CN108383323B - 一种城市初期雨水高效收集净化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市初期雨水高效收集净化系统，包括附雨水口、净化系统、集水坑、第一雨水支管和第二雨水支管，所述附雨水口底部通过第一雨水支管与相对低位置的所述净化系统的入口连接，所述集水坑设置在所述净化池的出口端，且与所述粗粒径净化区通过穿孔花墙连通，所述集水坑底部出口通过第二雨水支管与所述主雨水口相对低位置连接；本发明还提供了一种基于上述收集净化系统的收集净化方法，使城市初期雨水冲刷地面后，沿纵坡和横坡在流入主雨水口之前先流入附雨水口，经净化系统净化后再汇入原有的城市雨水管网；该系统简单实用，不破坏现有设施，不影响市政设施功能使用以及美观，方便维护，且成本低，对初期雨水净化效果好。

Description

一种城市初期雨水高效收集净化系统及方法

技术领域

本发明涉及环保工程领域，具体涉及一种城市初期雨水高效收集净化系统及方法。

背景技术

城市初期雨水，顾名思义就是降雨初期时的雨水，它是城市面源污染的主要污染源。由于降雨初期，雨水溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体，降落地面后，又由于冲刷屋面、沥青混凝土道路等，使得前期雨水中含有大量的污染物质，前期雨水的污染程度较高，甚至超出普通城市污水的污染程度。经雨水管直排入河道，给水环境造成了一定程度的污染。如果将初期雨水直接排入自然承受水体，将会对水体造成非常严重的污染，必须对前期雨水进行处理，这对于保护城市水体环境具有十分重要的意义。

降雨过程具有在一定的历时内，存在从小到大，然后再减小的特点，因此，城市地面径流与降雨过程相适应，同样存在径流量逐渐增加，而后再较小的过程。在降雨初期，雨水对城市建筑、道路和植物等进行冲刷，将大量污染物冲洗而下，虽径流一起成为污染水。但在降雨的中后期，径流中的污染物大量减小，雨水则较为洁净。对待城市雨水污染，如想全部收集处理后再排放水体，则是不现实也是没有必要的。因此，必须针对城市雨水径流和污染的特点，制定适宜的雨水收集与处理排放策略，才能够有效治理城市初期雨水污染，保护城市水体环境。

目前，我国城市排水系统采用分流制排水体制，即分为雨水排放系统和污水排放系统。对于造成水体环境污染的城市点源(生活污水)，采用污水管道收集—生活污水处理厂处理—排入水体的策略，收到了良好的效果。而对于造成水体环境一定程度污染的城市初期雨水，则目前是经雨水排放系统收集后，没有采取任何截留净化措施，则直接排入水体，这对我国城市水环境安全和水体治理目标的达成造成了巨大的影响。因此，如何有效对城市初期雨水进行适当的截留净化，则成为保证城市水环境安全和良好水生态环境的关键途径。

一般对于初期雨水，通常在雨水排放系统上设置分流装置，将污染的初期雨水在雨水管道上设置分流管，将初期雨水分流到城市污水管，然后输送至污水处理厂，而后期雨水则直接排入水体。但，这种方法则会对污水处理厂的运行造成负荷冲击，增加污水处理厂的运行困难。目前也有采用初期雨水弃流装置进行雨水分离的，其作用的方法一般按照降雨历时或流量，通过开关控制进行，运行管理和维护都较为麻烦，并且也没有在城市雨水收集排放系统中应用。上述措施并没有对初期雨水进行处理，而是分流后再排入城市污水处理厂。而目前污水处理厂的运行多按照进水量核算处理成本，城市初期雨水的排入势必给污水处理厂的管理和运行以及城市管理造成不便。

因此，结合城市降雨与径流特点，尤其结合城市区域初期雨水的污染物浓度变化特点，在城市雨水收集与排放系统中采用合适的方法，在不改变雨水排放能力的情况下，对初期雨水进行适宜收集并截留净化，则是治理城市面源污染，保护城市水体环境具有关键意义。

通过检索，在现有技术中未发现在不改变现有城市雨水排放系统而适当改造即具有对初期雨水收集与截留净化的相关专利。现有的相关专利的主要特点都是将雨水通过分流设施收集后，集中处理并储存在利用，或者单独关注于雨水的收集，而对水质净化处理则强调不多，同时该类系统组成部分过多，运行维护较为复杂，并且对原有城市雨水排放系统的改造过大，而造成推行的困难。

因此，对于城市初期雨水污染治理问题，急需一种结合城市降雨和雨水排放系统特点，在不对原有城市雨水排放系统做大的改动的情况下，提出一种城市初期雨水高效收集与截留净化系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种城市初期雨水高效收集净化系统及方法，利用现有城市排水系统以及城市地面设施，进行补充改造，并根据城市雨水降雨量分别特点，进行系统尺寸设计，使城市初期雨水冲刷地面后，沿纵坡和横坡在流入主雨水口之前先流入附雨水口，经净化系统净化后再汇入原有的城市雨水管网。

为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种城市初期雨水高效收集净化系统，包括附雨水口、净化系统、集水坑、第一雨水支管和第二雨水支管；所述附雨水口位于主雨水口的径流路径上游位置，所述净化系统位于所述附雨水口与所述主雨水口之间的地下，且所述附雨水口底部通过第一雨水支管与相对低位置的所述净化系统的入口连接；所述净化系统包括净化池，所述净化池内依水流方向依次设置配水区、配水墙、细粒径净化区、中粒径净化区、粗粒径净化区，所述配水区填充砾石，所述细粒径净化区、中粒径净化区、粗粒径净化区依次填充滤料层；所述集水坑设置在所述净化池的出口端，且与所述粗粒径净化区通过穿孔花墙连通；所述集水坑底部出口通过第二雨水支管与所述主雨水口相对低位置连接。

进一步的是，所述配水区填充d＝15～30mm的砾石，截留配水，使雨水尽量沿净化系统的截面均匀分布，提高净化效率；所述细粒径净化区、中粒径净化区、粗粒径净化区填充滤料层的颗粒尺寸依次为d＝1～5mm、d＝5～15mm、d＝15～30mm，净化的同时可起到反滤的作用。

进一步的是，所述滤料层包括砾石、石英砂、或赤铁矿或火山岩砾石中的一种或几种，用于过滤污染物。

进一步的是，所述滤料层还包括占滤料体积比为5～10％的秸秆、树皮或木屑或其它碳源材料，以及体积占比2～5％的铁屑，增强脱氮除磷作用。

进一步的是，所述配水墙和穿孔花墙开孔面积占比5～15％，且其开孔为长方形孔，孔宽1～4mm，孔长4～8mm。

进一步的是，所述净化池为长方体结构，设置于雨水口沿线道路之下，或雨水口侧人行道距路沿石0.2～1.5m之内，或雨水口侧人行道边缘0.2～1.5m内的绿化带下，其宽度为0.3～1.0m，高度为0.4～1.0m，长度为3～8m，不影响市政设施功能使用以及美观，方便维护。

进一步的是，所述第一雨水支管和第二雨水支管直径为100～200mm，以适应初期雨水降雨量。

进一步的是，所述附雨水口位于主雨水口的径流路径上游2～8m位置，方便净化系统的设置。

进一步的是，所述附雨水口底部与所述净化系统的顶部的高差为0～0.5m，所述集水坑底部与所述第二支管与主雨水口连接处的高差为0～0.5m，保证水流能顺利净化并汇入城市现有雨水管网。

本发明还提供了一种基于上述收集净化系统的收集净化方法，包括以下几个步骤：

1)在原有城市各主雨水口的径流路径上设置所述附雨水口，城市初期雨水冲刷地面后，沿纵坡和横坡在流入主雨水口之前先流入附雨水口；

2)所述附雨水口收集的雨水由于重力而沿第一雨水支管流入净化系统；

3)雨水进入净化系统后，首先由填充大粒径砾石的配水区和配水墙进行截留配水，使雨水尽量沿净化系统的截面均匀分布；

4)经过截留配水后的雨水依次经过细粒径净化区、中粒径净化区、粗粒径净化区，经物理吸附、化学或微生物的作用净化雨水，污染物经过迁移转化而去除；

5)净化后的雨水经过穿孔花墙进入集水坑，再经过第二雨水支管汇入主雨水口；

6)完成初期雨水净化。

本发明的有益效果是：

1、经过物理截留与吸附、化学或微生物的作用，对初期雨水收集和净化效果好，在过水负荷5～15m/h时，可对城市初期雨水污染物达到如下净化程度：泥沙等固体颗粒：100％；悬浮物(SS)：80～95％；有机物污染物COD：30～70％；氨氮：50～80％；总氮：50～90％；总磷：50～80％；重金属：70～90％。

2、该系统和方法是利用现有城市排水系统以及城市地面设施，进行补充改造，系统简单实用，适应性强，不破坏现有设施，不影响市政设施功能使用以及美观，相对于传统的方法，具有不给污水处理厂增加负荷，方便维护，且成本低的特点。

附图说明

图1是本发明集水净化系统的俯视图；

图2是本发明集水净化系统的剖视图。

图中：1、附雨水口；2、第一雨水支管；3、净化系统；3-1、净化池；3-2、配水区；3-3、配水墙；3-4、细粒径净化区；3-5、中粒径净化区；3-6、粗粒径净化区；3-7、穿孔花墙；4、集水坑；5、第二雨水支管；6、主雨水口；7、现有雨水管网；8、人行道；9、绿化带；10、道路；10-1、道路中心线；11、路沿石；12、横向坡；13、纵向坡；14、径流路径。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例1：

在本实例中，如图1～2所示，一种城市初期雨水高效收集净化系统，包括附雨水口1、净化系统3、集水坑4、第一雨水支管2和第二雨水支管5；所述附雨水口1位于主雨水口6的径流路径14上游位置，所述净化系统3位于所述附雨水口1与所述主雨水口6之间的地下，且所述附雨水口1底部通过第一雨水支管2与相对低位置的所述净化系统3的入口连接；所述净化系统3包括净化池3-1，所述净化池3-1内依水流方向依次设置配水区3-2、配水墙3-3、细粒径净化区3-4、中粒径净化区3-5、粗粒径净化区，所述配水区3-2填充砾石，所述细粒径净化区3-4、中粒径净化区3-5、粗粒径净化区3-6依次填充滤料层；所述集水坑4设置在所述净化池3-1的出口端，且与所述粗粒径净化区3-6通过穿孔花墙3-7连通；所述集水坑4底部出口通过第二雨水支管5与所述主雨水口6相对低位置连接。

优选的，所述配水区3-2填充d＝25mm的砾石，截留配水，使雨水尽量沿净化系统3的截面均匀分布，提高净化效率；所述细粒径净化区3-4、中粒径净化区3-5、粗粒径净化区3-6填充滤料层的颗粒尺寸依次为d＝3mm、d＝10mm、d＝25mm，净化的同时可起到反滤的作用。

优选的，所述滤料层由砾石、石英砂、或赤铁矿或火山岩砾石组成，用于过滤污染物。

优选的，所述滤料层还包括占滤料体积比为8％的秸秆、树皮或木屑或其它碳源材料，以及体积占比3％的铁屑，增强脱氮除磷作用。

优选的，所述配水墙3-3和穿孔花墙3-7开孔面积占比10％，且其开孔为长方形孔，孔宽2cm，孔长6mm，保证配水区3-2砾石不能穿过。

优选的，所述净化池3-1为长方体结构，设置于雨水口侧人行道8边缘1.0m内的绿化带9下，其宽度为0.7m，高度为0.6m，长度为5m，不影响市政设施功能使用以及美观，方便维护。

优选的，所述第一雨水支管2和第二雨水支管5直径为150mm，以适应初期雨水降雨量。

优选的，所述附雨水口1位于主雨水口6的径流路径14上游6m位置，方便净化系统3的设置。

优选的，所述附雨水口1底部与所述净化系统3的顶部的高差为0.2m，所述集水坑4底部与所述第二支管与主雨水口6连接处的高差为0.2m，保证水流能顺利净化并汇入城市现有雨水管网7。

实施例2：

在本实例中，如图1～2所示，一种城市初期雨水高效收集净化系统，包括附雨水口1、净化系统3、集水坑4、第一雨水支管2和第二雨水支管5；所述附雨水口1位于主雨水口6的径流路径14上游位置，所述净化系统3位于所述附雨水口1与所述主雨水口6之间的地下，且所述附雨水口1底部通过第一雨水支管2与相对低位置的所述净化系统3的入口连接；所述净化系统3包括净化池3-1，所述净化池3-1内依水流方向依次设置配水区3-2、配水墙3-3、细粒径净化区3-4、中粒径净化区3-5、粗粒径净化区，所述配水区3-2填充砾石，所述细粒径净化区3-4、中粒径净化区3-5、粗粒径净化区3-6依次填充滤料层；所述集水坑4设置在所述净化池3-1的出口端，且与所述粗粒径净化区3-6通过穿孔花墙3-7连通；所述集水坑4底部出口通过第二雨水支管5与所述主雨水口6相对低位置连接。

优选的，所述配水区3-2填充d＝20mm的砾石，截留配水，使雨水尽量沿净化系统3的截面均匀分布，提高净化效率；所述细粒径净化区3-4、中粒径净化区3-5、粗粒径净化区3-6填充滤料层的颗粒尺寸依次为d＝2mm、d＝8mm、d＝20mm，净化的同时可起到反滤的作用。

优选的，所述滤料层由砾石、石英砂、或赤铁矿或火山岩砾石组成，用于过滤污染物。

优选的，所述滤料层还包括占滤料体积比为7％的秸秆、树皮或木屑或其它碳源材料，以及体积占比4％的铁屑，增强脱氮除磷作用。

优选的，所述配水墙3-3和穿孔花墙3-7开孔面积占比8％，且其开孔为长方形孔，孔宽1cm，孔长5mm，保证配水区3-2砾石不能穿过。

优选的，所述净化池3-1为长方体结构，设置于雨水口侧人行道距路沿石0.5m的地下，其宽度为0.7m，高度为0.6m，长度为5m，不影响市政设施功能使用以及美观，方便维护。

优选的，所述第一雨水支管2和第二雨水支管5直径为120mm，以适应初期雨水降雨量。

优选的，所述附雨水口1位于主雨水口6的径流路径14上游7m位置，方便净化系统3的设置。

优选的，所述附雨水口1底部与所述净化系统3的顶部的高差为0.1m，所述集水坑4底部与所述第二支管与主雨水口6连接处的高差为0.1m，保证水流能顺利净化并汇入城市现有雨水管网7。

实施例3：

一种基于上述收集净化系统的收集净化方法，包括以下几个步骤：

1)在原有城市各主雨水口6的径流路径14上设置所述附雨水口1，城市初期雨水冲刷地面后，沿纵坡和横坡在流入主雨水口6之前先流入附雨水口1；

2)所述附雨水口1收集的雨水由于重力而沿第一雨水支管2流入净化系统3；

3)雨水进入净化系统3后，首先由填充大粒径砾石的配水区3-2和配水墙3-3进行截留配水，使雨水尽量沿净化系统3的截面均匀分布；

4)经过截留配水后的雨水依次经过细粒径净化区3-4、中粒径净化区3-5、粗粒径净化区3-6，经物理吸附、化学或微生物的作用净化雨水，污染物经过迁移转化而去除；

5)净化后的雨水经过穿孔花墙3-7进入集水坑4，再经过第二雨水支管5汇入主雨水口6；

6)完成初期雨水净化。

按照上述实施例，对城市初期雨水污染物达到如下净化程度：

泥沙等固体颗粒：100％

悬浮物(SS)：90％；

有机物污染物COD：60％；

氨氮：75％；

总氮：80％；

总磷：70％；

重金属：85％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，包括：附雨水口(1)、净化系统(3)、集水坑(4)、第一雨水支管(2)和第二雨水支管(5)；

所述附雨水口(1)位于主雨水口(6)的径流路径(14)上游位置，所述净化系统(3)位于所述附雨水口(1)与所述主雨水口(6)之间的地下，且所述附雨水口(1)底部通过第一雨水支管(2)与相对低位置的所述净化系统(3)的入口连接；

所述净化系统(3)包括净化池(3-1)，所述净化池(3-1)内依水流方向依次设置配水区(3-2)、配水墙(3-3)、细粒径净化区(3-4)、中粒径净化区(3-5)、粗粒径净化区(3-6)，所述配水区(3-2)填充砾石，所述细粒径净化区(3-4)、中粒径净化区(3-5)、粗粒径净化区(3-6)依次填充滤料层；水流方向为水平方向；

所述集水坑(4)设置在所述净化池(3-1)的出口端，且与所述粗粒径净化区(3-6)通过穿孔花墙(3-7)连通；

所述集水坑(4)底部出口通过第二雨水支管(5)与所述主雨水口(6)相对低位置连接。

2.如权利要求1所述的一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，所述配水区(3-2)填充d＝15～30mm的砾石，所述细粒径净化区(3-4)、中粒径净化区(3-5)、粗粒径净化区(3-6)填充滤料层的颗粒尺寸依次为d＝1～5mm、d＝5～15mm、d＝15～30mm。

3.如权利要求2所述的一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，所述滤料层包括砾石、石英砂、或赤铁矿或火山岩砾石中的一种或几种。

4.如权利要求3所述的一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，所述滤料层还包括占滤料体积比为5～10％的秸秆、树皮或木屑或其它碳源材料，以及体积占比2～5％的铁屑。

5.如权利要求4所述的一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，所述配水墙(3-3)和穿孔花墙(3-7)开孔面积占比5～15％，且其开孔为长方形孔，孔宽1～4mm，孔长4～8mm。

6.如权利要求5所述的一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，所述净化池(3-1)为长方体结构，设置于雨水口沿线道路(10)之下，或雨水口侧人行道(8)距路沿石(11)0.2～1.5m之内的地下，或雨水口侧人行道(8)边缘0.2～1.5m内的绿化带(9)下，其宽度为0.3～1.0m，高度为0.4～1.0m，长度为3～8m。

7.如权利要求6所述的一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，所述第一雨水支管(2)和第二雨水支管(5)直径为100～200mm。

8.如权利要求7所述的一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，所述附雨水口(1)位于主雨水口(6)的径流路径(14)上游2～8m位置。

9.如权利要求8所述的一种城市初期雨水高效收集净化系统，其特征在于，所述附雨水口(1)底部与所述净化系统(3)的顶部的高差为0～0.5m，所述集水坑(4)底部与所述第二雨水支管(5)与主雨水口(6)连接处的高差为0～0.5m。

10.基于权利要求1～9的任意一项所述收集净化系统的收集净化方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：

1)在原有城市各主雨水口(6)的径流路径(14)上设置所述附雨水口(1)，城市初期雨水冲刷地面后，沿纵坡和横坡在流入主雨水口(6)之前先流入附雨水口(1)；

2)所述附雨水口(1)收集的雨水由于重力而沿第一雨水支管(2)流入净化系统(3)；

3)雨水进入净化系统(3)后，首先由填充大粒径砾石的配水区(3-2)和配水墙(3-3)进行截留配水，使雨水尽量沿净化系统(3)的截面均匀分布；

4)经过截留配水后的雨水依次经过细粒径净化区(3-4)、中粒径净化区(3-5)、粗粒径净化区(3-6)，经物理吸附、化学或微生物的作用净化雨水，污染物经过迁移转化而去除；

5)净化后的雨水经过穿孔花墙(3-7)进入集水坑(4)，再经过第二雨水支管(5)汇入主雨水口(6)；

6)完成初期雨水净化。