專利名稱：城市雨水采集生態(tài)濾池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于雨水處理采集的生物濾池。
背景技術：
隨著城市化的進程，工業(yè)的發(fā)展，人口的增加，我們傳統(tǒng)的水資源正在一步步受到威脅，變得稀缺。城市的水源危機已經切實的成為我們城市發(fā)展，人民生活水平提高的重要障礙。而另一方面，全球氣候變暖，降雨的頻率變小，但是每次降雨量卻大大增加。給城市造成了嚴重的內澇問題。生活在現(xiàn)代城市的人們和我們城市的規(guī)劃者無不面臨著上述兩大困境。而最近階段，城市水敏感設計的概念悄然興起，這種概念提倡的是把城市的水循環(huán)管理整合到城市設計和規(guī)劃中。城市的水循環(huán)包括:城市飲用水，城市雨水溢流，自然水系的生態(tài)健康，污水處理和水資源回收利用。這些原本獨立分散的水管理，被組成了一個經過整合的圈，從而達到綜合管理的模式。在這種設計理念的指導下，雨水這一原本造成城市內澇，生態(tài)污染的有害資源，將通過城市的相關設計和規(guī)劃被轉化為可利用的水資源。這樣一個結合點同時解決了兩大困擾城市發(fā)展的難題。而事實上雨水的主要污染物為懸浮固形物等不可溶物質，而溶解的有毒化學物質，重金屬，致病菌等，實際要低于我們的傳統(tǒng)城市水源水質。本專利發(fā)明的雨水采集生物濾池，就是在城市水敏感這一理念的指導下應運而生的。他可以處理并采集雨水，為城市提供大量高質量的水源做選擇性使用，同時解決暴風雨對城市造成的環(huán)境問題。從生態(tài)角度看，雨水采集生物濾池可以很好的充當或代替城市現(xiàn)有綠化，具有環(huán)境友好，兼容性強的特點。傳統(tǒng)型的雨水生物濾池(非回收采集):生物濾池技術是一項通過使用生物活性過濾介質來達到物理過濾,生物分解,化學吸附及分解的三位一體的水處理技術。其中的一個分支，雨水生物濾池，比如具體到雨水生物滯留池和雨水花園，就是其中已經被廣泛應用在城市水敏感設計中的成熟技術。其主要的設計目的是收集城市高污染的雨水后通過土壤自然滲透和溢流排把雨水排放到附近的自然水體或城市排水系統(tǒng)中。起到一個滯留雨水，減少地表徑流峰量的作用。但是在目前的實踐中傳統(tǒng)的雨水生物濾池并不能大規(guī)模應用于雨水的處理和采集回收。雖然現(xiàn)在有一部分傳統(tǒng)型的雨水生物濾池也被用作雨水采集的嘗試，但是因為設計初衷與于實際應用存在的技術差距，所以并不具備大規(guī)模應用推廣的能力。其中歸納的最主要的技術差距為以下幾點:1.雨水中污染物處理性能力的低下傳統(tǒng)型的雨水生物濾池是以收集容納雨水和主要去除雨水中的懸浮顆粒物為設計目標的，經過簡單處理的雨水將被排放至自然土壤或城市排水系統(tǒng)中。他對城市雨水中含有的TN，T0C，重金屬，致病菌等的處理能力低于可回收利用的標準，只能勉強達到甚至在特定情況下低于環(huán)境排放標準。2.傳統(tǒng)雨水生物濾池的自持能力差，對季節(jié)環(huán)境溫度等高度敏感[0009]對于僅僅用做于城市綠化美觀及雨水排放來說，傳統(tǒng)雨水生物濾池的處理水平的穩(wěn)定性和自持性并沒有受到重視。但穩(wěn)定的處理水平其實對于雨水回收來說是一個非常重要的考慮因素。結合有關文獻以及實際的測驗，傳統(tǒng)型的雨水生物濾池在長期少雨的情況下的下一次雨水處理能力會大大下降。這主要由于過濾介質土壤的水含量下降而導致的微生物以及化學活性的降低。缺雨還可以造成土壤的細微干裂，從而導致未處理的水直接經細縫流出而大大降低處理效果。同時，偶爾的少雨和氣候的不穩(wěn)定性也可能造成植物的缺水死亡或者增加人工維護的成本。在實際的應用中，維持植物的健康生長一直是保證生物濾池健康活性的一個關鍵點和難點。3.長期運行下的土壤透水率大大降低而導致的處理回收效率下降由于傳統(tǒng)的雨水生物濾池的敞開式設計，地表徑流直接被濾池所接收，造成固形物在土壤表面淤積，堵塞過濾介質。在實際應用中80%的雨水生物濾池在運作半年后土壤的滲透率大大低于可規(guī)?；幚碛晁臉藴省Ｔ谶@種情況下，大部分未經過濾的雨水會被直接溢流，導致生物濾池功能的喪失。在另一方面，當?shù)刈匀煌寥莱１挥米鱾鹘y(tǒng)雨水生物濾池的過濾介質，但是當粘土(clay)的含量大于3%時，會大大降低土壤的透水率從而使傳統(tǒng)的雨水生物濾池不具備大規(guī)模采集高穩(wěn)定性高產量的處理過的雨水的能力。傳統(tǒng)型的雨水生物濾池由植物低洼槽，支持植物生長的下層滲透性介質(通常為自然土壤)，溢流管以及在最底部的水排泄管組成(如圖5 )。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種結構合理，處理并采集雨水，為城市提供大量高質量的水源做選擇性使用，同時解決暴風雨對城市造成的環(huán)境問題的城市雨水采集生態(tài)濾池。本實用新型的技術解決方案是:一種城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:包括濾池的池體，池體中裝過濾介質層，過濾介質層下方設置支撐過濾介質層的過渡介質層，在過濾介質層上表面覆蓋有堆肥覆蓋層，堆肥覆蓋層上種植有植物；池體的下部設置將處理后的雨水排出的排水管，池體的上部設置使未處理雨水溢流的溢流管；池體中過濾介質層上方部位為雨水滯留區(qū)域。在過渡介質下方設置水飽和的沉浸區(qū)，沉浸區(qū)中放置有摻有碳源的復合沙礫層。排水管與高于排水管的排水出口相通；或排水管與低于排水管的排水出口相通，且排水出口與溢流管相通。池體的池壁為防水形式。在濾池的池體前設置收集、儲存雨水、并將雨水輸送給濾池的沉降池。將雨水輸送給濾池的水出口的水頭高于沉降池的入水水頭。沉降池中設置應急排水裝置。所述過濾介質層采用壤質砂土與細碎礦物的混合物，且壤質砂土中粘土和泥沙的總含量<過濾介質總重量的3%，所述細碎礦物是蛭石，珍珠巖，或沸石中的一種或幾種，細碎礦物的體積為過濾介質總體積的10 20% ;過濾介質層的厚度為400 600mm ;所述堆肥覆蓋層木屑、樹皮及樹葉堆肥覆蓋層，堆肥覆蓋層的體積為過濾介質層體積的3 10% ;所述過渡介質層采用單層級配砂或上層為細紗、下層為中粗砂的雙過渡層，過渡介質層的厚度> 100mm;所述植物為苔草類植物和石楠屬、白千層屬灌木植物中的一種或幾種，且苔草類植物的種植密度> 10株/平方米，石楠屬、白千層屬灌木植物的種植密度為I株/平方米。所述沉浸區(qū)的的厚度不小于300mm。沉浸區(qū)中碳源為占沉浸區(qū)總體積5%的樹葉和占沉浸區(qū)總體積5%的樹皮木屑。本發(fā)明結構合理，可以處理并采集雨水，為城市提供大量高質量的水源做選擇性使用，同時解決暴風雨對城市造成的環(huán)境問題。從生態(tài)角度看，雨水采集生物濾池可以很好的充當或代替城市現(xiàn)有綠化，具有環(huán)境友好，兼容性強的特點。本實用新型同時具有下列優(yōu)點:提高對目標污染物的去除效果(重金屬，TN, T0C，致病菌以及微量污染物)以達到更有針對性的雨水回收的應用標準；提高雨水生物濾池處理污染物的穩(wěn)定性，增強其對環(huán)境氣候可變因素的抵抗力和自持能力；通過工藝改進，杜絕或大大減慢雨水采集生物濾池透水率的下降從而達到大規(guī)模處理回收的目的。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型一個實施例的結構示意圖。圖2、圖3是其他結構的沉浸區(qū)示意圖。圖4是沉降池示意圖。圖5是傳統(tǒng)生物濾池示意圖。
具體實施方式
一種城市雨水采集生態(tài)濾池，包括濾池的池體1，池體的池壁為防水形式，池體中裝過濾介質層2,過濾介質層下方設置支撐過濾介質層的過渡介質層3,在過濾介質層上表面覆蓋有堆肥覆蓋層，堆肥覆蓋層上種植有植物5 ;池體的下部設置將處理后的雨水排出的排水管6，池體的上部設置使未處理雨水溢流的溢流管7 ;池體中過濾介質層上方部位為雨水滯留區(qū)域8。在過渡介質下方設置水飽和的沉浸區(qū)9，沉浸區(qū)中放置有摻有碳源的復合沙礫層。排水管與高于排水管的排水出口 10相通；或排水管與低于排水管的排水出口相通，且排水出口與溢流管7相通(圖2所示)；或排水管與高于排水管的排水出口相通，且排水出口與溢流管7相通(圖3所不)。在濾池的池體前設置收集、儲存雨水、并將雨水輸送給濾池的沉降池11，將雨水輸送給濾池的水出口 12設置在沉降池的上部(圖4中還有滿溢水位線13、地表水位線14)。沉降池中設置應急排水裝置15。經過儲存沉淀的水到達滿溢水位時可以在水位差的情況下通過自然重力流入雨水采集生物濾池。必要的水泵和閥門作為輔助設備可以自由的開關進/出水以備維修或特殊運行模式，應急排水管及泵設施可以保證在水位低于滿溢水位情況下的排水和日常清理維護需要。這一輔助工藝的使用可以大大降低流入雨水生物濾池的懸浮顆粒物，從而保護過濾介質，達到維持實用高透水率的目的。但在實際設計中，視當?shù)赜晁泄绦挝锏臐舛惹闆r和成本，空間等因素。這一配套設施可以被簡化或省略。經過預沉淀的未處理雨水被弓I入本專利設計的雨水采集生物濾池。所述植物為苔草類植物和石楠屬、白千層屬灌木植物中的一種或幾種，且苔草類植物的種植密度為> 10株/平方米，石楠屬、白千層屬灌木植物的種植密度為I株/平方米。采用經過論證測試的復合植物對于不同植物在雨水生物濾池中的作用以及各自特性，本專利申請者已經在長期實驗中經過論證并得出最優(yōu)化結果。和傳統(tǒng)雨水生物濾池種植單一觀賞類植物相比新型雨水采集生物濾池將采用苔草類植物(狗尾巴草，薰衣草等)復合石楠屬或白千層屬灌木來達到最好的綜合效果。苔草類植物的特點是高強的環(huán)境適應能力相對較高的生長速度，矮小的植株，和淺層的根系。在實驗中發(fā)現(xiàn)，這類植物對營養(yǎng)物質特別是氮磷和其他營養(yǎng)污染物還有金屬元素的吸收普遍好于其他植物，這可能歸咎其快速生長的生物量。而生物量的制造就是通過對土壤中的殘存滯留的營養(yǎng)物質和金屬元素的吸收來實現(xiàn)的。所以實驗發(fā)現(xiàn)這類植物有助于加快生物濾池的自身代謝清潔過程和降低濾池內部污染物的背景濃度。而石楠或與其類似的白千層屬灌木則有相對較高的植株，發(fā)達粗壯深入土層的根系。在實驗中發(fā)現(xiàn)，其粗壯發(fā)達的根系對維持過濾層的高透水率有很大的幫助，而這類植物對有機氮的分解和去除有非常高效的表現(xiàn)，對鐵有著比其他植物更好的去處能力。鐵元素，這一在原來環(huán)境排放標準中和傳統(tǒng)雨水生物濾池設計中不被重視的金屬卻會在雨水回收應用中造成問題。溶解的三價鐵在很低的濃度下(>0.3mg/L)可以通過他的氣味(鐵銹味)和顏色(黃褐色)被人所察覺。所以鐵的去除直接影響回收后的雨水的等級和應用范圍。這也體現(xiàn)了新型雨水采集生物濾池比傳統(tǒng)環(huán)境保護型濾池的更針對性的設計。不同于其他植物的是，在石楠屬/白千層木的根系周圍發(fā)現(xiàn)了叢枝菌根真菌和其他共生菌膜。在實驗中還檢測到石楠屬/白千層木類植物的根系會分泌溶解態(tài)的氧(D0C)，這也許是解釋真菌與其他細菌存在其根系周圍土壤的理由。這些活性細菌和土壤中的氧含量為硝化作用(Nitrification)提供了絕佳的發(fā)生環(huán)境。同時采用苔草類和石楠類/白千層類灌木可以大大維持過濾介質在淺層和深層的透水率，加快生物濾池內污染物的植物吸收和自身代謝分解以降低背景濃度。對比試驗證明這兩者的結合最大化了對氮及其他營養(yǎng)物質和金屬元素的去除。經過試驗和論證，苔草類植物的種植密度應該至少維持在10株/平方米上，而石楠/白千層類灌木的目密度可以保持I株/平方米。同時在植物種植后應該允許半年以上的生長適應期，雨水采集生物濾池才可以正式投入使用。所述過濾介質層采用壤質砂土與細碎礦物的混合物，且壤質砂土中粘土和泥沙的總含量<過濾介質總重量的3%，所述細碎礦物是蛭石，珍珠巖，或沸石中的一種或幾種，細碎礦物的體積為過濾介質總體積的10 20% ;過濾介質層的厚度為400 600mm ;所述堆肥覆蓋層木屑、樹皮及樹葉堆肥覆蓋層，堆肥覆蓋層的體積為過濾介質層體積的3 10%。采用經過論證過的復合過濾材料和新濾池結構雨水采集型生物濾池的過濾介質的設計不僅僅要考慮他的物理化學特性對去除污染物的能力，同時過濾介質應該為植物和微生物營造合適的環(huán)境以促進生物降解的活性。最后，這類物質必須有穩(wěn)定的化學結構和相對較高的透水率從而保證雨水采集生物濾池的長期運行壽命。經過規(guī)模化測試論證后的雨水采集生物濾池采用分層復合介質，包括過濾介質、過渡介質；過濾介質:壤質砂土因為他的粘土含量少，和排水性好，可以很好的保持過濾介質的導水率。而且這是自然材料，所以用作過濾介質的主體可以大大節(jié)約成本。加入的破碎礦物諸如蛭石和珍珠巖，在化學上有很強的陽離子交換能力，在實驗中證明他們的存在可以減少已吸附重金屬的再度分解流失，所以可以很好的控制重金屬污染物的再度浸出。另外這類破碎礦物有著穩(wěn)定的自身化學性質，在長期使用過程中不會被分解也不會造成二次污染。從物理學角度看蛭石和珍珠巖有著多孔的結構，這樣可以大大增加過濾介質的表面積增大吸附效率同時維持良好的透水率。除此之外，在主題過濾介質的上層，需用一層木屑樹皮和樹葉堆肥覆蓋。在實驗中證實，溶解有機物可以大大提高重金屬的被吸附效率，同時樹葉堆肥也可以為植物緩慢地提供穩(wěn)定的營養(yǎng)物質，來抵御環(huán)境的變化因素。更重要的是，這層覆蓋物可以很好的防止土壤的水分蒸發(fā)，保持過濾層的濕潤和生物化學活性同時也防止環(huán)境對土壤表層的侵蝕風化。所以這類有機覆蓋物的體積量應該被控制在3%和百分之10%之間，因為過多的有機物有可能造成污染物浸出的問題。按照此方法配置的過濾介質，在長期使用過程中透水率可以維持在200-400毫米/小時。從而達到較高的雨水采集產量。過濾介質的深度應該控制在400毫米到600毫米之間。過淺的過濾介質容易被植物根系穿透從而導致雨水的直接流出，過深的過濾介質會降低介質中的氧含量，從而抑制過濾介質中好氧微生物的活性。所述過渡介質層采用單層級配砂或上層為細紗、下層圍中粗砂的雙過渡層，過渡介質層的厚度> 100mm。過渡介質的主要作用是支撐上層的過濾介質，防止細小的土壤顆粒被沖刷到下層的排水層，起到很好的隔絕和支撐的效果。在這點上和傳統(tǒng)的雨水生物濾池的設計基本相同，采用單層好級配沙，或者也可以采用雙過渡層。雙過渡層由上層細沙和下層中粗沙組成。對于雨水收集來說，雙過渡層可以更好的降低濾出雨水的渾濁度和固形顆粒物的濃度。但是這種方法會增加成本和生物濾池的復雜性，所以具體選擇可以視情況而定。不管是采用單層的好級配砂還是使用雙層的不同顆粒的砂，其總厚度不應低于100毫米。所述沉浸區(qū)的的厚度不小于300mm。沉浸區(qū)中碳源為占沉浸區(qū)總體積5%的樹葉和占沉浸區(qū)總體積5%的樹皮木屑。現(xiàn)有的雨水處理生物濾池不具備沉浸區(qū)的設計。而新型雨水采集型生物濾池將會在生物濾池的底部構造一個水飽和的沉浸區(qū)。這是通過抬高生物濾池外部的排水出口而得以實現(xiàn)的(排水口與濾池底部存在水位差)。傳統(tǒng)的雨水處理生物濾池的排水管位于排水層的底部，這樣出水口和濾池底部具有相同的水頭，理論上，在雨水排空后整個濾池內部為水不飽和狀態(tài)。這樣大大降低了介質中孔隙水的存留時間和存留量。這樣的缺點首先是過濾只是瞬間完成的機制，雨水處理的平均滯留時間很短，處理效率低下。其次，較少的孔隙水殘留不能保證植物在少雨期的自我存活，過濾介質的化學活性和微生物活性也會因為水含量的降低而大大降低。從而導致傳統(tǒng)型雨水生物濾池處理能力的低下和不穩(wěn)定。沉浸區(qū)的一個作用是在雨水采集生物濾池底部創(chuàng)造了一個缺氧區(qū)，和厭氧性微生物的活躍區(qū)。在這樣的環(huán)境下，反硝化菌可以很好的還原硝酸鹽，結合發(fā)生在過濾層的硝化作用，他們構成了處理氮的完整反應。這一特殊的化學環(huán)境是傳統(tǒng)雨水處理生物濾池很難達到的。所以對比傳統(tǒng)型的濾池，新型雨水采集生物濾池有著加強型的氮和有機物的處理能力。沉浸區(qū)的另外一個作用是加大了孔隙水在濾池內部的體積，延長其停留時間。實驗中證明這樣一部分儲存在濾池內部的雨水，在直接過濾后，還可以通過進一步的生物化學反應來降低污染物的濃度。這些殘存的水在下一次過濾時混合新鮮濾液稀釋降低下次濾液的污染物濃度使得整體處理能力得以提高。所以沉浸區(qū)體積越大，孔隙水體積越多，那么雨水濾液的綜合等效滯留時間就越長，處理效果越好。最后，沉浸區(qū)的積水可以為植物在缺水期提供水源，增強雨水采集生物濾池的抗旱性和自持性，從而提高處理表現(xiàn)的穩(wěn)定性，降低規(guī)?；瘧煤蟮木S護需求。但是值得注意的是，沉浸區(qū)必須被限制在過濾層和過渡層以下，排水層以內。因為一旦過濾層被水飽和，已被吸附固定的污染物在后期會被慢慢浸出造成二次污染。沉浸區(qū)的厚度一般可以使用450毫米，但是視實際情況而定，不得低于300毫米。另外，300毫米的沉浸區(qū)可以抵御連續(xù)5周的干旱從而保持濾池內部的化學生物活性。在此基礎上，每增加120毫米的厚度可以讓濾池抵御額外一周的干旱。在實際設計應用中值得注意的是，如果當?shù)亟涤炅糠€(wěn)定且充沛，流入雨水氮含量較低或采集后雨水的利用對氮不敏感(灌溉)的情況下，雨水采集生物濾池中的沉浸區(qū)可以被省略。在雨水充沛的地區(qū)，由于過濾介質中的水含量可以被穩(wěn)定維持，得益于雨水采集濾池所采用的的復合植物和新型過濾材料，其仍然可以保持較高的污染物處理水平。
權利要求1.一種城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:包括濾池的池體，池體中裝過濾介質層，過濾介質層下方設置支撐過濾介質層的過渡介質層，在過濾介質層上表面覆蓋有堆肥覆蓋層，堆肥覆蓋層上種植有植物；池體的下部設置將處理后的雨水排出的排水管，池體的上部設置使未處理雨水溢流的溢流管；池體中過濾介質層上方部位為雨水滯留區(qū)域。
2.根據(jù)權利要求1所述的城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:在過渡介質下方設置水飽和的沉浸區(qū)。
3.根據(jù)權利要求2所述的城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:排水管與高于排水管的排水出口的相通；或排水管與低于排水管的排水出口相通，且排水出口與溢流管相通。
4.根據(jù)權利要求1所述的城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:池體的池壁為防水形式。
5.根據(jù)權利要求1、2、3或4所述的城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:在濾池的池體前設置收集、儲存雨水、并將雨水輸送給濾池的沉降池。
6.根據(jù)權利要求5所述的城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:將雨水輸送給濾池的水出口的水頭高于沉降池入水的水頭。
7.根據(jù)權利要求6所述的城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:沉降池中設置應急排水>j-U ρ α裝直。
8.根據(jù)權利要求 2所述的城市雨水采集生態(tài)濾池，其特征是:所述沉浸區(qū)的的厚度不小于300mm。
專利摘要本實用新型公開了一種城市雨水采集生態(tài)濾池，池體中裝過濾介質層，過濾介質層下方設置支撐過濾介質層的過渡介質層，在過濾介質層上表面覆蓋有堆肥覆蓋層，堆肥覆蓋層上種植有植物；池體的下部設置將處理后的雨水排出的排水管，池體的上部設置使未處理雨水溢流的溢流管；池體中過濾介質層上方部位為雨水滯留區(qū)域。本實用新型結構合理，可以處理并采集雨水，為城市提供大量高質量的水源做選擇性使用，同時解決暴風雨對城市造成的環(huán)境問題。從生態(tài)角度看，雨水采集生物濾池可以很好的充當或代替城市現(xiàn)有綠化，具有環(huán)境友好，兼容性強的特點。
文檔編號C02F9/14GK203048734SQ20122069941
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權日2012年12月17日
發(fā)明者馮文俊 申請人:馮文俊, 郭燕玲, 馮曦