CN104110059A

CN104110059A - 一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法

Info

Publication number: CN104110059A
Application number: CN201410325938.0A
Authority: CN
Inventors: 成水平; 曹晓艳; 冯玉琴; 吴娟; 代嫣然; 向东方
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2014-10-22

Abstract

本发明涉及一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，在城市的绿化带中构建生态滤沟，在生态滤沟前接布水槽和消能板；所述的生态滤沟从下到上依次为砾石层、陶粒层、沸石层、石英砂层和土壤层，并在土壤层栽植灌木和草本。与现有技术相比，本发明采用土壤、大粒径石英砂、中粒径沸石、小粒径陶粒、大颗粒砾石这样的配置方式，既能保证植物的良好生长，又能有效地截留地表径流污染物，同时生态滤沟上采用灌草搭配种植，草皮覆盖土壤层的形式，这些植被根系发达、对氮、磷吸收作用好，且对城市景观具有美化作用，可产生良好的景观效益。本发明通过构建生态滤沟来消减城市径流污染，具有操作简便、成本低、易管理等优点。

Description

一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法

技术领域

本发明涉及一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，以实现径流洪峰削减，径流污染物的有效拦截和去除。属于生态工程技术领域。

背景技术

城市化过程不断加速，建筑物密度增加和硬化道路的比例提高，改变了原有自然生态环境条件下的径流产生和汇集规律，地表径流系数降低，洪峰到来时间更短，洪峰流量更大。同时径流中的悬浮固体(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、微生物以及重金属等，通过城市雨洪排水系统进入受纳水体，造成水体富营养化，威胁了水生态系统安全。在我国太湖、滇池、巢湖等重点流域，城市面源污染已成为湖泊水质恶化的原因之一。

目前，面源污染控制主要包括三个环节：源控制、迁移过程控制、汇控制。这三个环节中，源控制技术主要包括地表绿化促渗和控污技术、透水路面技术等；迁移控制技术主要包括亚表层渗滤技术、人工湿地净化技术等；汇控制主要包括岸边净化的生态混凝土技术、控污型岸边带系统等。生态滤沟技术在生态系统既可以应用在源头，也可以应用在污染物传输途径和就地处理系统，在许多发达国家，它被广泛应用于处理城市径流污染。

生态滤沟是在小块凹地上回填土壤和高渗透性介质，填充的介质应使系统的入渗性良好，并支持植物生长。地表径流以较低流速经生态滤沟持留，延迟和削减洪峰流量降低出流体积、同时提高下渗水量，能够有效消解因不透水路面引发的强地表径流。通过过滤、吸附以及生物等作用，城市径流中的多数悬浮颗粒污染物和部分溶解态污染物有效去除。

填料在生态滤沟中有着十分重要的作用。不仅能够保证生态滤沟良好的水力性能，同时也能够截留污染物，为微生物的生长提供营养环境。

中国专利CN102992486A公布了一种用于阻滞净化入河径流污染物的小型生态廊道，由阻截与收集系统和净化系统组成；阻截与收集系统由阻截与收集廊道框架(1)及阻截与收集填充基质(2)组成；净化系统由净化基质(3)和净化植物(4)组成。

中国专利CN103351081A公布了一种净化农田径流污染的生态滤岸的构建方法，该方法是在农田和河道之间选择离河道15～20米距离的区域构建一种新型滤岸，即在选定的区域上种植根系发达、生长量大、对氮、磷吸收作用好的草本和灌木；同时在选定区域前端开设布水沟和布水槽，在选定区域后端修建渗滤池，渗滤池底部布设集水管。该发明可将农田径流水先经农田排水沟和其它自然形成的排水沟引到布水沟和布水槽中，经滤岸上的草本和灌木植物吸附、拦截、吸收后通过渗滤池中不同填料多层渗滤净化后排至河道。

上述两篇专利对径流污染均具有一定的净化效果，但是对径流污染物的有效拦截和去除方面均效果一般，且对于城市径流污染的处理效果较差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服城市径流污染的问题，而提供一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，在城市的学校、居民区、停车场和公路附近绿化带中构建生态滤沟，在生态滤沟前接布水槽和消能板；所述的生态滤沟从下到上依次为砾石层、陶粒层、沸石层、石英砂层和土壤层，并在土壤层栽植灌木和草本。

所述的生态滤沟的总深度为85～135cm，砾石层厚度为5-15cm，陶粒层厚度为20-30cm，沸石层厚度为20-30cm，石英砂层厚度为20-30cm，土壤层厚度为20-30cm。

所述的砾石层中砾石的粒径为3-12mm，所述的陶粒层中陶瓷的粒径为2-5mm，所述的沸石层中沸石的粒径为5-10mm，所述的石英砂层中石英砂的粒径为9-12mm。

土壤层中栽植的灌木包括石楠或木槿，土壤层中栽植的草本包括菖蒲、香蒲或鸢尾，灌木的种植密度为2～3株/m²，草本的种植密度为20～60株/m²。

所述的土壤层表面覆盖有马尼拉草。

所述的生态滤沟设有出水口，该出水口距离砾石层底面的高度为10～30cm。

所述的布水槽在土壤层的上方，在布水槽和土壤层之间通过消能板过渡连接。

所述的消能板为倾斜放置的平板。

本发明中，生态滤沟土壤层可有效截留颗粒态污染物，为微生物的生长提供养分，并支持植物生长。水生植物的根系可以为微生物的生长提供适当的氧，并对水体中磷酸盐和硝酸盐具有较好的吸收作用。填料改善了生态滤沟系统的入渗性，其孔隙也为微生物的生长提供了介质。

本发明采用土壤-大粒径石英砂-中粒径沸石-小粒径陶粒-大颗粒砾石这样的配置方式，既能保证植物的良好生长，又能有效地截留地表径流污染物，大粒径石英砂在土壤下层，能够避免堵塞的发生。沸石具有孔隙度高、比表面积大等特性，因而具有吸附、离子交换等优异性能。沸石常用来吸附去除NH₄ ⁺-N及重金属。陶粒结构疏松，孔隙度高，能截留NO₃-N，为反硝化提供足够的水力停留时间。砾石层起到均匀布水的作用。

植被的存在是生态滤沟的特点所在。植物通过自身吸收、输送溶解氧、为微生物提供栖息地、疏松土壤、滞缓径流、调节微气候等功能来实现其在生态滤沟中的作用。然而不同植物的污染物去除效果差异很大。不同植物具有相异的形态结构和生理机能，对污染的吸收不同，同时也导致对土壤物化作用及微生物群落影响的不同。生态滤沟上采用灌草搭配种植，草皮覆盖土壤层的形式，对城市景观具有美化作用，可产生良好的景观效益。本发明具有操作简便、成本低、易管理等优点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)土壤层能保证较低的渗透速率，同时能为植物根区微生物固定营养物质植物创造时间。

(2)生态滤沟中的填料不仅能够保证系统良好的水力性能，同时也能够截留污染物，为微生物的生长提供营养环境。

(3)本发明采用土壤-大粒径石英砂-中粒径沸石-小粒径陶粒-大颗粒砾石这样的配置方式，既能保证植物的良好生长，又能有效地截留地表径流污染物。

(4)生态滤沟上采用灌草搭配种植，草皮覆盖土壤层的形式，这些植被根系发达、对氮、磷吸收作用好，且对城市景观具有美化作用，可产生良好的景观效益。

(5)本发明切断城市不透水性区域的连接性，降低径流的集中性、延长径流路径，增加汇流时间，有效削减径流污染负荷。

(6)本发明通过过滤、吸附、植物吸收和生物降解等作用，对模拟径流雨水中TSS、COD、TN、TP的去除率分别达到80-90％、50-70％、40-60％和70-90％。

(7)本发明通过构建生态滤沟来消减城市径流污染，具有操作简便、成本低、易管理等优点。

附图说明

图1为本发明中削减城市径流污染的生态滤沟的结构示意图；

图2为实施例中生态滤沟系统中TSS的浓度变化图；

图3为实施例中生态滤沟系统中COD的浓度变化图；

图4为实施例中生态滤沟系统中TN的浓度变化图；

图5为实施例中生态滤沟系统中TP的浓度变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，在城市的绿化带中构建生态滤沟。如图1所示，生态滤沟从下到上依次为砾石层1、陶粒层2、沸石层3、石英砂层4和土壤层5，并在土壤层5栽植灌木和草本7。土壤层5表面覆盖有马尼拉草6。布水槽8在土壤层5的上方，在布水槽8和土壤层5之间通过消能板10过渡连接，布水槽8长度方向垂直于径流9的流向。消能板10为倾斜放置的平板。生态滤沟设有出水口11，该出水口11距离砾石层1底面的高度为10～30cm。

土壤层5中栽植的灌木包括石楠或木槿，土壤层中栽植的草本包括菖蒲、香蒲或鸢尾，灌木的种植密度为2～3株/m²，草本的种植密度为20～60株/m²。

生态滤沟的总深度为85～135cm，砾石层1厚度为5-15cm，陶粒层2厚度为20-30cm，沸石层3厚度为20-30cm，石英砂层4厚度为20-30cm，土壤层5厚度为20-30cm。砾石层1中砾石的粒径为3-12mm，陶粒层2中陶瓷的粒径为2-5mm，沸石层3中沸石的粒径为5-10mm，石英砂层4中石英砂的粒径为9-12mm。

间歇性向三个由有机玻璃制成的生态滤沟小试装置注入径流雨水。在不同的停留时间(1d、3d、5d、7d)下，测定出水TSS、COD、TN和TP指标。研究在“雨-晴-雨”的变化中，生态滤沟对持留的径流雨水的处理效果以及不同的停留时间对系统出水水质的影响。

水中TSS、COD、TN和TP指标结果如图2～图4所示，结果表明，本实施例中生态滤沟的渗透系数为106m/d，远远大于未种植植物的空白组。空白组的渗透系数由土壤层决定，接近于亚粘土的渗透系数0.05m/d。对模拟径流雨水中TSS、COD、TN、TP的去除率分别达到80-90％、50-70％、40-60％和70-90％。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，其特征在于，在城市的绿化带中构建生态滤沟，在生态滤沟前接布水槽和消能板；

所述的生态滤沟从下到上依次为砾石层、陶粒层、沸石层、石英砂层和土壤层，并在土壤层栽植灌木和草本。

2.根据权利要求1所述的一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，其特征在于，所述的生态滤沟的总深度为85～135cm，砾石层厚度为5-15cm，陶粒层厚度为20-30cm，沸石层厚度为20-30cm，石英砂层厚度为20-30cm，土壤层厚度为20-30cm。

3.根据权利要求1所述的一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，其特征在于，所述的砾石层中砾石的粒径为3-12mm，所述的陶粒层中陶瓷的粒径为2-5mm，所述的沸石层中沸石的粒径为5-10mm，所述的石英砂层中石英砂的粒径为9-12mm。

4.根据权利要求1所述的一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，其特征在于，土壤层中栽植的灌木包括石楠或木槿，土壤层中栽植的草本包括菖蒲、香蒲或鸢尾，灌木的种植密度为2～3株/m²，草本的种植密度为20～60株/m²。

5.根据权利要求1或4所述的一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，其特征在于，所述的土壤层表面覆盖有马尼拉草。

6.根据权利要求1所述的一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，其特征在于，所述的生态滤沟设有出水口，该出水口距离砾石层底面的高度为10～30cm。

7.根据权利要求1所述的一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，其特征在于，所述的布水槽在土壤层的上方，在布水槽和土壤层之间通过消能板过渡连接。

8.根据权利要求1或7所述的一种削减城市径流污染的生态滤沟构建方法，其特征在于，所述的消能板为倾斜放置的平板。