CN106865774B - 一种基于建筑垂直绿化的雨水净化系统 - Google Patents

一种基于建筑垂直绿化的雨水净化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于建筑垂直绿化的雨水净化系统，属于环境保护技术领域，它包括有从上至下的多个子系统组成，子系统包含串联的两级AO雨水处理单元，AO雨水处理单元为由上至下排列的好氧单元（3）、耗氧单元（4）和缺氧单元（5），AO雨水处理单元固定于墙壁附架（2）上，屋顶雨水收集管（1）的出水口引流至顶层第一个子系统的AO雨水处理单元的好氧单元（3），末端子系统第二级AO雨水处理单元的第二密闭暗箱的出水通过净水排水管（55）排向城市景观水体或绿地。本发明的优点，实现了雨水的净化和长期储存，雨水回用浇灌垂直绿化植被，节约了水源和能源，减少了洪涝灾害的损害。

Description

一种基于建筑垂直绿化的雨水净化系统
技术领域
本发明属于市政工程、环境保护技术领域，具体涉及一种基于建筑垂直绿化的雨水净化系统。
背景技术
随着城市化进程的加快，城市规模迅速扩大，环境问题层出不穷，城市生态环境建设已成为可持续发展的重中之重。但是城市发展中一系列基础设施的兴建必然与城市绿化用地相矛盾，因此传统的地面绿化已无法满足城市绿化的需要，而垂直绿化作为一种新兴的绿化形式，占地面积小而绿化覆盖面积大，不仅节约了土地资源，增加了绿化率，而且还起到了保温隔热、节能、减噪、缓解热岛效应等作用。因此，垂直绿化已成为现代化城市中一种不可或缺的绿化形式。目前，我国的垂直绿化工作正处在快速发展的阶段。虽然垂直绿化已经具有一定水平，但是地域发展不均衡、新型应用模式尚未开发等问题仍比较突出。
近年来，由于我国城市内涝灾害频发，如何科学、有效地解决城市内涝成为政府与专业人员关注的热点。除城市内涝外，雨水径流污染是我国城市水污染治理过程中必须面对的另一重大课题。通过兴建排水防涝工程和污水厂可以达到防治或减轻洪涝灾害，以及从末端降低雨水径流污染的目的，但其工程投资较大。
中国专利文件CN105821923A于2016年8月3日公开了一种建筑墙面垂直绿化雨水利用结构，它包含墙体和安装在墙体一侧的排水管，所述墙体的墙基的一侧设置有集水池，该集水池与排水管相连通，所述排水管的一侧设置有数个等距排列的种植槽，该种植槽内填充有轻质种植基质，所述种植槽的底部设置有集水槽，所述的集水槽通过导水管与排水管相连通。该发明通过利用屋顶雨水资源，可以减少雨水排放对城市管网造成的压力；能够节约用水，实现海绵城市的建设目标；降低建筑墙面温度和增加环境湿度，节约能源。但是，该专利未能对雨水进行净化处理，雨水不能长时间存储实施浇灌回用。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明所要解决的技术问题就提供基于建筑垂直绿化的雨水净化系统，它能对雨水净化处理，实现雨水长时间存储，又能对雨水的削峰、截污、还能回用浇灌。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有从上至下的多个子系统，子系统包含串联的两级AO雨水处理单元，AO雨水处理单元为由上至下排列的好氧单元、耗氧单元和缺氧单元，AO雨水处理单元固定于墙壁附架上，屋顶雨水收集管的出水口引流至顶层第一个子系统的AO雨水处理单元的好氧单元；
所述好氧单元由上至下依次为植被层、种植土层、沙砾层、土工布和第一穿孔板，第一穿孔板下方装有直管连通耗氧单元；
所述耗氧单元包括第一密闭暗箱，第一密闭暗箱内设有折流板，折流板间用碎石填料填充，第一密闭暗箱外侧底部出水口处设第二穿孔板，第二穿孔板下方装有横弯管连通缺氧单元；
所述缺氧单元包括第二密闭暗箱，第二密闭暗箱内设有折流板，折流板间用碎石填料填充，第二密闭暗箱外侧底部出水口处设第三穿孔板，第三穿孔板下方装有开孔P形管向第二级AO雨水处理单元的好氧单元配水；
所述子系统的第二级AO雨水处理单元中，缺氧单元的第二密闭暗箱内的最后一段折流空间内填充除磷填料，该第二密闭暗箱外侧底部出水口下方装有P形输水管连通储水箱，储水箱置于建筑物内，储水箱的出水管上装有闸阀和顺水三通，连通下一个子系统的好氧单元；
末端子系统第二级AO雨水处理单元的第二密闭暗箱的出水通过净水排水管排向城市景观水体或绿地。
本发明的雨水在流动过程中，被渗透、滞留及处理、储存，雨水的排放量大幅减少；雨水在流经系统植被层、种植层、密闭暗箱的内渗透过程中被吸附过滤，通过两级交替AO实现雨水中氮素的硝化、反硝化，同时雨水携带的污染物被有效去除，再利用填料对雨水中的磷进行化学去除，实现除磷脱氮和雨水中污染物的降解；净化后的雨水能长期储存，可用于旱季时上一级对下一级植物进行浇灌。另外，该系统延长了雨水在排放过程中的流动时间，减少了雨水的排放量，能削减城市雨水洪峰量，同时兼具了垂直绿化的保温隔热、缓解城市热岛效应、净化空气的特点。
所以本发明的优点，实现了雨水的净化和长期储存，雨水回用浇灌垂直绿化植被，节约了水源和能源，减少了洪涝灾害的损害。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明子系统的第一级AO雨水处理单元结构图；
图3为本发明子系统与外部储水箱之间的连接图；
图4为本发明末端子系统的排水示意图；
图5为本发明的溢流配水三通装置结构示意图。
图中，1、屋顶雨水收集管；2、墙壁附架；3、好氧单元；31、植被层；32、种植层；33、沙砾层；34、土工布；35、穿孔板；36、直管；4、耗氧单元；41、第一密闭暗箱；42、折流板；43、碎石填料；44、第二穿孔板；45、横弯管；5、缺氧单元；51、第二密闭暗箱；52、开孔P形管；53、除磷填料；54、P形输水管；55、净水排水管；6、储水箱；61、闸阀；62、顺水三通；7、下行立管；71、通气斜三通；8、种植箱；9、溢流配水三通装置；91、配水挡板；92、溢流孔；93、消能三角；94、格栅；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明包括有从上至下的多个子系统，子系统包含串联的两级AO雨水处理单元，AO雨水处理单元为由上至下排列的好氧单元3、耗氧单元4和缺氧单元5，AO雨水处理单元固定于墙壁附架2上，屋顶雨水收集管1的出水口引流至顶层第一个子系统的AO雨水处理单元的好氧单元3，
如图2所示，所述好氧单元3由上至下依次为植被层31、种植土层32、沙砾层33、土工布34和第一穿孔板35，第一穿孔板35下方装有直管36连通耗氧单元4；
所述耗氧单元4包括第一密闭暗箱41，第一密闭暗箱41内设有折流板42，折流板42间用碎石填料43填充，第一密闭暗箱41外侧底部出水口处设第二穿孔板44，第二穿孔板44下方装有横弯管45连通缺氧单元5；
所述缺氧单元5包括第二密闭暗箱51，第二密闭暗箱51内设有折流板，折流板间用碎石填料填充，第二密闭暗箱51外侧底部出水口处设第三穿孔板，第三穿孔板下方装有开孔P形管52向第二级AO雨水处理单元的好氧单元配水；
如图3所示，所述子系统的第二级AO雨水处理单元中，缺氧单元的第二密闭暗箱内的最后一段折流空间内填充除磷填料53，该第二密闭暗箱外侧底部出水口下方装有P形输水管54连通储水箱6，储水箱6置于建筑物内，储水箱6的出水管上装有闸阀61和顺水三通62，连通下一个子系统的好氧单元3；
如图4所示，末端子系统第二级AO雨水处理单元的第二密闭暗箱的出水通过净水排水管55排向城市景观水体或绿地。
如图2和图4所示，上述耗氧单元4的第一密闭暗箱41和缺氧单元5的第二密闭暗箱51的顶面都装有种植箱8。
如图3所示，在墙壁附架2上竖向安装有下行立管7，下行立管7上有通气斜三通71以45°角斜向上连通好氧单元3下部的直管36。下行立管7的作用是排出在第一密闭暗箱、第二密闭暗箱中缺氧过程产生的NH3、H2S等臭气，将臭气从下行立管7向上排出。
如图5所示，在下行立管7上装有溢流配水三通装置9，所述溢流配水三通装置9由配水挡板91、溢流孔92、消能三角93组成；所述配水挡板91为折弯板，配水挡板91的竖向挡板上方开设溢流孔92，底部设置消能三角93，横向管口设有格栅94。下行立管7底部排出溢流雨水至市政雨水检查井。
溢流配水三通装置9设置于好氧单元3、第一密闭暗箱和第二密闭暗箱顶面上的种植箱8的种植层上方，溢流配水三通装置横向管口的格栅94用于滤除溢流水中的粗渣；上一级溢流水跌落在配水挡板91的顶面，经过消能三角93从横向管口的格栅94流出，向好氧单元3或种植箱8供水。当本单元的水量已满量，雨水从格栅94的横向管倒灌进入溢流配水三通装置9，从溢流孔92沿下行立管7跌落，进入下一个单元。溢流配水三通9装置不仅能用于好氧单元3和种植箱8内雨水的溢流配水，也可用于旱季时上一级向下一级配水。
上述开孔P形管52的长度与第一密闭暗箱宽度相当，管径为25mm，开孔面积与P形管表面积之比，即开孔率为3％，保证布水均匀。
AO雨水处理单元的处理过程是：绿色屋顶的雨水收集管1的出水进入顶层第一个子系统的第一级AO雨水处理单元的好氧单元3后，雨水中的COD、SS、TP、TN在植被层31、种植层32及其所含的微生物的作用下得到初步截留和好氧降解；第一密闭暗箱41中附着在碎石上的好氧微生物对雨水中的溶解氧进行快速消耗，进而在第二密闭暗箱51中碎石上附着的反硝化细菌对硝态氮进行反硝化脱除。第二密闭暗箱51通过开孔P形管52上与空气接触，向下一级AO雨水处理单元配水，在连续两级的交替AO环境下，交替进行好氧、缺氧反应，从而达到较为高效地降解雨水中的COD、TP、TN。部分TP被每级末端的第二密闭暗箱51内的除磷填料53去除,化学除磷填料占第二密闭暗箱51体积的1/5，将处理后的雨水收集储存在储水箱6内，用于旱季时向下一个子系统的植被层进行浇灌。
AO雨水处理单元分为好氧单元、耗氧单元与缺氧单元，耗氧单元为第一密闭暗箱41，缺氧单元为第二密闭暗箱51；上、下两级AO环境交替是通过在AO雨水处理单元的缺氧单元末端的开孔P形管52上开孔，让雨水从孔口出流，与空气充分接触富氧后，进入下一级AO雨水处理单元；开孔P形管52的作用是在缺氧区末端与布水段之间形成水封，阻碍空气进入密闭暗箱，破环缺氧环境。
所有密闭暗箱的进水口位于密闭暗箱的左上方、出水口位于密闭暗箱右下方，为保证水流的通畅，不出现死水区，密闭暗箱中以折流板分为5段；密闭暗箱之间以横弯管的形式连接，横弯管的凹形段起水封作用；净化后的水通过输水P形管流向置于室内的储水箱6。
子系统最后一个密闭暗箱中，碎石填料及化学除磷填料分别被装入到金属制网状篮子中，其篮子高度为该填料层的高度；金属制网状篮子网孔大小与所装填料粒径基本相同，同时其强度至少满足承受所装填料的重量。当需要更换清洗填料时，取出金属制网状篮子即可，一般在几次暴雨后清洗，具体更换时间视填料处理水的能力而定。
种植层厚度为100mm，采用55％砂土、20％表土、25％复合土壤的砂壤土。下部设置50mm高的蓄水区，在二者之间铺设20mm沙砾层，200g/㎡的透水土工布，以防种植层基质进入蓄水区，同时阻碍植被根系向下发展。土工布由穿孔板支撑。

Claims (4)

1.一种基于建筑垂直绿化的雨水净化系统，其特征是：包括有从上至下的多个子系统，子系统包含串联的两级AO雨水处理单元，AO雨水处理单元为由上至下排列的好氧单元(3)、耗氧单元(4)和缺氧单元(5)，AO雨水处理单元固定于墙壁附架(2)上，屋顶雨水收集管(1)的出水口引流至顶层第一个子系统的AO雨水处理单元的好氧单元(3)，
所述好氧单元(3)由上至下依次为植被层(31)、种植土层(32)、沙砾层(33)、土工布(34)和第一穿孔板(35)，第一穿孔板(35)下方装有直管(36)连通耗氧单元(4)；
所述耗氧单元(4)包括第一密闭暗箱(41)，第一密闭暗箱(41)内设有折流板(42)，折流板(42)间用碎石填料(43)填充，第一密闭暗箱(41)外侧底部出水口处设第二穿孔板(44)，第二穿孔板(44)下方装有横弯管(45)连通缺氧单元(5)；
所述缺氧单元(5)包括第二密闭暗箱(51)，第二密闭暗箱(51)内设有折流板，折流板间用碎石填料填充，第二密闭暗箱(51)外侧底部出水口处设第三穿孔板，第三穿孔板下方装有开孔P形管(52)向第二级AO雨水处理单元的好氧单元配水；
所述子系统的第二级AO雨水处理单元中，缺氧单元的第二密闭暗箱内的最后一段折流空间内填充除磷填料(53)，该第二密闭暗箱外侧底部出水口下方装有P形输水管(54)连通储水箱(6)，储水箱(6)置于建筑物内，储水箱(6)的出水管上装有闸阀(61)和顺水三通(62)，连通下一个子系统的好氧单元(3)；末端子系统第二级AO雨水处理单元的第二密闭暗箱的出水通过净水排水管(55)排向城市景观水体或绿地。
2.根据权利要求1所述的基于建筑垂直绿化的雨水净化系统，其特征是：所述耗氧单元(4)的第一密闭暗箱(41)和缺氧单元(5)的第二密闭暗箱(51)的顶面都装有种植箱(8)。
3.根据权利要求1或2所述的基于建筑垂直绿化的雨水净化系统，其特征是：在墙壁附架(2)上竖向安装有下行立管(7)，下行立管(7)上有通气斜三通(71)以45°角斜向上连通好氧单元(3)下部的直管(36)。
4.根据权利要求3所述的基于建筑垂直绿化的雨水净化系统，其特征是：在下行立管(7)上装有溢流配水三通装置(9)，所述溢流配水三通装置(9)由配水挡板(91)、溢流孔(92)、消能三角(93)组成；所述配水挡板(91)为折弯板，配水挡板(91)的竖向挡板上方开设溢流孔(92)，底部设置消能三角(93)，横向管口设有格栅(94)。
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