CN102677764A - 一种针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统 - Google Patents

一种针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种针对山地城市面源污染进行源头和传输过程调控的系统,由集水子系统、净化子系统和覆盖子系统三部分组成;所述集水子系统由分流池和集水池组成,集水池容积根据专利中公式(1)确定,并通过分流池中的连接管标高自动控制;所述净化子系统由立体流滤池和浮球阀构成,滤池处理流量由浮球阀和出水口之间的液位差自动控制;所述覆盖子系统由多孔吸附层和景观装饰层组成。该系统具有以下优点:充分利用山地城市的地形特点,实现了初期径流与中后期径流的自动分离,不需动力;水质净化能力强,对于固态污染物以及溶解性污染物都有较高的去除效率;整个系统位于地下,不影响周围景观。

Description

一种针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统
技术领域
本发明属于城市环境规划、环境保护技术领域,具体涉及山地城市道路暴雨径流面源污染源头或传输过程的控制,尤其适用于地形起伏较大的区域。
背景技术
不断加快的城市化步伐迅速改变了原有的土地利用方式,大量的城市绿地被屋面或混凝土路面所取代,城市不透水下垫面迅速增加,给城市雨洪管理带来了巨大挑战。一方面,雨天暴雨冲刷引起的城市面源污染已成为城市水环境的重要污染来源之一;另一方面,不透水下垫面的低暴雨径流截留率给城市防洪带来了巨大压力。针对日益严峻的城市水环境问题,很多城市暴雨管理的新理念应运而生,如英国的SUDS(Sustainable Urban Drainage Systems)、美国的BMPs(Best Management Practices)和LID(Low Impact Development)、澳大利亚的WSUD(Water Sensitive Urban Design)等,这些暴雨管理理念的核心是通过构建系列调峰控污设施,以达到减少暴雨径流和污染负荷的目的,因此,简易高效的城市面源污染控制技术已成为解决城市雨洪问题和城市水环境问题的重要手段。
已公开的中国专利展示了几种城市面源污染的控制方法。专利文献CN2863947Y “控制城市面源污染的初期雨水截留系统”提出一种具有泥沙截留功能的初期雨水控制系统,但该系统只考虑了固态泥沙的截留;专利文献CN201835375U “一种具有控制面源污染功能的雨水口”提出了一种可以截留固态污染物的雨水口,但该雨水口不具备消减径流量和溶解性污染物的功能;专利文献CN2913350Y “一种净化集中排放面源污染装置”提出一种面源污染末端控制装置,不适合面源污染源头控制或传输过程控制;专利文献CN1621622A “平原河网地区面源污染强化净化前置库系统”提出一种在平原河网地区强化面源污染控制的前置库系统,但该系统需要有一定规模,占地面积较大,在用地紧张的城市地区并不适合;专利文献CN101880089A“一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置”提出一种折流式人工湿地装置,用于处理低浓度地表径流,但该装置需要设置调节池,加大了占地面积,且适用污染物浓度低,需要预先把地表径流收集起来,若降雨量过大,则还存在暴雨径流能否收集完全的问题。
可见,城市面源污染控制的已有技术存在以下不足:
(1)重视了面源污染的水质调控而忽略了城市暴雨径流量的调节;
城市面源污染控制既要考虑暴雨径流水质的改善,同时更要兼顾暴雨径流量的调节和污染负荷的消减。
(2)有较高的固态污染物去除效率而未涉及溶解性污染物的去除;
溶解性营养盐是城市面源污染控制的难点,而现有技术并未涉及溶解性污染物的去除,或去除能力有限,只有强化了溶解性营养盐的去除效率才能从根本上解决城市面源污染问题。
(3)缺乏适用于城市地区面源污染源头或传输过程中控制的技术措施;
城市地区土地资源紧张,用地布局复杂,在山地城市更是如此,实现城市区域各种用地布局暴雨径流的灵活就地高效处理是解决城市雨洪问题的可行途径,而现有技术布置灵活度不足或难以实现溶解性污染物的源头或输移过程消减。
发明内容
山地城市地形复杂,城市道路暴雨径流初期冲刷现象突出,本发明针对山地城市道路的暴雨径流产污特性,提出一种适合山地城市面源污染源头或输移过程控制系统。该系统不仅能够高效截留泥沙等固态污染物,而且对于溶解性污染物有较高的去除效率,同时兼有分散径流、延缓径流产生时间和暴雨径流洪峰错流的功能,管理简单,不需动力即可实现系统的自动运行,可广泛用于山地城市交通干道、生活区道路等暴雨径流的调控,出水可回用或排放。
本发明的技术方案如下:
一种针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统,所述系统由集水子系统、净化子系统和覆盖子系统三部分组成,主要适用于地形起伏较大的城市交通干道或生活区道路的初期暴雨径流控制与污染物的去除。
所述集水子系统由分流池、连接管和集水池组成;分流池与雨水口或者暴雨径流收集管渠连接,分流池在底部一侧开口接集水池,分流池在上部通过连接管接雨水管,集水池底部设置集泥井,集水池顶部铺设盖板,并预留人孔。
所述净化子系统由浮球阀和立体流滤池组成;立体流滤池设置在集水池底部的一侧,两者连通,在连通口处设置浮球阀;立体流滤池为多廊道折流式上下流滤池,每廊道填充不同粒径的填料,且粒径逐渐减小,立体流滤池末端有滤池出水口,立体流滤池的进水流量由浮球阀和滤池出水口之间的液位差自动控制。
所述覆盖子系统由上下两层构成,下层为多孔性透气吸附填料,上层为景观装饰设施,覆盖在净化子系统之上。
本发明的主要优点如下:
1、实现了初期径流和后期径流的自动分离,使处理目标重点化,降低了处理规模,减少了基建费用,且不影响城市暴雨径流的正常输送。
2、延缓了城市不透水下垫面暴雨产流的排放时间,从源头上分散了暴雨径流,自动实现了城市洪峰的错峰。
3、强化了初期暴雨径流中污染物的去除,对于泥沙以及以固态形式存在的有机物、磷、重金属等有明显去除效果,尤其是加强了对溶解性营养盐的去除。
4、系统整体位于地下,通过覆盖子系统的隔离处理,不会对周围环境带来景观影响。
5、系统长宽可调,布置灵活,尤其适用于地形起伏较大的地区。
6、全过程用水位差自动控制,管理简单,节约了能源。
附图说明
图1是该系统的平面示意图;
图2是图1的A-A剖面图;
图3是图1的B-B剖面图;
图4是图1的C-C剖面图。
图中:
1—雨水口                    2—分流池
3—连接管                    4—滤池出水口
5—浮球阀                    6—集水池
7—集泥井                    8—集水池进水口
9—覆盖子系统装饰层            10—覆盖子系统多孔吸附层
11—净化子系统底部过水孔       12—净化子系统顶部过水孔。
具体实施方式
参见图1图3和图4,该系统由集水子系统、净化子系统和覆盖子系统三部分组成。集水子系统由分流池2、连接管3、集水池6三部分组成,分流池2在底部开口作为集水池进水口8,接集水池6,分流池在上部开口,通过连接管3接雨水管,集水池底部设置集泥井7。
雨天降雨开始时,暴雨径流通过雨水口1或者暴雨径流收集管渠进入分流池2,先通过分流池底部的开口进入集水池6,当水位高度达到连接管3的位置时,暴雨中后期径流改由连接管道排放至雨水管,暴雨径流收集结束。分流池的设置使暴雨径流水平进入集水池,避免了水流扰动作用导致的集水池底泥流失,而且后期径流中的大颗粒泥沙也可以在惯性力的作用下自动汇集在集水池中(如图1所示)。
集水池的容积按照公式(1)计算,由分流池上部开口的标高控制,有效水深1.0-2.0米,集水池底部设置集泥井,以便于底泥的清除,底泥清除频率为每两周或每月1次。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
………………………(1)
Figure 359213DEST_PATH_IMAGE002
:集水池容积,m3
Figure DEST_PATH_IMAGE003
:需收集的初期降雨量,mm;
Figure 563929DEST_PATH_IMAGE004
:径流系数;
Figure DEST_PATH_IMAGE005
:汇水面积,m2
表1
Figure 887463DEST_PATH_IMAGE003
 与坡度对应关系
坡度 0% 2% 5% 10% 20%
Figure 743293DEST_PATH_IMAGE003
(mm)
6-7 4-5 3-4 2-3 1.5-2
径流系数
Figure 736656DEST_PATH_IMAGE004
按照《给水排水设计手册》的相关规定选取。
参见图1和图2,净化子系统由浮球阀5和立体流滤池构成。立体流滤池设置在集水池底部的一侧,两者连通,在连通口处设置浮球阀。立体流滤池为多廊道折流式上下流滤池,每廊道填充不同粒径的填料,且粒径逐渐减小,立体流滤池末端有滤池出水口4,立体流滤池的进水流量由浮球阀和滤池出水口之间的液位差自动控制。11为净化子系统底部过水孔,12为净化子系统顶部过水孔。
集水池截留的初期径流通过底部的浮球阀自动排入立体流滤池中,流量由浮球阀和滤池出水口的水位差控制(水位高差为5-20cm)。立体流滤池为至少8个廊道,第1-2廊道由粒径30-50mm的卵石构成;第3-4廊道由粒径10-20mm碳酸钙碎石组成;第5-6廊道由5-10mm的碳酸钙碎石构成;第7-8廊道由2-4mm陶粒构成。集水池的积水在水压作用下通过浮球阀流入立体流滤池,水流在净化子系统内进行三维流动,延长了穿行路径,在三维流动过程中,溶解氧逐渐降低,水流的整个过程呈现出好氧-缺氧状态,实现了总氮去除的生物条件,同时,初期暴雨径流中的有机物和碳酸钙填料可为反硝化提供碳源,保障了溶解性营养盐的顺利去除。集水池中沉积泥沙的及时清理可去除70%-90%的悬浮物,50%-70%的有机物,75%-90%的磷和重金属,填料的吸附和截留作用进一步强化了剩余污染物的去除,处理后的出水排入雨水排水系统或收集回用。每廊道长1.5-2.5米,长宽比5:1-4:1,深2.0-2.5米,具体参数视实际地形调整,以确保暴雨径流在净化子系统中有足够的净化时间。
覆盖子系统配置方式由上下两层组成,覆盖在净化子系统之上。下层多孔吸附层10由多孔性透气填料组成,以除去集水池和净化子系统产生的气味,厚度200-400mm;上层为景观装饰层9,根据周围的环境背景确定封场方式,以期与周围环境和谐统一,可选择人行道砖或绿地等。
构筑本系统时,首先根据汇水面积和汇水区地形特点,按照公式(1)的计算方法确定集水池容积,根据控制技术实施地点的地形地貌和用地布局,确定本控制措施的尺寸参数、相关高程和各部分的平面布置。然后,在雨水口处布设集水子系统,同时,做好净化子系统的混凝土框架。集水池有效水深1.0-2.0米,滤池池深2.0-2.5米,具体长度和宽度可根据场地情况适当调整。再次,按照专利说明,在净化子系统各廊道中逐次填充净化填料,同时,安装滤池进水首端的浮球阀。最后,对整个系统作封场处理,净化子系统封场处理方式为从下往上依次配制多孔吸附层和景观装饰层,各层间用无纺布隔开;对于集水池的封场,首先铺设盖板,并预留人孔,以便检修和清理沉积泥沙,然后再按照净化子系统的封场处理方法处理。

Claims (5)

1.一种针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统,其特征在于:所述系统由集水子系统、净化子系统和覆盖子系统三部分组成;
所述集水子系统由分流池、连接管和集水池组成;分流池与雨水口或者暴雨径流收集管渠连接,分流池底部开口接集水池,上部开口通过连接管接雨水管,集水池底部设置集泥井,集水池顶部铺设盖板,并预留人孔;
所述净化子系统由浮球阀和立体流滤池组成;立体流滤池设置在集水池底部的一侧,两者连通,在连通口处设置浮球阀;立体流滤池为多廊道折流式上下流滤池,每廊道填充不同粒径的填料,且粒径逐渐减小,立体流滤池末端有滤池出水口,立体流滤池的进水流量由浮球阀和滤池出水口之间的液位差自动控制;
所述覆盖子系统由上下两层构成,下层为多孔性透气吸附填料,上层为景观装饰设施,覆盖在净化子系统之上。
2.根据权利要求1所述的针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统,其特征在于集水池的容积按照公式(1)计算,由分流池上部开口的标高控制,有效水深1.0-2.0米: 
                                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE004
                         (1)
Figure DEST_PATH_IMAGE006
:集水池容积,m3
Figure DEST_PATH_IMAGE008
:需收集的初期降雨量,mm; 
表1 
Figure 486798DEST_PATH_IMAGE008
与坡度对应关系
坡度 0% 2% 5% 10% 20%
Figure 590889DEST_PATH_IMAGE008
(mm)
6-7 4-5 3-4 2-3 1.5-2
Figure DEST_PATH_IMAGE010
:径流系数,按照《给水排水设计手册》的规定选取;
Figure DEST_PATH_IMAGE012
:汇水面积,m2
3.根据权利要求1所述的针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统,其特征在于所述立体流滤池设置至少8级廊道,第1-2廊道内有粒径30-50mm的卵石;第3-4廊道内有粒径10-20mm碳酸钙碎石;第5-6廊道内有5-10mm的碳酸钙碎石;第7-8廊道内有2-4mm陶粒。
4.根据权利要求1所述的针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统,其特征在于所述立体流滤池的每廊道长1.5-2.5米,长宽比5:1-4:1,深2.0-2.5米。
5.根据权利要求1所述的针对山地城市面源污染进行源头或传输过程调控的系统,其特征在于浮球阀与立体流滤池的出水口水位高差为5-20cm。
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