本发明涉及水污染治理技术领域，具体涉及一种控制农业面源污染和净化河水的沟塘集成系统及其使用方法。
背景技术：
农田面源污染主要是指农业生产活动中农田农药及氮磷等营养盐在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏，使大量氮磷进入水体，造成的水环境污染。由农田面源污染流失造成了水体的富营养化，也制约着区域粮食生产安全。
此外，随着我国城市化进程以及水源污染的加剧，河流污染已濒临严重的环境问题，过量的耗氧有机物、氮、磷，有毒物质等污染物进入河流水体，严重破坏了河流的功能和水生态平衡，而当地农民抽取河水灌溉农田或从河中引水入渠灌溉，对农作物品质及农田土壤造成了损害，导致了当地较为严重的健康安全问题。
近年来，水污染控制技术从原先的集中式处理向分散式和就地处理逐步转变。就地处理常采用生态处理工艺，生态处理工艺投资省、造价低、运行成本低、系统组合灵活多变、景观功能明显等优点，在许多领域内成为传统污水处理工艺的廉价替代方案。目前用于农业面源污染拦截技术主要包括生态沟渠技术、拦截坝技术、人工湿地技术等；利用闲置的沟塘进行河水的异位处理措施也较为常见。但目前的沟塘系统并不能在控制农业面源污染的同时高效净化受污染河水。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种控制农业面源污染和净化河水的沟塘集成系统。本发明提供的沟塘集成系统在充分利用沟塘系统净化功能的同时，保证沟塘系统的生态稳定性，处理效率高。
本发明提供了一种控制农业面源污染和净化河水的沟塘集成系统，所述系统包括生态沟渠，沉淀塘，氧化塘，稳定塘和河道；
所述沉淀塘的入水口分别与生态沟渠的出水口和河道的出水口相连，所述沉淀塘的出水口与氧化塘的入水口连接，所述氧化塘的出水口与稳定塘的入水口连接，所述稳定塘的出水口分别与河道的入水口和农田连接。
优选的是，所述沉淀塘的入口处设置拦污格栅。
优选的是，生态沟渠的沟渠底部进行污泥的清理、种植水生植物；生态沟渠的斜坡和顶部进行固化后种植水生植物。
优选的是，所述沉淀池种植浮叶植物。
优选的是，所述氧化塘种植沉水植物和挺水植物。
优选的是，所述稳定塘种植浮叶植物和沉水植物。
优选的是，所述河道与沉淀塘之间设置有水泵。
优选的是，所述农田与稳定塘之间设置有水泵。
本发明还提供了上述技术方案所述的沟塘集成系统的使用方法，包括以下步骤：
1)当农田水流量足够时，农业污水经生态沟渠净化后，进入沉淀塘进行沉淀，经过氧化塘和稳定塘的处理，排入河道；
2)当农田水流量不足时，河道中的污水进入沉淀塘进行沉淀，经过氧化塘和稳定塘处理，排入河道；
3)当农田干旱时，河道中的污水进入沉淀池进行沉淀，经过氧化塘和稳定塘处理，用于农业灌溉；
所述步骤1)、2)和3)没有先后顺序的限制。
优选的是，所述农田水流量足够为生态沟渠的水量不小于沉淀塘、氧化塘和稳定塘的处理量；
所述农田水流量不足为生态沟渠的水量低于沉淀塘、氧化塘和稳定塘的处理量；
所述农田干旱为生态沟渠中无水。
本发明提供了控制农业面源污染和净化河道水体的沟塘集成系统。本发明提供的沟塘集成系统兼具农业面源污染拦截与净化受污染河水功能，同时还可以为农田灌溉提供清洁水源，在充分利用沟塘系统净化功能的同时，保证沟塘系统的生态稳定性，处理效率高。通过使用本发明的沟塘集成系统，在农业面源或地表径流水体流量较大时，运用沟渠-多塘集成系统净化面源污水。而在水体流量不足时，将河道中水体提升进入多塘系统，将水体净化后重新排入河道中，达到净化河道水体的功效。该集成系统能更充分地运用沟渠-多塘集成系统，将该系统净化功效最大化的同时，有利于保证多塘系统的生态稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的沟塘集成系统示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种控制农业面源污染和净化河水的沟塘集成系统，所述系统包括生态沟渠，沉淀塘，氧化塘，稳定塘和河道；
所述沉淀塘的入水口分别与生态沟渠的出水口和河道的出水口相连，所述沉淀塘的出水口与氧化塘的入水口连接，所述氧化塘的出水口与稳定塘的入水口连接，所述稳定塘的出水口分别与河道的入水口和农田连接。
在本发明中，所述生态沟渠为农田中对水体进行初步净化的沟渠。在本发明中，生态沟渠的沟渠底部进行污泥的清理、种植水生植物；生态沟渠的斜坡和顶部进行固化后种植水生植物。
本发明对所述沉淀塘、氧化塘和稳定塘的结构没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的各类型塘构建标准建立即可。
在本发明中，所述沉淀塘的入口处设置拦污格栅。所述拦污格栅的作用为拦截漂浮垃圾及大颗粒杂物。所述拦污格栅的缝隙优选为10～100mm，更优选为30～60mm，所述拦污格栅的高度优选比生态沟渠的高度高25～30cm，更优选为30cm。
在本发明中，所述沉淀池种植浮叶植物。本发明对所述浮叶植物的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的浮叶植物即可，如荷花、荇菜。本发明所述浮叶植物能够对污水中悬浮物及泥沙进行截留，同时浮叶植物和浮叶植物根系的微生物能够吸收部分营养盐，可去除部分n，p，codmn，氨氮。当所述浮叶植物为荷花时，种植密度优选为1～2株/m2，当所述浮叶植物为荇菜时，种植密度优选为20～30株/m2。
在本发明中，所述氧化塘种植沉水植物和挺水植物。本发明对所述沉水植物和挺水植物的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的沉水植物和挺水植物即可，如沉水植物轮叶黑藻、苦草；挺水植物千屈菜、芦苇、香蒲。本发明所述沉水植物和挺水植物能够提升污水溶解氧水平，同时氧化塘中的植物和微生物能够进一步吸收和去除部分营养盐。当所述挺水植物为千屈菜时，种植密度优选为12～16株/m2，当所述挺水植物为芦苇时，种植密度优选为20～36株/m2，当所述挺水植物为香蒲时，种植密度优选为36～49株/m2，当所述沉水植物为轮叶黑藻时，种植密度优选为12～20株/m2，当所述沉水植物为苦草时，种植密度优选为30～35株/m2。
在本发明中，所述稳定塘种植浮叶植物和沉水植物。本发明对所述浮叶植物和沉水植物的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的沉水植物和浮叶植物即可。在本发明中，所述浮叶植物和沉水植物的种植量优选为1：(1～3)，所述种植量以种植株数为基准。在本发明中，稳定塘中浮叶植物和沉水植物的设置能够保证两种不同类型的植物正常快速生长。所述浮叶植物为荷花时，种植密度优选为1～2株/m2，当所述浮水植物为荇菜时，种植密度优选为20～30株/m2。所述沉水植物为轮叶黑藻时，种植密度优选为12～20株/m2，当所述沉水植物为苦草时，种植密度优选为30～35株/m2。
在本发明中，所述河道与沉淀塘之间设置有水泵。所述水泵的作用为将河道中的水输送至沉淀塘中。
在本发明中，所述农田与稳定塘之间设置有水泵。所述水泵用于将稳定塘中洁净水体提升用于农田灌溉。
本发明还提供了上述技术方案所述的沟塘集成系统的使用方法，包括以下步骤：
1)当农田水流量足够时，农业污水经生态沟渠净化后，进入沉淀塘进行沉淀，经过氧化塘和稳定塘的处理，排入河道；在本发明中，沉淀塘、氧化塘和稳定塘能够实现农业污水的净化。
2)当农田水流量不足时，河道中的污水进入沉淀池进行沉淀，经过氧化塘和稳定塘处理，排入河道；在本发明中，在农业面源污染不足时，所述系统能原位净化河道水体，保证沉淀塘、氧化塘和稳定塘长期运行，有利于维持沟塘系统净化水体效果的稳定性。
3)农田干旱时，河道中的污水进入沉淀池进行沉淀，经过氧化塘和稳定塘处理，用于农业灌溉；本发明在旱季时，对受污染的河水进行净化，为农田灌溉提供清洁水源。本发明所述稳定塘优选通过水泵将水体输送入农田。
所述步骤1)、2)和3)没有先后顺序的限制。
下面结合具体实施例对本发明所述的控制农业面源污染和净化河水的沟塘集成系统及其使用方法做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
当农田水流量足够时，采用该种方式运行沟塘系统，其步骤是：
农业污水收集与处理：农业污水1经生态沟渠进入沉淀塘，沉淀塘前拦污格栅拦截漂浮垃圾及大颗粒杂物，沉淀塘由大量浮叶植物3(种植密度为1株/m2的荷花或种植密度为30株/m2的荇菜)对污水中悬浮物及泥沙进行截留，同时浮叶植物3和浮叶植物根系微生物能够吸收部分营养盐，可去除部分n，p，codmn，氨氮。沉淀塘出水自流进入氧化塘，氧化塘大量种植沉水植物4(种植密度为12株/m2的轮叶黑藻或种植密度为32株/m2的苦草)和挺水植物5(种植密度为36株/m2的芦苇或种植密度为36株/m2的香蒲)，提高污水溶解氧水平，同时氧化塘中的植物和微生物能够进一步吸收和去除部分营养盐。氧化塘出水自流进入稳定塘，稳定塘中同时种植大量浮叶植物6(种植密度为2株/m2的荷花或种植密度为20株/m2的荇菜)和沉水植物7(种植密度为12株/m2的轮叶黑藻或种植密度为30株/m2的苦草)，污水在其中进一步处理后，自流进入河道。
实施例2
在水量不足时，采用该种方式运行沟塘系统，其步骤是：
农业污水收集与处理：农业污水1经生态沟渠进入沉淀塘，沉淀塘前拦污格栅拦截漂浮垃圾及大颗粒杂物。此外，河道污水0经水泵提升进入沉淀塘，沉淀塘前拦污格栅拦截漂浮垃圾及大颗粒杂物。沉淀塘由大量浮叶植物3(种植密度为2株/m2的荷花或种植密度为25株/m2的荇菜)对污水中悬浮物及泥沙进行截留，同时浮叶植物3和浮叶植物根系微生物能够吸收部分营养盐，可去除部分n，p，codmn，氨氮。沉淀塘出水自流进入氧化塘，氧化塘大量种植沉水植物4(种植密度为20株/m2的轮叶黑藻或种植密度为35株/m2的苦草)和挺水植物5(种植密度为20株/m2的芦苇或种植密度为40株/m2的香蒲)，提高污水溶解氧水平，同时氧化塘中的植物和微生物能够进一步吸收和去除部分营养盐。氧化塘出水自流进入稳定塘，稳定塘中同时种植大量浮叶植物(种植密度为1株/m2的荷花或种植密度为30株/m2的荇菜)和沉水植物7(种植密度为15株/m2的轮叶黑藻或种植密度为30株/m2的苦草)，污水在其中进一步处理后，自流进入河道。
实施例3
在干旱时期，采用该种方式运行沟塘系统，其步骤是：
农业污水收集与处理：河道污水0经水泵提升进入沉淀塘，沉淀塘前拦污格栅拦截漂浮垃圾及大颗粒杂物。沉淀塘由大量浮叶植物3(种植密度为1株/m2的荷花或种植密度为20株/m2的荇菜)对污水中悬浮物及泥沙进行截留，同时浮叶植物3和浮叶植物根系微生物能够吸收部分营养盐，可去除部分n，p，codmn，氨氮。沉淀塘出水自流进入氧化塘，氧化塘大量种植沉水植物4(种植密度为15株/m2的轮叶黑藻或种植密度为30株/m2的苦草)和挺水植物5(种植密度为30株/m2的芦苇或种植密度为45株/m2的香蒲)，提高污水溶解氧水平，同时氧化塘中的植物和微生物能够进一步吸收和去除部分营养盐。氧化塘出水自流进入稳定塘，稳定塘中同时种植大量浮叶植物(种植密度为2株/m2的荷花或种植密度为25株/m2的荇菜)和沉水植物7(种植密度为15株/m2的轮叶黑藻或种植密度为32株/m2的苦草)，污水在其中进一步处理后，可经水泵提升用于农田灌溉。
实施例4
巢湖二十埠河流域沟塘集成系统中试工程。
由中国科学院水生生物研究所按照本发明方法设计，以“十二五”国家水专项为支撑，建筑面积15000㎡，总投资200万元，设计处理能力5000t/天，建成并投入使用2年。该中试工程受纳附近农业面源污水，污水处理厂尾水及周边生活污水。运行2年时间，沟塘系统对混排污水中tn、tp、codmn和固体悬浮物均具有较好的去除效果，去除率均在50％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。