CN105016476A - 一种具脱氮功能的生态滞留过滤系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具脱氮功能的生态滞留过滤系统，该系统主要由滞留区与过滤区组成。主要利用城市景观绿地构建具有脱氮功能的生态滞留过滤系统，通过填充渗滤基质，并种植特定的植物对城市地表径流起到滞留与渗滤的作用。当不透水地表产生径流时，初期重污染径流首先进入滞留区，通过入渗、过滤、渗透至滞留区的中下部暂时储存滞留其中，由设置在底部碎石层的集排水管控制出水流量，使初期重污染径流能够得到较长时间停留，满足地表径流中NO₃-N还原所需时间。当滞留区初期地表径流达到饱和，并超过滞留区上部滞水层时，后期地表径流通过溢流进入过滤区，并经过入渗、过滤、渗透至过滤区底部碎石层，由碎石层中开孔集排水管排放至雨水市政管网。

Description

一种具脱氮功能的生态滞留过滤系统

技术领域：

本发明涉及一种城市地表径流污染控制技术，主要利用城市景观绿地构建具有脱氮功能的生态滞留过滤系统，通过填充渗滤基质，并种植特定的植物对城市地表径流起到滞留与渗滤的作用，通过滞留区的设置延长地表径流在系统中的停留时间，从而强化对城市地表径流的脱氮功能，达到有效控制城市地表径流氮素污染的作用。

背景技术：

城市地表径流是影响城市水环境质量的第二大污染源，也是仅次于农业面源污染的第二大非点源污染源。随着城市工业废水和生活污水等点源治理力度的加大，城市地表径流污染问题将越来越突出。城市化进程的加速会带来城市土地利用/覆盖的变更，使城市中出现大量不透水地表，在改变区域水文过程同时也增加地表径流量，也增加了地表径流对水体带来污染的风险。城市化进程中大量不透水地表的出现，不仅在量上改变了区域地表径流，而且在质的方面也对其产生深刻的影响。因此，预防和减少城市发生洪水和污染风险，特别是初期径流污染已成为城市地表水环境管理的重要组成部分。传统的以暂时滞留与渗滤为原理的控制技术，由于水力停留时间短，脱氮作用不明显，通常不能有效去除城市地表径流中的氮素，甚至产生NO₃-N的淋溶输出，使出水中NO₃-N的浓度增加。因此，在能够满足处理地表径流高水力负荷的前提下，如何增加地表径流的水力停留时间，是有效控制城市地表径流氮污染的关键。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具脱氮功能的生态滞留过滤系统，主要利用城市景观绿地构建具有脱氮功能的生态滞留过滤系统，通过填充渗滤基质，并种植特定的植物对城市地表径流起到滞留与渗滤的作用，通过滞留区的设置延长地表径流在系统中的停留时间，从而强化对城市地表径流的脱氮功能，达到有效控制城市地表径流氮污染的作用。

实现本发明的技术方案是：

生态滞留过滤系统主要由滞留区与过滤区组成。滞留区主要承担对城市地表径流初期重污染径流的过滤与脱氮功能。过滤区主要承担对后期地表径流的过滤吸附功能。当不透水地表产生径流时，首先初期重污染径流进入生态滞留过滤系统的滞留区，地表径流通过入渗、过滤、渗透至滞留区的中下部暂时储存滞留其中，通过底部设置在碎石层的集排水管控制其出水流量，使初期重污染径流能够

得到较长时间的停留，满足地表径流中NO₃-N还原所需时间。当滞留区初期地表径流达到饱和，并超过滞留区上部滞水层时，后期地表径流通过溢流进入过滤区，地表径流经过入渗、过滤、渗透至过滤区底部碎石层，通过碎石层中开孔集排水管排放至雨水市政管网。生态滞留过滤系统滞留区主要包括滞水层、植物层、种植基质层、滞留层、排水层。

生态滞留过滤系统主要优点：

(1)生态滞留系统采用分区设计，可更加针对初期重污染地表径流污染的控制；

(2)生态滞留系统采用分区设计，整体提高系统水力负荷，可应对高强度降雨；

(3)生态滞留系统采用分区设计中的滞留区，可增加地表径流在系统的停留时间，提高对地表径流氮素的去除效果。

附图说明：

图1：具脱氮功能的生态滞留过滤系统的整体结构示意图；

图中：1-片流进水、2-滞水层、3-植物层、4-种植基质层、5-土工布、6-滞留层、7-排水层、8-溢流堰、9-溢流井、10-过滤层、11-出水控制管、12-开孔集排水管。

具体实施方式：

为了提高城市地表径流氮污染的去除效果，本发面提供了一种具脱氮功能的生态滞留过滤系统，所述系统包括：滞留区，主要承担对城市地表径流初期重污染径流的过滤与脱氮功能；过滤区，主要承担对后期地表径流污染的过滤吸附功能。当不透水地表产生径流时，首先初期重污染径流进入生态滞留过滤系统的滞留区，地表径流通过入渗、过滤、渗透至滞留区的中下部暂时储存滞留其中，通过底部设置在碎石层的集排水管控制其出水流量，使初期重污染径流能够得到较长时间的停留，满足地表径流中NO₃-N还原所需时间。当滞留区初期地表径流达到饱和，并超过滞留区上部滞水层时，后期地表径流通过溢流进入过滤区，地表径流经过入渗、过滤、渗透至过滤区底部碎石层，通过碎石层中开孔集排水管排放至雨水市政管网。

(1)生态滞留过滤系统布局与规模：根据城市不透水地表与景观绿地分布格局，生态滞留过滤系统应该利用城市景观绿地、就近分散布置在不透水地表周围。生态滞留过滤系统面积大小根据服务不透水地表面积与区域降雨特征决定。生态滞留过滤系统的面积应该控制在服务不透水地表面积的5-10％。生物促渗减流设施规模面积应小型化，几十到几百平方米为宜。同时生物促渗减流系统规模要考虑场地土壤的入渗能力。其中生物滞留过滤系统面积的1/2分别设置为滞留区和过滤区。

(2)城市地表径流片流进水1设计，防治地表径流进入生态滞留系统时的侵蚀冲刷，尽量使地表径流以片流的形式进入或在入口处采用碎石和块石消能分水。

(3)滞水层：提供地表径流暂时的储存滞留与颗粒污染物沉降，同时通过蒸发部分径流，考虑景观、功能、安全等因素滞水空间的高度通常设置为15～30cm。根据当地降雨频率一般需在48～72h渗透完毕。

(4)植物层：不仅对地表径流水量起着蒸腾的功能，而且对污染物的去除发挥着重要的作用。从乡土种、根系发达、耐淹耐旱以及景观性等原则选择植物。

(5)种植基质层：种植基质要具有足够的截留入渗城市地表径流的能力；提供植物生长以及维系根际生物群落从而提高对地表径流污染的去除以及景观作用。提供物理、化学截留/过滤/吸附作用去除地表径流污染物；通常种植基质层为壤质砂土，入渗能力要求在50mm/h以上，深度在25～45cm为宜。

(6)滞留层：滞留层是主要提供对城市地表初期重污染径流暂时储存滞留作用，延长城市地表径流的停留时间，承担主要脱氮功能，通常滞留层由粒径在1.0～2.0cm的砾石组成，深度为45～60cm。在滞留层的表面铺设土工布，防止上部种植基质层土壤颗粒的向下迁移，发生堵塞现象。

(7)排水层：排水层由碎石(Φ20～40mm)组成，深度为15～30cm，排水层主要起着对上层滞留地表径流排放功能，通过在排水层中布置开孔集排水管以及出口流量控制功能，从而实现延长上层滞留地表径流排放时间。

(8)过滤层主要对城市地表径流起过滤、吸附作用，过滤层由粒径在1.0～2.0cm的砾石组成，深度为45～60cm。

(9)溢流堰：在生态滞留过滤系统滞留区与过滤区中间设置溢流堰，当城市地表径流量超过滞留区容纳能力时，地表径流可自动溢流至过滤区。

(10)溢流井：溢流井设置在过滤区，当城市地表径流量超过滞留区与过滤区滞留容纳能力时，可直接溢流进入设在排水层中开孔集排水管排放。

(11)出水控制管：出水控制管主要用于控制、延缓滞留区中滞留层地表径流的排放时间，通过变小排水管直径进行流量控制，通常使滞留层中的地表径流排放时间延长至5～7天，能够达到系统对NO₃ ^-N还原所需时间。

(12)开孔集排水管：开孔集排水管布置在排水层中，排放来不及向深层土壤渗透的地表径流。

(13)植物种植选择：植物是生态滞留过滤系统的重要组成部分，不仅对地表径流起着过滤与蒸腾的功能，而且发达根系植物的选择具有促进地表径流入渗的能力，另外对污染物的去除也发挥着重要的作用。从乡土种、根系发达、耐淹耐旱以及景观性等原则选择高大禾草类草本植物，如须芒草、细叶芒、柳枝稷、玉带草等。另外莎草科的风车草、鸢尾科西伯利亚鸢尾和千屈菜科千屈菜根据景观需要可种植。

Claims (4)

1.一种具脱氮功能的生态滞留过滤系统，主要包括滞水层、植物层、种植基质层、滞留层、排水层。

2.按照权利要求1所述，其特点在于：当不透水地表产生径流时，首先初期重污染径流进入生态滞留过滤系统的滞留区，地表径流通过入渗、过滤、渗透至滞留区的中下部暂时储存滞留在滞留区；设置在底部碎石层的集排水管控制径流出水流量，使初期重污染径流能够得到较长时间的停留，满足地表径流中NO₃-N还原所需时间。

3.按照权利1及权利2要求所述，其特点在于：当滞留区初期地表径流达到饱和，并超过滞留区上部滞水层时，后期地表径流通过溢流进入过滤区，地表径流经过入渗、过滤、渗透至过滤区底部碎石层，通过碎石层中开孔集排水管排放至雨水市政管网。

4.按照权利1、权利2及权利3要求所述，其特点在于：适合处理初期重污染地表径流污染；分区设计提高系统水力负荷，可应对高强度降雨；生态滞留系统滞留区可增加地表径流在系统的停留时间，提高对地表径流氮素的去除效果。