CN111499125B - 用于海绵城市的雨水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境保护的水处理技术领域，具体公开了用于海绵城市的雨水处理装置，设置在地面以下，包括：集水井，在所述集水井的底部设有筛网和锥形沉淀区；还包括有：依次连接的第一处理管、除油井、第二处理管、生物处理池和储水池。本发明采用长线型排布雨水收集和多级净化处理单元，将雨水处理为可利用的水，特别适合设在马路或广场两侧，用于解决城市道路径流雨水污染和渗滤的问题。

Description

用于海绵城市的雨水处理装置

技术领域

本发明属于环境保护的水处理技术领域，尤其涉及用于海绵城市的雨水处理装置。

背景技术

海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。具体是指通过加强城市规划建设管理，充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。海绵城市的建设有效地缓解了城市内涝，使城市水生态得以修复。对改善城市水环境、涵养城市水资源、提升城市绿化率、提高城市水安全及人民的生活质量等，起到了至关重要的作用。

海绵城市建设关键是：“渗、滞、蓄、净、用、排”几个方面，渗滤系统放在了首位。海绵城市建设的大部分绿色基础设施是依靠绿地的土壤下渗，在遭遇大雨或暴雨的时候会出现雨水无法下渗，此时会通过雨水倒流口或溢流口进入渗井、渗管和渗滤系统中；而对于马路或者广场等大面积硬化的地面来说，地面积水很难通过缓慢的植物和土壤渗透来排水，传统的过程是直接将雨水接入雨水管进入市政排水管。由于降雨初期的雨水污染严重，雨水不但溶解了空气中污染气体，还在降落过程中冲刷建筑物和垃圾时携带了大量污染物质，其污染程度甚至超过城市污水，若任其直接排入自然水体，将造成地表水和地下水严重污染，因此，雨水直接接入市政排水系统，会大大加重水处理的负担，还造成了大量水资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于海绵城市的雨水处理装置，采用长线型排布雨水收集和多级净化处理单元，将雨水处理为可利用的水，特别适合设在马路或广场两侧，以解决城市道路径流雨水污染和渗滤的问题。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用于海绵城市的雨水处理装置，设置在地面以下，包括：集水井，在所述集水井的底部设有筛网和锥形沉淀区；还包括有：依次连接的第一处理管、除油井、第二处理管、生物处理池和储水池；其中，

在所述集水井的中部侧壁上开设有第一出水口，所述第一出水口与所述第一处理管的一端连接，所述第一出水口配设有活动门，所述活动门能够绕其顶端转动实现开合，使得所述第一处理管和所述集水井实现连通或分隔，所述活动门的底部连接有第一软绳，所述第一软绳接有第一浮球，所述第一软绳的长度与所述第一浮球的直径之和小于自所述活动门的底部到所述集水井的顶端的距离；

在所述第一处理管内部设置有支点和铰接在所述支点上的弯折杠杆，所述弯折杠杆的一端连接在所述活动门上，所述弯折杠杆的另一端固定有第二浮球；

在所述第一处理管内部沿其轴向并排设置有若干个球形笼，每个所述球形笼的顶端和底端分别通过弹性部件与所述第一处理管的相应侧壁连接，所述球形笼内部装有碳酸钙颗粒；

所述第一处理管的另一端与所述除油井的一端连接，所述除油井内设有除油海绵，所述除油井的另一端与所述第二处理管的一端连接；

在所述第二处理管内部设置有支撑架和搁置在所述支撑架上的若干段圆柱形笼，每段所述圆柱形笼的前端固定有叶轮，每段所述圆柱形笼内填充有改性硫化铁-炭填料，所述改性硫化铁-炭填料是质量比为(2～3)：1：0.5的改性硫化铁、活性炭颗粒和膨胀珍珠岩的混合物，所述第二处理管的另一端与生物处理池的一端连接；

所述生物处理池内设置有中心转轮，所述中心转轮包括由内到外依次设置的中心转盘、内圈和外圈，以及自所述中心转盘向外延伸至所述外圈以外且呈放射状分布的若干叶片，其中，所述中心转盘上套设有传动链条的一端，所述传动链条由设置在地表上的风力驱动旋转装置带动，所述内圈填充有厌氧生物填料，所述外圈填充有好氧生物填料；所述生物处理池的另一端侧壁的上部连接有第二出水口，所述第二出水口与储水池连接；

所述储水池内设置有水泵，所述水泵连接浮球控制器，所述浮球控制器包括第三浮球和按压接触器，所述第三浮球通过第二软绳与所述储水池的底部内壁连接，所述按压接触器设置在所述储水池的顶部内壁上与所述第三浮球相对应的位置上。

在本发明的一些具体实例中，所述弹性部件为弹簧。

在本发明的一些具体实例中，所述球形笼的孔的尺寸小于所述球形笼内部的碳酸钙颗粒的尺寸，所述碳酸钙颗粒大小为1～2cm。

在本发明的一些具体实例中，所述除油井的顶端设有检测口，用于检测或更换所述除油海绵。

在本发明的一些具体实例中，改性硫化铁是指硼氢化钠溶液将硫化铁颗粒表面部分还原的产物，可以通过以下方法得到：将1g颗粒硫铁矿加入到10mL质量百分比浓度为1％～2％的硼氢化钠溶液中，反应10～15分钟即可。

在本发明的一些具体实例中，所述第二处理管的管径是所述第一处理管的管径的1/2～3/4。

在本发明的一些具体实例中，所述好氧生物填料是聚丙烯填料，所述厌氧生物填料是球形火山岩颗粒。

在本发明的一些具体实例中，所述风力驱动旋转装置为风车，这样，所述传动链条的一端套设在所述中心转盘上，所述传动链条的另一端套设在所述风车的中心，所述风车设置在地表上，起风时所述风车转动，在所述传动链条的带动下，所述中心转盘开始转动，进而所述中心转轮转动。

在本发明的一些具体实例中，所述水泵还接有人工控制开关，可以在需要用水时启动。

在本发明的一些具体实例中，在所述锥形沉淀区的底端连接有污泥管，所述污泥管连接污泥泵，所述污泥泵的出口与污泥池连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1)本发明装置中各构成部件呈条带状排布，整个处理过程呈长线型，特别适合设在马路或广场两侧。

2)本发明装置中各构成部件相互配合，完成了多级净化处理流程，将雨水处理为可利用的水，解决了城市道路径流雨水污染和渗滤的问题。

3)本发明装置中各构成部件充分利用水流冲击的动力与自身结构特征之间的协同作用完成各级净化处理过程，例如：在所述第一处理管内，水流冲击带动弹性部件的震动，可以将球形笼中碳酸钙反应产生的附着在表面的沉淀(比如硫酸钙)去除，从而使得表面永远是新鲜的碳酸钙，有利于反应持续进行。再例如：在第二处理管内，水流冲击带动叶轮转动，使得圆柱形笼保持旋转，避免笼内改性硫化铁-炭填料板结以及相应导致的填料失效问题，同时，膨胀珍珠岩吸水后体积膨胀，填充了填料中细小的空隙，使改性硫化铁和活性炭在圆柱形笼旋转过程中仍然保持紧密接触，从而能够实现长期高效的改性硫化铁-炭的微电解和硫化铁催化的双重功能；又例如：中心转轮的内圈使用密度大的材料，从而能够始终保持在水面以下，这样一来其在水中与氧气接触较少，其中所填充的厌氧生物填料适合厌氧微生物大量繁殖，而外圈则比较轻，容易转动，又位于水面以上，与空气接触，能够给微生物提供氧气，其中所填充的好氧生物填料更适合好氧微生物大量繁殖，从而兼具好氧和厌氧处理。

4)本发明装置除了污泥泵和水泵之外，不再需要动力装置，通过雨水的重力自流即可完成整个净化处理过程。

5)本发明装置操作简单，无需额外控制或人工操作，由于处理管路较长，具有极强的缓冲、恢复能力以及储水能力，无需人工控制和调节水质，经过长线路的混合及适应，可以达到较好的处理效果。

附图说明

图1是本发明的用于海绵城市的雨水处理装置的第一具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下，结合附图和实施例，对本发明的实施方式进行详细说明，以更清楚地理解本发明的技术内容。

如图1所示，在本发明的一具体实例中，一种用于海绵城市的雨水处理装置，设置在地面以下，包括：依次连接的集水井1、第一处理管3、除油井17、生物处理池24、第二处理管19和储水池33。

集水井1，用于收集雨水。

在集水井1的底部设有筛网8和锥形沉淀区2，筛网8位于锥形沉淀区2的顶端，在锥形沉淀区2的底端连接有污泥管9，污泥管9连接污泥泵10，污泥泵10的出口连接污泥池11，可以通过污泥泵10将污泥打到污泥池11。

在集水井1的中部侧壁上开设有第一出水口，第一出水口与第一处理管3的一端连接，第一出水口配设有活动门4，活动门4能够绕门轴5转动实现开合，从而实现第一处理管3和集水井1的连通与分隔，活动门4的门轴5也是活动门4的顶部，位于第一出水口的顶边，活动门4的底部连接有第一软绳6，第一软绳6接有第一浮球7，第一软绳6的长度与第一浮球的直径之和小于自活动门4的底部到集水井1的顶端的距离。当集水井1内没有水时，第一浮球7自然下垂，活动门4也自然下垂而呈闭合状态，第一出水口封闭，第一处理管3和集水井1被活动门4分隔，第一处理管3的管口封闭；当有大量水进入集水井1内，由于活动门4暂时处于关闭状态，第一浮球7会浮起，接着第一软绳6会拉动活动门4，使得活动门4开启，第一处理管3和集水井1连通，水从集水井1流入第一处理管3。

在第一处理管3内部设置有支点12和弯折杠杆13，弯折杠杆13铰接在支点12上，弯折杠杆13的一端连接在活动门4上，弯折杠杆13的另一端固定有第二浮球71。

在第一处理管3内部沿其轴向并排设置有若干个球形笼14，每个球形笼14的顶端和底端分别通过弹簧15与第一处理管3的相应侧壁连接，球形笼14内部装有碳酸钙颗粒16，球形笼14的孔洞的尺寸小于碳酸钙颗粒16的尺寸。

第一处理管3的另一端与除油井17的一端连接，除油井17内设有除油海绵18，除油井17的另一端与第二处理管19的一端连接。

在第二处理管19内部设置有支撑架21和搁置在支撑架21上的若干段圆柱形笼20，圆柱形笼20与第二处理管19的侧壁之间存在空隙，以便于圆柱形笼20可以在第二处理管19内自由旋转，每段圆柱形笼20的前端固定有叶轮22，每段圆柱形笼20内填充有改性硫化铁-炭填料23，第二处理管19的另一端与生物处理池24的一端连接。

生物处理池24内设置有中心转轮25，中心转轮25包括由内到外依次设置的中心转盘29、内圈28和外圈27，以及自中心转盘29向外延伸至外圈27以外且呈放射状分布的若干叶片26，其中，中心转盘29上套设有传动链条30的一端，传动链条30由设置在地表上的风车31带动，内圈28填充有厌氧生物填料，外圈29填充有好氧生物填料；生物处理池24的另一端侧壁的上部连接有第二出水口32，第二出水口32与储水池33连接。降雨期间，雨水经由前端管线进入第二处理管19，水流冲击叶片26，叶片26转动并带动中心转轮25转动；在非降雨时期，风车31带动中心转轮25转动。

储水池33内设置有水泵34，水泵34连接有一个浮球控制器，浮球控制器包括第三浮球35和按压接触器37，第三浮球35通过第二软绳36与储水池33的底部内壁连接，按压接触器37设置在储水池33的顶部内壁上，且其位置与第三浮球35的位置相对应。当水满时，第三浮球35浮起，会与按压接触器37相接触，从而接通水泵34排水。

雨水中常见污染物有油污、有机物、酸(亚硝酸、亚硫酸)、氨氮等，上述用于海绵城市的雨水处理装置能够高效处理上述常见污染物，具体来说，上述用于海绵城市的雨水处理装置的工作运行原理如下：

使用时，将该装置的各构成部件全部埋设在地下。当下雨时，路面雨水流入集水井1，颗粒物沉淀到锥形沉淀区2，活动门4初始状态是关闭的，第一处理管3与集水井1相连接的管口封闭着，当雨水进入集水井1，第一浮球7浮起，当水积聚较多到达集水井1中上部，第一软绳6会拉动活动门4使其开启，水流入第一处理管3；随着第一处理管3内水位增加，第二浮球71浮起，带动弯折杠杆13的一端起开活动门4，水大量流入第一处理管3，流经球形笼14，水中所含酸性物质和其中的碳酸钙颗粒发生反应，生成二氧化碳和钙离子，pH到达中性；然后，水流入除油井17，雨水中的油污被除油海绵18所吸附去除；再进入第二处理管19，水流带动叶轮22和圆柱形笼20转动，圆柱形笼20内的改性硫化铁-炭填料形成微电解，改性硫化铁和水中的亚硫酸根发生氧化还原反应，形成硫酸根自由基，也参与氧化反应，对雨水中的有机物有较好的氧化结果；最后，水流入生物处理池24，水流推动叶片26和中心转轮25转动，在此过程中好氧生物填料和厌氧生物填料同时对水中的有机物及氨氮进行处理。生物处理池24的体积较大，大部分水在此停留，可以长时间处理。天气晴朗的时候，设置在地表以上的风车31带动中心转轮25转动，持续进行好氧分解，内圈28中的厌氧生物填料28则始终位于水位以下，保持厌氧环境，厌氧微生物负载在填料表面附着生长并降解有机物。当有足够多的水流入生物处理池24后，水会溢流进入储水池33；当储水池33的水满时，第三浮球35浮起，会与按压接触器37接触，从而接通水泵34排水。

当然，本领域技术人员可以理解，上述用于海绵城市的雨水处理装置还可以有一些变形、替代或优化结构，例如：

在第一处理管3内部，用来将球形笼14的顶端和底端分别与第一处理管3的相应侧壁连接的弹簧15，其作用是作为弹性部件在受到水流冲击时有轻微的震动，可以将球形笼中碳酸钙颗粒16反应产生的附着在表面的沉淀(比如硫酸钙)去除，从而使得表面永远是新鲜的碳酸钙，有利于反应持续进行。所以，这里的弹簧15是可以被其他常见的弹性部件所替代的。

在第一处理管3内部，球形笼14的孔洞尺寸应该小于内部的碳酸钙颗粒16的尺寸，这样，碳酸钙颗粒16不会从孔洞逸出，可以将碳酸钙颗粒设置在1～2cm，颗粒比较小，反应面积足够大，但颗粒又不至于太小，这样孔洞尺寸不会太小，水流进出球形笼14比较通畅。

在除油井17的顶端还可以设置检测口，用于检测或及时更换除油海绵18，以保持除油海绵18对于水中的油污的持续吸附能力和效率。这个检测口可以是在除油井17的顶盖上直接开孔，也可以是直接将顶盖设置为可以打开的。

在第二处理管19内部设置的若干段圆柱形笼20，可以是间隔设置，也可以是连续设置。

填充在圆柱形笼20内的改性硫化铁-炭填料23，是质量比为(2～3)：1：0.5的改性硫化铁、活性炭颗粒和膨胀珍珠岩的混合物。

上述改性硫化铁是指硼氢化钠溶液将硫化铁颗粒表面部分还原的产物，可以通过现有技术中的方法得到。具体方法举例如下：将1g颗粒硫铁矿加入到10mL质量百分比浓度为1％～2％的硼氢化钠溶液中，反应10～15分钟，表面一部分铁元素被还原成零价铁，得到改性硫化铁。改性硫化铁表面有一定的疏水性，对疏水性有机物具有较好的吸附作用，吸附后可以直接参与降解反应，减少传质限制；此外，硫化铁可以和酸雨中的亚硫酸根反应，产生硫酸根自由基，增强氧化效果；同时，硫化铁表面一部分被氧化，得到的铁单质颗粒小、厚度薄，在和活性炭接触时可以发挥纳米效应。

可以设置第二处理管19的管径是第一处理管3的管径的1/2～3/4，这样一来，当水流进入到第二处理管19内，水流速度会加快，使得第二处理管19内的圆柱形笼20比较容易转动。

好氧生物填料选择使用聚丙烯填料，厌氧生物填料选择使用球形火山岩颗粒，火山岩密度相对较大，不会漂浮，既使得内圈28始终停留在水位以下，又使得外圈27转动阻力较小。

与传动链条的一端连接的风车31，其作用是为了带动传动链条30转动，进而带动中心转盘29以及中心转轮25转动，是作为风力驱动旋转装置存在的。因此，风车31可以被其他的风力驱动旋转装置所替代。

水泵34还可以和人工控制开关连接，这样可以在需要用水时启动水泵34。

可见，本发明装置中各构成部件充分利用水流冲击的动力与自身结构特征之间的协同作用完成各级净化处理过程，例如：在所述第一处理管内，水流冲击带动弹性部件的震动，可以将球形笼中碳酸钙反应产生的附着在表面的沉淀(比如硫酸钙)去除，从而使得表面永远是新鲜的碳酸钙，有利于反应持续进行。再例如：在第二处理管内，水流冲击带动叶轮转动，使得圆柱形笼保持旋转，使避免了笼内改性硫化铁-炭填料填料板结以及相应导致的填料失效问题，同时，膨胀珍珠岩吸水后体积膨胀，填充了填料中细小的空隙，使改性硫化铁和活性炭在圆柱形笼旋转过程中仍然保持紧密接触，从而能够实现长期高效的改性硫化铁-炭的微电解和硫化铁催化的双重功能；又例如：中心转轮的内圈使用密度较大的材料，从而能够始终保持在水面以下，这样一来其在水中与氧气接触较少，其中所填充的厌氧生物填料适合厌氧微生物大量繁殖，而外圈则比较轻，容易转动，又位于水面以上，与空气接触，能够给微生物提供氧气，其中所填充的好氧生物填料更适合好氧微生物大量繁殖，从而兼具好氧和厌氧处理。而且，各构成部件相互配合，完成了多级净化处理流程，将雨水处理为可利用的水，解决了城市道路径流雨水污染和渗滤的问题。进一步，各构成部件可以呈条带状排布，使得整个处理过程呈长线型，特别适合设在马路或广场两侧。综上，除了污泥泵和水泵之外，本发明装置不再需要动力装置，通过雨水的重力自流即可完成整个净化处理过程。而且，本发明装置操作简单，无需额外控制或人工操作，由于处理管路较长，具有极强的缓冲、恢复能力以及储水能力，无需控制和调节水质，经过长线路的混合及适应，可以达到较好的处理效果。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离原理的情况下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于海绵城市的雨水处理装置，设置在地面以下，包括：集水井，在所述集水井的底部设有筛网和锥形沉淀区；其特征在于，还包括有：依次连接的第一处理管、除油井、第二处理管、生物处理池和储水池；其中，

在所述集水井的中部侧壁上开设有第一出水口，所述第一出水口与所述第一处理管的一端连接，所述第一出水口配设有活动门，所述活动门能够绕其顶端转动实现开合，使得所述第一处理管和所述集水井实现连通或分隔，所述活动门的底部连接有第一软绳，所述第一软绳接有第一浮球，所述第一软绳的长度与所述第一浮球的直径之和小于自所述活动门的底部到所述集水井的顶端的距离；

在所述第一处理管内部设置有支点和铰接在所述支点上的弯折杠杆，所述弯折杠杆的一端连接在所述活动门上，所述弯折杠杆的另一端固定有第二浮球；

在所述第一处理管内部沿其轴向并排设置有若干个球形笼，每个所述球形笼的顶端和底端分别通过弹性部件与所述第一处理管的相应侧壁连接，所述球形笼内部装有碳酸钙颗粒；

所述第一处理管的另一端与所述除油井的一端连接，所述除油井内设有除油海绵，所述除油井的另一端与所述第二处理管的一端连接；

在所述第二处理管内部设置有支撑架和搁置在所述支撑架上的若干段圆柱形笼，每段所述圆柱形笼的前端固定有叶轮，每段所述圆柱形笼内填充有改性硫化铁-炭填料，所述改性硫化铁-炭填料是质量比为(2～3)：1：0.5的改性硫化铁、活性炭颗粒和膨胀珍珠岩的混合物，所述第二处理管的另一端与生物处理池的一端连接；

所述生物处理池内设置有中心转轮，所述中心转轮包括由内到外依次设置的中心转盘、内圈和外圈，以及自所述中心转盘向外延伸至所述外圈以外且呈放射状分布的若干叶片，其中，所述中心转盘上套设有传动链条的一端，所述传动链条由设置在地表上的风力驱动旋转装置带动，所述内圈填充有厌氧生物填料，所述外圈填充有好氧生物填料；所述生物处理池的另一端侧壁的上部连接有第二出水口，所述第二出水口与储水池连接；

所述储水池内设置有水泵，所述水泵连接浮球控制器，所述浮球控制器包括第三浮球和按压接触器，所述第三浮球通过第二软绳与所述储水池的底部内壁连接，所述按压接触器设置在所述储水池的顶部内壁上与所述第三浮球相对应的位置上。

2.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。

3.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，所述碳酸钙颗粒大小为1～2cm。

4.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，所述除油井的顶端设有检测口。

5.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，所述改性硫化铁通过以下方法得到：将1g颗粒硫铁矿加入到10mL质量百分比浓度为1％～2％的硼氢化钠溶液中，反应10～15分钟。

6.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，所述第二处理管的管径是所述第一处理管的管径的1/2～3/4。

7.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，所述好氧生物填料是聚丙烯填料，所述厌氧生物填料是球形火山岩颗粒。

8.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，所述风力驱动旋转装置为风车。

9.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，所述水泵还接有人工控制开关。

10.如权利要求1所述的用于海绵城市的雨水处理装置，其特征在于，在所述锥形沉淀区的底端连接有污泥管，所述污泥管连接污泥泵，所述污泥泵的出口与污泥池连接。

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