CN108821510A - 一种海绵湿地系统 - Google Patents

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Abstract

一种海绵湿地系统,包括雨水湿地花园、植草沟、雨水收集调节池、强化处理深水区和浅滩生态区,各个雨水湿地花园之间通过植草沟相连,植草沟与雨水收集调节池相连,雨水湿地花园构建地势高于雨水收集调节池的构建地势,雨水收集调节池与强化处理深水区连接,连通处设置有出水阀门,浅滩生态区设置在强化处理深水区的外围。本发明综合渗、带、蓄、净、用、稳等措施,减轻了雨水径流对于人工湿地的水量水质冲击,增加了雨污水停留时间,提高了处理效率,同时打造季节性海绵湿地景观,实现对水环境净化、水生态恢复目标的同时增加了湿地园林的景观性;对目标水体进行控源截污,内源治理,水质净化,生态修复,提高了对雨水的蓄节和净化能力以及湿地稳定性。

Description

一种海绵湿地系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于雨水处理的人工湿地系统,属于生态环境水处理技术领域。
背景技术 _
[0002] 人工湿地是一种由人工设计的、通过物理、化学和生物处理达到净化受纳水体的 系统,根据布水方式不同,一般分为水平潜流湿地、垂直潜流湿地和表面流湿地三种。相比 较传统水处理工艺,人工湿地污水处理系统建造和运行费用低、对水力和污染负荷冲击有 一定的缓冲性、易于维护,但同时存在进水污染物浓度较低、占地面积较大等缺点。人工湿 地生态系统近年来被广泛应用于处理农村生活污水、矿业废水、城市暴雨径流污染、污水处 理厂尾水的深度净化等领域。
[0003] 城市建设过程中,面临着水生态问题、洪涝灾害、水资源短缺和水污染问题,在下 雨时如何对雨水径流加以收集、处理和利用是重要的研宄课题。目前,许多城市由于污染严 重,雨水径流并不适宜直接排入景观水体或园林绿地中。人工湿地进水负荷较传统活性污 泥法低,暴雨时若无其他处理措施,对湿地冲击较大。
发明内容
[0004] 本发明针对现有人工湿地技术存在的不足,提供一种能够对目标水体进行控源截 污、内源治理、蓄节净化以及生态修复,且净化能力强,系统稳定性好的海绵湿地系统。
[0005] 本发明的海绵湿地系统,采用以下技术方案:
[0006] 该海绵湿地系统,包括雨水湿地花园、植草沟、雨水收集调节池、强化处理深水区 和浅滩生态区,各个雨水湿地花园之间通过植草沟相连,植草沟与雨水收集调节池相连,雨 水湿地花园构建地势高于雨水收集调节池的构建地势,雨水收集调节池与强化处理深水区 连接,连通处设置有出水阀门,浅滩生态区设置在强化处理深水区的外围。
[0007] 所述雨水湿地花园及植草沟内添加有耐盐复合生物缓释菌剂。所述耐盐复合生物 缓释菌剂包括光合菌群、嗜酸性乳杆菌、革兰氏阳性放线菌群和硝化菌,光合菌群、嗜酸性 乳杆菌、革兰氏阳性放线菌群和硝化菌的质量比例为1:3:2:0.2。所述耐盐复合生物缓释菌 剂采用微胶囊封装,该微胶囊包含芯材菹草纤维和囊材海藻酸钠,菹草纤维与海藻酸钠的 质量比为1:0.5,胶囊粒径为100M1。
[000S]所述雨水湿地花园的断面呈倒梯形,从上到下包括蓄水层、树皮覆盖层、种植土 层、透水土工布层和砾石层,两侧斜坡为内边坡,内边坡的外缘为外边坡,种植土层上种植 水生植物,外边坡上种植地被植物。所述蓄水层的厚度为200-250mm,树皮覆盖层的厚度为 50-100圓,种植土层的厚度为500-600圓,砾石层的厚度为200-250刪。所述内边坡的坡度为 1:2-1:3,外边坡的坡度为1:4-1: 5。所述种植土层由黏土、细粉土和秸秆灰按体积比为9:2: 1的比例混合制成。所述砾石层选取粒径为6〜8cm的砂砾石。所述水生植物采用黄花鸢尾、 千屈菜、芦竹进行搭配,由外至内依次种植芦竹、黄花鸢尾和千屈菜。所述地被植物采用麦 冬、马蔺、鼠尾草、天人菊、常夏石竹、玉簪和蒲苇混种。
[0009] 所述植草沟的断面呈倒梯形,从上到下包括种植土层、砾石层和细砂层,种植土层 呈凹形,种植土层的两侧为内坡面,内坡面连接的外坡面,种植土层内种植水生植物,外坡 面上种植耐湿地被植物。所述内坡面的坡度为1:2-1:3,所述外坡面的坡度为1:4-1:5。所述 种植土层的厚度为500-600mm,砾石层的厚度为200-250mm,细砂层的厚度为200-300_m。 所述水生植物采用黄花鸢尾、千屈菜、芦竹进行搭配,由外至内依次种植芦竹、黄花鸢尾和 千屈菜。所述地被植物采用麦冬、马蔺、鼠尾草、天人菊、常夏石竹、玉簪和蒲苇混种。
[0010] 所述的雨水收集调节池设置于整个湿地系统的地势低洼处,通过植草沟与雨水花 园相连,收集暴雨时汇入的雨水。暴雨时,下渗不及形成的雨水径流通过植草沟流向雨水收 集调节池,达到预定水位时开启闸门。雨水在调节池中汇集形成季节性湿地景观。雨水通过 土壤及植物的作用能够在营造雨水景观的同时对雨水径流中携带的污染物质进行净化,雨 水收集调节池内种植水生植物使公园在旱季及雨季能够呈现不同的景观效果。
[0011] 所述的雨水调节收集池通过种植水生植物具有一定的重金属吸附效果,所述的水 生植物采用黄菖蒲、马蔺、狼尾草或花叶芦苇、东南景天、肾蕨、轮藻和大茨藻,盖度比4:2: 2:0.5:0.5:0.5:0.5,水生植物整体覆盖度为30%-70%。
[0012] 所述强化处理深水区内设置生物浮岛、人工水草和曝气机,生物浮岛设置在水深 1.5-3m内,生物浮岛内部种植挺水植物(黄花鸢尾、燕子花等一种或几种),生物浮岛外围种 植浮叶植物或沉水植物(莲、睡莲等一种或几种,狐尾藻、绿狐尾藻等一种或几种)。
[0013]所述浅滩生态区为坡度1:5-1:10的边坡,在边坡1.5m水深处(边坡下端)设置生态 桩,在边坡水深1 • 〇m〜1 • 5m的深水区域种植沉水植物(金鱼藻、苦草、黑藻、红线草及喜凉的 菹草一种或几种),在边坡水深0.7〜1.0m的区域种植浮叶植物(莲和睡莲等一种或几种), 在边坡水深0〜0.7m区域种植挺水植物(千屈菜、黄花鸢尾、水葱、芦苇、香蒲等一种或几 种)。
[0014] 上述海绵湿地系统运行时,雨水先通过雨水湿地花园和植草沟下渗和净化,多余 径流经过植草沟滞纳后流入雨水收集调节池进行进一步的净化和滞纳,增加停留时间,提 升净化效果,达到预设水位后进入强化处理深水区进行强化处理,最终流经浅滩生态区,通 过植物、微生物的对净化过得雨污水进行稳定,消减污染负荷。
[0015]整个海绵湿地系统除了雨水调节池与强化处理深水区以外,其他组成部分不需要 管道连接,利用地形使雨水自流,节约能源。由于雨水花园和植草沟的渗透作用,缓解了暴 雨径流对湿地的冲击,提高了湿地运行的稳定性。将海绵理念引入人工湿地中,既强化了海 绵城市对于1C存的雨水进行净化作用,又通过对暴雨径流的渗透、滞留,减小了雨水对湿地 水力负荷和污染负荷的冲击。
[0016] 本发明通过雨水湿地花园、植草沟、雨水收集调节池、强化处理深水区和浅滩生态 区的布设,综合渗、带、蓄、净、用、稳等措施,减轻了雨水径流对于人工湿地的水量水质冲 击,增加了雨污水停留时间,提高了处理效率,同时优化传统公园不透水硬化面与绿地设计 布局,打造季节性海绵湿地景观,实现对水环境净化、水生态恢复目标的同时增加了湿地园 林的景观性。对目标水体进行控源截污,内源治理,水质净化,生态修复,提高了对雨水的蓄 节和净化能力,提高了湿地净化能力和系统稳定性。
附图说明
[0017] 图1是本发明海绵湿地系统的结构原理框图。
[0018] 图2是本发明海绵湿地系统的结构原理示意图。
[0019] 图3是本发明海绵湿地系统中雨水湿地花园的构建示意图。
[0020]图4是本发明海绵湿地系统中植草沟的构建示意图。
[0021] 其中:1.雨水,2.雨水湿地花园,3 •植草沟,4.雨水收集调节池,5.强化处理深水 区,6.浅滩生态区,7.耐盐复合生物缓释菌剂,8 •出水阀门,9.管道,10 •蓄水层,〖丨.树皮覆 盖层,12 •花园种植土层,13 •透水土工布,14.砾石层,15.原土层,16.花园水生植物,17.内 边坡,18.外边坡,19.花园地被植物,20 •植草沟种植土层,21 •植草沟砾石层,22 .细石层, 23.内坡面,24.外坡面,25.植草沟水生植物,26.植草沟地被植物。
具体实施方式
[0022]本发明旨在构建一种系统高效的海绵湿地系统,将控源截污、内源治理与水质净 化、生态修复进行有机结合,兼顾景观效果和生态效益两个方面,提高城市水体的净化效 果,又增加人工湿地的景观性,形成综合性的湿地园林工程。
[0023]如图1和图2所示,本发明的海绵湿地系统,包括雨水湿地花园2、植草沟3、雨水收 集调节池4、强化处理深水区5和浅滩生态区6。雨水湿地花园2建设在整个海绵湿地系统(湿 地园林)中整体地势较高的位置,彼此之间通过植草沟3相连。植草沟3与雨水收集调节池4 相连,可以是每个植草沟3连接一个雨水收集调节池4,也可以是几个植草沟3与一个较大的 雨水收集调节池4连接。雨水收集调节池4设置于整个湿地系统的地势低洼处。雨水收集调 节池4通过管道9与强化处理深水区5连接,管道9入口处设置有出水阀门8,通过开启出水阀 门8控制调节池4的水位水量。强化处理深水区5与其外围的浅滩生态区6连接。
[0024]雨水湿地花园2及植草沟3内添加有耐盐复合生物缓释菌剂7。耐盐复合生物缓释 菌剂7包括光合菌群、嗜酸性乳杆菌、革兰氏阳性放线菌群和消化菌等,光合菌群、嗜酸性乳 杆菌、革兰氏阳性放线菌群和硝化菌的质量比例为1:3 :2:0 • 2。耐盐复合生物缓释菌剂7采 用微胶囊封装,该微胶囊包含芯材菹草纤维和囊材海藻酸钠,菹草纤维与海藻酸钠的质量 比为1:0 • 5,制成的胶囊粒径为lOOwii。
[0025]雨水1首先进入雨水湿地花园2及植草沟3通过水生植物及微生物进行渗透、滞留、 净化和消纳,当径流量大于渗透量时,雨水在植草沟3内汇集,当单位时间内降水量大于整 体储存量时,上部雨水排入雨水收集调节池4,最终经过雨水收集调节池4内的净化作用形 成季节性湿地景观。通过开启出水阀门8控制调节池的水位水量,当收集的雨水达到预定水 位时开启出水阀门8,雨水由调节池4底部的管道9进入强化处理深水区5进行强化处理,最 终流经浅滩生态区6。雨水湿地花园2及植草沟3内添加的耐盐复合生物缓释菌剂7能够有效 降解水体中碳源、氨、氮、磷等有机物,防止水体在雨水湿地花园2及植草沟3因贮存时间过 长产生水体黑臭,同时可以使水体澄清,增加湿地园林景观效果。
[0026]雨水湿地花园2的构建如图3所示,其断面呈倒梯形,从上到下由蓄水层10、树皮覆 盖层11、种植土层12、透水土工布层13和砾石层14构成,砾石层14之下为原土层15,两侧为 内边坡17,内边坡17的外缘为外边坡18,内边坡17的坡度为1:2-1:3,外边坡18的坡度为1: 4-1:5。蓄水层1〇的厚度为2〇0—25〇mm,树皮覆盖层11的厚度为50-100mm,种植土层12的厚度 为500-600mm,砾石层14的厚度为200-250mm。种植土层12是由当地黄黏土、细粉土和秸秆灰 按体积比为9: 2:1的比例混合制成。透水土工布选用为2〇〇g/m2。砾石层14选取粒径为6〜 8cm的普通砂砾石。耐盐复合生物缓释菌剂7放置在蓄水层10中,针对性降解水体中的极微 小悬浮物,降解水体中的氨氮,降低磷含量,促使单一生态系统向复合型生态系统演替,形 成强势生物圈。种植土层12上种植水生植物I6,水生植物采用黄花鸢尾、千屈菜、芦竹进行 搭配,雨水湿地花园最外层种植芦竹、中层种植黄花鸾尾、最内层种植千屈菜。外边坡18上 种植地被植物I9,地被植物I9采用麦冬、马蔺、鼠尾草、天人菊、常夏石竹、玉簪和蒲苇等几 种混种。
[0027]植草沟3的构建如图4所示,其断面呈倒梯形,从上到下由种植土层2〇、砾石层21和 细砂层22构成,种植土层20的厚度为500-600mm,砾石层21的厚度为200-250臟,细砂层22的 厚度为200-300mm。种植土层20呈凹形结构,中心部位比两侧低loo—150mm,种植土层20的两 侧为坡度为1:2-1:3的内坡面23,内坡面23的外缘连接坡度为1:4-1:5 (的外坡面24,外坡面 24与周边绿地连接。种植土层2〇内种植水生植物25,水生植物25采用黄花鸢尾、千屈菜、芦 竹进行搭配,植草沟最外层种植芦竹、中层种植黄花鸢尾、最内层种植千屈菜。外坡面24种 植耐湿地被植物26,地被植物26采用麦冬、马蔺、鼠尾草、天人菊、常夏石竹、玉簪和蒲苇等 几种混种。
[0028]当降雨量较小时,雨水不易在植草沟3内汇聚形成水流,直接通过植被层和土壤层 被过滤后,继续渗透。过滤后的雨水可以补充到地下水中。当降雨量较大时,雨水无法全部 下渗,没有经过植被层和土壤层过滤的较大降水量存在植草沟3中,当单位时间内降水量大 于整体储存量时,上部雨水排入雨水收集调节池4中,最终经过雨水收集调节池4内的净化 作用形成季节性湿地景观。储存在植草沟3内的部分雨水,在植草沟3内被植物净化,缓慢下 渗,强化了对大径流雨水的处理效果。这样既可以快速排水缓解面源污染,又强化了植草沟 3的水质净化效果。
[0029]雨水收集调节池4是在湿地公园的节点位置巧妙地引入“水泡”景观,作为雨水收 集设施。雨水收集调节池4设置于整个湿地系统的地势低洼处,通过植草沟3与雨水花园2相 连,收集暴雨时汇入的雨水。暴雨时,下渗不及形成的雨水径流通过植草沟3流向雨水收集 调节池4,达到预定水位时开启闸门8。雨水在调节池4中汇集形成季节性湿地景观。雨水通 过土壤及植物的作用能够在营造雨水景观的同时对雨水径流中携带的污染物质进行净化, 雨水收集调节池内种植水生植物,水生植物的整体覆盖度为30%_70%,水生植物为黄菖 蒲、马蔺、狼尾草或花叶芦苇、东南景天、肾蕨、轮藻和大茨藻等,盖度比为4:2:2:0.5:0.5: 0.5:0.5,使公园在旱季及雨季能够呈现不同的景观效果。
[0030] 强化处理深水区5是设置深水区域,可以借助于现有的河道或湖泊,在河道内水深 处放置生物浮岛和人工水草和曝气机。生物浮岛可以强化去除河水中部分污染物,同时增 强河道景观效果。生物浮岛设置在水深1.5-3m内,生物浮岛内种植黄花鸢尾、燕子花等一种 或几种挺水植物,外围一圈种植莲、睡莲等一种或几种浮叶植物或狐尾藻、绿狐尾藻等一种 或几种沉水植物。在水深较深的河道内设置人工水草,提高生物量,增强污水去除效果。对 污染河水进行强化处理根据河道现有地形,结合滨水景观区的设置,在水面开阔的区域设 置风力曝气机及喷泉曝气机,增加水质富氧的同时,兼顾景观效果。
[0031] 浅滩生态区6设置在强化处理深水区5的外围,可以直接借助河道或湖泊的浅滩, 该系统为坡度1:5-1:10的边坡,在边坡1.5m水深处(边坡下端)设置生态桩,防止水土流失, 有利于植物种植。在边坡水深l.〇m〜1.5m的深水区域选取较强净化能力的金鱼藻、苦草、黑 藻、红线草及喜凉的菹草一种或几种沉水植物,不同植物分片进行种植,优化植物组合。在 边坡水深0.7〜l.〇m的较浅区分片种植莲和睡莲等一种或几种浮叶植物植物。在边坡水深0 〜0.7m处,种植千屈菜、黄花鸢尾、水葱、芦苇、香蒲等一种或几种挺水植物,深度去除河水 中部分污染物。
[0032]上述海绵湿地系统,雨水1先通过雨水湿地花园2和植草沟3下渗和净化,多余径流 经过植草沟3滞纳后流入雨水收集调节池4进行进一步的净化和滞纳,增加停留时间,提升 净化效果,达到预设水位后进入强化处理深水区5进行强化处理,最终流经浅滩生态区6,通 过植物、微生物的对净化过得雨污水进行稳定,消减污染负荷。

Claims (10)

1.一种海绵湿地系统,其特征是,包括雨水湿地花园、植草沟、雨水收集调节池、强化处 理深水区和浅滩生态区,各个雨水湿地花园之间通过植草沟相连,植草沟与雨水收集调节 池相连,雨水湿地花园构建地势高于雨水收集调节池的构建地势,雨水收集调节池与强化 处理深水区连接,连通处设置有出水阀门,浅滩生态区设置在强化处理深水区的外围。
2.根据权利要求1所述的海绵湿地系统,其特征是,所述雨水湿地花园及植草沟内添加 有耐盐复合生物缓释菌剂,所述耐盐复合生物缓释菌剂包括光合菌群、嗜酸性乳杆菌、革兰 氏阳性放线菌群和硝化菌,光合菌群、嗜酸性乳杆菌、革兰氏阳性放线菌群和硝化菌的质量 比例为 1:3:2:0.2。
3.根据权利要求2所述的海绵湿地系统,其特征是,所述耐盐复合生物缓释菌剂采用微 胶囊封装,该微胶囊包含芯材菹草纤维和囊材海藻酸钠,菹草纤维与海藻酸钠的质量比为 1:0.5〇
4.根据权利要求1所述的海绵湿地系统,其特征是,所述雨水湿地花园的断面呈倒梯 形,从上到下包括蓄水层、树皮覆盖层、种植土层、透水土工布层和砾石层,两侧斜坡为内边 坡,内边坡的外缘为外边坡,种植土层上种植水生植物,外边坡上种植地被植物。
5.根据权利要求4所述的海绵湿地系统,其特征是,所述蓄水层的厚度为200-250mm,树 皮覆盖层的厚度为50-100111111,种植土层的厚度为500-600111111,硕石层的厚度为200-250111111,所 述内边坡的坡度为1:2-1:3,外边坡的坡度为1:4-1: 5。
6.根据权利要求1所述的海绵湿地系统,其特征是,所述植草沟的断面呈倒梯形,从上 到下包括种植土层、砾石层和细砂层,种植土层呈凹形,种植土层的两侧为内坡面,内坡面 连接外坡面,种植土层内种植水生植物,外坡面上种植耐湿地被植物。
7. 根据权利要求4或6所述的海绵湿地系统,其特征是,所述种植土层由黏土、细粉土和 秸秆灰按体积比为9:2:1的比例混合制成,所述水生植物采用黄花鸢尾、千屈菜、芦竹进行 搭配,由外至内依次种植芦竹、黄花鸢尾和千屈菜;所述地被植物采用麦冬、马蔺、鼠尾草、 天人菊、常夏石竹、玉簪和蒲苇混种。
8. 根据权利要求1所述的海绵湿地系统,其特征是,所述的雨水调节收集池内种植水生 植物,所述水生植物采用黄菖蒲、马蔺、狼尾草或花叶芦苇、东南景天、肾蕨、轮藻和大茨藻, 盖度比4:2:2:0.5:0.5:0.5:0.5,水生植物整体覆盖度为30%-70%。
9. 根据权利要求1所述的海绵湿地系统,其特征是,所述强化处理深水区内设置生物浮 岛、人工水草和曝气机,生物浮岛设置在水深1.5-3m内,生物浮岛内部种植挺水植物,生物 浮岛外围种植浮叶植物或沉水植物。
10. 根据权利要求1所述的海绵湿地系统,其特征是,所述浅滩生态区为坡度1:5-1:1〇 的边坡,在边坡1.5m水深处设置生态桩,在边坡水深1.0m〜1.5m的深水区域种植沉水植物, 在边坡水深0.7〜1 • Om的区域种植浮叶植物,在边坡水深0〜0.7m区域种植挺水植物。
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