CN109384347A - 城市面源污染净化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市面源污染净化处理方法，包括如下步骤：收集雨水径流和/或合流制管道溢流产生的污水，提供生物滤池；将所述污水通入所述生物滤池中进行过滤处理得到净化水；将所述净化水回收利用。本发明提供的城市面源污染净化处理方法，用于净化雨水径流和/或合流制管道溢流产生的污水后，使污水的COD去除率达80～85％，SS去除率达80～90％，NH₃‑N去除率达70～80％，TP去除率达40～60％。

Description

城市面源污染净化处理方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种城市面源污染净化处理方法。

背景技术

城市面源污染是指在降雨的条件下，雨水和径流冲刷城市地面，使污染物进入受纳水体引起的环境问题。由于城市中人类活动强，土地不透水面积比例高，初期雨水的径流来势猛，水量大，水质差，具有突发性和非连续性。据调查，每年由城市地表径流造成的污染负荷相当于污水处理厂排放的污染负荷，城市地表径流水中污染悬浮物、重金属及碳氢化合物的浓度在数量级上与未经处理的城市污水基本相同。以北京为例，雨水径流中污染物SS(悬浮物)、COD(化学需氧量)、TP(总磷)、TN(总氮)的超标倍数分别为3.89、13.55、3.35和15.97，说明我国的城市面源污染非常严重。污染物质随径流进入水体后对水体水质的影响很大，水体的许多物理、化学性质随之改变，对城市的受纳水体产生严重的危害。

另一方面，城市排水体制和管道系统是城市面源污染控制的重要环节，而CSO(合流制管道溢流)排放是我国地表水污染的主要问题。CSO污染具有的特点包括：流量变化很大；浓度变化大；对某些河流沟道系统，在暴雨天气时，由于地表径流在短时间内累积，流入沟道，在CSO过程初期，形成了污水流量的高峰值，并且由于初期暴雨对地表和沟道中累积的污染物的冲刷，形成了污染物浓度的高峰，随着径流量的增加，污水得以稀释，污染物浓度下降至平均水平。CSO主要污染物的测定数值变化范围很大，其中COD和SS均值远远高于典型城市生活污水。由此可见，合流制管道溢流这一具有爆发性特征的污染源对地表水体水质的影响是不容忽视的。

为控制初期雨水径流和合流制管道溢流产生的城市面源污染，目前采取的方式包括截污调蓄、排口水质处理。现有相关处理方法具有如下缺陷：(1)采用截留或沉淀等方式处理初期雨水，仅利用了简单的物理作用对较大的颗粒污染物进行截留或沉淀，并未起到良好的净水效果以及脱氮除磷效果，处理效果有限。(2)在排口末端或者管道上设置旋流沉砂器等在线处理设施，需对每条管道或每个排口进行改造，工程量大，改造空间需根据现场情况而定。(3)采用湿地进行处理，可结合物理、化学及生物等的作用，雨水效果好，但是停留时间长，占地大，适合利用城市现有水体或水库，有一定的应用局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种城市面源污染净化处理方法，以解决现有雨水径流和合流制管道溢流污染净化效果不理想，治理过程复杂、成本高的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种城市面源污染净化处理方法，包括如下步骤：

收集雨水径流和/或合流制管道溢流产生的污水，提供生物滤池；

将所述污水通入所述生物滤池中进行过滤处理得到净化水；

将所述净化水回收利用；

其中，所述生物滤池包括沿水流方向依次设置的进水槽、预处理槽、生态处理槽和集水槽；所述预处理槽内设置有布水盲管和包覆所述布水盲管的第一砾石层，所述进水槽通过所述布水盲管与所述预处理槽相连通；所述预处理槽和所述生态处理槽之间的连接处设置有溢流堰，所述生态处理槽内沿水流方向依次设置有介质层和第二砾石层，所述介质层载有水生植物，所述第二砾石层内设有集水盲管，且所述生态处理槽通过所述集水盲管与所述集水槽相连通。

本发明提供的城市面源污染净化处理方法相对于现有技术，具有如下优点：(1)该方法中应用多级生物滤池作为绿色的区域处理和储水设施系统，采用了绿色雨水原则和建设工艺，使用“绿色”设施和过程来削减染物；(2)该方法对多级生物滤池的处理量、处理效果及处理后雨水综合利用的研究为区域性的雨水处理提出可行性方案，实现了区域的生态景观效益与经济效益；(3)该方法建立梯田式多级生物滤池，使水流慢下来，减缓上游下来的地表径流、削减洪峰，调节季节性雨水。其方位、形式、深度都依据地质、地形因素和水流分析而设定，为以后的工程设计及建设提供经验。(4)该方法建立“绿色”的生物除氮构造体系，解决径流污染物氮去除的难题，系统COD去除率达80～85％，SS去除率达80～90％，NH₃-N去除率达70～80％，TP去除率达40～60％。(5)用该方法处理初雨径流及CSO污染，可形成生态化的地表景观效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的生物滤池俯视结构示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视结构图；

图3为本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法流程；

其中，图中各附图标记：

1：进水槽；

2：预处理槽；

3：布水盲管；

4：排泥渠；

5：溢流堰；

6：生态处理槽；

7：集水盲管；

8：集水槽；

9：集水管；

10：第一砾石层；

11：介质层；

12：第二砾石层。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本发明实施例提供了一种城市面源污染净化处理方法，流程如图3所示。包括如下步骤：

S01：收集雨水径流和/或合流制管道溢流产生的污水，提供生物滤池；

S02：将上述污水通入生物滤池中进行过滤处理得到净化水；

S03：将所述净化水回收利用；

其中，请参阅图1及图2，上述步骤S01中的生物滤池包括沿水流方向依次设置的进水槽1、预处理槽2、生态处理槽6和集水槽8；预处理槽内2设置有布水盲管3和包覆布水盲管3的第一砾石层10，进水槽1通过布水盲管3与预处理槽2相连通；预处理槽2和生态处理槽6之间的连接处设置有溢流堰5，生态处理槽6内沿水流方向依次设置有介质层11和第二砾石层12，介质层11载有水生植物(图未标注)，第二砾石层12内设有集水盲管7，且生态处理槽6通过集水盲管7与集水槽8相连通。

本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法具有如下优点：(1)该方法中应用多级生物滤池作为绿色的区域处理和储水设施系统，采用了绿色雨水原则和建设工艺，使用“绿色”设施和过程来削减染物；(2)该方法对多级生物滤池的处理量、处理效果及处理后雨水综合利用的研究为区域性的雨水处理提出可行性方案，实现了区域的生态景观效益与经济效益；(3)该方法建立梯田式多级生物滤池，使水流慢下来，减缓上游下来的地表径流、削减洪峰，调节季节性雨水。其方位、形式、深度都依据地质、地形因素和水流分析而设定，为以后的工程设计及建设提供经验。(4)该方法建立“绿色”的生物除氮构造体系，解决径流污染物氮去除的难题，系统COD去除率达80～85％，SS去除率达80～90％，NH₃-N去除率达70～80％，TP去除率达40～60％。(5)用该方法处理初雨径流及CSO污染，可形成生态化的地表景观效果。

进一步地，在本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法中的生物滤池，预处理槽2的底端设置有用于收集预处理槽2内杂物的排泥槽4，且排泥槽4的坡度为1-2％。如此设置，后期维护时，可在进水槽进行负压抽吸。

进一步地，在本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法中的生物滤池，进水槽1和集水槽8相连，且进水槽1和集水槽5之间的连接处设置有阀门(图未标注)。如此设置可有效利用空间，且以便通人检修。

进一步地，在本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法中的生物滤池，布水盲管3的下端两侧设置有使预处理槽2内的水流为上向流的第一盲孔(图未标注)。雨水从布水盲管3进入后，由布水盲管3中线以下的两侧第一盲孔进行上向流布水，有利于对预处理槽2内的雨水预处理。

进一步地，在本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法中的生物滤池，集水盲管7的上端两侧设置有将生态处理槽6内的水收集至集水盲管7中、且使生态处理槽6内的水流为下向流的第二盲孔(图未标注)。如此设置，更有利于生态处理槽6对雨水净化。一优选实施例中，集水盲管7的坡度为2-3‰，净化效果最佳。且集水盲管7的数量为三个以上。每个集水盲管7顶端设置通出介质层11的通气孔，且末端通向集水槽8中的集水管9，统一收集最后净化的雨水存储后回用或作为河道补充水。

进一步地，在本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法中的生物滤池，水生植物包括菖蒲、千屈菜、灯芯草、黄菖蒲和鸢尾中的至少一种。生态处理槽6具有一定的脱氮作用，雨水径流通过非饱水带的介质层11，氨氮在硝化作用下转化为硝酸盐；硝酸盐再进入饱水带的第二砾石层12，通过反硝化作用转化为氮气，完成脱氮过程。该水生植物根系可提高系统内部的复氧率，通过植物根系的吸收作用、过滤介质的吸附作用来达到磷的去除。

进一步地，在本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法中的生物滤池，第一砾石层10含有直径为30-150mm的砾石，且第一砾石层10的厚度为250-2500mm；第二砾石层12含有直径为0.3-20mm的砾石，且第二砾石层12的厚度为150-800mm；介质层11含量质量分数为50％的混合料、20％的种植土、30％的砂土，且介质层11的厚度为600mm。进一步优选地，第一砾石层10包括两层：砾石层a和砾石层b；砾石层a可选用40％的Φ30～90mm砾石与60％Φ15～25mm砾石级配；砾石层b可选用40％的Φ120～150mm砾石与60％Φ15～50mm砾石级配，水流方向为从砾石层b往砾石层a流动，布水盲管3设置在砾石层b内；如此设置，预处理槽2对COD去除率达15～20％，SS去除率可达30～40％。介质层11可选用50％的宿苜草、树叶、锯末、麦秸、木屑等混合料，20％的种植土、30％的砂土。第二砾石层12包括两层，砾石层c和砾石层d；砾石层c可选用：40％Φ0.5～2.0mm萤石砂，20％的Φ5.00～10.00mm砾石与40％Φ0.30～3.75mm砾石级配；砾石层d可选用：20％的Φ15.0～20.0mm砾石与80％Φ0.30～10.0mm砾石级配，水流方向为从砾石层c往砾石层d流动，集水盲管7设置在砾石层d内。而集水管9端面上方出水设置了Φ50～200的出水口，主要作用是控制出流流量，增加水力停留时间，提高脱氮的效率。该多级生物滤池处理系统COD去除率达80～85％，SS去除率达80～90％，NH₃-N去除率达70～80％，TP去除率达40～60％。

进一步地，在本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法中的生物滤池，生物滤池还包括用于将雨水泵入进水槽1中的水泵。将初雨径流及CSO污染水从调蓄池或泵前池用该水泵(定流量泵，可采用市售的潜水泵)送入生物滤池的进水槽1中。而生物滤池优选为混凝土滤池，使用寿命长。

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。

实施例1

某城市区域性初期雨水处理工程，设置在积水改造区，设计规模为5000m³/d。系统处理流程为：将初雨径流及CSO污染水从调蓄池用潜水泵输入一套多级生物滤池，该生物滤池包括沿水流方向依次设置的进水槽1、预处理槽2、生态处理槽6和集水槽8；预处理槽2内设置有布水盲管3和包覆布水盲管3的第一砾石层10，进水槽1通过布水盲管3与预处理槽2相连通；预处理槽2和生态处理槽6之间的连接处设置有溢流堰5，生态处理槽6内沿水流方向依次设置有介质层11和第二砾石层12，介质层11载有水生植物(图未标注)，第二砾石层12内设置有两排平行集水盲管7，且生态处理槽6通过该两排集水盲管7与集水槽8相连通，该两排集水盲管7末端通向集水槽8中的集水管9。预处理槽2的底端设置有用于收集预处理槽2内杂物的排泥槽4，且排泥槽4的底部坡度为2％，集水盲管7坡度为3‰。

第一砾石层10沿水流方向包括两层：砾石层b和砾石层a；砾石层a选用40％的Φ30～90mm砾石与60％的Φ15～25mm砾石级配，铺设厚度250mm；砾石层b选用40％的Φ120～150mm砾石与60％的Φ15～50mm砾石级配，铺设厚度2500mm；布水盲管3设置在砾石层b内。

介质层11选用50％的宿苜草、树叶、锯末、麦秸、木屑等混合料，20％的种植土、30％的砂土；铺设厚度600mm。

第二砾石层12沿水流方向包括两层：砾石层c和砾石层d；砾石层c选用：40％的Φ0.5～2.0mm萤石砂，20％的Φ5.00～10.00mm砾石与40％的Φ0.30～3.75mm砾石级配，铺设厚度150mm；砾石层d选用：20％的Φ15.0～20.0mm砾石与80％的Φ0.30～10.0mm砾石级配，铺设厚度800mm；集水盲管7设置在砾石层d内。

生态处理槽6选择水生植物菖蒲、千屈菜两种平行种植。

集水管9端面上方出水设置了Φ75的出水口。

小区积水区的初期雨水与CSO污染经该5000m³/d的生物滤池进行系统净化处理，分别采用重铬酸钾法、重量法和分光光度法，对系统处理前后的水质COD、SS、NH₃-N、TP进行检测对比，数据如下表1所示。

表1

水质指标	COD	SS	NH<sub>3</sub>-N	TP
					系统处理前(mg/L)	182	165	14.3	1.2
系统处理后(mg/L)	33	22	3.5	0.7
					去除率(％)	81.9	86.7	75.5	41.7

实施例2

某城市区域性初期雨水处理工程，设计规模为2×10⁴m³/d。系统处理流程为：将初雨径流及CSO污染水从调蓄池用潜水泵送入多级生物滤池，经四套多级生物滤池的预处理及水质净化处理后，排放河道作为补充水，提高河道的水动力。每套系统生物滤池包括沿水流方向依次设置的进水槽1、预处理槽2、生态处理槽6和集水槽8；预处理槽2内设置有布水盲管3和包覆布水盲管3的第一砾石层10，进水槽1通过布水盲管3与预处理槽2相连通；预处理槽2和生态处理槽6之间的连接处设置有溢流堰5，生态处理槽6内沿水流方向依次设置有介质层11、第二砾石层12介质层11载有水生植物(图未标注)，第二砾石层12内设置有三排平行集水盲管7，且生态处理槽6通过该三排集水盲管7与集水槽8相连通，该三排集水盲管7末端通向集水槽8中的集水管9。预处理槽2的底端设置有用于收集预处理槽2内杂物的排泥槽4，且排泥槽4的底部坡度为2％，集水盲管7坡度为3‰。

第一砾石层10沿水流方向包括两层：砾石层b和砾石层a；砾石层a选用40％的Φ30～90mm砾石与60％的Φ15～25mm砾石级配，铺设厚度200mm；砾石层b选用40％的Φ120～150mm砾石与60％的Φ15～50mm砾石级配，铺设厚度2400mm；布水盲管3设置在砾石层b内。

介质层11选用50％的宿苜草、树叶、锯末、麦秸、木屑等混合料，20％的种植土、30％的砂土；铺设厚度700mm。

第二砾石层12沿水流方向包括两层：砾石层c和砾石层d；砾石层c选用：40％的Φ0.5～2.0mm萤石砂，20％的Φ5.00～10.00mm砾石与40％的Φ0.30～3.75mm砾石级配，铺设厚度100mm；砾石层d选用：20％的Φ15.0～20.0mm砾石与80％的Φ0.30～10.0mm砾石级配，铺设厚度750mm；集水盲管7设置在砾石层d内。

生态处理槽6选择水生植物菖蒲、千屈菜两种平行种植。

集水管9端面上方出水设置了Φ150的出水口。

小区积水区的初期雨水与CSO溢流污染经该5000m³/d的生物滤池进行系统净化处理，分别采用重铬酸钾法、重量法和分光光度法，对系统处理前后的水质COD、SS、NH₃-N、TP进行检测对比，数据如下表2所示。

表2

上述实施例1和实施例2结果表明：本发明实施例提供的城市面源污染净化处理方法，经多级生物滤池的预处理及水质净化处理后，系统COD去除率达80～85％，SS去除率达80～90％，NH₃-N去除率达70～80％，TP去除率达40～60％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市面源污染净化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

收集雨水径流和/或合流制管道溢流产生的污水，提供生物滤池；

将所述污水通入所述生物滤池中进行过滤处理得到净化水；

将所述净化水回收利用；

其中，所述生物滤池包括沿水流方向依次设置的进水槽、预处理槽、生态处理槽和集水槽；所述预处理槽内设置有布水盲管和包覆所述布水盲管的第一砾石层，所述进水槽通过所述布水盲管与所述预处理槽相连通；所述预处理槽和所述生态处理槽之间的连接处设置有溢流堰，所述生态处理槽内沿水流方向依次设置有介质层和第二砾石层，所述介质层载有水生植物，所述第二砾石层内设有集水盲管，且所述生态处理槽通过所述集水盲管与所述集水槽相连通。

2.如权利要求1所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述预处理槽的底端设置有用于收集所述预处理槽内杂物的排泥槽，且所述排泥槽的坡度为1-2％。

3.如权利要求1所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述进水槽和所述集水槽相连，且所述进水槽和所述集水槽之间的连接处设置有阀门。

4.如权利要求1所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述布水盲管的下端两侧设置有使所述预处理槽内的水流为上向流的第一盲孔。

5.如权利要求1所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述集水盲管的上端两侧设置有将所述生态处理槽内的水收集至所述集水盲管中、且使所述生态处理槽内的水流为下向流的第二盲孔。

6.如权利要求5所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述集水盲管的坡度为2-3‰；和/或

所述集水盲管的数量为三个以上。

7.如权利要求1所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述第一砾石层含有直径为30-150mm的砾石，且所述第一砾石层的厚度为250-2500mm；和/或

所述第二砾石层含有直径为0.3-20mm的砾石，且所述第二砾石层的厚度为150-800mm；和/或

所述介质层含量质量分数为50％的混合料、20％的种植土、30％的砂土，且所述介质层的厚度为600mm。

8.如权利要求1-7任一项所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述水生植物包括菖蒲、千屈菜、灯芯草、黄菖蒲和鸢尾中的至少一种。

9.如权利要求1-7任一项所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述生物滤池还包括用于将雨水泵入所述进水槽中的水泵。

10.如权利要求1-7任一项所述的城市面源污染净化处理方法，其特征在于，所述生物滤池为混凝土滤池。