CN106630430A - 一种海绵城市关键模块作用下的地下水污染循环净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种海绵城市关键模块作用下的地下水污染循环净化系统，包括污染收集模块、净化模块、储水用水设施。所述污染收集模块包括地表集污池和提污井，可以控制污染源的埋设高度，模拟不同位置的污染物来源；所述净化模块包括植物、植物种植层、净化物料填充层和砾石层，可实际模拟单元化的净化模块。所述储水用水设施包括蓄水井、用水井，可实际模拟经过净化的水的去处。本系统中，模块之间管道内水体的运移依靠重力下的自然流，地下水的运移依靠污染收集模块抽水与储水用水设施进水后形成的水头差，具有节能特性。应用本系统，可以有效地将城市不同位置的污染水源进行净化，并将部分水进行日常使用，将部分水用于地下水的更新循环，达到净化城市地下水的功效。

Description

一种海绵城市关键模块作用下的地下水污染循环净化系统

技术领域

本发明属于利用海绵城市关键模块来净化地下水并形成循环的技术范畴，涉及对污染水体的净化与循环系统。在特定尺度范围内，在长期可持续效应下，可使地下污染水与净化后的水形成循环。

技术背景

近年来，随着城市化迅速发展、城市面积扩大、城市环境质量下降，改善此情况的愿望增强，城市雨水管理利用受到了前所未有的重视。面对城市缺水、洪涝灾害频发、城市对污染水体自净能力低下等环境问题，中国政府提出了“海绵城市建设”理念，从而为城市生态基础建设的雨水管理提供了明确的指导方针。海绵城市建设的核心思想为“自然积蓄、自然渗透、自然净化”。

从城市整体规划的角度出发，在城市整体规模基础上，形成有序的格局和运行系统，城市建设相关行业自然协作进行有规律的城市建设和运行管理，从而实现海绵城市建设“自然蓄积、自然渗透、自然净化”的核心理念，达到城市绿色环境生态系统对雨水最大限度地自然利用、节约灌溉用水；对生态系统从规模、生物量到生态作用最大限度扩大和发展；并对大环境空气粉尘、污染水体等自然控制、减少和降低，同时减少进入河湖污染物质，减少富营养化作用等，增强城市自净能力；减少雨水排水泥沙携带，减轻排水系统堵塞等，使城市系统运行保持可持续性。

因此，开发一个可持续的可用来实现城市污染水体自净的系统就显得尤为重要。

发明内容

本发明为一种海绵城市关键模块作用下的地下水污染循环净化系统，目的在于有效地将来自城市地表及地下的污染水体进行收集并净化，将小部分水进行储存、用于日常生活，将大部分水用于地下水的循环，在长期作用下达到净化城市地下水的功效。

本发明技术方案：

一种海绵城市关键模块作用下的地下水污染循环净化系统，其特征在于，包括污染收集模块1、净化模块2、储水用水设施3，其中：

一、所述污染收集模块1用来收集来自地表的径流污染和储藏在地下的污染地下水，它包括地表集污池4、提污井5；

所述地表集污池4接受径流污染；

所述提污井5提供埋藏在地下的污染地下水，通过抽水泵和抽水管6抽取；所述抽水泵及抽水管6由抽水泵和抽水管组成，上端连接到输水管道7；所述输水管道7，连接净化模块2和污染收集模块1；

二、所述净化模块2，包括植被8、植被种植层9、土工布10、净化物料填充层11和砾石层12；

所述植被8，由不同的植物组成；

所述植被种植层9，由锯末、生物炭和土壤组成，该层中埋设溢流管13；所述溢流管13，上端连接溢流口，下端连接市政排水管网；

所述土工布10，分别位于植被种植层9、净化物料填充层11以下，土工布10分隔植被种植层9、净化物料填充层11和砾石层12；

所述净化物料填充层11，由不同粒径的细砂和生物炭组成；

所述砾石层12，位于净化物料填充层11以下，由大粒径的砾石组成，下方连接排水管道14；

所述排水管道14，连接净化模块2和储水用水设施3；

三、所述储水用水设施3，包括蓄水井15和用水井16；所述蓄水井15，位于排水管道14末端；所述用水井16，位于蓄水井15下游，通过管道连接。

本发明中，所述地表集污池4，收集径流污染，所收集的污水直接流入净化模块2。

本发明中，所述提污井5，位于地下水污染物浓度较高处，井中污染地下水被伸入井中的泵管抽出，流入净化模块2，井壁为多孔渗透壁，可接受外围水体渗透进入。

本发明中，所述植被8由经过挑选的不同植物组成，由污染物性质和地区生态特色决定。

本发明中，所述植被种植层9由锯末、生物炭和土壤组成，按1:1:8的体积比进行混合，厚度250mm～350mm，为植物提供营养的同时可以少量吸附水中的重金属等污染物。

本发明中，所述是净化物料填充层11，厚度400mm～500mm，由砂粒与生物炭按体积比7:3配制而成，砂粒由5种不同粒径(0.075～0.25mm、0.25～0.5mm、0.5～2mm、2～5mm、5～20mm)按体积比1:1:1:1:1组成，砂粒自下而上分五层铺设，粒径越来越大，生物炭颗粒混合在砂粒之间。该层可以彻底净化水体。

本发明中，所述砾石层12，厚度15mm～20mm，由粒径为20～60mm的砾石铺设而成，起到支撑上部各层和涵养净水的功能。

本发明中，所述储水用水设施3包括蓄水井15和用水井16，蓄水井15井壁为多孔渗透壁15-1，井内水体可以在土壤中自由扩散；用水井16井壁铺设防渗透膜16-1，储存净水用于周围的植被灌溉，车辆的清洗、喷泉景观用水等。首先保证净水注满蓄水井15，溢出的水体通过管道流入用水井16。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用系统结构，由污染收集模块、净化模块和储水用水设施组成，可以完整地模拟一整套地下水污染循环净化系统。

2、循环开始端的纳污系统具有多样性，可以收集来自地表和地下的污染水体。径流污染流入地表集污池，直接通过自重效应流入净化模块；存储在地下的污染地下水，通过水泵抽取，汇入输水管道，从而流入净化模块。

3、可以作为一个小尺度工具，用于对某处污染源的净化。当城市某处出现一个集中的污染源时，可以将此系统设置在该污染源附近，依据污染的严重程度、所给的净化时间来决定所需系统的尺度大小。

4、可以作为一个大范围的区域系统，应用于一整座城市或者更大的地方。当某大面积区域中存在各种污染收集模块，无论面积大小，都可以采用本系统，本系统的净化模块部分并不是一个单一的模块，可以根据实际情况采用多个净化模块相连接。

5、本发明的净化模块存在可变性，因地制宜。净化模块由雨水花园、植草沟、人工湿地、生态滞留区等海绵城市模块构成，可以根据系统应用地区的具体生态情况决定植被、土层、填料。

6、净化所得的水分两部分使用。大部分的水用于更新地下水，补给被抽取的提污井中的水体，从而达到整个系统的循环。可透水的提污井中的水体被抽取，水头减小，可透水的蓄水池周边由于净水的输入，水头增大，所以在水头差作用下，净水流向提污井处，在长期效应下，可使地下污水与净化后的水形成可持续的循环，净化城市地下水。小部分的净水储存于不透水的用水井中可用于周围的植被灌溉，车辆的清洗、喷泉景观用水等。

附图说明

图1为本发明所述系统的流程图；

图2为本发明所述系统的主视图；

图3为本发明所述系统的平面图；

图4为本发明所述系统的净化模块左视图；

图5为本发明所述系统的污染收集模块左视图；

图6为本发明所述系统的储水用水设施左视图；

图中标号：

1污染收集模块，2净化模块，2-1净化模块周边防渗薄膜，3储水用水设施，4地表集污池，4‐1地表集污池周边防渗薄膜，5提污井，5-1提污井周边多孔渗透壁，6抽水泵及抽水管，7输水管道，8植被，9植被种植层，10土工布，11净化物料填充层，12砾石层，13溢流管，14排水管道，15蓄水井，15-1蓄水井周边多孔渗透壁，16用水井，16-1用水井周边防渗薄膜，17周围土壤。

具体实施方式

本发明是一种海绵城市关键模块作用下的地下水污染循环净化系统，可以收集来自城市地表及地下的污染水体，对污染水体进行净化，并将净水加以利用，让净水在地下水层中按水头差方向流动，在长期作用下，可持续地净化城市地下水，达到节约水资源、提高城市水资源利用效率的目的。下面结合附图和具体实施例对使本专业技术人员更全面地理解本发明，但本发明并不仅仅局限于此。

实施例1

本发明为一种海绵城市关键模块作用下的地下水污染循环净化系统，可以以整个城市为范围设立该系统，也可在医院、校园、垃圾填埋场、公园等处设立小型系统，具体包括以下步骤：

首先，确定该区域污染收集模块1的位置，地表集污池4处于地势较高的地方，提污井5位于地下，蓄水井15和用水井16(储水用水设施3)选取地势较低处进行开挖，净化模块2位于污染收集模块1和储水用水设施3之间。

地表集污池4处于地势较高的地方，地表的径流污染汇集入地表集污池4；提污井5开挖在地下，用于储存城市污水管网排出的污水，垃圾堆积场渗入地下的污染水体等。

地表集污池4出口端连接输水管道7，输水管道7具有一定的坡度，地表集污池4中的水体可以在重力作用下流入净化模块2中。提污井5顶部设置抽水泵，抽水管伸入提污井15，水泵出水口与输水管道7连接，抽取的水体与地表集污池中水体汇合，流入净模块2中。

地表集污池4的四周及底部铺设防渗薄膜4-1，与土壤不连通；提污井5的井壁为多孔渗透壁5-1，与周围土壤连通，可以发生水体交换。

净化模块2由一个或多个海绵城市关键模块组成。在输水管道7的出水口下方开挖净化模块2所需空间，空间四周和底部铺设防渗薄膜2-1。净化模块自下而上依次布置为：砾石层12、土工布10、净化物料填充层11、土工布10、植物种植层9、植被8。

在防渗薄膜2-1上铺设砾石层12，厚度15mm～20mm，由粒径为20～60mm的砾石铺设而成，兼有支撑和涵养水体的作用，与排水管道14相连接。

在砾石层12上方铺设净化物料填充层11，两层之间通过土工布10隔开，防止细砂和生物炭颗粒落入砾石12层中。净化物料填充层11厚度400mm～500mm，由砂粒与生物炭按体积比7:3配制而成，砂粒由5种不同粒径(0.075～0.25mm、0.25～0.5mm、0.5～2mm、2～5mm、5～20mm)按体积比1:1:1:1:1组成，砂粒自下而上分五层铺设，粒径越来越大，生物炭颗粒混合在砂粒之间。该填充层具有充分过滤污染物、吸附污染物能力强的特点，可以彻底净化水体。

在净化物料填充层11上方铺设植物种植层9，两层之间通过土工布10隔开。植物种植层9厚度250mm～350mm，填充物为锯末、生物炭、土壤的混合物，按1:1:8的体积比进行混合。这种土壤混合物具有一定的污染物吸附能力、土质蓬松、营养丰富。有利于净化系统吸附污染水体中的重金属等污染物，有利于水体的下渗，也有利于植物的生长。

植物种植层9中铺设有溢流管13，溢流管13的上端口高出植物种植层50～100mm，下端口连接市政排污管网，用来应对极端水文条件下水体溢出净化模块2的情况。

净化后的水体通过排水管道14在重力作用下排入蓄水井15和用水井16，两者在地势较低的地方进行开挖，用水井16位于蓄水井15的下游，首先保证净水注满蓄水井15，溢出的水体通过管道流入用水井16。蓄水井15用于地下水循环，井壁为多孔渗透壁15-1，井中水体可以与周围水体进行交换；(占多数)用水井16用于储存日常用水，井壁铺设防渗薄膜16-1。(占少数)

该发明利用污水收集，植物、砂粒、生物炭和土壤对水体的净化功能，净水的再利用，地下水在水压作用下的扩散实现对污水的处理及循环，系统的完整过程如下：

城市地表和地下的污水被集中并排入海绵城市净化模块2，污水与植被8以及植物种植层9接触，水中较大的颗粒物被拦截，并通过生物炭的吸附得到部分净化。水体透过土工布10来到净化物料填充层11，得到彻底的净化，并进入砾石层12，通过排水管道14排入储水用水设施3中。首先保证净水注满蓄水井15，溢出的水体通过管道流入用水井16。用水井16中的水体可以长期储存，用于周围的植被灌溉，车辆的清洗、喷泉景观用水等。蓄水井15中的水体用于地下水循环净化——提污井5中的水体被抽取，水头减小，蓄水井15周边由于净水的输入，水头增大，所以在水头差作用下，净水流向提污井5处，在长期效应下，可使地下污水与净化后的水形成可持续的循环，从而改善地下水环境。此外，植物种植层9中铺设的溢流管13上端口高出植物种植层50～100mm，下端口连接市政排污管网，以应对极端水文条件下水体溢出净化模块2的情况。

可以作为一个大范围的系统，应用于一整座城市或者更大的地方。当某大面积区域中存在发明所述污染收集模块1，无论面积大小，都可以采用本系统，本系统的净化模块部分并不是一个单一的模块，可以根据实际情况采用多个净化模块2相连接。

净化模块2存在可变性，因地制宜。净化模块由雨水花园、植草沟、人工湿地、生态滞留区等海绵城市模块构成，可以根据系统应用地区的具体生态情况决定植被、土壤、填料等。

Claims (1)

1.一种海绵城市关键模块作用下的地下水污染循环净化系统，其特征在于，包括污染收集模块(1)、净化模块(2)、储水用水设施(3)，其中：

一、所述污染收集模块(1)用来收集来自地表的径流污染和储藏在地下的污染地下水，它包括地表集污池(4)、提污井(5)；

所述地表集污池(4)接受径流污染；

所述提污井(5)提供埋藏在地下的污染地下水，通过抽水泵和抽水管(6)抽取，上端连接到输水管道(7)；所述输水管道(7)，连接净化模块(2)和污染收集模块(1)；

二、所述净化模块(2)，包括植被(8)、植被种植层(9)、土工布(10)、净化物料填充层(11)和砾石层(12)；

所述植被(8)，由不同的植物组成；

所述植被种植层(9)，由锯末、生物炭和土壤组成，该层中埋设溢流管(13)；所述溢流管(13)，上端连接溢流口，下端连接市政排水管网；

所述土工布(10)，分别位于植被种植层(9)、净化物料填充层(11)以下，土工布(10)分隔植被种植层(9)、净化物料填充层(11)和砾石层(12)；

所述净化物料填充层(11)，由不同粒径的细砂和生物炭组成；

所述砾石层(12)，位于净化物料填充层(11)以下，由大粒径的砾石组成，下方连接排水管道(14)；

所述排水管道(14)，连接净化模块(2)和储水用水设施(3)；

三、所述储水用水设施(3)，包括蓄水井(15)和用水井(16)；所述蓄水井(15)，位于排水管道(14)末端；所述用水井(16)，位于蓄水井(15)下游，通过管道连接。