本發(fā)明是一種應(yīng)用于海綿城市建設(shè)的強(qiáng)化脫氮除磷生物滯留池，可直接應(yīng)用到海綿城市建設(shè)或者城市面源污染控制工程。屬于環(huán)保污水處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)城市化的飛速發(fā)展，城市排水壓力日益增大。城市土地的硬質(zhì)化，導(dǎo)致城市地表徑流量顯著增加，匯水速度加快，洪峰產(chǎn)生時(shí)間縮短，特別是在大雨或者暴雨時(shí)期，城市的雨水管網(wǎng)無法及時(shí)排走所匯集的雨水，最終在城市水文活躍區(qū)引發(fā)內(nèi)澇現(xiàn)象。城市雨水除帶來內(nèi)澇災(zāi)害外，還會(huì)通過沖刷城市表面的沉積物和淋洗大氣中的污染物而產(chǎn)生面源污染。從我國(guó)前期城市非點(diǎn)源污染研究成果來看，城市雨水水質(zhì)有相當(dāng)程度的污染，尤其是雨水初期，氮磷的濃度遠(yuǎn)高于受納水體，因此控制徑流中氮、磷污染物意義重大。

近來，“海綿城市”的理念在解決城市內(nèi)澇方面越來越多地受到關(guān)注，陸續(xù)被寫入各級(jí)地市的建設(shè)規(guī)劃當(dāng)中。國(guó)務(wù)院下發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》更是推動(dòng)了海綿城市建設(shè)的高潮。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，通過“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市良性水循環(huán)。生物滯留池是一種采用分散方法，從源頭削減雨水和控制污染物遷移的高效低影響開發(fā)措施，符合海綿城市建設(shè)的技術(shù)要求。生物滯留池可以有效去除雨水徑流中的多種污染物，但對(duì)N、P的去除效果變化較大，特別是NO₃^--N的去除率較低，部分滯留池甚至有NO₃^-的生成，由于雨水間隔期內(nèi)發(fā)生過氨化及硝化作用，晴天時(shí)NO₃^-積累在生物滯留池的土壤中，降雨后又釋放出來，因此導(dǎo)致NO₃^-的去除率偏低。已公開的發(fā)明專利（CN204803077U）提出了通過提高出水口的位置，創(chuàng)造淹水區(qū)，營(yíng)造厭氧反硝化環(huán)境，但這種方法導(dǎo)致淹沒區(qū)的介質(zhì)失去了水量調(diào)蓄作用，并且對(duì)NO3^-去除效果也不盡滿意。已公開的發(fā)明專利（CN 106006966 A）提出在設(shè)施上層的填料層中添加高C/N的有機(jī)物，利用木屑強(qiáng)化好氧微生物的生長(zhǎng)，促使上層設(shè)施在進(jìn)水期和落干期中呈現(xiàn)厭氧好氧交替發(fā)生的狀態(tài)，使得反硝化作用能在上層填料層中發(fā)生，但這種方法不適合應(yīng)用于城市海綿城市建設(shè)之中，忽略了城市徑流雨水中大量懸浮雜質(zhì)的特性，并且交替的好氧厭氧環(huán)境不宜控制，NO₃^--N的去除率不一定會(huì)提高。就目前來看，已有的生物滯留池要實(shí)際應(yīng)用于海綿城市的建設(shè)之中，尚存在一定的局限性，特別是在凈水方面。

本發(fā)明將充分考慮已有生物滯留池在海綿城市建設(shè)中的不足，創(chuàng)新性地提出前置初沉區(qū)，用于去除城市徑流雨水中的大部分雜質(zhì)，靜沉后的徑流雨水通過三級(jí)過濾區(qū)后和直接落下雨水一起進(jìn)入凈水反應(yīng)區(qū)，先通過白色鵝卵石鋪面層，再通過田園土和中粗砂混合層，到達(dá)零價(jià)鐵反應(yīng)層，經(jīng)過零價(jià)鐵/微生物耦合系統(tǒng)，強(qiáng)化雨水中的有機(jī)物和氮磷的去除，最后通過沸石層，保障了出水水質(zhì)。本發(fā)明具有：原理簡(jiǎn)單，施工方便，運(yùn)行費(fèi)用低廉，出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單適用，運(yùn)行管理方便，造價(jià)低廉，同時(shí)凈水效果好，出水水質(zhì)穩(wěn)定的應(yīng)用于海綿城市建設(shè)的強(qiáng)化脫氮除磷生物滯留池。旨在克服現(xiàn)有生物滯留池中存在的不足。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種應(yīng)用于海綿城市建設(shè)的強(qiáng)化脫氮除磷生物滯留池，其特征在于：在城市中利用已有低洼地塊構(gòu)建形成生物滯留池，通過管道、人工匯水通道或者自然地形將附近產(chǎn)生的地表徑流匯集至生物滯留池中蓄集并進(jìn)行凈化處理，處理后的雨水用于城市綠化回用水或者補(bǔ)充地下水，或直接排放至附近水域；生物滯留池包括：前置的初沉區(qū)，過濾區(qū)和凈水反應(yīng)區(qū)三部分，三部分依次相通。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

（1）本生物滯留池集“滲、滯、蓄、凈、用、排”多種技術(shù)為一體，重點(diǎn)在“凈”水功能中發(fā)揮突出作用；

（2）分為前置初沉區(qū)、三級(jí)過濾區(qū)和凈水反應(yīng)區(qū)，各區(qū)域相輔相成，前兩區(qū)域可以攔截去除了絕大部分懸浮顆粒物和部分有機(jī)物，凈水反應(yīng)區(qū)的零價(jià)鐵和微生物協(xié)同作用提高了處理效率，強(qiáng)化了出水水質(zhì)；

（3）利用廉價(jià)易得的木屑作為外加碳源，有利于反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，提高總氮的去除率，將木屑和零價(jià)鐵混合在反應(yīng)箱內(nèi)，不利于有機(jī)物的淋溶；零價(jià)鐵反應(yīng)箱下方設(shè)置沸石層，更是保障了出水水質(zhì)；

（4）通過將排水管的出口設(shè)置在零價(jià)鐵反應(yīng)層的上端同一水平高度的位置，創(chuàng)造了零價(jià)鐵反應(yīng)箱的淹水區(qū)，從而有利于創(chuàng)造反硝化菌生長(zhǎng)繁殖的厭氧環(huán)境和提升零價(jià)鐵的使用壽命；同時(shí)也不影響田園土和中粗砂混合層的水量調(diào)蓄的功能；

（5）利用已有低洼地塊，不需要占用其他土地資源，在生物滯留池頂部鋪設(shè)植生磚，邊坡種植濕生植物，凈水反應(yīng)區(qū)上層鋪設(shè)灰白色鵝卵石，凈化污染物的同時(shí)營(yíng)造了良好的生態(tài)環(huán)境和親水空間；

（6）零價(jià)鐵反應(yīng)箱內(nèi)填料易于更換，便于管理與維護(hù)；

（7）整個(gè)工程材料價(jià)格低廉、易于獲取且對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生二次污染；

（8）整個(gè)工程構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、功能穩(wěn)定、造價(jià)低廉、使用方便。

附圖說明

附圖1 是一種應(yīng)用于海綿城市建設(shè)的強(qiáng)化脫氮除磷生物滯留池示意圖。

附圖2 是一種應(yīng)用于海綿城市建設(shè)的強(qiáng)化脫氮除磷生物滯留池平面示意圖。

附圖3 是零價(jià)鐵反應(yīng)箱示意圖 。

圖中的1是雨水收集管、2是前置初沉區(qū)、3是三級(jí)過濾區(qū)、4是20～30mm圓形礫石、5是10～20mm中等礫石和6是5～10mm碎小礫石零價(jià)鐵滲濾墻、7是凈水反應(yīng)區(qū)、8是灰白色鵝卵石鋪面層、9是田園土和中粗砂混合層、10是零價(jià)鐵反應(yīng)箱、11是沸石層、12是穿孔收集管、13是放空管、14是控制閘閥、15是排水管、16是溢流管、17是警示牌、18是隔板、19是φ15的鋼筋骨架、20是鋼絲網(wǎng)面、21是海綿鐵、22是鐵刨花、23是廢鐵屑、24是木屑。

具體實(shí)施方式

一種應(yīng)用于海綿城市建設(shè)的強(qiáng)化脫氮除磷生物滯留池，其特征在于：在城市中利用已有低洼地塊構(gòu)建形成生物滯留池，通過管道、人工匯水通道或者自然地形將附近產(chǎn)生的地表徑流匯集至生物滯留池中蓄集并進(jìn)行凈化處理，處理后的雨水用于城市綠化回用水或者補(bǔ)充地下水，或直接排放至附近水域；生物滯留池包括：前置的初沉區(qū)，過濾區(qū)和凈水反應(yīng)區(qū)三部分，三部分依次相通。

前置的初沉區(qū)內(nèi)置數(shù)塊隔板，將初沉區(qū)分成若干小室，使雨水在內(nèi)部呈“S”形流動(dòng)，增加雨水的水力停留時(shí)間，有利于懸浮顆粒物的沉降。

過濾區(qū)從初沉區(qū)的末端開始，順序逐層鋪設(shè)不同粒徑砂石填料形成三級(jí)過濾區(qū)，過濾填料分別為20～30mm圓形礫石、10～20mm中等礫石和5～10mm碎小礫石；過濾區(qū)的進(jìn)、出水端均用可滲透的多孔無砂砼進(jìn)行加固，頂端覆土鋪設(shè)植生磚或者種植樹木。

凈水反應(yīng)區(qū)從上至下依次為灰白色鵝卵石鋪面層，田園土和中粗砂混合層，透水土工布層和零價(jià)鐵反應(yīng)層和沸石層；田園土和中粗砂按照重量比約為1:2進(jìn)行混勻；零價(jià)鐵反應(yīng)層由若干個(gè)便攜可移動(dòng)式零價(jià)鐵反應(yīng)箱組裝而成；零價(jià)鐵反應(yīng)層下面鋪設(shè)沸石層，沸石層下方布設(shè)穿孔收集管，在收集管的表面設(shè)置一層微孔濾網(wǎng)，保證填料顆粒不會(huì)從出水中流出；在凈水反應(yīng)區(qū)的邊坡上種植濕生植物。

零價(jià)鐵反應(yīng)箱以φ15的鋼筋作為其骨架，以鋼絲網(wǎng)作為其6個(gè)面，形成正方體的空間結(jié)構(gòu)，反應(yīng)箱一面的鋼絲網(wǎng)設(shè)置為可開啟式，鋼絲網(wǎng)的孔徑小于內(nèi)部填料的直徑。

零價(jià)鐵反應(yīng)箱內(nèi)填料由海綿鐵、鐵刨花和廢鐵屑三種中的一種或者多種組合而成，同時(shí)按照比例外加木屑。

穿孔收集管的底部與放空管相連，并通過閘閥進(jìn)行控制；頂部與溢流管相連通，用于應(yīng)急排水；出水管設(shè)置在零價(jià)鐵反應(yīng)層的上端同一水平高度的位置，保證零價(jià)鐵反應(yīng)層形成淹水區(qū)，創(chuàng)造厭氧的環(huán)境；同時(shí)不影響田園土和中粗砂混合層的水量調(diào)蓄功能。

生物滯留池、前置初沉區(qū)和凈化反應(yīng)區(qū)的底部和側(cè)邊經(jīng)過防滲處理，頂部鋪設(shè)植生磚，并在岸邊設(shè)置警示牌：雨天水深，禁止入內(nèi)。

蓄集、凈化雨水的過程包括如下步驟：

1）初沉區(qū)：雨水經(jīng)過管道、人工匯水通道或者自然地形收集排入初沉區(qū)，進(jìn)行自然沉降，去除雨水中大部分的懸浮顆粒物；

2）過濾區(qū)：經(jīng)過初沉區(qū)靜沉后的雨水通過可滲透的多孔無砂砼進(jìn)入過濾區(qū)，三級(jí)過濾層對(duì)雨水中的雜質(zhì)起到充分?jǐn)r截和過濾的作用，同時(shí)礫石填料表面附著有微生物，形成生物膜對(duì)雨水中的有機(jī)物起到生物降解的作用；

3）凈水反應(yīng)區(qū)：凈水反應(yīng)區(qū)處理的雨水包括兩部分，一部分來著過濾區(qū)的徑流雨水，一部分是直接落下的雨水；反應(yīng)區(qū)從上至下依次為灰白色鵝卵石鋪面層，田園土和中粗砂混合層，透水土工布層和零價(jià)鐵反應(yīng)層沸石層；灰白色鵝卵石鋪面層主要的目的是攔截直接落下的雨水中的雜質(zhì)，同時(shí)，鵝卵石表面會(huì)形成生物膜對(duì)雨水中的污染物進(jìn)行生物降解，另外灰白色鵝卵石位于最上層可以美觀城市景觀，營(yíng)造親水的環(huán)境；田園土和中粗砂混合層起到過濾和控制凈化反應(yīng)區(qū)水力停留時(shí)間的作用，也為下部的零價(jià)鐵反應(yīng)層創(chuàng)造厭氧的環(huán)境，同時(shí)土壤中含有大量的土著微生物，利于污染物的降解；零價(jià)鐵反應(yīng)層則內(nèi)置表面積較大的含鐵填料和木屑，為微生物的生長(zhǎng)提供了良好的生長(zhǎng)條件，從而形成零價(jià)鐵/微生物耦合系統(tǒng)，凈化了雨水中NO₃^--N和有機(jī)物的去除，同時(shí)生成的Fe²⁺/Fe³⁺具有很好的絮凝作用，利于磷的去除；沸石層具有很好的吸附功能，起到最后的吸附污染物的作用，保障了出水水質(zhì)，同時(shí)將吸附層設(shè)置在最后，延長(zhǎng)了吸附層的使用壽命；在凈水區(qū)的邊坡上種植濕生植物，既利用植物的根莖的吸收作用去除雨水中的部分污染物，也美化了環(huán)境。

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

利用城市低洼地塊構(gòu)建生物滯留池，具體實(shí)施過程如附圖1，附圖2和附圖3所示，城市地表徑流雨水，通過集水管道1（人工匯水通道或者自然地形）匯集進(jìn)入前置初沉區(qū)2，前置初沉區(qū)2內(nèi)設(shè)置隔板18；初沉池的出水通過可滲透多孔無砂砼進(jìn)入三級(jí)過濾區(qū)3，三級(jí)過濾區(qū)3依次為20～30mm圓形礫石4、10～20mm中等礫石5和5～10mm碎小礫石6，5～10mm碎小礫石6的出水端經(jīng)過可滲透多孔無砂砼進(jìn)入凈水反應(yīng)區(qū)7；凈水反應(yīng)區(qū)從上至下分別為灰白色鵝卵石鋪面層8、田園土和中粗砂混合層9、零價(jià)鐵反應(yīng)箱層10和沸石層11，其中灰白色鵝卵石鋪面層8高度約為0.2m，田園土和中粗砂層9高度為0.4~0.5m，田園土和中粗砂按照重量比約為1:2進(jìn)行混勻；田園土和中粗砂層的下端鋪設(shè)一層透水土工布；零價(jià)鐵反應(yīng)箱層10是由若干個(gè)正方體形的單體零價(jià)鐵反應(yīng)箱平鋪而成；單體零價(jià)鐵反應(yīng)箱是以φ15的鋼筋骨架19作為支撐，以鋼絲網(wǎng)面20作為其六個(gè)面，鋼絲網(wǎng)面的孔徑略小于鐵質(zhì)填料的粒徑，其上表面設(shè)置為可開啟式；零價(jià)鐵反應(yīng)箱尺寸大小可為50cm×50cm×50cm或者60cm×60cm×60 cm；零價(jià)鐵反應(yīng)箱內(nèi)部裝填比表面積較大的含鐵填料（海綿鐵21、鐵刨花22和廢鐵屑23三種中的一種或者多種組合而成）和木屑24，木屑24的體積約占整個(gè)反應(yīng)箱的10%；零價(jià)鐵反應(yīng)層10的下方為沸石層11，沸石層的高度約為0.3m，沸石的粒徑為2.5~5mm；沸石層11的底部鋪設(shè)穿孔收集管12，穿孔收集管12的表面設(shè)置一層微孔濾網(wǎng)，濾網(wǎng)網(wǎng)孔的直徑為2~2.5mm；穿孔收集管12的末端分別連有放空管13，排水管15和溢流管16，放空管與穿孔收集管在同一水平位置，并且設(shè)有控制閘閥14；排水管15設(shè)置在與零價(jià)鐵反應(yīng)層上端在同一水平高度的位置，溢流管設(shè)置在頂部低于岸面0.5m的位置；在滯留池的岸邊設(shè)置警示牌17，警示牌上寫有：雨天水深，禁止入內(nèi)；在滯留池的邊坡上種植濕生植物，空地上種植花草或者樹木。

一種應(yīng)用于海綿城市建設(shè)的強(qiáng)化脫氮除磷生物滯留池，其蓄集和凈化雨水包括如下步驟：

1）前置初沉區(qū)：城市地表徑流雨水通過集水管道1（人工匯水通道或者自然地形）收集進(jìn)入前置初沉區(qū)2，前置初沉區(qū)內(nèi)置數(shù)塊隔板18，將初沉區(qū)分成若干小室，使雨水在內(nèi)部呈“S”形流動(dòng)，增加了雨水的水力停留時(shí)間，達(dá)到去除雨水中大部分的懸浮顆粒物的目的；

2）過濾區(qū)：經(jīng)過初沉區(qū)2靜沉后的雨水通過可滲透的多孔無砂砼進(jìn)入三級(jí)過濾區(qū)3，由20～30mm圓形礫石4和10～20mm中等礫石5以及5～10mm碎小礫石6組成的三級(jí)過濾區(qū)3對(duì)雨水中的雜質(zhì)起到充分?jǐn)r截和過濾的作用，同時(shí)礫石填料表面附著有微生物，形成生物膜對(duì)雨水中的有機(jī)物起到生物降解的作用；

3）凈水反應(yīng)區(qū)：經(jīng)過三級(jí)過濾區(qū)3處理后的雨水通過可滲透的多孔無砂砼和直接落下的雨水一起進(jìn)入凈水反應(yīng)區(qū)7中進(jìn)行蓄集和凈化；反應(yīng)區(qū)的邊坡上長(zhǎng)有濕生植物，利用植物的根系對(duì)蓄集的雨水起到一定的凈化作用；反應(yīng)區(qū)蓄集的雨水首先透過灰白色鵝卵石鋪面層8，該層的目的主要是攔截直接落下的雨水中的雜質(zhì)，同時(shí)鵝卵石表面會(huì)形成生物膜對(duì)雨水中的污染物進(jìn)行生物降解，另外灰白色鵝卵石位于最上層可以美觀城市景觀，營(yíng)造親水的環(huán)境；經(jīng)鵝卵石層8處理后的雨水進(jìn)入到田園土和中粗砂混合層9，該層的滲透率較低，主要起到控制凈化反應(yīng)區(qū)的水力停留時(shí)間的作用，也為下部的零價(jià)鐵反應(yīng)層創(chuàng)造厭氧的環(huán)境，同時(shí)土壤中含有大量的土著微生物，利于污染物的降解；田園土和中粗砂混合層9的下方設(shè)置一層透水土工布，目的是確保不會(huì)有顆粒物進(jìn)入下層的零價(jià)鐵反應(yīng)器中；經(jīng)田園土和中粗砂混合層9滲濾后的雨水進(jìn)入核心的零價(jià)鐵反應(yīng)層10，該層是由若干個(gè)零價(jià)鐵反應(yīng)箱構(gòu)成，零價(jià)鐵反應(yīng)箱內(nèi)置表面積較大的含鐵填料（海綿鐵21、鐵刨花22和廢鐵屑23三種中的一種或者多種組合而成）和木屑24，為反硝化微生物的生長(zhǎng)提供了良好的生長(zhǎng)條件，從而形成零價(jià)鐵/微生物耦合系統(tǒng)，強(qiáng)化了雨水中NO₃^--N和有機(jī)物的去除，同時(shí)生成的Fe²⁺/Fe³⁺具有很好的絮凝作用，利于磷的去除；經(jīng)過零價(jià)鐵反應(yīng)層10處理后的雨水經(jīng)過沸石層11，沸石具有很好的吸附功能，起到最后的吸附污染物的作用，保障了出水水質(zhì)，同時(shí)將吸附層設(shè)置在最后，延長(zhǎng)了吸附層的使用壽命；沸石層下方布設(shè)穿孔收集管12，在穿孔收集管12的表面設(shè)置一層微孔濾網(wǎng)，保證上層的顆粒不會(huì)從出水中流出；穿孔收集管的底部與放空管13相連，并通過閘閥14進(jìn)行控制，頂部與溢流管16相連通，用于應(yīng)急排水；排水管15的出口設(shè)置在零價(jià)鐵反應(yīng)層10的上端同一水平高度的位置，保證零價(jià)鐵反應(yīng)層形成淹水區(qū)，創(chuàng)造厭氧的環(huán)境，同時(shí)不影響田園土和中粗砂混合層9的水量調(diào)蓄功能。