CN109763559A - 一种生物滞留池的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物滞留池的设计方法，首先根据水质特点、出水要求、拟定去除效率初步选择生物滞留池的高度和表面积；选取常见的典型填料，以及适合当地的乡土水生植物，进行填料选择和植物成活实验，通过实验确定实用性的填料和适用性的植物；在测定所述填料渗透系数基础上，得到基于排空时间的生物滞留池填料配比方案，并根据有机质含量对配比方案进行细化；根据所述填料配比方案，基于排空时间和渗透系数复核生物滞留池高度，使入渗雨水在生物滞留池高度范围内的入渗时间满足排空时间要求。本发明可以从根本上解决生物滞留池高度选择随意、填料和植物耦合性不足、填料配比方案科学性、规范性不高等多个方面的问题。

Description

一种生物滞留池的设计方法

技术领域

本发明涉及海绵城市雨水处理技术领域，具体涉及一种生物滞留池的设计方法。

背景技术

城市雨水径流管理对解决城市的水资源短缺、洪涝灾害、面源污染等问题都具有重要意义，近年来受到了国际上的广泛关注。探求如何满足环境、生态、经济等多重效益的城市雨水径流管理措施，是当前城市管理所面临的挑战之一。

作为城市暴雨最佳管理措施(BMPs)中的一项技术，生物滞留池在径流水量和水质控制方面效果显著，对径流雨水中总悬浮物、重金属以及病原菌等有较好的净化效果，并且生物滞留设施应用灵活，不受场地的限制，建设费用低，管理运行维护简便，应用广泛。

目前，主要根据《城镇雨水调蓄工程技术规范》(GB51174-2017)4.3.6条规定，计算生物滞留设施表面积，进而完成生物滞留池的设计与计算。该公式主要是从蓄水的角度计算所需的生物滞留设施表面积。

根据上述公式可以计算出生物滞留池表面积，但是在实际工程设计、维护过程与应用过程中会出现以下缺点，急需进一步解决：1、生物滞留池的高度选择随意；2、填料和植物耦合性不足；3、填料配比方案科学性、规范性不高。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有生物滞留池设计存在的不足，而提供一种控污能力强、水文水质效应持久的生物滞留池设计方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种生物滞留池设计方法，主要包括四大步骤：第一步是确定高度，并根据高度计算滞留池表面积；第二步是填料和植物耦合性选择具有当地特色普适性的填料和植物，第三步得到基于排空时间的生物滞留池填料配比方案，并根据有机质含量进行细化；第四步是根据原料配比方案校核第一步所确定的填料高度。

具体的，第一步，确定生物滞留池高度。根据水质特点、出水要求、拟定去除效率选择生物滞留池的形式：

对于总悬浮物、重金属浓度不高，选择30cm-50cm高度种植层的生物滞留池；

对于COD、TP、氨氮、细菌/病原微生物较高浓度的雨水，选择60cm-80cm高度的种植层生物滞留池；

对于TN、热污染有降解要求的生物滞留池，选择90cm以上的高度的种植层生物滞留池。

第二步，填料和植物耦合性选择。根据本地取材、价格便宜、方便常用的原则，选取常见的典型填料，以及适合当地的乡土水生植物，进行填料选择和植物成活实验，通过实验确定实用性的填料和适用性的植物。

为了更加符合现实状态下的植物生存情景，所述的填料选择和植物成活实验应该：

根据植物根系、茎叶特征设定不同规格的种植环境；

根据当地气候特点，选择日光灯保证植物所需要的光照；

任意一种填料下的每一种植物，设置适宜的有机质含量梯度，有机质含量控制在10％之内，以防后期有机营养物质淋溶析出；

每天适量浇水，保证植物正常生长所需水分；

选择底部有孔的花盆，且底端配有托盘，这样做的目的，既可以保证水分流走，又可以保持相对湿润的生存环境。

第三步，确定填料配比方案。在测定所述填料渗透系数基础上，得到基于排空时间的生物滞留池填料配比方案，并根据有机质含量进一步细化。

排空时间是一个重要的参数，若排空时间过长，设施不能及时排空蓄存的雨水，导致植物被淹，蚊蝇孳生；排空时间过小，设施排空蓄水速度过快，使滞留池的雨水净化、蓄滞缓释能力大大降低。本方法中，推荐生物滞留设施排空时间上限值为24-48，下限值不宜低于6-12h。

在整个生物滞留池填料层中，种植层的渗透系数最小，是控制生物滞留池雨水入渗的一个关键环节。对于固定种植层高度的生物滞留池中，入渗雨水的入渗时间与种植层填料渗透系数之间具有一定的联系规律。

对于种植层混合填料，配比比例不同，渗透系数不同，排空时间不同。因此，可以调整混合料的配比，使整个入渗时间控制在适宜的范围内，并根据排空时间确定合理的填料配比方案。

生物滞留池填料种植层配比方案，主要过程如下：

测定单种填料渗透系数，并根据渗透系数大小计算入渗时间，得到入渗时间与排空时间的联系规律和数量关系。

对于渗透系数过大的填料，适当混合渗透系数小的填料，使总的入渗系数减小；进一步调整混合料的配比，使排空时间满足排空时间下限，得到混合填料中一种填料的最小添加比例；进一步调整混合料的配比，使排空时间满足排空时间上限，得到混合填料中一种填料的最大添加比例。

对于渗透系数过小的填料，适当混合渗透系数大的填料，使总的入渗系数增大；进一步调整混合料的配比，使排空时间满足排空时间上限，得到混合填料中一种填料的最小添加比例；进一步调整混合料的配比，使排空时间满足排空时间下限，得到混合填料中一种填料的最大添加比例。

在排空时间上下限范围内，校核填料层有机质含量，进一步细化混合填料中填料占比，使有机质含量不超过5％。

第四步，复核生物滞留池的高度。根据所述填料配比方案，使入渗雨水在生物滞留池高度范围内的入渗时间满足排空时间要求，不满足要求，则需要重新选择高度设计，直到满足要求为止。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明测定设计区域道路雨水水质，根据水质特点、出水要求、拟定去除效率选择生物滞留池的形式，初步确定了生物滞留池的高度。

(2)本发明基于测定不同填料性质，筛选出填料，后结合植物成活试验，确定适应性的植物和实用性的填料；

(3)本发明基于排空时间与渗透系数的关系，可以得到生物滞留池种植层填料确切配比，并基于排空时间上下限复核生物滞留池高度；

(4)本发明可以从根本上解决蚊蝇孳生等和径流控制效果等多个方面的问题；并对有机质含量进行了限量，解决了有机营养物质淋溶析出等问题；

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体技术方案。

本发明涉及的生物滞留池设计方法；

(1)第一步，确定了生物滞留池的高度，以下是不同高度对所需污染指标的去除效率；

表1不同高度对污染指标的去除效率

第二步，进行填料和植物耦合性选择，得到植物/填料配合适宜情况表；

表2植物/填料配合适宜情况表

根据植物/填料配合适宜情况表，选择细沙为种植层主要填料，其实种植美人蕉或者鸢尾。

第三步，基于排空时间与渗透系数的关系，得到生物滞留池种植层填料确切配比。

以细沙，草炭土为例调整配比方案。细沙渗透系数约为4.32×10^-3cm/s，草炭土渗透系数：4.9×10^-4cm/s，显然，细沙与草炭土的渗透系数不在一个数量级，细砂入渗速度快，草炭土入渗速度慢，因此具有混合调整入渗时间的可能。

对于60cm的种植层，细沙的渗透系数约为4.32×10^-3cm/s，入渗时间约为3.86h，单纯细砂种植层不忙满足排空时间要求，而草炭土的渗透系数4.9×10^-4cm/s，草炭土约为34.01h，因此两者混合可以调整总的排空时间，以下是不同草炭土占比的混合料渗透系数及排空时间：

表3不同草炭土占比混合料渗透系数及排空时间

在本实施例中，排空时间满足排空上限时，草炭土质量占比为100％；排空时间满足排空下限时，草炭土质量占比为2.4％。

考虑有机质含量因素，所选的草炭土有机质含量为34.73％，草炭土质量占比在2.4％-14.40％时，体积占比在15％-45％，有机质含量不超过5％，满足种植层填料配比要求，因此建议选择的草炭土体积比15％-45％。

第四步，根据生物滞留池所述种植层填料确切配比，基于排空时间上下限复核生物滞留池高度；

对于60cm的种植层，所选细砂+营养土(草炭土)两者质量的比例为9:1时，种植层的渗透系数近似可达9.12×10^-4cm/s，排空时间近似为18.3h，满足排空时间的下限6-12h，上限24-48h，故所选高度满足要求。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，本发明具体实现方式不受上述方式的限制。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 (8)

1.一种生物滞留池设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，确定生物滞留池的高度，并根据高度计算滞留池表面积；

第二步，填料和植物耦合性选择具有当地特色普适性的填料和植物；

第三步，得到基于排空时间的生物滞留池填料配比方案；

第四步，根据原料配比方案校核第一步所确定的填料高度。

2.根据权利要求1所述的一种生物滞留池设计方法，其特征在于，所述第一步，确定生物滞留池的高度，先根据水质特点、出水要求、拟定去除效率选择生物滞留池的形式：对于总悬浮物、重金属浓度不高雨水，选择30cm-50cm高度种植层的生物滞留池；对于COD、TP、氨氮、细菌/病原微生物较高浓度的雨水，选择60cm-80高度的种植层生物滞留池；对于TN、热污染有降解要求的生物滞留池，选择90cm及以上高度的种植层生物滞留池。

3.根据权利要求1所述的一种生物滞留池设计方法，其特征在于，所述第二步，根据本地取材、价格便宜、方便常用的原则，选取常见的典型填料，以及适合当地的乡土水生植物，进行填料选择和植物成活实验，通过实验确定实用性的填料和适用性的植物。

4.根据权利要求3所述的一种生物滞留池设计方法，其特征在于，所述的填料选择和植物成活实验应该：根据植物根系、茎叶特征设定不同规格的种植环境；根据当地气候特点，选择日光灯保证植物所需要的光照；任意一种填料下的每一种植物，设置适宜的有机质含量梯度，有机质含量控制在10％之内，以防后期有机营养物质淋溶析出；每天适量浇水，保证植物正常生长所需水分；选择底部有孔的花盆，且底端配有托盘，这样做的目的，既可以保证水分流走，又可以保持相对湿润的生存环境。

5.根据权利要求1所述的一种生物滞留池设计方法，其特征在于，所述第三步，确定填料配比方案，在测定所述填料渗透系数基础上，得到基于排空时间的生物滞留池填料配比方案，并根据有机质含量进行细化。

6.根据权利要求5所述的一种生物滞留池设计方法，其特征在于，确定填料配比方案，主要过程为：测定单种填料渗透系数，并根据渗透系数大小计算入渗时间，得到入渗时间与排空时间的联系规律和数量关系；

对于渗透系数过大的填料，适当混合渗透系数小的填料，使总的入渗系数减小；进一步调整混合料的配比，使排空时间满足排空时间下限，得到混合填料中一种填料的最小添加比例；进一步调整混合料的配比，使排空时间满足排空时间上限，得到混合填料中一种填料的最大添加比例；

对于渗透系数过小的填料，适当混合渗透系数大的填料，使总的入渗系数增大；进一步调整混合料的配比，使排空时间满足排空时间上限，得到混合填料中一种填料的最小添加比例；进一步调整混合料的配比，使排空时间满足排空时间下限，得到混合填料中一种填料的最大添加比例；

在排空时间上下限范围内，校核填料层有机质含量，进一步细化混合填料中填料占比，使有机质含量不超过5％。

7.根据权利要求1所述的一种生物滞留池设计方法，其特征在于，所述第四步，校核生物滞留池的高度，根据所述填料配比方案，基于排空时间和渗透系数复核生物滞留池高度，使入渗雨水在生物滞留池高度范围内的入渗时间满足排空时间要求。

8.根据权利要求7所述的一种生物滞留池设计方法，其特征在于，所述第四步，入渗雨水在生物滞留池高度范围内的入渗时间满足排空时间要求，不满足要求，则需要重新选择高度设计，直到满足要求为止。