CN106277568A - 一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施 - Google Patents

一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施 Download PDF

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Abstract

一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施，是针对现有技术的不足以及南方红壤区的地域特色，提供了一种采用红壤、沸石和堆肥作为复合介质、结构简单、管理方便、脱氮除磷效果好和渗透系数高的径流雨水生物滞留设施，包括进水管、前置池、生物滞留设施主体；所述的生物滞留设施主体从上到下包括存水区、树皮覆盖层、复合介质层、过滤砂层、砾石排水层以及穿孔PVC排水管；复合介质层中可以种植鸢尾或菖蒲等耐涝耐旱的植物。本发明利用红壤区的区域优势和多介质的优化组合，实现对径流雨水中氮磷等污染物的高效净化，设施设计简单灵活，适用性强。

Description

一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施
技术领域
本发明涉及的一种径流雨水处理设施，属于环境保护领域。
背景技术
城镇化是当今世界社会经济发展的一个主要趋势，其水平的提高是衡量一个国家经济发展和现代文明水平的重要标志。但随着城市化水平的提高，在改善人类物质生活条件的同时，也给城市带来了严重的水文及水质问题。
为缓解城市化带来的各种环境问题，住建部于2014年11月发布了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，要求各地在城市化建设过程中，推广和应用低影响开发模式，缓解城市内涝、削减径流污染负荷、节约水资源等。其中生物滞留设施是低影响开发中应用较为广泛的技术，目前已有部分专家学者在生物滞留设施方面申请了专利，如，余雪松发明了一种简单的处理径流雨水的生物滞留设施（公布号：CN 104652596A），该发明虽然简单，但却没有针对性，不适宜生物滞留设施在特定地方的推广，而傅大放等人公布了发明了一种适用于苏南农村地区径流雨水的生物滞留设施（公布号：CN105236587 A），该发明虽然有一定的针对性，但该发明需要有一定的水力停留时间，这不利于径流雨水水量的调控。
生物滞留设施在不同的气候条件，不同的地区，其污染物去除效果有一定的差异，生物滞留设施的构建应该因地制宜，切不可照搬照抄。为海绵城市的构建，生物滞留设施在南方红壤区的应用，根据南方红壤区的气候条件、土壤特性等对生物滞留池进行本土性的优化改进，推广其在南方红壤区的应用，并解决城市化带来的面源污染及水文问题。南方红壤具有有机质低、渗透能力弱、易板结等缺点，其中红壤的渗透系数仅为1.5×10-6m/s，不适宜单独用于生物滞留设施的构建，通过在红壤中添加一定的有机质以及沸石等功能性吸附材料，以增加其污染物去除效果，渗透性能，并为植物的生长提供必要的营养。
发明内容
本发明针对现有技术的不足以及南方红壤区的地域特色，提供了一种采用红壤、沸石和落叶堆肥作为复合介质、结构简单、管理方便、脱氮除磷效果好的雨水径流生物滞留设施。径流雨水进入前置池后，再流入生物滞留池主体，通过复合介质层强化对雨水径流中氮磷污染物的去除效果。
所述生物滞留设施包括进水管、前置池、生物滞留设施主体；
所述生物滞留设施主体，从上至下依次为存水区、树皮覆盖层、复合介质层、过滤砂层、砾石排水层和穿孔PVC排水管；所述存水区为20cm，树皮覆盖层为5cm，复合介质层为35cm，过滤砂层为10cm，砾石排水层为20cm，穿孔PVC排水管直径为150mm；所述穿孔PVC排水管穿孔孔径为15mm，砾石级配要求满足<5%通过20mm筛孔。
所述复合介质层包括红壤、沸石和落叶堆肥，沸石粒径为2~4mm，红壤、沸石和落叶堆肥三者的体积比例为7:12:1；复合介质的渗透系数为5.58×10-5m/，较红壤的1.5×10- 6m/s渗透系数有了较大的改善。
所述复合介质层上种植净化污染物能力强，并耐旱耐涝适宜本地环境的植物，如菖蒲、鸢尾、美人蕉、芦苇等。
本发明的有益效果：径流雨水中的氮磷等污染物通过复合介质层的净化可以得到有效的去除，雨水经过生物滞留设施得以下渗，削减径流流量以及延迟洪峰，并在复合介质层上种植植物，具有一定的景观效益。本发明利用红壤区的区域优势和多介质的优化组合，实现对雨水径流中氮磷等污染物的高效净化，设施设计简单灵活，适用性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为穿孔排水管示意图；
图中：1—进水管；2—前置池；3—水生植物；4—清淤立管；5—存水区；6—树皮覆盖层；7—复合介质层；8—过滤砂层；9—砾石排水层；10—穿孔PVC排水管；11—雨水篦子；12—地面；13—堵头； 14—直径15mm的钻孔；
图3为本发明模拟多介质生物滞留设施对各种污染物的处理效果图；
图中横坐标为污染物种类: A—总氮；B—氨氮；C—硝氮；D—总磷；E—生化需氧量；F—总颗粒悬浮物; 纵坐标为去除率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明为一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施，包括进水管、前置池、生物滞留设施主体。
生物滞留设施进水处设有进水管（1）和前置池（2），路面径流雨水经进水管(1)收集后排入至前置池(2)，径流雨水得以消能并进入生物滞留设施主体。
生物滞留设施主体从上至下依次为存水区(5)、树皮覆盖层(6)、复合介质层(7)、过滤砂层(8)以及砾石排水层(9)。
复合介质层(7)上种植净化污染物能力强，并耐旱耐涝适宜本地环境的植物，如菖蒲、鸢尾、美人蕉、芦苇等。
生物滞留设施底部的砾石排水层(9)设置有穿孔PVC排水管(10)，雨水径流经过生物滞留设施主体净化后由穿孔排水管收集并排出。
本发明处理雨水径流的工作过程是：
径流雨水由进水管(1)或直接由地面流入前置池(2)，由前置池消能调节后再进入生物滞留设施主体。径流雨水中的氮磷等污染物经过复合介质层(7)的过滤吸附作用以及植物(3)的同化吸收作用得以去除。设施稳定后，植物不断的吸收复合介质层中的氮磷等污染物，从而使复合介质层的吸附能力得以恢复。经过处理后的径流雨水在砾石排水层(9)中，由穿孔PVC排水管(10)收集并排出。
采用直径200mm的PVC管构建模拟生物滞留设施土柱，通过人工模拟径流雨水的进水方式，测试生物滞留设施对总氮、氨氮、硝氮、总磷、生化需氧量和总颗粒悬浮物的去除效果。每次进模拟径流雨水9L，水流由上而下流过生物滞留设施主体，收集出水水样并监测其污染物浓度，去除率的计算公式为：去除率=(进水体积×进水浓度—出水体积*出水浓度)/(进水体积×进水浓度)×100%。模拟径流雨水水质及经过本发明处理后的出水水质见表1。
表1 多介质生物滞留设施进出水水质
水质指标 总氮(mg/L) 氨氮(mg/L) 硝氮(mg/L) 总磷(mg/L) 生化需氧量(mg/L) 总颗粒悬浮物(mg/L)
模拟径流雨水浓度 6.00 3.00 3.00 1.00 150.00 250.00
平均出水浓度 3.65 0.47 2.87 0.04 34.63 3.71
城镇污水处理厂一级A标准 15 5 — 0.5 50 10
地表水Ⅴ类标准 2 2 — 0.4 40 —

Claims (5)

1.一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施，其特征在于：所述的生物滞留设施包括进水管、前置池、生物滞留设施主体。
2.根据权利要求1所述的一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施，其特征在于：所述生物滞留设施主体从上至下依次为存水区、树皮覆盖层、复合介质层、过滤砂层、砾石排水层和穿孔PVC排水管。
3.根据权利要求2所述的一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施，其特征在于：所述复合介质层包括红壤、沸石和落叶堆肥，沸石的粒径为2~4mm，红壤、沸石和落叶堆肥三者体积比例为7:12:1。
4.根据权利要求2所述的一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施，其特征在于：所述存水区为20cm，树皮覆盖层为5cm，复合介质层为35cm，过滤砂层为10cm，砾石排水层为20cm，穿孔PVC排水管直径为150mm。
5.根据权利要求2所述的一种适用于南方红壤区的多介质生物滞留设施，其特征在于：所述的穿孔PVC排水管的穿孔孔径为15mm，砾石级配要求满足<5%通过20mm筛孔。
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