CN105621816A

CN105621816A - 一种多级城市面源污染净化处理槽

Info

Publication number: CN105621816A
Application number: CN201610151549.XA
Authority: CN
Inventors: 利锋; 谢晓杰
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: CN105621816B

Abstract

一种多级城市面源污染净化处理槽，所述净化处理槽包括预沉降池、多级雨水净化池和复合介质型人工湿地；所述预沉降池包括蓄水池、沉砂井、太阳能光催化系统、内连进水管和第一进水阀门；所述预沉降池与多级雨水净化池连接，所述多级雨水净化池与复合介质型人工湿地连接；所述蓄水池设置于预沉降池内部，所述沉砂井设置于预沉降池的内底面，所述太阳能光催化系统设置于预沉降池的外表面，所述内连进水管设置于预沉降池上；所述预沉降池与多级雨水净化池之间设有第一进水阀门。本发明结合复合介质型人工湿地，具备更好的污染物去除效果。人工湿地所包含的介质、植物、微生物等净水材料均取自大自然，且来源广泛，无二次污染问题。

Description

一种多级城市面源污染净化处理槽

技术领域

本发明涉及一种净化处理槽，具体涉及一种多级城市面源污染净化处理槽。

背景技术

近些年来，随着水体污染情况的愈加严峻，清洁水资源越来越少，开发新型能源，循环利用中水水资源等已成为亟待解决的重要课题。随着社会经济的迅猛发展，城镇化步伐的日益紧趋，城镇中各种难降解、易污染的建设材料、生活垃圾、泥沙等都会对雨水径流造成一定程度的污染。城市地表降雨携带大量的大气污染物、地表污染物排入集雨水管道系统，逐渐引为城市水体面源污染的一大难题。因此，若在收集雨水过程中不加以净化处理，不仅会造成雨水资源的浪费，受污染雨水的排放还会引起严重的水体污染环境问题。

初期雨水水质情况复杂，受区域、季节、地形等因素制约。我国的初期雨水净化利用尚处于起步阶段，现有技术工艺多数为物理净化，其主要流程多为集水、沉淀、过滤、水处理、供水等，这类简单的雨水处理工艺未能有效解决雨水水质恶化问题。当然，也有使用化学物质或以构建生态体系等方式改善雨水水质以期重重复利用的，但化学法易造成二次污染，相对而言生态法将是未来发展雨水净化利用的一大趋势。

中国专利CN202355936U通过设置初雨弃流腔和净化腔，将初期雨水巧妙地沉淀分离并过滤排出。但该装置虽结构简单，对污染较为严重的初期雨水，仍未能起到良好的净化治污的作用。

中国专利CN202625932U采用复合型人工湿地、蓄水池、清水池、沉沙井、控制井和活塞型空压机等组成生态雨水净化湿地系统，充分利用物理-化学-生物三重作用进行初期雨水处理利用。该工艺雨水净化、循环利用效果较好,且能形成较好的景观效果，但结构复杂,造价高,占用土地资源较多,运行维护工作量大,在实际应用难以推广。

中国专利CNIO5013244A和中国专利CNIO4496106A等雨水收集净化利用装置，或因其净化效果偏差，或因其设计复杂，不够经济，都限制了装置的实际应用。

发明内容

本发明克服上述缺陷，提供一种多级城市面源污染净化处理槽。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种多级城市面源污染净化处理槽，所述净化处理槽包括预沉降池、多级雨水净化池和复合介质型人工湿地；所述预沉降池包括蓄水池、沉砂井、太阳能光催化系统、内连进水管和第一进水阀门；所述预沉降池与多级雨水净化池连接，所述多级雨水净化池与复合介质型人工湿地连接；所述蓄水池设置于预沉降池内部，所述沉砂井设置于预沉降池的内底面，所述太阳能光催化系统设置于预沉降池的外表面，所述内连进水管设置于预沉降池上；所述预沉降池与多级雨水净化池之间设有第一进水阀门；所述复合介质型人工湿地铺设于透水砖地面，所述复合介质型人工湿地由从下至上依次层叠的衬底层、介质净化层和表土层构成，其中介质净化层的上方以平铺方式铺设有用于向介质净化层布水的布水管。

进一步地，还包括挡板结构；所述挡板结构设置于预沉降池与第一进水阀门之间；所述挡板结构包括固定板、拦渣板和拦渣栅；所述固定板设置于第一进水阀门下方，所述拦渣板通过拦渣栅与固定板连接。

进一步地，所述固定板设有一条以上的水平细长孔道，孔道内设有滤网。

进一步地，所述拦渣板所在平面与所述固定板所在平面平行且固定在预沉降池顶部，所述固定板中侧与所述拦渣栅相连；所述拦渣栅为滤网。

进一步地，所述太阳能光催化系统包括太阳能基板，以及一层以上的设置于基板表面的光催化薄膜层；所述光催化薄膜层为光催化纳米TiO₂层；所述光催化纳米TiO₂层的粒径为23nm～25nm；所述第一进水阀门为蝶式止回阀；所述的衬底层为夯实的自然土层；所述的介质净化层从下至上依此为陶粒层、水葫芦生物碳混合土层；所述表土层为疏松的自然土层。

进一步地，所述多级雨水净化池包括一级雨水处理室、二级雨水处理室、溢流雨水收集室、雨水通道和内连排水管；

所述一级雨水处理室与所述溢流雨水收集室并联布置，并与雨水通道、二级雨水处理室串联布置。

进一步地，所述一级雨水处理室和二级雨水处理室内设有铁碳净水层；所述一级雨水处理室与溢流雨水收集室底侧连有排水管；所述雨水通道底侧与排水管相连，顶侧与二级雨水处理室之间设有第二进水阀门；所述进水阀门采用蝶式止回阀；所述二级雨水处理室底部连有总排水管。

进一步地，所述铁碳净水层由从下至上依次相互交叠的碎石层、陶粒层和铁碳层组成；所述铁碳净化层与底部排水管、总排水管之间设有滤层；所述排水管横向布置有一个以上的排水孔；所述铁碳层由水葫芦生物碳和铁屑按照体积比为4:1～3:1混合而成，所述碎石层、陶粒层和铁碳层分别用土工布包裹放置。

进一步地，所述水葫芦生物碳是是由水葫芦纤维茎部在缺氧或绝氧的情况下，经高温慢热解产生的一类难熔的稳定的高度芳香化的富含碳素的固态物质；所述高温慢热解的温度为300℃～700℃。

进一步地，所述复合介质型人工湿地的介质层上种植挺水植物；所述挺水植物包括巨紫根水葫芦、旱伞草、芦苇或菖蒲。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

(1)雨水净化效果好，充分结合物理、化学及生物的三重作用，高效地降解雨水中的常规污染物甚至极细微污染物。

(2)结合复合介质型人工湿地，具备更好的污染物去除效果。人工湿地所包含的介质、植物、微生物等净水材料均取自大自然，且来源广泛,无二次污染问题。

(3)该净化槽生产成本低廉，组装简单快捷，可实现工厂大量生产投用；可在不同的环境下使用，装置适用性较强。

(4)运营维护成本低，无复杂的电机设备，所添加的铁碳混合层与介质层均为绿色材料，复合介质型人工湿地日常运行成本十分低廉。

附图说明

图1为本发明一种多级城市面源污染净化处理槽的结构示意图；

图2为本发明净化处理槽中太阳能光催化系统和挡板结构的结构示意图。

图中各个部件如下：

预沉降池1、多级雨水净化池2、复合介质型人工湿地3、蓄水池4、沉砂井5、太阳能光催化系统6、内连进水管7、第一进水阀门8、挡板结构9、一级雨水处理室10、二级雨水处理室11、溢流雨水收集室12、雨水通道13、内连排水管14、固定板16、拦渣板17、拦渣栅18、铁碳净水层19、第二进水阀门20、总排水管21、表土层3.1、介质净化层3.2、衬底层3.3、太阳能基板6.1、多层TiO₂光催化薄膜层6.2。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

如图1～图2所示，一种多级城市面源污染净化处理槽，所述净化处理槽包括预沉降池1、多级雨水净化池2和复合介质型人工湿地3；所述预沉降池1包括蓄水池4、沉砂井5、太阳能光催化系统6、内连进水管7和第一进水阀门8；所述预沉降池1与多级雨水净化池2连接，所述多级雨水净化池2与复合介质型人工湿地3连接；所述蓄水池4设置于预沉降池1内部，所述沉砂井5设置于预沉降池1的内底面，所述太阳能光催化系统6设置于预沉降池1的外表面，所述内连进水管7设置于预沉降池1上；所述预沉降池1与多级雨水净化池2之间设有第一进水阀门8；所述复合介质型人工湿地3铺设于透水砖地面，由从下至上依次层叠的衬底层3.3、介质净化层3.2、表土层3.1构成，介质净化层的上方以平铺方式铺设有用于向介质净化层3.2布水的布水管。还包括挡板结构9；所述挡板结构9设置于预沉降池1与第一进水阀门8之间；所述挡板结构9包括固定板16、拦渣板17和拦渣栅18；所述固定板16设置于第一进水阀门8下方，所述拦渣板17通过拦渣栅18与固定板16连接。所述固定板16设有一条以上的水平细长孔道，孔道内设有滤网。所述拦渣板17所在平面与所述固定板16所在平面平行且固定在预沉降池1顶部，所述固定板16中侧与所述拦渣18栅相连；所述拦渣栅18为滤网。所述太阳能光催化系统6包括太阳能基板6.1，以及一层以上的设置于基板表面的光催化薄膜层6.2；所述光催化薄膜层6.2为光催化纳米TiO₂层；所述光催化纳米TiO₂层的粒径为23nm～25nm；所述第一进水阀门8为蝶式止回阀；所述的衬底层3.3为夯实的自然土层；所述的介质净化层3.2从下至上依此为陶粒层、水葫芦生物碳混合土层；所述表土层3.1为疏松的自然土层。所述多级雨水净化池2包括一级雨水处理室10、二级雨水处理室11、溢流雨水收集室12、雨水通道13和内连排水管14；所述一级雨水处理室10与所述溢流雨水收集室12并联布置，并与雨水通道13、二级雨水处理室11串联布置。所述一级雨水处理室10和二级雨水处理室11内设有铁碳净水层19；所述一级雨水处理室10与溢流雨水收集室12底侧连有排水管14；所述雨水通道13底侧与排水管14相连，顶侧与二级雨水处理室之间设有第二进水阀门20；所述进水阀门采用蝶式止回阀；所述二级雨水处理室底部连有总排水管21。所述铁碳净水层19由从下至上依次相互交叠的碎石层、陶粒层和铁碳层组成；所述铁碳净化层19与底部排水管14、总排水管21之间设有滤层；所述排水管横向布置有一个以上的排水孔；所述铁碳层由水葫芦生物碳和铁屑按照体积比为4:1～3:1(本实施例采用4:1)混合而成，所述碎石层、陶粒层和铁碳层分别用土工布包裹放置。所述水葫芦生物碳是是由水葫芦纤维茎部在缺氧或绝氧的情况下，经高温慢热解产生的一类难熔的稳定的高度芳香化的富含碳素的固态物质；所述高温慢热解的温度为300℃～700℃(本实施例采用400℃)。所述复合介质型人工湿地的介质层上种植挺水植物；所述挺水植物包括巨紫根水葫芦、旱伞草、芦苇或菖蒲(本实施例采用旱伞草)。

本发明一种多级城市面源污染净化处理槽的工作过程如下：城市降水期，雨水从城市排水系统经进水管7进入预沉降池1；初期，雨水水位降低，少量雨水可从挡板结构9的固定板16所设的孔道进入雨水净化室2；随着降水量的增加，蓄水池4内雨水水位逐渐上升，雨水中的泥沙等较大固体颗粒物会沉淀在预沉降池1底部的沉砂井5中；同时，太阳能光催化系统6在太阳能源的催动下，基板6.1表面的多层TiO₂光催化薄膜层6.2开始催化降解雨水中的极难溶悬浮污染物等；随着雨水水位的上涨，当水位到达挡板结构9的拦渣板17时，雨水中的漂浮物被拦渣板17拦截，雨水从拦渣板17右边涌入，雨水中的微悬浮物被拦渣栅18拦截，雨水从第一进水阀门8流入雨水净化池2；另外，当城市降水落入复合介质型人工湿地3中时，表土层3.1中的布水管15将雨水均匀分布并渗入介质净化层3.2中，雨水经介质净化层3.2处理后渗入衬底层3.3，最终通过透水砖地表注入雨水净化池2；雨水流入一级雨水处理室10，经由铁碳净化层19的净化处理后，通过下部滤层与底部排水管14设有的排水孔注入排水管14中；当城市降水量陡增时，因后期雨水水质污染物较少，雨水可直接漫入溢流雨水收集室11并注入排水管14中；排水管14将一级净化后的雨水排入雨水通道13中，雨水由第二进水阀门20流入二级雨水处理室，并经铁碳净化层19净化处理后注入总排水管21排出。

实施例1

本实施例中，将本发明的净化处理槽设置在广州市某街道道路两旁浅沟区；

一种多级城市面源污染净化处理槽，包括预沉降池1和多级雨水净化池2和复合介质型人工湿地3，所述净化处理槽采取地埋式设置在街道旁低地势区；净化处理槽的太阳能光催化系统6中的TiO₂光催化薄膜层的粒径采用23nm，铁碳净化层19分为六层，其顶层和底层均为碎石层，厚度为10cm，中间层由陶粒层和铁碳层次第设置，每层厚度给为5cm；复合介质型人工湿地上种植旱伞竹植物；

城市街道道路初期雨水流经本发明多级城市面源污染净化处理槽，分别采用重铬酸钾法、分光光度法和过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，对雨水净化前后COD_Cr浓度、浊度、TN浓度进行检测对比。数据如下：

结果表明，该多级城市面源污染净化处理槽对COD_Cr去除率基本在60％－75％，对浊度去除率基本在70％-75％，对TN去除率基本在60％－70％。由此可见，本发明装置对城市街道雨水径流具有明显的净化效果，

实施例2：

本实施例中，将本发明的净化处理槽设置在广州市某小区屋顶绿化区；

一种多级城市面源污染净化处理槽，包括预沉降池1和多级雨水净化池2和复合介质型人工湿地3，所述装置设在某小区屋顶绿化区；净化处理槽的太阳能光催化系统6中的TiO₂光催化薄膜层的粒径采用25nm，铁碳净化层19分为四层，其顶层和底层均为碎石层，厚度为5cm，中间层由陶粒层和铁碳层次第设置，每层厚度给为5cm；复合介质型人工湿地上种植旱伞竹植物；

屋顶初期雨水流经本发明多级城市面源污染净化处理槽，分别采用重铬酸钾法、分光光度法和过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，对雨水净化前后COD_Cr浓度、浊度、TN浓度进行检测对比。数据如下：

结果表明，该多级城市面源污染净化处理槽能较为高效地去除屋顶雨水中COD_Cr浓度、浊度、TN浓度，对COD_Cr去除率基本在60％－70％，对浊度去除率基本在60％，对TN去除率基本在60％－70％。

综合上述数据可见，本发明装置能有效处理城市面源污染问题，且处理效果较佳，且本发明装置包含浅层复合介质型人工湿地，不仅可施用于道路浅沟、屋顶绿化上，还可以应用于农田净水和河堤景观各类不同的环境。

Claims

1.一种多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：所述净化处理槽包括预沉降池（1）、多级雨水净化池（2）和复合介质型人工湿地（3）；

所述预沉降池（1）包括蓄水池（4）、沉砂井（5）、太阳能光催化系统（6）、内连进水管（7）和第一进水阀门（8）；

所述预沉降池（1）与多级雨水净化池（2）连接，所述多级雨水净化池（2）与复合介质型人工湿地（3）连接；所述蓄水池（4）设置于预沉降池（1）内部，所述沉砂井（5）设置于预沉降池（1）的内底面，所述太阳能光催化系统（6）设置于预沉降池（1）的外表面，所述内连进水管（7）设置于预沉降池（1）上；所述预沉降池（1）与多级雨水净化池（2）之间设有第一进水阀门（8）；所述复合介质型人工湿地（3）铺设于透水砖地面，所述复合介质型人工湿地（3）由从下至上依次层叠的衬底层（3.3）、介质净化层（3.2）和表土层（3.1）构成，其中介质净化层的上方以平铺方式铺设有用于向介质净化层（3.2）布水的布水管。

2.根据权利要求1所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：还包括挡板结构（9）；所述挡板结构（9）设置于预沉降池（1）与第一进水阀门（8）之间；所述挡板结构（9）包括固定板（16）、拦渣板（17）和拦渣栅（18）；所述固定板（16）设置于第一进水阀门（8）下方，所述拦渣板（17）通过拦渣栅（18）与固定板（16）连接。

3.根据权利要求2所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：所述固定板（16）设有一条以上的水平细长孔道，孔道内设有滤网。

4.根据权利要求2所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：所述拦渣板（17）所在平面与所述固定板（16）所在平面平行且固定在预沉降池（1）顶部，所述固定板（16）中侧与所述拦渣（18）栅相连；所述拦渣栅（18）为滤网。

5.根据权利要求1所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：所述太阳能光催化系统（6）包括太阳能基板（6.1），以及一层以上的设置于基板表面的光催化薄膜层（6.2）；所述光催化薄膜层（6.2）为光催化纳米TiO₂层；所述光催化纳米TiO₂层的粒径为23nm~25nm；所述第一进水阀门（8）为蝶式止回阀；所述的衬底层（3.3）为夯实的自然土层；所述的介质净化层（3.2）从下至上依此为陶粒层、水葫芦生物碳混合土层；所述表土层（3.1）为疏松的自然土层。

6.根据权利要求1所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：所述多级雨水净化池（2）包括一级雨水处理室（10）、二级雨水处理室（11）、溢流雨水收集室（12）、雨水通道（13）和内连排水管（14）；

所述一级雨水处理室（10）与所述溢流雨水收集室（12）并联布置，并与雨水通道（13）、二级雨水处理室（11）串联布置。

7.根据权利要求6所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：所述一级雨水处理室（10）和二级雨水处理室（11）内设有铁碳净水层（19）；所述一级雨水处理室（10）与溢流雨水收集室（12）底侧连有排水管（14）；所述雨水通道（13）底侧与排水管（14）相连，顶侧与二级雨水处理室之间设有第二进水阀门（20）；所述进水阀门采用蝶式止回阀；所述二级雨水处理室底部连有总排水管（21）。

8.根据权利要求7所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：所述铁碳净水层（19）由从下至上依次相互交叠的碎石层、陶粒层和铁碳层组成；所述铁碳净化层（19）与底部排水管（14）、总排水管（21）之间设有滤层；所述排水管横向布置有一个以上的排水孔；所述铁碳层由水葫芦生物碳和铁屑按照体积比为4:1～3:1混合而成，所述碎石层、陶粒层和铁碳层分别用土工布包裹放置。

9.根据权利要求8所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于，所述水葫芦生物碳是是由水葫芦纤维茎部在缺氧或绝氧的情况下，经高温慢热解产生的一类难熔的稳定的高度芳香化的富含碳素的固态物质；所述高温慢热解的温度为300℃～700℃。

10.根据权利要求1所述的多级城市面源污染净化处理槽，其特征在于：所述复合介质型人工湿地的介质层上种植挺水植物；所述挺水植物包括巨紫根水葫芦、旱伞草、芦苇或菖蒲。