CN107892444A - 一种可深度净化及储存雨水的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可深度净化及储存雨水的方法及系统，地面雨水通过斜坡进入垂直流向的人工湿地池体，收集的雨水依次进入设置于人工湿地池体中的植物层、沙砾层、砾石层、由高分子吸水树脂形成的储水层，在储水层的底部设置由出水孔和排水管组成的出水单元。本系统对雨水CODcr、TN、NH4 +‑N和SS的去除率分别达到60%、40%、50%和90%以上，实现了电力能源零消耗，通过在系统底层铺设具有吸水、保水和释水功能的高分子吸水树脂对净化后雨水资源进行储存，从而使水资源得到合理利用。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种可深度净化并储存雨水的方法及人工湿地系统。
背景技术
人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种新型污水处理技术，它利用自然系统中的物理、化学和生物三重共同作用来实现污水的净化。人工湿地污水处理技术具有处理效果好、氮磷去除率高和运转费用低等优势，因而被广泛应用到生活污水处理、工业污水处理以及水体富营养化等问题处理。
人工湿地在污水处理时首先通过水泵等动力提升设备将污水输进湿地，然后经过一定的水力停留时间将污水中的有机物和氮磷去除，最后排出得到净化后的水。然而，水泵等输水设备会消耗大量电力能源以及净化后的水并没有按需得到良好的应用而浪费资源。
高分子吸水树脂是一种新型的功能高分子材料，它能吸收自身质量数十倍乃至数千倍的水，具有反复吸水—释水—再吸水的重复吸水能力以及高度的安全无毒性。
本发明主要是通过建造地埋式的垂直流向的人工湿地，同时在湿地最底层铺设具有吸水、保水和释水功能的高分子吸水树脂来实现电力能源零消耗以及净化后雨水的资源化利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可深度净化及储存雨水的方法，方法简单易行，处理效果好，对雨水CODcr、TN、NH4 +-N和SS等去除率效果显著。
本发明的另一个目的在于提供一种可深度净化及储存雨水的系统，通过建造地埋式的垂直流向人工湿地取代利用水泵等动力设备向人工湿地输入污水，从而实现电力能源零消耗，同时通过在人工湿地最底层铺设具有吸水、保水和释水功能的高分子吸水树脂对净化后雨水资源进行储存，从而使水资源得到合理利用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可深度净化及储存雨水的方法，包括以下步骤：
(1)收集雨水：地面雨水通过斜坡进入垂直流向的人工湿地池体，所述池体顶端与地面接触部分用水泥固化并形成30°-40°的斜坡，池体的四周设置有防渗墙面；
(2)沙砾过滤及植物净化：收集的雨水进入人工湿地池体沙砾层，沙砾层上栽种植物，通过沙砾层的拦截吸附作用和湿地植物的吸收利用、吸附富集对雨水中的污染物进行处理，所述的植物层为美人蕉、香蒲、芦苇、花叶芦竹、菖蒲和鸢尾中的一种或多种组合；
(3)砾石层净化：经植物及沙砾处理的雨水垂直进入人工湿地池体下层的砾石层，通过砾石的物理化学吸附、植物根系和砾石表面微生物的降解作用对雨水中污染物进行进一步净化处理；
(4)储水：经砾石层处理的雨水储存于人工湿地池体底部的高分子吸水树脂中，储存满后多余的雨水从出水单元排出。
进一步地，所述沙砾层的砾石粒径为1-2cm。
进一步地，所述砾石层的砾石粒径为3-5cm。
一种可深度净化及储存雨水的系统，包括垂直流向人工湿地池体，所述的人工湿地池体位于地面以下50-80cm，四周设置防渗墙面，池体顶端与地面形成30°-40°的坡度，人工湿地池体的内部从上至下依次设置有植物层、沙砾层、砾石层、网状隔离层及由高分子吸水树脂形成的储水层，在储水层的底部设置由出水孔和排水管组成的出水单元，所述的植物层为美人蕉、香蒲、芦苇、花叶芦竹、菖蒲和鸢尾中的一种或多种组合，所述的沙砾层的砾石粒径为1-2cm，所述的砾石层的砾石粒径为3-5cm。
进一步地，所述的沙砾层的铺设深度为人工湿地池体深度的20-25％。
进一步地，所述的砾石层的铺设深度为人工湿地池体深度的40-45％。
进一步地，所述的网状隔离层包括钢丝隔离网和钢筋隔离网，钢丝隔离网的网孔孔径为0.5-1cm，铺设在钢筋隔离网之上，钢筋隔离网的网孔孔径为2-3cm。
进一步地，所述的储水层铺设深度为人工湿地池体深度的30-35％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：
1、制备方法简单，处理效果好；
2、解决了利用水泵等动力提升设备向人工湿地输入污水的问题，实现了电力能源零消耗；
3、通过在人工湿地底层铺设具有吸水、保水和释水功能的高分子吸水树脂来实现净化后雨水资源储存，从而使水资源得到合理利用；
4、本发明的可储存、深度净化雨水的人工湿地技术运行120天内，对雨水CODcr、TN、NH4 +-N和SS等指标的去除率达到60％、40％、50％和90％以上。
附图说明
图1为可深度净化及储存雨水的系统的结构示意图。
图中：1-垂直流向人工湿地池体，2-植物层，3-沙砾层，4-砾石层，5-网状隔离层，6-储水层，7-出水单元，8-地面，9-斜坡。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：一种可深度净化及储存雨水的系统
可深度净化及储存雨水的系统，包括垂直流向人工湿地池体1，长2.4m、宽1.2m、高1.2m，池体位于离地面以下50-80cm cm处，池体顶端与地面接触部分用水泥固化并形成30°-40°的斜坡9，池体的四周设置有防渗墙体。人工湿地池体1的内部从上至下依次设置有植物层2、沙砾层3，砾石层4、网状隔离层5和储水层6，在储水层的底部设置出水单元7，出水单元由出水孔和排水管组成。
所述的植物层2可栽种美人蕉、香蒲、芦苇、花叶芦竹、菖蒲和鸢尾中的一种或多种组合，植物层作用：(1)能通过吸收、吸附和富集等作用去除污水中的污染物；(2)湿地中的植物将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区，在植物根区的还原态介质中形成氧化态的微环境，为不同的微生物提供了各自适宜的生活环境；(3)植物在人工湿地系统中起固定床体表面、提供良好过滤条件、防止湿地被淤泥淤塞以及冬季支撑冰面等作用；(4)植物的生长能调节湿地周围的小气候，美化生态环境；(5)植物收割后可资源化利用而产生经济价值。
沙砾层3的砾石粒径为1-2cm，其铺设深度为0.24-0.3m(占人工湿地池体深度的20-25％)，沙砾层的作用主要是通过拦截吸附等物理化学作用去除废水中的大颗粒污染物，另外还作为湿地植物的生长载体。
砾石层4的砾石粒径为3-5cm，其铺设深度为0.48-0.54m(占人工湿地池体深度的40-45％)，砾石层的作用主要是作为湿地植物的生长载体、为微生物提供大量的附着界面，直接通过物理化学作用进一步净化污水，并保证一定的水力传导性能。
网状隔离层5包括钢丝隔离网和钢筋隔离网，钢丝隔离网的网孔孔径为0.5-1cm，铺设在钢筋隔离网之上，钢筋隔离网长2.6m、宽1.4m，网孔孔径为2-3cm，网状隔离层的作用主要是将砾石层4和储水层6分开，防止砾石层中砾石进入储水层，影响储水层的储水效果。
储水层6为高分子吸水树脂(广汇化工有限公司生产)，其铺设深度为0.36-0.42m(占人工湿地池体深度的30-35％)，水力停留时间(雨水在人工湿地系统中的平均停留时间)为5d，在这个时间内，雨水可以在湿地系统植物、基质和微生物的共同作用下得到充分净化。
实施例2：一种可深度净化及储存雨水的方法及处理效果
一种可深度净化及储存雨水的方法，包括以下步骤：
(1)收集雨水：地面雨水通过斜坡9进入垂直流向的人工湿地池体1，所述池体顶端与地面接触部分用水泥固化并形成30°-40°的斜坡，池体的四周设置有防渗墙面；
(2)沙砾过滤及植物净化：收集的雨水进入人工湿地池体沙砾层，沙砾层上栽种植物,通过沙砾层的拦截吸附作用和湿地植物的吸收利用、吸附富集等作用对雨水中的污染物进行处理，所述的植物层为美人蕉、香蒲、芦苇、花叶芦竹、菖蒲和鸢尾中的一种或多种组合；
(3)砾石层净化：经植物及沙砾处理的雨水垂直进入人工湿地池体下层的砾石层，通过砾石的物理化学吸附、植物根系和砾石表面微生物的降解作用对雨水中污染物进行进一步净化处理；
(4)储水：经砾石层处理的雨水储存于人工湿地池体底部由高分子吸水树脂形成的储水层6中，储存满后多余的雨水从出水单元7排出。
地表雨水收集到池体，经过植物及各个功能层处理后(水力停留时间5d)，测定出水水质，并与进水水质进行比较，如表1所示。
表1处理雨水前后各项指标变化情况
由上表可以发现：雨水经地埋式垂直流人工湿地处理后，出水水质较稳定，总氮、总磷、氨氮、化学需氧量等均大幅降低，去除率很高。高分子吸水树脂在水力停留时间5d后其吸水倍率达到1100g/g。
Claims (8)
1.一种可深度净化及储存雨水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）收集雨水：地面雨水通过斜坡进入垂直流向的人工湿地池体，所述池体顶端与地面接触部分用水泥固化并形成30°- 40°的斜坡，池体的四周设置有防渗墙面；
（2）沙砾过滤及植物净化：收集的雨水进入人工湿地池体沙砾层，沙砾层上栽种植物，通过沙砾层的拦截吸附作用和湿地植物的吸收利用、吸附富集对雨水中的污染物进行处理，所述的植物层为美人蕉、香蒲、芦苇、花叶芦竹、菖蒲和鸢尾中的一种或多种组合；
（3）砾石层净化：经植物及沙砾处理的雨水垂直进入人工湿地池体下层的砾石层，通过砾石的物理化学吸附、植物根系和砾石表面微生物的降解作用对雨水中污染物进行进一步净化处理；
（4）储水：经砾石层处理的雨水储存于人工湿地池体底部的高分子吸水树脂中，储存满后多余的雨水从出水单元排出。
2.根据权利要求1所述的可深度净化及储存雨水的方法，其特征在于，所述沙砾层的砾石粒径为1-2cm。
3.根据权利要求1所述的可深度净化及储存雨水的方法，其特征在于，所述砾石层的砾石粒径为3-5cm。
4.一种可深度净化及储存雨水的系统，包括垂直流向人工湿地池体（1），其特征在于：所述的人工湿地池体（1）位于地面以下50-80cm，四周设置防渗墙面，池体顶端与地面形成30°-40°的坡度，人工湿地池体（1）的内部从上至下依次设置有植物层（2）、沙砾层（3）、砾石层（4）、网状隔离层（5）及由高分子吸水树脂形成的储水层（6），在储水层（6）的底部设置由出水孔和排水管组成的出水单元（7），所述的植物层（2）为美人蕉、香蒲、芦苇、花叶芦竹、菖蒲和鸢尾中的一种或多种组合，所述的沙砾层（3）的砾石粒径为1-2cm，所述的砾石层（4）的砾石粒径为3-5cm。
5.根据权利要求4所述的可深度净化及储存雨水的系统，其特征在于，所述的沙砾层（3）的铺设深度为人工湿地池体深度的20-25%。
6.根据权利要求4所述的可深度净化及储存雨水的系统，其特征在于，所述的砾石层（4）的铺设深度为人工湿地池体深度的40-45%。
7.根据权利要求4所述的可深度净化及储存雨水的系统，其特征在于，所述的网状隔离层（5）包括钢丝隔离网和钢筋隔离网，钢丝隔离网的网孔孔径为0.5-1 cm，铺设在钢筋隔离网之上，钢筋隔离网的网孔孔径为2-3cm。
8.根据权利要求4所述的可深度净化及储存雨水的系统，其特征在于，所述的储水层（6）铺设深度为人工湿地池体深度的30-35%。
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| CN102351316A (zh) * | 2011-09-01 | 2012-02-15 | 华南理工大学 | 一种处理公路降雨径流污染的绿化带排水沟人工湿地装置 |
| CN202156956U (zh) * | 2011-06-10 | 2012-03-07 | 武汉理工大学 | 雨水生态净化及储存系统 |
| CN106007218A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-10-12 | 青岛大学 | 一种城市雨水生态处理及利用的系统及方法 |
-
2017
- 2017-12-14 CN CN201711362565.4A patent/CN107892444A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109457792A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-03-12 | 安阳师范学院 | 一种庭院雨水收集净化结构 |
| CN109457792B (zh) * | 2018-11-08 | 2024-02-27 | 安阳师范学院 | 一种庭院雨水收集净化结构 |
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