專利名稱：一種城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市降雨徑流處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
城市降雨徑流非點(diǎn)源污染是指土地活動(dòng)產(chǎn)生的溶解的或固體污染物在降雨徑流的淋洗和沖刷作用下，從非特定的地點(diǎn)通過徑流過程匯入受納水體而引起的水體污染。城市暴雨徑流含有大量的污染物，初期徑流產(chǎn)生的污染負(fù)荷遠(yuǎn)高于城市生活污水，已成為城市水環(huán)境污染的重要問題之一。城市降雨徑流污染控制一般分為源頭控制和末端處理兩種方式，其中，源頭控制適合于對(duì)受納水體非點(diǎn)源污染負(fù)荷總量的控制；末端處理則對(duì)徑流收集到管網(wǎng)末端對(duì)徑流污染進(jìn)行集中處理后排放到受納水體。目前國(guó)內(nèi)地表徑流源頭控制凈化措施主要包括雨水滯留池和雨水調(diào)節(jié)池、快速滲濾系統(tǒng)等，另生態(tài)微污染原水處理工藝則只進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬研究而沒有規(guī)模應(yīng)用。雨水滯留池是季節(jié)性充水，水位變化大，一年往往經(jīng)歷干塘和濕塘的交替變化；有的是終年有水，在滯留池內(nèi)種植一些水生植物，利用水生植物以及塘內(nèi)浮游動(dòng)物和微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)徑流雨水中的污染物進(jìn)行降解消化，提高蓄水的水質(zhì)，同時(shí)可以有效改善周圍的生態(tài)環(huán)境。雨水調(diào)節(jié)池是應(yīng)用較為廣泛的徑流控制措施，既能規(guī)避雨水洪峰，實(shí)現(xiàn)雨水的循環(huán)利用，又能避免初期雨水對(duì)承受水體的污染，還能對(duì)排水區(qū)域調(diào)度起到積極作用。上述處理方法已得到廣泛的應(yīng)用，但仍然存在一些問題和缺陷，如雨水滯留池的處理效率比較低，凈化周期長(zhǎng)，還可能滋生蚊蠅，存在潛在的環(huán)境衛(wèi)生問題；雨水調(diào)蓄池雖然處理效率較高，但需要較高的基建費(fèi)用，另運(yùn)行維護(hù)也存在著需要專人負(fù)責(zé)的問題，在實(shí)際運(yùn)用中存在一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于提供運(yùn)用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市降雨初期徑流原位處理的方法。該處理方法是利用南方地區(qū)多雨、多水面等特征設(shè)計(jì)的新型城市降雨初期徑流原位處理方法，既能規(guī)避雨水洪峰，實(shí)現(xiàn)雨水的循環(huán)利用，又能減輕或避免初期雨水對(duì)受納水體的污染，實(shí)現(xiàn)排水區(qū)域有利調(diào)度。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，包括依次連接的塘埂、沉淀灣、景觀水池和布水系統(tǒng)；塘埂圍繞沉淀灣建設(shè)在最外圍，通過出水管與沉淀灣連接；沉淀灣圍繞景觀水池建設(shè)，通過出水管與景觀水池連接；布水系統(tǒng)設(shè)置于景觀水池中；所述塘埂、沉淀灣、布水系統(tǒng)和景觀水池的底的高度依次下降，所述塘埂和沉淀灣的底高于景觀水池的水面；所述塘埂采用以下方法進(jìn)行建設(shè):沿沉淀灣邊緣開挖0.5 Im寬、0.3m深的溝槽，將過濾性材料填充于溝槽中，得到塘??；塘埂的功能是阻截初期地表徑流中的懸浮物固體、有機(jī)物以及顆粒態(tài)氮、磷等污染物質(zhì)；所述過濾性材料優(yōu)選為煤渣、沸石和陶粒中的至少一種；過濾性材料具有凈化水質(zhì)的功能，用于凈化水質(zhì)；所述沉淀灣采用以下方法進(jìn)行建設(shè):沿景觀水池邊緣開挖0.3 0.6m寬、深度不超過Im的溝槽，得到沉淀灣；初期雨水經(jīng)過塘埂凈化后通過出水管滲透到沉淀灣，沉淀灣可以過濾雨水并延長(zhǎng)雨水滯留時(shí)間，起到安全帶的作用；所述沉淀灣的容積優(yōu)選為景觀水池的15 20% ；所述塘埂與沉淀灣的坡度不超過12% ；所述布水系統(tǒng)由浮球閥與排水管連接組成，排水管的一端連接于區(qū)域下水道，另一端與浮球閥連接；采取浮球閥的形式控制水位，通過水位變化控制管道閥門的開啟與閉合；平時(shí)作為景觀水池時(shí)，浮球閥關(guān)閉，當(dāng)雨水隨著初期地表徑流不斷匯入，浮球閥打開，將池內(nèi)原水不斷排出以騰出池容來儲(chǔ)存初期地表徑流；所述排水管優(yōu)選為L(zhǎng)型排水管；所述景觀水池優(yōu)選由小區(qū)內(nèi)原有的景觀水池建設(shè)而成；平時(shí)景觀水池作為水景美化所屬區(qū)域內(nèi)的環(huán)境，待到出現(xiàn)降雨時(shí)，布水系統(tǒng)中的浮球閥隨水位的上升打開閥門，將池水排出，通過池中的布水系統(tǒng)排出池水，以騰出池容接納初期雨水，池容按所屬區(qū)域內(nèi)的初期地表徑流量進(jìn)行計(jì)算，一般按降雨5min計(jì)算初期地表徑流(GB50014-2006)；優(yōu)選的，所述沉淀灣與景觀水池之間設(shè)置有用于阻隔的池堤；優(yōu)選的,所述景觀水池內(nèi)種植景觀植物；所述景觀植物優(yōu)選為菖蒲(Acorus calamus Linn)、美人蕉(Canna generalisBailey)、風(fēng)車草(Cyperus alternifolius)、7jC 蔥(Scirpus tabernaemontani )、紙莎草(Cyperus papyrus)、花葉蘆竹(Arundo donax var.versicolor)和鳶尾(Iris tectorum)中的至少一種；優(yōu)選的，所述景觀水池內(nèi)養(yǎng)殖觀賞性魚類；所述觀賞性魚類優(yōu)選為錦鯉(Cyprinus carpio)；所述城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)優(yōu)選由小區(qū)內(nèi)原有景觀水池改建而成；小區(qū)內(nèi)原有景觀水池由深水區(qū)、淺水區(qū)和濱水區(qū)組成，首先對(duì)景觀水池的濱水區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤鶕?jù)監(jiān)測(cè)初期雨水的水質(zhì)情況以及水量設(shè)定濱水區(qū)的面積，將濱水區(qū)開挖后填充陶粒、礫石、煤渣等過濾性材料，并在上面種植濕地植物以增添景觀效果，即為塘??；若需要的濱水區(qū)面積較大時(shí)，需要用PVC板材將濱水區(qū)分隔成10 30m2以保證布水的均勻；然后在淺水區(qū)開挖出沉淀灣，建筑池堤，在深水區(qū)中設(shè)置布水系統(tǒng)，即為景觀水池；運(yùn)用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市降雨初期徑流原位處理的方法，包括以下步驟:初期地表徑流經(jīng)過塘埂時(shí)，填充的過濾性材料將初期地表徑流中的懸浮物固體、有機(jī)物、顆粒態(tài)氮和磷污染物質(zhì)進(jìn)行阻截，得到初期雨水；初期雨水通過出水管進(jìn)入沉淀灣，短暫停滯后匯入景觀水池；隨著初期雨水的不斷匯入，景觀水池中布水系統(tǒng)的浮球閥打開，將原池水排出，將池內(nèi)原水不斷排出以騰出池容來儲(chǔ)存初期雨水；
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和突出效果:本發(fā)明的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，是將傳統(tǒng)的雨水滯留池、人工濕地系等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)融合為一體的復(fù)合系統(tǒng)，具有初期雨水調(diào)蓄和凈化的功能。該系統(tǒng)可以充分利用原有景觀水池的濱水區(qū)進(jìn)行建設(shè)，無需太多的工程措施便能達(dá)到削減洪峰、避免初期地表徑流對(duì)收納水體的污染，屬于一種城市非點(diǎn)源原位修復(fù)與保持的系統(tǒng)；在無雨期間，利用污水處理廠的尾水進(jìn)行補(bǔ)充后可作為景觀水池美化所在區(qū)域環(huán)境。運(yùn)用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市降雨初期徑流原位處理的方法，是一種新型城市降雨初期徑流原位處理方法，既能規(guī)避雨水洪峰，實(shí)現(xiàn)雨水的循環(huán)利用，又能減輕或避免初期雨水對(duì)受納水體的污染，實(shí)現(xiàn)排水區(qū)域有利調(diào)度。


圖1是實(shí)施例1的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)的縱向切面示意圖；其中1-地表徑流、2-塘梗、3-沉淀灣、4-浮球閥、5-出水管、6-景觀水池、7-排水管。圖2是實(shí)施例1的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)的橫向切面示意圖；其中1-地表徑流、2-塘梗、3-沉淀灣、4-布水系統(tǒng)、5-出水管、6-景觀水池、7-排水管。具體實(shí)施方法下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1如圖1所示，一種城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，包括依次連接的塘埂2、沉淀灣3、景觀水池6和布水系統(tǒng)；塘埂2圍繞沉淀灣3建設(shè)在最外圍，通過出水管5與沉淀灣3連接；沉淀灣3圍繞景觀水池6建設(shè)，通過出水管與景觀水池連接；布水系統(tǒng)設(shè)置于景觀水池6中；塘埂2、沉淀灣3、布水系統(tǒng)和景觀水池6的底的高度依次下降，塘埂2和沉淀灣3的底高于景觀水池6的水面；塘埂2采用以下方法進(jìn)行建設(shè):沿沉淀灣2邊緣開挖0.5 Im寬、0.3m深的溝槽，將煤渣、沸石和陶粒按質(zhì)量比1:2:1填充于溝槽中，得到塘??；沉淀灣3采用以下方法進(jìn)行建設(shè):沿景觀水池6邊緣開挖0.3 0.6m寬、深度不超過Im的溝槽,得到沉淀灣；沉淀灣3的容積為景觀水池6的20% ；塘埂2與沉淀灣3的坡度為8% ；景觀水池6由小區(qū)內(nèi)原有的景觀水池建設(shè)而成；平時(shí)景觀水池作為水景美化所屬區(qū)域內(nèi)的環(huán)境，待到出現(xiàn)降雨時(shí)，布水系統(tǒng)中的浮球閥隨水位的上升打開閥門，將池水排出，通過池中的布水系統(tǒng)排出池水，以騰出池容接納初期雨水，池容按所屬區(qū)域內(nèi)的初期地表徑流量進(jìn)行計(jì)算，一般按降雨15mm計(jì)算初期地表徑流(GB50014-2006)；布水系統(tǒng)由浮球閥4與排水管7連接組成，排水管7的一端連接于區(qū)域下水道，另一端與浮球閥4連接；采取浮球閥的形式控制水位，通過水位變化控制管道閥門的開啟與閉合；平時(shí)作為景觀水池時(shí)，浮球閥關(guān)閉，當(dāng)雨水隨著初期地表徑流不斷匯入，浮球閥打開，將池內(nèi)原水不斷排出以騰出池容來儲(chǔ)存初期地表徑流；排水管7為L(zhǎng)型排水管；
沉淀灣3與景觀水池6之間設(shè)置有用于阻隔的池堤；景觀水池6 內(nèi)種植菖蒲(Acorus calamus Linn)、美人蕉(Canna generalisBailey)、風(fēng)車草(Cyperus alternifolius)、7jC 蔥(Scirpus tabernaemontani)、紙莎草(Cyperus papyrus)、花葉蘆竹(Arundo donax var.versicolor)和鳶尾(Iris tectorum),種植密度為3-9株/m2 ；景觀水池6內(nèi)養(yǎng)殖錦鯉(Cyprinus carpio)；初期地表徑流經(jīng)過塘埂時(shí)，填充的過濾性材料將初期地表徑流中的懸浮物固體、有機(jī)物、顆粒態(tài)氮和磷污染物質(zhì)進(jìn)行阻截，得到初期雨水；初期雨水通過出水管進(jìn)入沉淀灣，短暫停滯后匯入景觀水池；隨著初期雨水的不斷匯入，景觀水池中布水系統(tǒng)的浮球閥打開，將原池水排出，將池內(nèi)原水不斷排出以騰出池容來儲(chǔ)存初期雨水。實(shí)施例2某環(huán)境研究中心院落面積約為600m2，院內(nèi)有一景觀水池,水面面積約為20m2，平均水深0.6m，沿自然緩坡分為深水區(qū)、淺水區(qū)、濱水區(qū)，景觀水池平時(shí)作為該環(huán)境研究中心的景觀小品美化中心環(huán)境，降雨時(shí)，通過布水系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)初期地表徑流的調(diào)蓄；為削減初期地表徑流中的污染物質(zhì)，根據(jù)實(shí)施例1的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)構(gòu)造，將該景觀水池改造為具有初期雨水調(diào)蓄凈化功能的景觀水池，其容積根據(jù)降雨量公式計(jì)算得出；首先，利用濱水區(qū)建基，自濱水區(qū)外緣向下開挖至水面超高0.2m處，挖方外運(yùn)，坡面夯實(shí)，沿景觀水池外緣方向平均分為10格，格間用厚120_、高600_磚墻砌筑分隔，單元格內(nèi)襯350g/m2的土工膜后，填入陶粒、煤渣、沸石和小石子的混合填料，填料平均厚400mm ；用De50鋼塑復(fù)合管作為單元格出水管，出水管安裝活動(dòng)彎頭以控制水量，為避免短流，在單元格內(nèi)設(shè)兩道隔板導(dǎo)流；濱水區(qū)各單元格內(nèi)種植風(fēng)車草、菖蒲、美人蕉、梭魚草和鳶尾，得到塘?。蝗缓?，在淺水區(qū)開挖出沉淀灣，建筑池堤；在深水區(qū)種植水蔥、睡蓮，得到景觀水池；最后，在深水區(qū)設(shè)置布水系統(tǒng)，得到城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)；為達(dá)到調(diào)蓄初期雨水的目的，在景觀水池內(nèi)設(shè)置排水管；通過浮球閥控制，當(dāng)初期雨水匯入景觀水池后，浮球隨水位上升將排水管閥門打開，將原池水排出，騰出池容來儲(chǔ)存初期地表徑流，待水位下降時(shí)，浮球?qū)⑴潘荛y門關(guān)閉，以此儲(chǔ)存地表徑流，規(guī)避洪峰；該改造過的景觀水池自2009年12月運(yùn)行以來，效果顯著，某次降雨過程中初期地表徑流取樣表明:C0Der348mg/L (GB/T11914-1989)，SS596mg/L (GB/T11901-1989);經(jīng)過濱水區(qū)填料的攔截和吸附后，取沉淀灣水樣檢測(cè)得C0Dra112mg/L，SS133mg/L ;經(jīng)沉淀灣短暫沉淀后進(jìn)入景觀水池后，C0Dcr93mg/L, SS103mg/L,即CODra去除率達(dá)到了 72.7%，SS去除率達(dá)到82.7% ;池內(nèi)水體清澈，透明度達(dá)到0.5m以上，較好的削減初期降雨徑流的污染負(fù)荷。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的塘埂、沉淀灣、景觀水池和布水系統(tǒng)；塘埂圍繞沉淀灣建設(shè)在最外圍，通過出水管與沉淀灣連接；沉淀灣圍繞景觀水池建設(shè)，通過出水管與景觀水池連接；布水系統(tǒng)設(shè)置于景觀水池中；所述塘埂、沉淀灣、布水系統(tǒng)和景觀水池的底的高度依次下降，所述塘埂和沉淀灣的底高于景觀水池的水面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于:所述塘埂采用以下方法進(jìn)行建設(shè):沿沉淀灣邊緣開挖0.5 Im寬、0.3m深的溝槽，將過濾性材料填充于溝槽中，得到塘埂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于:所述過濾性材料為煤渣、沸石和陶粒中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于:所述沉淀灣采用以下方法進(jìn)行建設(shè):沿景觀水池邊緣開挖0.3 0.6m寬、深度不超過Im的溝槽，得到沉淀灣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于:所述沉淀灣的容積為景觀水池的15 20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于:所述塘埂與沉淀灣的坡度不超過12%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于:所述布水系統(tǒng)由浮球閥與排水管連接組成，排水管的一端連接于區(qū)域下水道，另一端與浮球閥連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于:所述沉淀灣與景觀水池之間設(shè)置有用于阻隔的池堤。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)，其特征在于:所述景觀水池內(nèi)種植景觀植物和養(yǎng)殖觀賞性魚類。
10.運(yùn)用權(quán)利要求1 9所述的城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市降雨初期徑流原位處理的方法，其特征在于包括以下步驟: 初期地表徑流經(jīng)過塘埂時(shí)，填充的過濾性材料將初期地表徑流中的懸浮物固體、有機(jī)物、顆粒態(tài)氮和磷污染物質(zhì)進(jìn)行阻截，得到初期雨水；初期雨水通過出水管進(jìn)入沉淀灣，停滯后匯入景觀水池；隨著初期雨水的不斷匯入，景觀水池中布水系統(tǒng)的浮球閥打開，將原池水排出，將池內(nèi)原水不斷排出以騰出池容來儲(chǔ)存初期雨水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城市降雨初期徑流原位處理系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括依次連接的塘埂、沉淀灣、景觀水池和布水系統(tǒng)；塘埂圍繞沉淀灣建設(shè)在最外圍，通過出水管與沉淀灣連接；沉淀灣圍繞景觀水池建設(shè)，通過出水管與景觀水池連接；布水系統(tǒng)設(shè)置于景觀水池中；塘埂、沉淀灣、布水系統(tǒng)和景觀水池的底的高度依次下降，塘埂和沉淀灣的底高于景觀水池的水面。該系統(tǒng)針對(duì)城市降雨初期徑流攜帶的污染物較多且污染負(fù)荷較高的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，既能規(guī)避雨水洪峰，實(shí)現(xiàn)雨水的循環(huán)利用。運(yùn)用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市降雨初期徑流原位處理的方法，是一種新型城市降雨初期徑流原位處理方法，簡(jiǎn)單易行，有效減輕或避免初期雨水對(duì)受納水體的污染，實(shí)現(xiàn)了排水區(qū)域有利調(diào)度。
文檔編號(hào)E02B1/00GK103195157SQ201310121300
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者虢清偉, 許振成, 曾東, 易皓, 周自堅(jiān) 申請(qǐng)人:環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所