CN101624251A - 桥面径流的组合式处理工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

一种桥面径流的组合式处理工艺，先对收集到的桥面径流进行隔油、沉淀处理，然后，将经过上述处理后的径流引至植草斜坡后，再将径流通入人工湿地进行生化处理。所述的处理装置，包括：隔油池、沉淀池以及人工湿地，隔油池的出水口与沉淀池的进水口连接，沉淀池与人工湿地之间设有植草斜坡，沉淀池的出水口高于植草斜坡的坡顶，植草斜坡的底部与人工湿地的进水口相对，使植草斜坡上流下的径流经过植草斜坡的底部从人工湿地的进水口进入人工湿地。本发明能够提高桥面径流污染处理效率。

Description

桥面径流的组合式处理工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种桥面径流组合式处理工艺及其装置，以用于桥面径流的处理，从而减轻桥面径流污染对环境造成的危害，属于雨水径流处理的技术领域。

背景技术

国内外大量的研究表明，由于大气沉降、车流量以及路面粗糙度等因素的影响，桥面雨水径流含有大量的悬浮固体、有机污染物、营养盐类以及重金属、多环芳烃和油类等污染物。特别针对特大桥面而言，车流量更大，路面沉积物更多，使得桥面雨水径流污染更加严重。这些污染物进入受纳水体后影响水体自净功能，破坏水环境生态平衡，而且重金属等难降解污染物最终还可能通过食物链进入人体，危害人类生存安全。特大桥经常跨越敏感水体，不能直排，而特大桥内部结构使桥面径流雨水便于收集，进而有利于径流污染的处理。作为路面径流污染组成部分之一，桥面径流污染处理工艺的研究开发已成为桥面径流污染亟待解决的重要研究内容之一。

目前，国内外针对路面径流处理工艺开展了广泛的研究，概况起来主要有植被控制、滞留池、渗滤系统、氧化塘、湿地系统。

①植被控制

植物控制是一种利用地表密植的植物对地表径流中的污染物进行截留的方法，它能够在径流输送过程中将污染物从径流中分离出来，使到达受纳水体的径流水质获得改善，达到保护受纳水体的目的。该处理方法的缺点是径流污染物去除效果受到植被覆盖的地表面积的影响很大，且植被控制对土壤渗透性要求较高，不能普及。

②滞留池

滞留池有湿式、干式和双重滞留池几种形式，其中主要以湿式滞留池为主。湿式滞留池是指池中保持有一定水量的滞留池。该处理方法的缺点是处理效率受水在滞留池中的停留时间、流域面积、暴雨特征的影响，且单独使用占地面积大，需要考虑地下水位问题。

③渗滤系统

渗滤系统是使地表径流雨水暂时存储起来，并渗透到地下的一种雨水径流处理方法。渗滤系统通常包括渗坑、渗渠、渗井等，主要用以去除溶解性污染物。该处理方法最大缺点为渗滤系统的堵塞问题，当处理的雨水径流中悬浮固体含量较高时，渗滤系统容易堵塞，且对土壤通透性要求高。

④氧化塘

氧化塘，又称为稳定塘或者是生物塘。稳定塘是经过人工适当休整的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然生物净化功能，使雨水得到净化的一种雨污水生物处理技术。根据出水方式的不同，可将氧化塘分为连续出水塘、控制出水塘和贮存塘三类。该处理方法的缺点是处理效率随季节性变化明显，处理效果不够稳定，防渗要求高，同时占地面积大。

⑤湿地系统

地下水位在地表或接近地表，或土地被一层潜水淹没，或种植水生植物的土地均称之为湿地。饱和浸润是湿地演化过程的主导因素。湿地是一种复杂的生态系统，通常出现在陆地与水体的交界处，其特征通常是：植物生长茂盛，对营养需求量大，分解速率高，沉积物及生化基质具有大的吸附作用。湿地是一种高效地控制地表径流污染的措施，它可以同化入流中大量的悬浮物或溶解态物质。湿地的处理效率与其地理位置、气候、水力参数、湿地类型等有关。但是，该处理工艺的缺点是当雨水径流中含有大量的悬浮固体时，仅利用人工湿地对其进行处理，会导致湿地系统的严重堵塞，使湿地的处理效果明显下降，且难以恢复其原有功能。

上述几种处理工艺优缺点并存，单独使用不能达到处理要求。目前，国内也有针对雨水径流处理工艺的专利，如：2005年中国科学院沈阳应用生态研究所申请的一种复合流人工湿地及其应用系统以及一种城市地表径流生态处理方法。前一种处理系统由垂直流人工湿地单元和水平流砾石床上下组合而成，然而该系统不能解决湿地处理易于堵塞，处理效率低的问题，尤其不利于初期雨水的处理；后一种处理系统依次由塘系统和人工湿地组成，该方法将城市雨水的15mm以下初期径流截流后的进入处理系统处理，但不能对整个降雨过程的雨水径流进行收集处理，这对于跨越敏感水体的桥面径流处理不具有适用性。2005年上海交通大学申请了湖滨区初期雨水收集、分流及生态净化集成系统，该系统的生态净化部分由雨水储存池和人工湿地组成，但对于车流量大，油污染严重的桥面径流，其除油能力差，不利于后续储存池和湿地功能的发挥，易于堵塞，去除重金属等难降解污染物效率较低。此外，该工艺没有考虑在湿地处理前增加充氧微曝气的预处理工段，进而改善人工湿地的处理效率。2006年湖南省交通规划勘察设计院彭建国申请的路面径流处理池，由预处理池、拦截围堰、连通管和一级处理池组成，其缺点是没有很好利用预处理池与一级处理池之间的连接段，且截留小颗粒污染物的能力较差。处理桥面雨水径流的组合型工艺未见报道。且现有的径流控制工艺基本上由单一或简单连接的处理单元构成，未能充分利用工艺流程，受到的约束条件多，处理效率低、对多种污染物的综合处理能力差，应对径流水质水量变化较大特征的能力差，不能对径流污染物进行有效的处理。

发明内容

本发明提供一种能够提高桥面径流污染处理效率并与环境相协调的桥面径流的组合式处理工艺及其装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种桥面径流的组合式处理工艺，先对收集到的桥面径流进行隔油、沉淀处理，然后，将经过上述处理后的径流引至植草斜坡后，再将径流通入人工湿地进行生化处理。

本发明所述的一种实现上述桥面径流的组合式处理工艺的装置，包括：隔油池、沉淀池以及人工湿地，隔油池的出水口与沉淀池的进水口连接，沉淀池与人工湿地之间设有植草斜坡，沉淀池的出水口高于植草斜坡的坡顶，植草斜坡的底部与人工湿地的进水口相对，使植草斜坡上流下的径流经过植草斜坡的底部从人工湿地的进水口进入人工湿地。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

为了有效解决以上处理方法的局限性，本发明采用组合型工艺，将隔油池、沉淀池以及人工湿地系统进行组合并引入种植特殊种草沟渠与斜坡，通过隔油池和沉淀池的预处理去除大部分的污染物，特别是去除雨水径流中易于导致人工湿地堵塞的悬浮固体，采用种植特殊种草沟渠和斜坡代替现有桥面径流处理工艺中所惯用的连接管道。这样做使得整个组合工艺不仅有效解决了单一或简单连接处理工艺的处理效率低、对多种污染物综合处理能力差、不能应对桥面径流水质水量变化较大的问题，而且有效地利用了各处理单元之间的连接段空间，大大提高了除油、截留悬浮固体、去除重金属等难降解污染物的能力，同时使得整个工艺能与周围环境相协调，达到环境友好的目的。

本工艺是一种集种植特殊种草沟渠和斜坡、隔油池、沉淀池以及人工湿地处理于一体的组合式桥面径流处理工艺，具有隔油能力强、悬浮固体去除效率高、常规及难降解污染物去除效率高、受客观环境条件影响小、与环境协调性好、环境友好的优点，能够有效降低桥面径流所携带的污染物对所跨越水体的危害，从而防止环境污染。同时还具有结构简单、工程成本低廉、维护简便等特点。适于污染区桥面雨水径流的处理工程以及径流污染控制工程；该工艺具有水量水质调节、除油、截留悬浮固体、去除常规以及难降解污染物、匹配环境的功能，可以适应不同地区的桥面雨水径流污染控制，能适应各种不同污染负荷的冲击，运行效果稳定。

1、本发明采用桥面径流组合式处理工艺，与单一桥面径流处理工艺不同，兼有各单一工艺的优点，隔油能力强、截留悬浮固体效率高、去除难降解污染物效率高、受桥面径流水质水量变化的影响小。

2、本发明引进种植特殊种草沟渠与斜坡，代替现有处理工艺中各单元之间的管道连接，这样做使得在斜板沉淀池进水区不需要设置滤栏；克服了单一隔油池隔油效率不佳、沉淀池截留小颗粒悬浮固体能力低、湿地容易堵塞的缺点，提高了整个工艺的隔油、截留悬浮固体、去除重金属等的能力。

3、本发明植草沟渠和植草斜坡采用特殊种类植被混种的方法，不仅能够很好地去除径流中重金属等难降解污染物，而且能够很好地实现工艺处理构筑物自身与周围的环境协调、融合，克服现有工艺影响感官和视觉的不良效应。

4、本发明采用桥面径流组合式处理工艺，根据沉淀池蓄水时的湿地保湿水水质随时间变化的规律确定沉淀池最佳水力停留时间t₁，根据湿地干涸水位以及湿地容积决定湿地的最佳水力停留时间t₂，然后综合t₁和t₂，取其中较大的值作为沉淀池的最佳水力停留时间t，最终可以确定沉淀池的最佳容积，沉淀池水力停留时间t的确定能很好地解决沉淀池容积难以确定的问题。

5、本发明采用沉淀池与人工湿地相配合，充分发挥了沉淀池作为预处理单元的功能，去除径流中悬浮固体，同时沉淀池具有水量、水质调节功能，使得雨天时人工湿地的负荷不会突然增加，而且沉淀池还能进行蓄水，即湿地保湿水，使得在晴天时人工湿地能够有一定水质、水量来源，保证湿地中微生物正常代谢活动，这样就提高了人工湿地能够对有机污染物、重金属、营养盐类等污染物进行深度处理的能力。

6、本发明植草斜坡坡面缓流使得沉淀池出水与空气充分接触；斜坡植被的光合作用，使得植物根系部分氧气浓度较高；因而当进入人工湿地之前的水流过斜坡时，能够得到充分富氧。通过大量试验研究得出经过斜坡后的水中氧气含量比原水提高了20％左右。经过充分富氧之后的径流进入人工湿地后，使人工湿地的前段实现好氧区功能，能更好的进行硝化反应，将径流中的氮污染物转化为硝酸盐氮，当径流流入人工湿地中后段后，此时径流中富氧量很低，该段具备厌氧区功能，能很好的进行反硝化反应，将径流前段的硝酸盐氮转化为氮气，使得径流中氮污染物得到很好的去除。

附图说明

图1本发明工艺流程图。

图2本发明植草沟渠断面示意图。

图3本发明沉淀池结构示意图。

图4本发明植草斜坡剖面图。

图5本发明植草斜坡正面图。

图6本发明湿地结构示意图。

图7本发明工艺结构剖面图。

图8本发明工艺总平面图。

具体实施方式

实施例1

一种桥面径流的组合式处理工艺，其特征在于先对收集到的桥面径流进行隔油、沉淀处理，然后，将经过上述处理后的径流引至植草斜坡后，再将径流通入人工湿地进行生化处理。

实施例2

一种实现桥面径流的组合式处理工艺的装置，包括：隔油池1、沉淀池2以及人工湿地3，隔油池1的出水口与沉淀池2的进水口连接，沉淀池2与人工湿地3之间设有植草斜坡4，沉淀池2的出水口高于植草斜坡4的坡顶，植草斜坡4的底部与人工湿地3的进水口相对，使植草斜坡4上流下的径流经过植草斜坡4的底部从人工湿地3的进水口进入人工湿地3。

在本实施例中，在隔油池1的进水口上连接有第一植草沟渠5；在第一植草沟渠5、第二植草沟渠6、人工湿地3及植草斜坡4上所种植的草为绒毛草、黑麦草、东南景天或油菜。

所述隔油池1的出水口与沉淀池2的进水口之间可以直接连接，也可以间接连接，即：在隔油池1与沉淀池2之间设有第二植草沟渠6，隔油池1的出水口通过第二植草沟渠6与沉淀池2的进水口连接。

下面结合附图，对本发明做详细说明。

参考图1，一种桥面径流组合式处理工艺，包括隔油池、沉淀池以及人工湿地三大处理单元。图2为进入隔油池之前的及隔油池与沉淀池相连接的沟渠，该沟渠为水平底面、梯形断面结构，是各单元连接的渠道；水平底面、梯形断面渠道的底面和侧壁种植有特殊种类植被，渠道低宽大于0.3m，边坡采用1∶0.75～1∶1.0的砖混结构，设计流速取0.4～1.6m/s，设计水深为0.4～1.0m。图3为沉淀池剖面图，所述的沉淀池采用普通斜板沉淀池，斜板倾角取60°，表面负荷取0.03～0.252(m³/m²·h)，顶部增加预制盖板。图4、图5分别为与人工湿地相连接的斜坡的剖面图和正面图；所述的倾斜渠道坡面种植对重金属有超累积效应的绒毛草、黑麦草、东南景天、油菜这些特殊种类植被，坡面与地面的倾角取30°～45°。图6为人工湿地结构示意图，所述的人工湿地为水平潜流型人工湿地，入流方式为倾斜坡面的顺坡入流，填料床底部坡度取1～2％，出水端填料采用80～200mm大砾石，其它部分采用10mm砂石，池体采用砖混结构。各构筑物之间进水口设置多孔砖。

本工艺采用种植特殊种草沟渠与斜坡、隔油池、沉淀池以及湿地处理相组合，能够增强隔油能力，提高悬浮固体、常规及难降解污染物去除效率，不受客观环境因素影响，匹配环境、与环境很好融合，适用于桥面雨水径流的收集处理工程和径流污染控制工程；该工艺具有水量水质调节、隔油、截留悬浮固体、去除常规以及难降解污染物、匹配环境的功能，可以适应不同地区的桥面雨水径流污染控制，能适应各种不同污染负荷的冲击，运行效果稳定。

基本功能：由工艺总平面图8见，本工艺由植草沟渠、隔油池、沉淀池、植草斜坡以及人工湿地所组成。各单元基本功能如下：

①种植特殊种草沟渠功能，隔油池之前以及隔油池与沉淀池之间的连接段由植草沟渠组成，用于截留雨水径流中部分的悬浮固体、颗粒态污染物(包括有机污染物、营养盐类和油等)，提高对颗粒态污染物处理效率，特别是种植的特殊种类草种，使得桥面径流中重金属得到更加有效的去除。

②隔油池功能，隔油池发挥正常的隔油功能，去除径流污染中油类。

③沉淀池的双重功能，沉淀池发挥正常沉降颗粒态污染物的功能，同时在晴天时为湿地系统维持正常运行提供所需的水量水质。

④种植特殊种草斜坡功能，沉淀池与人工湿地之间采用植草斜坡相连，斜坡坡面缓流使得沉淀池出水与空气充分接触；同时斜坡植被的光合作用，使得植物根系部分氧气浓度较高；因而当进入人工湿地之前的水流过斜坡时，能够得到充分富氧。通过大量试验研究得出经过斜坡后的水中氧气含量比原水提高了20％左右。植草斜坡富氧的作用为人工湿地中微生物代谢提供了良好的环境，大大提高人工湿地的处理效率，同时也使得沉淀池出水中的油类、悬浮固体、微小颗粒态污染物以及重金属得到进一步的去除。

⑤人工湿地功能，人工湿地采用干湿交替运行，雨天时发挥其正常的处理功能，晴天时利用系统中微生物的作用处理剩余污染物，维持自身代谢。晴天时，通过水泵进行控制，将沉淀池所蓄水量、水质泵入人工湿地，间隔时间、流量视具体池容而定。这样做使得湿地系统微生物保持很强的处理能力，能够继续处理下一场降雨径流污染物。

Claims (5)

1、一种桥面径流的组合式处理工艺，其特征在于先对收集到的桥面径流进行隔油、沉淀处理，然后，将经过上述处理后的径流引至植草斜坡后，再将径流通入人工湿地进行生化处理。

2.一种实现权利要求1所述桥面径流的组合式处理工艺的装置，包括：隔油池(1)、沉淀池(2)以及人工湿地(3)，隔油池(1)的出水口与沉淀池(2)的进水口连接，其特征在于沉淀池(2)与人工湿地(3)之间设有植草斜坡(4)，沉淀池(2)的出水口高于植草斜坡(4)的坡顶，植草斜坡(4)的底部与人工湿地(3)的进水口相对，使植草斜坡(4)上流下的径流经过植草斜坡(4)的底部从人工湿地(3)的进水口进入人工湿地(3)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于在隔油池(1)的进水口上连接有第一植草沟渠(5)。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于在隔油池(1)与沉淀池(2)之间设有第二植草沟渠(6)，隔油池(1)的出水口通过第二植草沟渠(6)与沉淀池(2)的进水口连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于在第一植草沟渠(5)、第二植草沟渠(6)、人工湿地(3)及植草斜坡(4)上所种植的草为绒毛草、黑麦草、东南景天或油菜。

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