CN111635084A - 一种带有景观功能的雨污水净化一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带有景观功能的雨污水净化一体化装置，包括处理系统和储水回用系统，所述的处理系统内部从上到下依次设置滞留层和净化单元，滞留层上端布置进水管，进水管连接至前端雨污水收集、储存或预处理装置，处理系统通过底部的出水管输出净化水至储水回用系统中；所述的储水回用系统侧壁设有排水接口，排水接口连接水泵将储水回用系统中的净化水输出。本发明的雨污水净化一体化装置同时实现对雨水和灰水的收集、净化处理以及资源化利用，水处理功能较为全面，且无需较大的空间，是一种同时具备净化雨水和灰水、储存净化水、自我供水且景观优美、布置灵活、具有休闲功能的一体化装置。

Description

一种带有景观功能的雨污水净化一体化装置
技术领域
本发明涉及水环境治理领域，是一种同时具备净化雨水或灰水、储存净化水、自我供水、景观优美、具有休闲功能的一体化装置。
背景技术
随着经济增长、人口增加，水资源消耗和需求不断增加，污水再生利用受到全世界的重视。雨水作为地表水较为洁净的输入来源，已经成为水资源回用的重要手段，灰水作为污染程度较轻的污水，是除雨水以外最具开发回用价值的来源之一。
自海绵城市全国试点开展以来，目前有项目案例中在楼体外墙采用断接落水管的雨水花坛来滞留、净化来自屋顶的雨水，这种单一处理型雨水花坛系统，汇集的大量雨水经过花坛后直接排走汇入市政管网，旱期植物系统仍需要额外的水进行灌溉，无法持续地自我供给水源；且因前端未考虑收集装置的配置，汇集的雨水在短时间内排走，净化能力有限。
专利文献CN 106836373 A公布的“一种建筑垂直绿化雨水收集与回用装置”涉及的雨水收集与回用装置中，考虑了绿化植物自用水水箱的配置，但仍存在以下问题：(1)该装置功能仅限于针对建筑雨水的处理，未涉及对灰水的处理功能，水处理功能较为单一，而灰水是水资源利用的重要来源，对灰水的处理具有较为重要的意义；(2)该装置由于涉及多级串联结构，布置需要较大空间；(3)景观功能单一。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种带有景观功能的雨污水净化一体化装置，本发明的一体化装置设置于楼体建筑附近，针对雨水排管中大量的悬浮颗粒物、氮、磷等有机物以及病原菌等污染物，设置特定的填料以及对污染物有吸收分解作用的植物，实现对雨污水的收集、净化处理以及资源化利用，水处理功能较为全面，且无需较大的空间，是一种同时具备净化雨水和灰水、储存净化水、自我供水且景观优美、布置灵活、具有休闲功能的一体化装置。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种带有景观功能的雨污水净化一体化装置，包括处理系统和储水回用系统，所述的处理系统内部从上到下依次设置滞留层和净化单元，滞留层上端布置进水管，进水管连接至前端雨污水收集、储存或预处理装置，处理系统通过底部的出水管输出净化水至储水回用系统中；所述的储水回用系统侧壁设有排水接口，排水接口连接水泵将储水回用系统中的净化水输出。
进一步地，所述的进水管的下壁和/或侧壁开设若干个出水孔。
进一步地，所述的滞留层高度为150～300mm。
进一步地，所述的滞留层顶端设置种植区，种植区的植物为千屈菜科、美人蕉科或禾本科植物。
进一步地，所述的净化单元包括从上至下依次设置的过滤层、过渡层和排水层，所述的过滤层、过渡层和排水层填充不同分级粒径的介质；排水层、过渡层和过滤层高度分别为：100～200mm；200～300mm、400～600mm。
进一步地，所述的过滤层中添加10％～50％配比为1：1的粉煤灰和活性炭混合物，过滤层靠近表层100mm～200mm处添加0.3％-0.5％的生石灰；过渡层上方设置一层厚度为1cm的海绵铁，所述海绵铁粒径为10～20mm；所述过渡层中添加小于5％的木屑、秸秆或生物质缓释性碳源中的任意一种或几种。
进一步地，所述的出水管包括处理系统内管道和处理系统以外管道两部分，位于处理系统内的管道采用穿孔管或割缝管，平铺于排水层中；位于处理系统以外管道采用非穿孔管，非穿孔管末端的高度与净化单元内过渡层的上表面平齐。
进一步地，所述的处理系统的外部结构为不透水结构。
进一步地，所述的储水回用系统内部设置紫外灯消毒系统，储水回用系统侧壁上方位置设有液位计和溢流口，溢流口连接外部城市雨水管网；所述的溢流口高度低于或等于出水管的出水口高度。
进一步地，该一体化装置的箱体外壁设置保温层，储水回用系统顶端设置座椅或景观区。
本发明的有益效果：
(1)本发明的净化一体化装置设置于楼体建筑附近，针对雨水排管污水中的悬浮颗粒物、大量含氮、磷等有机物以及病原菌等污染物，设置特定的填料以及对污染物有吸收分解作用的植物，实现对雨污水的收集、净化处理以及资源化利用，水处理功能较为全面，且无需较大的空间，是一种同时具备净化雨水和灰水、储存净化水、自我供水且景观优美、布置灵活、具有休闲功能的一体化装置。有效实现雨污水净化、达到水资源回用标准，同时通过储水回用系统实现自我供水，可广泛应用于住宅、庭院、公共建筑、广场等场景，价格实惠，维护简单，安装灵活，容易普及推广。
(2)本发明淹没层的设计，可以为微生物反硝化过程提供厌氧环境，大大提高氮、磷、COD等指标的去除效率，转化的物质作为供植物生长需要的营养物质被植物吸收，同时淹没层可为植物生长提供所需的水分，尤其保证在旱期的水分供给。
(3)本发明通过植物生态系统和功能性介质形成可持续净化能力，可以使处理单元连续使用多年而不需要更换，大大减少维护次数，降低维护成本，提高使用寿命。
(4)本发明处理系统的箱体外部可设置保温层，充分考虑了在有霜冻期的地区应用需求，为植物过冬提供了良好、稳定的生长环境。
(5)本发明中储水回用系统外部为景观设计师预留了足够的空间用于景观造型设计，同时还可在一体化装置外部整体或储水回用系统上部设置座椅，为人们提供休闲休憩的功能。
附图说明
图1为带有景观功能的雨污水净化一体化装置的正面剖面图。
图中：1、处理系统；2、储水回用系统；3、进水管；4、出水管；5、净化单元；6、液位计；7、排水接口；8、溢流口；9、水泵，10、滞留层。
具体实施方式
实施例1
如图1，一种带有景观功能的雨污水净化一体化装置，包括处理系统1和储水回用系统2，所述的处理系统1内部从上到下依次设置滞留层10和净化单元5，滞留层10上端布置进水管3，进水管3连接至前端雨污水收集、储存或预处理装置，将雨水导入净化单元；处理系统1通过底部的出水管4输出净化水至储水回用系统2中；所述的储水回用系统2侧壁设有排水接口7，排水接口7连接水泵9将储水回用系统2中的净化水输出，水泵9将收集净化后的水导入到处理系统1补充植物生长用水，或导入到储水回用系统2上方或侧方构造拓展景观，用于景观的塑造或植物的养护，或连接至一体化装置外部周边的水资源利用系统进行水的资源化利用。所述的进水管3的下壁和/或侧壁开设若干个出水孔。
进一步优选的，所述的滞留层10高度为300mm，为布水和植物生长空间，所述的滞留层10顶端设置种植区。不同植物对不同的污染物处理能力有所差异，对于磷含量较高的进水，可用千屈菜科植物或美人蕉科植物进行处理，以增强处理效果；对于氮含量较高的进水，可选用禾本科植物，以增加处理效果。因此，种植区种植对氮、磷吸收转化能力较强的千屈菜科、美人蕉科或禾本科植物，以增强脱氮除磷效果。
所述的净化单元5包括从上至下依次设置的过滤层、过渡层和排水层，所述的过滤层、过渡层和排水层填充不同分级粒径的介质；排水层、过渡层和过滤层高度分别为：200mm、300mm、600mm。优选的，针对接入灰水中氮、磷等污染物，在过滤层中添加10％配比为1：1的粉煤灰和活性炭混合物，过滤层靠近表层约100mm～200mm处添加0.3％的生石灰，以提高对污染物的去除能力；过渡层上方铺填一层厚1cm，粒径10～20mm的海绵铁，增强除磷能力；过渡层中添加4％的木屑、为微生物反硝化过程以及植物生长提供足够的碳源。
过滤层、过渡层、和排水层中所选用的介质满足下述筛选条件,以下公式中D15表示使15％质量的介质滞留的滤网的尺寸，D85表示使85％质量的介质滞留的滤网的尺寸；
过滤层和过渡层所选用的介质原料满足下述筛选条件：
D15(过渡层)≤5×D85(过滤层)；
过渡层和排水层所选用的介质原料满足下述筛选条件：
D15(排水层)≤5×D85(过渡层)。
过渡层和排水层的介质填料均满足下述条件：pH：5.5～7.5；总氮含量<1000mg/kg；磷酸盐含量<80mg/kg；有机质含量<5％；其中过滤层的粒径分布以下表为例：
筛网尺寸(μm) 滞留筛网的百分比
泥土 <50 <3％
极细颗粒 50-150 5-30％
细颗粒 150-250 10-30％
中等细颗粒 250-500 40-60％
粗颗粒 500-1000 25％
极粗颗粒 1000-2000 0-10％
大颗粒 2000-3400 <3％
所述的出水管4包括处理系统1内管道和处理系统1以外管道两部分，位于处理系统1内的管道采用穿孔管或割缝管，平铺于排水层中，收集来自净化单元的净化水；位于处理系统1以外管道采用非穿孔管，将净化水输送至储水回用系统2，非穿孔管末端的高度与净化单元5内过渡层的上表面平齐，用于在净化单元内部形成淹没层。
所述的处理系统1的外部结构为不透水结构。所述的储水回用系统2内部设置紫外灯消毒系统，以对进入储水回用系统中的水体进行杀菌消毒，去除细菌、病毒等微生物；储水回用系统2侧壁上方位置设有液位计6和溢流口8，溢流口8连接外部城市雨水管网；所述的溢流口8高度低于或等于出水管4的出水口高度。
该一体化装置的箱体外壁设置保温层，充分考虑了雨水净化和储水回用系统在有霜冻期的地区应用，为植物过冬提供了良好的生长环境。储水回用系统2顶端设置座椅，为行人提供休闲休憩的功能。
本发明的一体化装置作为一个整体模块，能够与任意前端雨污水收集或储存装置连接，后端接入市政管网或灌溉系统，内部结构1和2以及外部景观结构可拆卸分解，整体可移动或者替换，各部分大小比例可根据设计水处理量和用水量进行相应调整。
一体化装置中设置紫外光消毒系统，水泵启动以及紫外光消毒系统接入太阳能供电电源，满足使用清洁能源的需要。
实施例2
实施例1所述的净化一体化装置用于雨污水净化、存储以及水资源回用的实现过程为：
将收集储存的来自雨水排管的污水导入带有多孔的进水管3，或者下雨时少量雨水直接通过种植区落入处理系统1中，水因重力作用，通过进水管3上的出水孔流入滞留层10，种植的千屈菜科、美人蕉科或禾本科植物的根部对滞留层10中雨污水带来的污染物有吸收分解作用，初步净化雨污水，初步净化后，再从滞留层10进入净化单元5，并通过净化单元5中的多层级的不同粒径的介质和添加的针对去除悬浮颗粒物、含氮、磷等有机物以及病原菌等污染物的特殊填料，达到污染物进一步的净化和吸附去除的作用，实现雨污水的净化，净化后的水通过大气压作用进入出水管4中，并通过出水管4自然导入至储水回用系统2中进行储水。
当有持续的净化水进入储水回用系统2中且到达一定量后，多于设计量的雨水通过储水回用系统2箱体上方的溢流口8导入连接的雨水管网，将多余的水排走，此时排走的水为净化水，有效减小了排出水的污染值。
储水回用系统2箱体下方的排水接口7可连接水泵9；储水回用系统2的雨水，可在旱季通过水泵9抽取出来，供一体化装置的植物灌溉用，节约了对外部洁净水的使用；一体化装置箱体的外部设置有保温材料，为保证植物过冬提供良好的隔离条件。
另外，可以在储水回用系统上部和侧方设置微型的水景观，并实现景观水的内部循环，可供景观功能要求较高的场景使用；也可将一体化装置外部整体或储水回用系统上部设计为休闲座椅，为逛街、看书、娱乐的人群提供一处休闲休憩的场地，增加了场景设计元素，是对雨污净化一体化装置功能的多样开发。
实施例3
构建一体化雨污水净化一体化装置庭院系列标准箱体，长3m，宽1m，高1m，整体外壳采用不锈钢材质，内衬保温层，内部从左到右依次布置处理系统1和储水回用系统2，处理系统1和储水回用系统2的长度比例为1:2。其中，处理系统构1为预制净化单元5，净化单元5内部从上到下依次设置为过滤层500mm、过渡层200mm、排水层100mm，各层介质粒径从上到下依次增加，最大渗透速率不超过360mm/hr；净化单元5上方预留150mm滞留层10空间。右侧储水回用系统2内部构造主要为储水箱及紫外灯消毒系统。
将上述尺寸和结构完全相同的三个一体化装置分别命名为装置一、装置二和装置三：
装置一：净化单元5分别在过渡层均匀混合添加3％的木屑，在过滤层中添加配比35％的粉煤灰和活性炭混合物(1:1)，并在过滤层靠近表层100mm～200mm处混合添加0.5％的生石灰；过渡层上方铺填一层厚1cm，粒径10～20mm的海绵铁，过渡层中添加小于5％的秸秆。在滞留层10顶端的种植区间隔种植灯芯草和美人蕉。
装置二：净化单元5中添加成分与装置一相同，在滞留层10顶端的种植区种植常见的黑麦草。
装置三：净化单元5中不添加任何其它成分，在滞留层10顶端的种植区间隔种植灯芯草和美人蕉。
待滞留层10顶端的种植区的植物成活且生长稳定后，将收集后经过沉淀处理后的洗衣灰水和雨水等体积配比混合，分别通过进水管3导入一体化装置一、一体化装置二和一体化装置三中，检测三个一体化装置对污水的处理能力，设置水力停留时间均为24h，分别取三个一体化装置出水检测结果，并分别取平均值，检测的污染物指标主要包括：TSS、COD、TN、NH3-N、TP和大肠杆菌。三个装置中灰水进出水检测结果如表1所示。
表1三个一体化装置进出水检测结果
Figure BDA0002571349610000091
由此可知，在过渡层添加3％木屑，在过滤层中添加配比35％的粉煤灰和活性炭混合物(1:1)，并在过滤层添加0.5％的生石灰；过渡层上方铺填一层厚1cm，粒径10～20mm的海绵铁，过渡层中添加小于5％的木屑和其他生物质缓释性碳源；并且同时在滞留层种植区间隔种植灯芯草和美人蕉的一体化装置除去高浓度氮、磷污染物的效果最好。同时满足净化单元中添加的物质成分与种植区种植的特定植物才能达到最好的污染物去除效果。
实施例4
于体育场一公共建筑外将屋顶雨水和洗手槽灰水收集接管导入到2000L的储水箱中，储水箱的水经过初级沉淀后接至长5m，宽1m，高1m的本发明的雨污水净化一体化装置中，通过进水管3进入雨污水净化一体化装置的处理系统1中。其中，雨污水净化一体化装置整体外壳采用不锈钢材质，内衬保温层，内部从左到右依次布置处理系统1和储水回用系统2，处理系统1和储水回用系统2的长度比例为2:3。其中，处理系统1内部的净化单元5从上到下依次为过滤层400mm、过渡层250mm、排水层150mm，各层介质粒径从上到下依次增加，最大渗透速率不超过360mm/hr；净化单元5上方预留150mm滞留层10空间。为增加污染物去除效率，分别在过渡层均匀混合添加3％的秸秆，在过滤层中添加配比50％的粉煤灰和活性炭混合物(1:1)，并在过滤层靠近表层100mm～200mm处混合添加0.5％的生石灰；过渡层上方铺填一层厚1cm，粒径10～20mm的海绵铁，过渡层中添加小于5％的木屑和秸秆。滞留层10顶端的种植区的植物选取灯芯草和千屈菜间隔种植。右侧储水回用系统2内部构造主要为储水箱及紫外灯消毒系统，储水回用系统2顶端设置为花圃景观区域，净化后的部分洁净水用来滴灌至处理系统1植物区域以及景观花圃中，其他洁净水导入周边绿化喷灌系统。
待滞留层10顶端的种植区的植物成活且生长稳定后，检测系统对雨污混合水的处理能力，设置水力停留时间为24h，取进出水检测结果分别取平均值。检测的污染物主要包括：TSS、COD、TN、NH3-N、TP和大肠杆菌，检测结果如表4所示：
表4一体化装置进出水检测结果
检测指标 进水浓度均值mg/L 出水浓度均值mg/L
TSS 186 1.0
COD 147 16
TN 9.17 1.36
NH<sub>3</sub>-N 3.32 0.75
TP 1.37 0.11
粪大肠杆菌 4.2×10<sup>4</sup> -
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，包括处理系统(1)和储水回用系统(2)，所述的处理系统(1)内部从上到下依次设置滞留层(10)和净化单元(5)，滞留层(10)上端布置进水管(3)，进水管(3)连接至前端雨污水收集、储存或预处理装置，处理系统(1)通过底部的出水管(4)输出净化水至储水回用系统(2)中；所述的储水回用系统(2)侧壁设有排水接口(7)，排水接口(7)连接水泵(9)将储水回用系统(2)中的净化水输出。
2.根据权利要求1所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，所述的进水管(3)的下壁和/或侧壁开设若干个出水孔。
3.根据权利要求1所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，所述的滞留层(10)高度为150～300mm。
4.根据权利要求1所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，所述的滞留层(10)顶端设置种植区，种植区的植物为千屈菜科、美人蕉科或禾本科植物。
5.根据权利要求1所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，所述的净化单元(5)包括从上至下依次设置的过滤层、过渡层和排水层，所述的过滤层、过渡层和排水层填充不同分级粒径的介质；排水层、过渡层和过滤层高度分别为：100～200mm；200～300mm、400～600mm。
6.根据权利要求5所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，所述的过滤层中添加10％～50％配比为1：1的粉煤灰和活性炭混合物，过滤层靠近表层100mm～200mm处添加0.3％-0.5％的生石灰；过渡层上方设置一层厚度为1cm的海绵铁，所述海绵铁粒径为10～20mm；所述过渡层中添加小于5％的木屑、秸秆或生物质缓释性碳源中的任意一种或几种。
7.根据权利要求1所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，所述的出水管(4)包括处理系统(1)内管道和处理系统(1)以外管道两部分，位于处理系统(1)内的管道采用穿孔管或割缝管，平铺于排水层中；位于处理系统(1)以外管道采用非穿孔管，非穿孔管末端的高度与净化单元(5)内过渡层的上表面平齐。
8.根据权利要求1所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，所述的处理系统(1)的外部结构为不透水结构。
9.根据权利要求1所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，所述的储水回用系统(2)内部设置紫外灯消毒系统，储水回用系统(2)侧壁上方位置设有液位计(6)和溢流口(8)，溢流口(8)连接外部城市雨水管网；所述的溢流口(8)高度低于或等于出水管(4)的出水口高度。
10.根据权利要求1所述的带有景观功能的雨污水净化一体化装置，其特征在于，该一体化装置的箱体外壁设置保温层，储水回用系统(2)顶端设置座椅或景观区。
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