CN109250820B - 一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，包括：顶端开口供待过滤净化处理的雨水流入的滞留池，滞留池内从上至下依次布设有蓄水层、用于对蓄水层中蓄积的雨水中含有的粗大颗粒物和细小颗粒物进行截留的第一砾石层、用于对经过第一砾石层截留后雨水中残留的粗大颗粒物和部分细小颗粒物再次截留同时对雨水中含有的有机污染物进行吸附和降解的生物过滤介质层、用于对经过生物过滤介质层处理后雨水实现快速排水的第二砾石层，第二砾石层中埋设有用于使截留后的雨水渗入以汇流排出的透水管，透水管与排水检查井或受纳水体连通。第一砾石层和第二砾石层的孔隙率均大于生物过滤介质层的孔隙率。

Description

一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统

技术领域

本发明涉及海绵城市建设和低影响开发领域，特别地，涉及一种一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统。

背景技术

当前，传统城市雨水“快排”模式已不适应当今经济、社会与环境协调发展的要求，进而新型“海绵城市建设”模式应运而生。“海绵城市建设”优先利用自然排水系统，建设生态排水设施，充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水的吸收、下渗、滞留、蓄积及净化作用，使城市开发建设后的水文特征接近开发前，有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷、保护和改善城市生态环境。

初期雨水一般指地面10～15mm厚已形成地表径流的降水。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、道路及硬化地面等，使得初期雨水中含有大量的污染物质，初期雨水的污染程度较高，甚至超出了城市污水的污染程度。初期雨水指标往往超过地表水V类水质指标，化学需氧量(COD)达200mg/L以上，总磷(TP)一般在1.0mg/L以上，NH₃接近3.0mg/L，雨污混合溢流污水(CSO)水质与初期雨水状况类似。地表径流经雨水管直排或雨污合流管溢流至水体，是造成水体黑臭的重要因素之一。

目前，用于初期雨水或CSO处理工艺设施较少，主要采用常规低影响开发(LID)设施，如雨水花园等设施进行处理，这些设施或装置基本构造详见图1。初期雨水或CSO从上往下流经蓄水层、覆盖层、生物过滤介质层、细砾石层，粗砾石层。初期雨水或CSO下渗过滤过程中，首先粗大漂浮物会被覆盖层截留，随后细小颗粒和悬浮物等被生物过滤介质截留。由于覆盖层仅对粗大漂浮物进行简单拦截，粗大颗粒物和细小颗粒物绝大部分进入生物过滤介质层，又生物过滤介质层的孔隙率比下方设置的细砾石层的孔隙率小，故而生物过滤介质层首先达到过滤饱和，不仅导致水头损失增长快，容易形成雍水，使介质层中微生物和营养物质流失，同时未被截留到的悬浮物等污染物容易经溢流口溢流导致下游水体污染；尤其重要的是，生物过滤介质层首先达到过滤饱和，导致整体过滤滞留周期大大缩短，进而使生物过滤效果快速下降、滤料更新频繁。

发明内容

本发明提供了一种一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，以解决现有常规低影响开发设施存在的生物过滤介质层首先达到过滤饱和，进而导致水头损失增长快、容易形成雍水、介质层中微生物和营养物质流失、易污染下游水体、过滤滞留周期大大缩短、生物过滤效果快速下降及滤料更新频繁的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，包括：顶端开口供待过滤净化处理的雨水流入的滞留池，滞留池内从上至下依次布设有供待过滤净化处理的雨水蓄积的蓄水层、用于对蓄水层中蓄积的雨水中含有的粗大颗粒物和部分细小颗粒物粒径由大到小逐级进行截留的第一砾石层、用于对经过第一砾石层截留后雨水中残留的粗大颗粒物和细小颗粒物再次截留同时对雨水中含有的有机污染物进行吸附和降解的生物过滤介质层、用于对经过生物过滤介质层处理后的雨水实现快速排水的第二砾石层；第二砾石层中埋设有用于使截留后的雨水渗入以汇流排出的透水管；第一砾石层和第二砾石层的孔隙率均大于生物过滤介质层的孔隙率。

进一步地，第一砾石层包括上下依次布设的用于对蓄水层中蓄积的雨水中含有的粗大颗粒物进行截留的第一粗砾石层、用于对经过第一粗砾石层截留后雨水中含有的细小颗粒物和残留的粗大颗粒物截留的第一细砾石层；第一粗砾石层的孔隙率大于第一细砾石层的孔隙率；第一细砾石层的孔隙率大于生物过滤介质层的孔隙率。

进一步地，第一粗砾石层中粗砾石的粒径为30mm～50mm；第一细砾石层中细砾石的粒径为5mm～10mm。

进一步地，生物过滤介质层中生物过滤介质包括砂、原土、椰糠。

进一步地，第二砾石层包括上下依次布设的用于对经过生物过滤介质层处理后雨水实现快速排水的第二细砾石层和第二粗砾石层；第二细砾石层的孔隙率小于第二粗砾石层的孔隙率，且第二细砾石层的孔隙率大于生物过滤介质层的孔隙率；透水管布设于第二粗砾石层中。

进一步地，第二细砾石层中细砾石的粒径等于或小于第一细砾石层中细砾石的粒径；第二粗砾石层中粗砾石的粒径等于或小于第一粗砾石层的粗砾石的粒径。

进一步地，第二细砾石层中细砾石的粒径范围为3mm～8mm；第二粗砾石层中粗砾石的粒径范围为20mm～40mm。

进一步地，一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统还包括竖直布设于滞留池中的溢流井；溢流井上部的溢流口底端距第一砾石层顶部的高度为蓄水层的高度，且溢流口顶端低于滞留池顶端开口的高度；溢流井的底端连接有排水管，排水管的出水端与排水检查井或受纳水体连通。

进一步地，透水管为一端开口的盲管；透水管的数量为多根，多根透水管连接有汇流收集横管，汇流收集横管与溢流井连通。

进一步地，透水管水平布设于第二粗砾石层中，且透水管完全包覆于第二粗砾石层中。

本发明具有以下有益效果：

本发明的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统中，由于采用一体化的物理和生化组合分级处理工艺，即雨水首先经过第一砾石层过滤大部分粗大颗粒物和部分细小颗粒物，然后再经生物过滤介质层过滤部分残留颗粒物同时进行微生物生物降解，不仅能最大程度上实现持久、有效去除颗粒物和有机物，并能使整个系统连续稳定运行；又由于生物过滤介质层上方设有的第一砾石层的孔隙率大于生物过滤介质层的孔隙率，并且第一砾石层能够过滤雨水中大部分的颗粒物，从而雨水中剩余污染物进入生物过滤介质层后，不仅能确保生物过滤介质层不易堵塞，并使生物过滤介质层能更有效发挥对污染物的吸附、过滤、滞留以及好氧/厌氧微生物降解作用，进而提高污染物去除净化效果，并使整体过滤滞留周期大大延长，进而使生物过滤效果大大提升、滤料无需频繁更新；又设置于生物过滤介质层下方的第二砾石层的孔隙率大于生物过滤介质层的孔隙率，从而整个系统不易形成雍水，能快速将经过生物过滤介质处理后的雨水导入透水管并最终流至排水检查井或受纳水体中。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是常规低影响开发设施基本构造示意图；

图2是本发明优选实施例的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统示意图。

图例说明

10、滞留池；20、蓄水层；30、第一砾石层；31、第一粗砾石层；32、第一细砾石层；40、生物过滤介质层；50、第二砾石层；51、第二细砾石层；52、第二粗砾石层；60、透水管；80、溢流井；800、溢流口；90、排水管；110、汇流收集横管；120、清扫管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图2，本发明的优选实施例提供了一种一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，包括：顶端开口供待过滤净化处理的雨水流入的滞留池10，滞留池10内从上至下依次布设有供待过滤净化处理的雨水蓄积的蓄水层20、用于对蓄水层20中蓄积的雨水中含有的粗大颗粒物和部分细小颗粒物粒径由大到小逐级进行截留的第一砾石层30、用于对经过第一砾石层30截留后雨水中残留的粗大颗粒物和细小颗粒物再次截留同时对雨水中含有的有机污染物进行吸附和降解的生物过滤介质层40、用于对经过生物过滤介质层40处理后的雨水实现快速排水的第二砾石层50，第二砾石层50中埋设有用于使截留后的雨水渗入以汇流排出的透水管60。第一砾石层30和第二砾石层50的孔隙率均大于生物过滤介质层40的孔隙率。

本发明的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统中，蓄水层20中的雨水(指初期雨水或雨污混合溢流污水)首先向下流经第一砾石层30，并在第一砾石层30的作用下，过滤雨水中大部分的粗大颗粒物和部分细小颗粒物；经过第一砾石层30过滤后的雨水继续下流至生物过滤介质层40，并在生物过滤介质层40的作用下，过滤雨水中部分残留的粗大颗粒物和细小颗粒物，并对雨水中含有的有机污染物进行吸附和降解；经过生物过滤介质层40过滤后的雨水继续下流至第二砾石层50中，并在第二砾石层50的作用下，将过滤后的雨水继续渗入透水管60中汇流，并由透水管60最终流至排水检查井或受纳水体中，从而完成整个系统的过滤滞留周期。

本发明的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统中，由于采用一体化的物理和生化组合分级处理工艺，即雨水首先经过第一砾石层30过滤大部分颗粒物，然后再经生物过滤介质层40过滤部分残留颗粒物同时进行微生物生物降解，不仅能最大程度上实现持久、有效去除颗粒物和有机物，并能使整个系统连续稳定运行；又由于生物过滤介质层40上方设有的第一砾石层30的孔隙率大于生物过滤介质层40的孔隙率，并且第一砾石层30能够过滤雨水中大部分的颗粒物，从而雨水中剩余污染物进入生物过滤介质层40后，不仅能确保生物过滤介质层40不易堵塞，并使生物过滤介质层40能更有效发挥对污染物的吸附、过滤、滞留以及好氧/厌氧微生物降解作用，进而提高污染物去除净化效果，并使整体过滤滞留周期大大延长，进而使生物过滤效果大大提升、滤料无需频繁更新；又设置于生物过滤介质层40下方的第二砾石层50的孔隙率大于生物过滤介质层40的孔隙率，从而整个系统不易形成雍水，能快速将经过生物过滤介质层40处理后的雨水导入透水管60并最终流至排水检查井或受纳水体中。

可选地，如图2所示，第一砾石层30包括上下依次布设的用于对蓄水层20中蓄积的雨水中含有的粗大颗粒物进行截留的第一粗砾石层31、用于对经过第一粗砾石层31截留后雨水中含有的部分细小颗粒物和残留的粗大颗粒物截留的第一细砾石层32。第一粗砾石层31的孔隙率大于第一细砾石层32的孔隙率。第一细砾石层32的孔隙率大于生物过滤介质层40的孔隙率。雨水流经第一砾石层30时，首先经过颗粒粒径较大的第一粗砾石层31，由于第一粗砾石层31的孔隙率较大，故而不仅能持续长久截留粒径较大的粗大颗粒物，且能有效保护下层的第一细砾石层32，使其避免粗大颗粒物的堵塞，延长第一细砾石层32对粒径较小的细小颗粒物的有效截留周期。雨水经过第一粗砾石层31过滤后进入粒径较小的第一细砾石层32，第一细砾石层32继续拦截过滤因上层第一粗砾石层31没能截到的粗大颗粒物和细小颗粒物，由于上层第一粗砾石层31截污保护作用，减轻了下层第一细砾石层32截污压力，且使污染物在整个滤层中分布趋于均匀，进而整个滤层都能得到充分的利用，从而最大限度地提高了第一砾石层30的截污能力，并对生物过滤介质层40起到保护作用。在其它实施例中，第一砾石层30的砾石粒径由上至下逐渐减小，使得雨水中颗粒物流经第一砾石层30后能够逐级被过滤，能够减少颗粒物下落的空间，从而减小颗粒物下落的冲击力而减小穿过第一砾石层30的几率。

本可选方案的具体实施例中，第一粗砾石层31中粗砾石的粒径为30mm～50mm。第一细砾石层32中细砾石的粒径为5mm～10mm。实际设置时，第一粗砾石层31中粗砾石的粒径范围、第一粗砾石层31的厚度、第一细砾石层32中细砾石的粒径范围、第一细砾石层32的厚度等均根据雨水中化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD₅)、悬浮物(SS)、总氮(TN)及总磷(TP)等情况具体设置。

本发明具体实施例中，生物过滤介质层40中生物过滤介质包括砂、原土、椰糠。

可选地，如图2所示，第二砾石层50包括上下依次布设的用于对经过生物过滤介质层40处理后的雨水实现快速排水的第二细砾石层51和第二粗砾石层52。第二细砾石层51的孔隙率小于第二粗砾石层52的孔隙率，且第二细砾石层51的孔隙率大于生物过滤介质层40的孔隙率。透水管60布设于第二粗砾石层52中。雨水流经第二砾石层50时，首先流经孔隙率较小的第二细砾石层51，然后再继续流经孔隙率较大的第二粗砾石层52，由于第二细砾石层51的孔隙率小于第二粗砾石层52的孔隙率，且第二细砾石层51的孔隙率大于生物过滤介质层40的孔隙率，从而不仅使雨水顺畅下流至第二砾石层50中，还能够使雨水在第二砾石层50中滞留，以便渗入埋设于该层的透水管60中。在其它实施例中，第二砾石层50的砾石粒径由上至下逐渐增大。使得雨水中颗粒物流经第二砾石层50后能够快速向下渗流排出。

可选地，第二细砾石层51中细砾石的粒径等于或小于第一细砾石层32中细砾石的粒径。第二粗砾石层52中粗砾石的粒径等于或小于第一粗砾石层31的粗砾石的粒径。第一砾石层30中第一粗砾石层31的粒径等于或大于第二砾石层50中第二粗砾石层52的粒径，且第一砾石层30中第一细砾石层32的粒径等于或大于第二砾石层50中第二细砾石层51的粒径，以使第一砾石层30对雨水进行粗效过滤，以截留雨水中绝大部分的颗粒物。

本发明具体实施例中，第二细砾石层51中细砾石的粒径范围为3mm～8mm。第二粗砾石层52中粗砾石的粒径范围为20mm～40mm。实际设置时，第二粗砾石层52中粗砾石的粒径范围、第二粗砾石层52的厚度、第二细砾石层51中细砾石的粒径范围、第二细砾石层51的厚度等均根据雨水中化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD₅)、悬浮物(SS)、总氮(TN)及总磷(TP)等情况具体设置。

可选地，如图2所示，一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统还包括竖直布设于滞留池10中的溢流井80。溢流井80上部的溢流口800底端距第一砾石层30顶部的高度为蓄水层20的高度，且溢流口800顶端低于滞留池10顶端开口的高度。溢流井80的底端连接有排水管90，排水管90的出水端与排水检查井或受纳水体连通。优选地，透水管60外包覆有对其进行防护并防止颗粒物进入透水管60内的土工布。优选地，当进入滞留池的雨水流量过大时，雨水可以从溢流井80顶端的溢流口800进入溢流井排出。

可选地，如图2所示，透水管60为一端开口的盲管。透水管60的数量为多根，多根透水管60连接有汇流收集横管110，汇流收集横管110与溢流井80连通。

可选地，如图2所示，本发明的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统还包括竖直布设于滞留池10中的清扫管120，清扫管120的顶端高于第一粗砾石层31，清扫管120的底端与透水管60连通，清扫管120可用于将清洗水导入透水管60中以清洗透水管60、汇流收集横管110、溢流井80及排水管90等。

可选地，如图2所示，透水管60水平布设于第二粗砾石层52中，且透水管60完全包覆于第二粗砾石层52中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，其特征在于，包括：

顶端开口供待过滤净化处理的雨水流入的滞留池（10），所述滞留池（10）内从上至下依次布设有供待过滤净化处理的雨水蓄积的蓄水层（20）、用于对所述蓄水层（20）中蓄积的雨水中含有的粗大颗粒物和部分细小颗粒物粒径由大到小逐级进行截留的第一砾石层（30）、用于对经过所述第一砾石层（30）截留后雨水中残留的粗大颗粒物和细小颗粒物再次截留同时对雨水中含有的有机污染物进行吸附和降解的生物过滤介质层（40）、用于对经过所述生物过滤介质层（40）处理后的雨水实现快速排水的第二砾石层（50）；

所述第二砾石层（50）中埋设有用于使截留后的雨水渗入以汇流排出的透水管（60）；

所述第一砾石层（30）和所述第二砾石层（50）的孔隙率均大于所述生物过滤介质层（40）的孔隙率；

第一砾石层（30）包括上下依次布设的用于对蓄水层（20）中蓄积的雨水中含有的粗大颗粒物进行截留的第一粗砾石层（31）、用于对经过第一粗砾石层（31）截留后雨水中含有的部分细小颗粒物和残留的粗大颗粒物截留的第一细砾石层（32）；第一粗砾石层（31）的孔隙率大于第一细砾石层（32）的孔隙率；第一细砾石层（32）的孔隙率大于生物过滤介质层（40）的孔隙率；

第二砾石层（50）包括上下依次布设的用于对经过生物过滤介质层（40）处理后的雨水实现快速排水的第二细砾石层（51）和第二粗砾石层（52）；第二细砾石层（51）的孔隙率小于第二粗砾石层（52）的孔隙率，且第二细砾石层（51）的孔隙率大于生物过滤介质层（40）的孔隙率；透水管（60）布设于第二粗砾石层（52）中；

一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统还包括竖直布设于滞留池（10）中的溢流井（80）；溢流井（80）上部的溢流口（800）底端距第一砾石层（30）顶部的高度为蓄水层（20）的高度，且溢流口（800）顶端低于滞留池（10）顶端开口的高度；溢流井（80）的底端连接有排水管（90），排水管（90）的出水端与排水检查井或受纳水体连通；

一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统还包括竖直布设于滞留池（10）中的清扫管（120），清扫管（120）的顶端高于第一粗砾石层（31），清扫管（120）的底端与透水管（60）连通，清扫管（120）可用于将清洗水导入透水管（60）中以清洗透水管（60）、汇流收集横管（110）、溢流井（80）及排水管（90）。

2.根据权利要求1所述的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，其特征在于，

所述第一粗砾石层（31）中粗砾石的粒径为30mm～50mm；

所述第一细砾石层（32）中细砾石的粒径为5mm～10mm。

3.根据权利要求1所述的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，其特征在于，

所述生物过滤介质层（40）中生物过滤介质包括砂、原土、椰糠。

4.根据权利要求1所述的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，其特征在于，

所述第二细砾石层（51）中细砾石的粒径等于或小于所述第一细砾石层（32）中细砾石的粒径；

所述第二粗砾石层（52）中粗砾石的粒径等于或小于所述第一粗砾石层（31）的粗砾石的粒径。

5.根据权利要求4所述的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，其特征在于，

所述第二细砾石层（51）中细砾石的粒径范围为3mm～8mm；

所述第二粗砾石层（52）中粗砾石的粒径范围为20mm～40mm。

6.根据权利要求1所述的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，其特征在于，

所述透水管（60）为一端开口的盲管；

所述透水管（60）的数量为多根，多根所述透水管（60）连接有汇流收集横管（110），所述汇流收集横管（110）与所述溢流井（80）连通。

7.根据权利要求6所述的一体化初期雨水分级生物过滤滞留系统，其特征在于，

所述透水管（60）水平布设于所述第二粗砾石层（52）中，且所述透水管（60）完全包覆于所述第二粗砾石层（52）中。