微生物菌剂；涵养塘内配置2套锁磷剂释放器；（3）主河道分段式涵养塘系统：数量2座，单段长度600米，平均水深2.0米，均采用曝气涵养塘型式，并辅以生物操纵和岸边植物净化带；其中曝气机采用喷水式增氧机20台及水面式纳米曝气机4台，采用漂浮式安装，方便行洪时移动到岸边。主河道内建造3处生态坝。
63.实施效果：项目于2021年6月开始实施，8月初竣工验收，各系统运行良好，经连续监测，2021年8月及9月份的河道水质达到ⅳ、
ⅴ
标准，具体如表2。
64.表2：
由表2可以看出，应用实施例1的系统处理后的鹤地水库某支流生态得到了明显的改善，达到《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）
ⅴ
类水质的标准。
65.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。