CN103408156A

CN103408156A - 立交桥雨水净化与收集利用综合方法与系统

Info

Publication number: CN103408156A
Application number: CN2013103889874A
Authority: CN
Inventors: 左剑恶; 邢薇; 王晓璐; 鲍国栋
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2013-11-27

Abstract

一种立交桥雨水净化与收集利用综合方法和系统，系统包括旋流分离模块、高效净化模块和塑料蓄水模块，本发明利用重力旋流沉砂、吸附过滤净化技术原理，实现高架立交桥降雨径流的排出收集和净化，分别对悬浮颗粒和有机无机污染物进行高效去除，并结合蓄水回用形成一体化综合技术方法，可对净化后的雨水收集再利用，能够同时解决“立交桥上雨水快速排除”、“交桥下绿化带节水灌溉”以及“立交桥道路径流污染控制”等多重问题，在市政建设和非点源污染控制领域具有广阔的应用前景。

Description

立交桥雨水净化与收集利用综合方法与系统

技术领域

本发明属于城市水资源利用和非点源污染控制技术领域，特别涉及一种立交桥雨水净化与收集利用综合方法与系统。

背景技术

城市规模的快速扩张导致不透水地表比例的显著增加，致使蒸发、下渗等自然水文循环过程严重受阻，地表径流比例明显增多，由此带来城市内涝多发、水环境污染、雨水资源大量流失等问题。城市立交桥系统在带来便捷交通的同时，由于不可渗透路面高度集中修建，在大雨降临时路面径流难以快速排出，往往引发桥下积水，可造成十分严重的财产损失甚至人员伤亡。与此同时，由于立交桥车辆密集，汽车排放的大量污染物通过降水淋洗大气或冲刷地表，导致路面径流中污染物浓度很高，如果直接排入周边水体，将对城市水环境产生十分严重的不利影响。

城市立交桥雨水在控制不当时可能带来城市内涝灾害，从而对市民交通带来不利影响，但也是重要的城市水资源。然而，由于立交桥路面径流的产生与城市降雨规律有关，通常具有产生集中、水量较大等特点，对其进行利用在时间和空间上存在一定困难。此外，降雨在立交桥路面的汇集和排出时，又将冲刷携带大量悬浮颗粒污染物和部分有机或无机污染物，也是城市非点源污染的一个重要来源。综合以上背景，将立交桥系统在降雨时产生的路面径流净化并快速收集与储存，不仅能够解决上述快速排水和减小径流污染的问题，还可以在非雨期对储存的清洁雨水加以利用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种立交桥雨水净化与收集利用综合方法与系统，利用重力旋流沉砂、吸附过滤净化技术原理，实现高架立交桥降雨径流的排出收集和净化，分别对悬浮颗粒和有机无机污染物进行高效去除，并结合蓄水回用形成一体化综合技术方法，可对净化后的雨水收集再利用，是解决立交桥降雨径流水量和污染控制的新方法，在市政建设和城市非点源污染控制领域具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种立交桥雨水净化与收集利用综合方法，包括如下步骤：

将立交桥路面径流收集并基于旋流分离原理将其中的固体颗粒分离；

将除去固体颗粒的清水导流至立交桥下绿化带土壤下并进行过滤净化；

将过滤净化后的水继续下送进行储存待用。

本发明还提供了一种立交桥雨水净化与收集利用综合系统，包括旋流分离模块、高效净化模块和塑料蓄水模块，其中：

所述旋流分离模块包括冲水水箱1和旋流分离器2，冲水水箱1的入口接立交桥路面径流，出口接旋流分离器2，旋流分离器2底部设置排放雨水中固体颗粒的底流口5，顶部有排放清水的溢流口6，溢流口6接导流管7；

所述高效净化模块包括埋设于立交桥下绿化带土壤下的上层透水土工布8、位于上层透水土工布8下方的布水管9、位于布水管9下方的滤料框架10以及填充于滤料框架10内部的吸附滤料11，其中布水管9与导流管7连通；

所述塑料蓄水模块包括设置于高效净化模块之下的下层透水土工布12、位于下层透水土工布12下方的塑料蓄水格13、布置在塑料蓄水格13与土壤接触面上的隔水土工布14、位于塑料蓄水格13底部的潜水泵15以及接潜水泵15出口的雨水提升管16。

优选地，所述冲水水箱1的出口位于箱底，出口上有塞子4，塞子4的上部连接浮子3，从而在浮子3的浮力作用下打开出口。

优选地，所述的冲水水箱1尺寸的有效水深为50～80cm，所述旋流分离器2的直径为20～60cm，高度50～200cm，所述滤料框架10长为50～200cm，宽为30～80cm，高为50～100cm，所述塑料蓄水格13由多个单元组成，每个单元为边长30～100cm的正方体。

优选地，所述滤料框架10由网状金属编制或多孔聚丙烯塑料加工而成。

优选地，所述吸附滤料11为上层填充石英砂，下层填充活性炭，且活性炭与石英砂的体积比为4:1。

优选地，所述塑料蓄水格13用聚丙烯塑料制成。

优选地，所述塑料蓄水格13由多个蓄水单元模块拼接组成，每个蓄水模块四壁及顶部、底部均为多孔硬质边壁，以形成水力连通并可支撑上部土壤和高效净化模块的压力。

优选地，所述塑料蓄水格13底部设置一定坡度，潜水泵15设置于最低处。

优选地，所述塑料蓄水格13底部的整体坡度为0.5%～3%。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）集雨水收集、净化、贮存和回用于一体，既可实现雨期立交桥的快速排水和防涝安全，又可实现水资源的时空调节和回用，还可有效控制路面径流向周边水体排放污染，同时具有防涝、节水、减轻污染多重功效。

（2）立交桥雨水净化与收集利用综合系统，将旋流沉砂、过滤净化和蓄水回用一体化，技术流程简单高效，便于统一设计施工，工程量小，节约材料、成本和用地，环境效益突出。

（3）采用旋流分离器净化雨水中的悬浮颗粒物，利用重力自流和离心旋流，具有不需外加能源、自动运行的特点，而且效率高、效果好，特别适合于有较大高度差的高架立交桥排水。

（4）采用预制成型的高效净化模块，可实现快速安装和施工，能够根据设计规模灵活确定模块单元使用数量和布置方式。特别能够实现单元的局部维护或更新，而不影响其他模块单元的正常工作。模块和滤料环境友好、净化效果好，能够有效对绝大部分有机和无机污染物进行控制。此外，埋设于土壤中可充分利用土壤的蓄水能力，在暴雨时过量雨水可蓄存在土壤中，从而极少形成地表径流。

（5）采用聚丙烯塑料制成的蓄水模块，具有质量轻、强度大、施工量小、对环境不造成二次污染等特点，特别适合于雨水资源的贮存。同时能够根据设计规模，灵活选择蓄水单元的个数和拼接方式，实现因地制宜的利用蓄水空间。

综上，本发明同时解决了“立交桥上雨水快速排除”、“交桥下绿化带节水灌溉”以及“立交桥道路径流污染控制”等多重问题，将立交桥上层路面径流进行快速导流和净化，并将清水收集至桥下蓄水池中储存，既可减轻立交桥排水系统在雨期的防涝压力，又可在非雨期利用净化后的雨水灌溉桥下绿地，同时具有防涝、节水、污染削减多重功效。本发明目标指向明确，在城市规划和市政建设领域具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明旋流分离模块结构示意图。

图2是高效净化模块和塑料蓄水模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1和图2所示，本发明立交桥雨水净化与收集利用综合系统，包括旋流分离模块、高效净化模块和塑料蓄水模块3部分。其中：

旋流分离模块包括冲水水箱1和旋流分离器2共两个部分，冲水水箱1将立交桥路面径流进行储存，达到限定水位时在浮子3的浮力作用下打开塞子4向旋流分离器2中放水；集中进入旋流分离器2的雨水，在离心力的差异下，使雨水中固体颗粒沿内壁向下，从底流口5排出后集中处理；清水和细小颗粒在旋流分离器2中央旋转形成上向流，从上部溢流口6流出，进入导流管7。

高效净化模块，由埋设于立交桥下绿化带土壤下的上层透水土工布8、布水管9、滤料框架10及其内部的吸附滤料11构成。其中上层透水土工布设置于土壤下层以渗透土壤中的水分并阻隔土壤进入高效净化模块；布水管9与导流管7连通，将旋流分离器2的净化出水导流并均匀分布于高效净化模块中；滤料框架10可由网状金属编制或多孔聚丙烯塑料加工，以固定内部的吸附滤料11；吸附滤料11的核心是一定配比的石英砂、活性炭滤料，分层填入以过滤和吸附渗透雨水中的有机和无机污染物。

塑料蓄水模块，由设置于高效净化模块之下的下层透水土工布12、塑料蓄水格13、隔水土工布14、潜水泵15和雨水提升管16构成。其中透水土工布12设置于高效净化模块下层以渗透过滤后的雨水；塑料蓄水格13可选用聚丙烯塑料制成，由多个蓄水单元模块拼接组成，每个蓄水模块四壁及顶部、底部均为多孔硬质边壁，以形成水力连通并可支撑上部土壤和高效净化模块的压力；塑料蓄水格13最外围与周边土壤接触面均用隔水土工布14包裹，以防止净化后的雨水流失并阻隔土壤杂质进入蓄水格；塑料蓄水格13底部还设置一定坡度，潜水泵15设置于最低处，出口与雨水提升管16连接，雨水提升管16出口设置于立交桥下的绿化带地面，需要时可启动潜水泵15将蓄集雨水抽提至地面再利用。

冲水水箱1尺寸根据立交桥集水面面积和典型降雨强度设计，有效水深为50～80cm。的旋流分离器2直径为20～60cm，长度50～200cm。导流管7直径与长度根据冲水水箱1尺寸和立交桥架设高度设计确定。滤料框架10长为50～200cm，宽为30～80cm，高为50～100cm，可根据需要选择布置的个数。每个滤料框架10中填充的吸附滤料11为上层填充石英砂，下层填充活性炭，且活性炭与石英砂的体积比为4:1。塑料蓄水格13由多个单元组成，每个单元为边长30～100cm的正方体，可根据其所在土地的空间、降雨量和回用水量灵活选择蓄水单元的个数，蓄水格底部整体坡度为0.5%～3%。潜水泵15根据回用水量和所需扬程选型确定。雨水提升管16直径根据潜水泵15流量确定，长度根据埋设深度确定。

根据以上结构，应用于我国某城市立交桥雨水净化与收集利用的实施例如下：

（1）通过立交桥设计资料调研和现场勘察，明确立交桥桥面汇水面积（以500m²计）、高度和结构，同时调研地区气候资料，明确设计暴雨强度（60mm/场次），从而确定总蓄水量为30m³。设计冲水水箱容积为1m³，有效容积0.8m³，其长1m，宽1m，高1m，浮子工作高度即有效水深0.8m，另有0.2m为保护高度；冲水水箱出口通过DN40水管与旋流分离器连接。

（2）选定旋流分离器直径为50cm，长度100cm，出口通过DN40导流管与相同管径布水管连接。导流管长度根据立交桥高度（4.5m）和布水管埋设深度（0.8m）共同确定，同时考虑旋流分离器设置高度和弯头转向，导流管最终设计长度为5.8m。

（3）调研桥下土地利用情况和水资源回用需求，设计高效净化模块和塑料蓄水模块。布水管埋设深度0.8m，设置于地表土层和透水土工布之下，形成3.2m×0.8m环状穿孔管线，贯串高效净化模块各单元。高效净化模块共设置6组过滤单元，以3×2形式排列，每个单元长160cm，宽80cm，高为60cm。高效净化模块总长度4.8m，总宽度1.6m，总高度0.6m。滤料框架以聚丙烯塑造加工，内部滤料上层为石英砂，下层为活性炭，均匀填充于滤料框架内，且活性炭与石英砂的体积比为4:1。

（4）塑料蓄水模块设置于高效净化模块及土工布之下，总长度为4.8m，总宽为4m，高度为1.6m，总蓄水量约30m³。整个蓄水池由60个蓄水单元组成，每个蓄水单元为边长尺寸80cm的立方体，由聚丙烯塑料加工。整个蓄水单元底部坡度1%，潜水泵设置于最低处，选型为175QJ60-2，流量60m³/h，扬程20m。雨水提升管根据潜水泵埋深（3m）和地面高度需要（0.5m），长度为3.5m，出口加设阀门。

（5）系统使用时，立交桥面500m²的汇水面积，在场次降雨总量为60mm条件下，路面不形成积水，雨水通过本发明雨水净化与收集利用系统，实现快速旋流和过滤净化，雨水蓄积在塑料蓄水模块中，在降雨停止后，可利用潜水泵抽提蓄积的雨水进行绿地浇灌或其他用途，最快可在30min内排出30m³雨水进行回用。当降雨量大于60mm的暴雨发生时，可以在降雨过程中开启潜水泵不断将蓄水外排至附近排水管网中，保证立交桥路面径流的快速排除，避免立交桥下积水造成安全隐患。

Claims

1.一种立交桥雨水净化与收集利用综合方法，其特征在于，包括如下步骤：

将过滤净化后的水继续下送进行储存待用。

2.一种立交桥雨水净化与收集利用综合系统，包括旋流分离模块、高效净化模块和塑料蓄水模块，其特征在于：

所述旋流分离模块包括冲水水箱（1）和旋流分离器（2），冲水水箱（1）的入口接立交桥路面径流，出口接旋流分离器（2），旋流分离器（2）底部设置排放雨水中固体颗粒的底流口（5），顶部有排放清水的溢流口（6），溢流口（6）接导流管（7）；

所述高效净化模块包括埋设于立交桥下绿化带土壤下的上层透水土工布（8）、位于上层透水土工布（8）下方的布水管（9）、位于布水管（9）下方的滤料框架（10）以及填充于滤料框架（10）内部的吸附滤料（11），其中布水管（9）与导流管（7）连通；

所述塑料蓄水模块包括设置于高效净化模块之下的下层透水土工布（12）、位于下层透水土工布（12）下方的塑料蓄水格（13）、布置在塑料蓄水格（13）与土壤接触面上的隔水土工布（14）、位于塑料蓄水格（13）底部的潜水泵（15）以及接潜水泵（15）出口的雨水提升管（16）。

3.根据权利要求2所述的立交桥雨水净化与收集利用综合系统，其特征在于，所述冲水水箱（1）的出口位于箱底，出口上有塞子（4），塞子（4）的上部连接浮子（3），从而在浮子（3）的浮力作用下打开出口。

4.根据权利要求2所述的立交桥雨水净化与收集利用综合系统，其特征在于，所述的冲水水箱（1）尺寸的有效水深为50～80cm，所述旋流分离器（2）的直径为20～60cm，高度50～200cm，所述滤料框架（10）长为50～200cm，宽为30～80cm，高为50～100cm，所述塑料蓄水格（13）由多个单元组成，每个单元为边长30～100cm的正方体。

5.根据权利要求2所述的立交桥雨水净化与收集利用综合系统，其特征在于，所述滤料框架（10）由网状金属编制或多孔聚丙烯塑料加工而成。

6.根据权利要求2所述的立交桥雨水净化与收集利用综合系统，其特征在于，所述吸附滤料（11）为上层填充石英砂，下层填充活性炭，且活性炭与石英砂的体积比为4:1。

7.根据权利要求2所述的立交桥雨水净化与收集利用综合系统，其特征在于，所述塑料蓄水格（13）用聚丙烯塑料制成。

8.根据权利要求2或7所述的立交桥雨水净化与收集利用综合系统，其特征在于，所述塑料蓄水格（13）由多个蓄水单元模块拼接组成，每个蓄水模块四壁及顶部、底部均为多孔硬质边壁，以形成水力连通并可支撑上部土壤和高效净化模块的压力。

9.根据权利要求2或7所述的立交桥雨水净化与收集利用综合系统，其特征在于，所述塑料蓄水格（13）底部设置一定坡度，潜水泵（15）设置于最低处。

10.根据权利要求9所述的立交桥雨水净化与收集利用综合系统，其特征在于，所述塑料蓄水格（13）底部的整体坡度为0.5%～3%。