CN112499907A - 一种初期雨水原位净化系统及初期雨水净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及雨水净化领域，具体涉及一种初期雨水原位净化系统及初期雨水净化方法。初期雨水原位净化系统，包括改良式生态植草沟净化单元和河道梯形生态护坡净化单元；所述改良式生态植草沟净化单元为在植草沟内部设置生态渗滤池的改良式生态植草沟；所述河道梯形生态护坡净化单元为多层阶梯型的河道梯形生态护坡；通过所述生态渗滤池中的所述穿孔排水管，将净化后的雨水排放至所述河道梯形生态护坡净化单元；所述改良式生态植草沟净化单元和河道梯形生态护坡净化单元分别设置于河道河岸和河道护坡。本发明初期雨水原位净化系统，能原位净化初期雨水，有效削减入河污染物浓度，节省治理成本，同时资源化利用雨水资源和提升沿河景观。
Description
技术领域
本发明涉及雨水净化领域，具体涉及一种初期雨水原位净化系统及初期雨水净化方法。
背景技术
近年来，随着经济水平的迅速提高、城市化进程的加快，城市的快速发展，一方面造成污染负荷量增大，如工业排放污染和城市机动车交通量增加，另一方面造成城市自然处理、净化能力下降，如城市绿化率减少，不透水下垫面比例增加等，均造成城市地表污染物不断增加。研究表明，城市降雨径流向受纳水体输入的污染负荷占很大的比例，是引起城市水环境质量恶化的主要原因。城市地表径流中的污染物主要来自降雨对城市地表的冲刷，道路径流是城市地表径流中污染程度最高的部分，严重影响城市水体水质，已成为城市水环境恶化的重要原因之一，严重影响城市的可持续发展和对周边城市圈的辐射影响。此外，农业面源污染问题也越来越突出，在农业生产中，过度使用氮磷肥是导致农田附近水体富营养化的主要原因，施用量远远超过作物生长所需，大量未被植物吸收和利用，沉积于土壤耕作层，导致作物生长层长期处于富氮磷状态。农田土壤中的氮素、磷素流失的主要途径是农田渗漏、地表径流冲刷，其中暴雨侵蚀是农田总磷和总氮流失的主要方式，导致吸附态磷、氮等营养盐输出，造成农田附近水体富营养化。
初期雨水引起的水环境污染已成为当前河流水环境综合治理中亟待解决的主要问题之一。因此，急需开发一种初期雨水原位净化系统及初期雨水净化方法，全面、系统解决初期雨水污染问题。
发明内容
本发明提供一种初期雨水原位净化系统，能原位净化初期雨水，有效削减入河污染物浓度，无需占用土地资源，节省治理成本，同时资源化利用雨水资源和提升沿河景观。
一种初期雨水原位净化系统，包括改良式生态植草沟净化单元和河道梯形生态护坡净化单元；
所述改良式生态植草沟净化单元为在植草沟内部设置生态渗滤池的改良式生态植草沟；其中，所述生态渗滤池沿植草沟内部间隔进行设置；所述生态渗滤池包含混凝土土埂、滤料层和穿孔排水管；所述改良式生态植草沟包括下凹式的底部和净水植物；
所述河道梯形生态护坡净化单元为多层阶梯型的河道梯形生态护坡；每层所述河道梯形生态护坡上种植有净水植物，并设置有初期雨水排放口；通过设置所述初期雨水排放口的位置，使上下相邻二层所述河道梯形生态护坡上的初期雨水的流经方向基本上平行；
通过所述生态渗滤池中的所述穿孔排水管，将净化后的雨水排放至所述河道梯形生态护坡净化单元；
其中，所述改良式生态植草沟净化单元和河道梯形生态护坡净化单元分别设置于河道河岸和河道护坡。
根据本发明的实施例，所述改良式生态植草沟净化单元主要包含植草沟、生态渗滤池和路缘石三部分；其中，所述植草沟内部种植具有净水植物。
根据本发明的实施例，所述生态渗滤池的结构自上向下依次为壤土层、煤渣层、粗砂层、砾石层和穿孔排水管；其中，所述壤土层上种植净水植物。煤渣层中的煤渣物质组成成份复杂，比表面积较大，孔隙不规则，具有良好的持水性，能去除N、P、有机污染物，对雨水中的Ni、Zn、Cu及Cd有较好的吸附效果；粗砂使用最广泛，价格低廉、性能优越，常被用于土壤改良，较大的颗粒粒径能提高土壤的渗透性同时提高初期雨水径流污染物的去除效果，能有效降低初期雨水中的TSS(总悬浮固体)、TN(总氮)和重金属浓度；路缘石沿改良式生态植草沟两侧沿线分布，其中位于植草沟处的路缘石上设置雨水口。初期雨水依次由设置在路缘石上的雨水口进入植草沟内，沿植草沟越过混凝土土埂(雨量较大时)进入生态渗滤池，经生态渗滤池滤料层由穿孔排水管进入河道梯形生态护坡净化单元。
在一些实施例中，所述生态渗滤池的混凝土土埂，其顶部标高介于植草沟下凹式的底部和路缘石的顶部标高之间。
在一些实施例中，所述植草沟还包括混凝土土埂，所述混凝土土埂的顶部标高与路缘石的顶部标高相同。
在一些实施例中，所述植草沟下凹式的底部的坡度为1％，坡向所述生态渗滤池。
本发明初期雨水原位净化系统通过同时设置所述植草沟与所述生态渗滤池(即改良式生态植草沟)，不仅能渗蓄雨水、削减洪峰雨量，而且能进一步强化初期雨水的净化效果。尤其对初期雨水中的有机物、N和P及重金属等污染物有较好的净化效果。
根据本发明的实施例，当降雨强度较低(例如小降雨)时，利用所述改良式生态植草沟净化单元中植草沟底部空间拦截、储蓄和净化初期雨水；当降雨强度较大(例如中大降雨或暴雨)时，初期雨水先经路缘石雨水口流经述改良式生态植草沟净化单元中植草沟，再经所述生态渗滤池净化处理，然后经所述生态渗滤池中设置的穿孔排水管排放至所述河道梯形生态护坡净化单元继续净化处理；利用所述改良式生态植草沟净化单元中植草沟和所述生态渗滤池共同作用拦截、储存和净化初期雨水(径流雨水)。研究表明，采用以上生态组合工艺净化初期雨水效果优于单一生态处理工艺。
根据本发明的实施例，所述河道梯形生态护坡净化单元可按照河道河岸地势进行设置，例如对河道护坡地势进行改造即可。
根据本发明的实施例，通过交叉设置所述相邻两层初期雨水排放口的位置，使上下相邻两层所述河道梯形生态护坡上的初期雨水的流经方向基本上平行。这样设置可使水流方向为折流式。通过这种改变水流流向，增加了水流与净水植物的接触时间，从而进一步提高了对于初期雨水的净化效果。
根据本发明的实施例，所述河道梯形生态护坡净化单元中，所述多层阶梯型的河道梯形生态护坡中，所述河道梯形生态护坡上设有植草沟；所述植草沟包括下凹式的底部、净水植物和初期雨水排放口；通过设置所述植草沟的初期雨水排放口，使上下相邻二层所述河道梯形生态护坡上的初期雨水的流经方向基本上平行。研究发现，通过在所述河道梯形生态护坡净化单元中也设置植草沟，进一步提高了初级雨水的净化效果，提高了入河水质。
根据本发明的实施例，所述河道梯形生态护坡净化单元为3～8层阶梯型的河道梯形生态护坡，具体层数可根据实际的河道地势情况设置。
根据本发明的实施例，所述初期雨水原位净化系统还包括雨水储蓄单元，它设置在市政雨水管道排放口处。
根据本发明的实施例，所述雨水储蓄单元为雨水调蓄池。进一步地，所述雨水调蓄池内部设置提升泵和溢流管。所述提升泵用于将储存的初期雨水输送至所述改良式生态植草沟，净化从市政雨水排水管道收集的初期雨水；这样可以资源化利用雨水资源，提高雨水利用率，同时减轻初期雨水对于河道的污染；所述溢流管设置在雨水调蓄池上部位置，当降雨量较大时，多余的雨水通过溢流管直接入河。
另外，晴天干旱时通过将雨水调蓄池中的雨水输送至所述改良式生态植草沟净化单元和河道梯形生态护坡净化单元，还可以对所述改良式生态植草沟净化单元及河道梯形生态护坡净化单元的净化植物起到灌溉作用，最大资源化利用雨水。
根据本发明的实施例，所述雨水调蓄池与市政雨水排水管道出口相连。这样未经本发明上述初期雨水原位净化系统净化的雨水可暂存于所述雨水调蓄池中。可将这些未经净化的雨水输送至所述改良式生态植草沟净化单元和河道梯形生态护坡净化单元，采用本发明初期雨水原位净化系统对其进行净化，从而能全面、系统性治理初期雨水入河污染，削减入河污染物浓度，改善河流生态水环境。
根据本发明的实施例，所述初期雨水原位净化系统可设置于道路或农田旁，利用河岸地势设置本发明初期雨水原位净化系统。
本发明还提供一种初期雨水净化方法，包括采用上述初期雨水原位净化系统对初期雨水进行净化。其中，所述初期雨水尤其包括流经道路或流经农田的初期雨水。
与现有技术相比，本发明初期雨水原位净化系统具有如下优点：
1)本发明在河道河岸旁利用地势设置初期雨水原位净化系统，不影响抗洪、防汛，项目投资低，还可提升沿河景观；
2)本发明采用改良式生态植草沟、河道梯形生态护坡和雨水调蓄池对初期雨水进行拦截和净化，发挥多种净化单元的互补优势，系统集成协同作用，可以对初期雨水中的有机物、氮和磷等污染物起到较好的净化作用，从而有效降低了初期雨水入河污染，同时资源化利用土地和雨水资源；
3)本发明初期雨水原位净化系统可设置在河道河岸边，尤其对岸边道路、农田中的有机物、氮和磷等污染物净化效果更佳；同时，本发明初期雨水原位净化系统还兼具削减洪峰雨量，有一定抗洪防涝功能。
附图说明
图1和图2为本发明实施例初期雨水原位净化系统结构示意图；
其中，I、改良式生态植草沟净化单元；II、河道梯形生态护坡净化单元；III、雨水储蓄单元；1、农田；2、道路；3、植草沟；31、植草沟混凝土土埂；32、净水植物；4、生态渗滤池；41、生态渗滤池混凝土土埂；42、滤料层；43、穿孔排水管；5、路缘石；51、路缘石雨水排放口；6、多层阶梯型的河道梯形生态护坡；61、植草沟；62、梯形生态护坡雨水排放口；63、混凝土土埂；64、净水植物；7、雨水调蓄池；71、溢流管；72、提升泵；73、雨水管道。箭头表示雨水流动方向。
具体实施方式
以下实施例对本发明进一步说明。
请参见图1和图2，其中的箭头表示雨水流动方向。
图1和图2分别是一种初期雨水原位净化系统示意图，即平面图和剖面图，这种初期雨水原位净化系统包括：改良式生态植草沟净化单元(参见图1和图2中的I)和河道梯形生态护坡净化单元(参见图1和图2中的II)。在一些实施例中，上述初期雨水原位净化系统设置在河道河岸的农田1或道路2旁边。
在一些实施例中，所述改良式生态植草沟净化单元I为在植草沟3内部设置生态渗滤池4的改良式生态植草沟；其中，所述生态渗滤池4沿植草沟3内部间隔进行设置；所述生态渗滤池4包含生态渗滤池混凝土土埂41、滤料层42(参见图2)和穿孔排水管43；所述改良式生态植草沟包括下凹式的底部和净水植物32(参见图2)；所述河道梯形生态护坡，它为多层阶梯型的河道梯形生态护坡6；每层所述河道梯形生态护坡上种植有净水植物64(参见图2)，并设置有梯形生态护坡雨水排放口62；通过交叉设置相邻两层梯形生态护坡雨水排放口62的位置，使上下相邻两层所述河道梯形生态护坡上的初期雨水的流经方向基本上平行；进一步通过所述生态渗滤池4中的所述穿孔排水管43，将净化后的雨水排放至所述河道梯形生态护坡净化单元II；其中，所述改良式生态植草沟净化单元I和河道梯形生态护坡净化单元II分别设置于河道河岸和河道护坡。
在一些实施例中，所述改良式生态植草沟包括植草沟3、生态渗滤池4和路缘石5三部分。所述植草沟内部种植净水植物32(参见图2)；所述生态渗滤池4沿植草沟内部间隔一定距离进行设置；所述生态渗滤池4包括生态渗滤池混凝土土埂41、滤料层42(参见图2)、净水植物32(参见图2)和穿孔排水管43；所述路缘石5设置有路缘石雨水排放口51，所述路缘石雨水排放口51设置于植草沟处的路缘石5上。
在一些实施例中，引入海绵城市建设理念，将上述改良式生态植草沟净化单元的底部设置成下凹状，具体形状呈抛物线形，所述下凹式底部标高低于路面或农田标高，利于拦截、储存和净化部分初期雨水，削减雨水洪峰量，降低入河污染物浓度，改善河流生态水环境。
在一些实施例中，所述穿孔排水管采用土工布包裹铺设，防治堵塞。
在一些实施例中，上述滤料层自上向下依次为壤土层、煤渣层、粗砂层和砾石层；其中壤土层上种植净水植物，煤渣层中的煤渣物质组成成份复杂，比表面积较大，孔隙不规则，具有良好的持水性，能去除N、P、有机污染物，对雨水中的Ni、Zn、Cu及Cd有较好的吸附效果；粗砂使用最广泛，价格低廉、性能优越，常被用于土壤改良，较大的颗粒粒径能提高土壤的渗透性，同时提高初期雨水径流污染物的去除效果，能有效降低初期雨水中的TSS、TN和重金属浓度。
在一些实施例中，所述生态渗滤池的混凝土土埂，其顶部标高介于植草沟下凹式的底部和路缘石的顶部标高之间。
在一些实施例中，上述植草沟还包括植草沟混凝土土埂31，植草沟混凝土土埂31的顶部标高与路缘石5顶部标高相同，用于将初期雨水拦截、储存在植草沟中，以增加初期雨水与净水植物的接触时间，提高净化效果，所述植草沟下凹式的底部的坡度为1％，坡向生态渗滤池。
在一些实施例中，所述改良式生态植草沟为在植草沟内部增设生态渗滤池改造而成。所述生态渗滤池沿植草沟内部一般间隔50-100m的距离进行设置，具体设置距离可根据实际情况确定。
在一些实施例中，上述生态渗滤池与植草沟的结构基本相同，即包括下凹式的底部和净水植物；所述生态渗滤池下凹式的底部还设有滤料层。
在一些实施例中，河道梯形生态护坡雨水净化单元，它为多层阶梯型的河道梯形生态护坡；每层所述河道梯形生态护坡上设有植草沟61；所述河道梯形生态护坡包括下凹式的底部、净水植物64和梯形生态护坡雨水排放口62；通过设置所述梯形生态护坡雨水排放口62，使上下相邻二层所述河道梯形生态护坡上的初期雨水的流经方向基本上平行。
在一些实施例中，所述河道梯形生态护坡上还设有混凝土土埂63。
在一些实施例中，所述河道梯形生态护坡净化单元中，相邻植草沟之间交叉设置梯形生态护坡雨水排放口62，将水流方向设计成折流式，改变水流流向，增加雨水与植物接触时间，提高净化效果。
在一些实施例中，所述河道梯形生态护坡净化单元为3～8层阶梯型的河道梯形生态护坡，具体层数可根据河道实际地势情况设置。
进一步地，所述初期雨水原位净化系统还包括雨水储蓄单元(参见图1和图2中的III)，它设置在市政雨水管道排放口处。具体地，所述雨水储蓄单为雨水调蓄池7，位于市政雨水排水管道排放口处，内部设有溢流管71和提升泵72。所述溢流管71用于排放超出雨水调蓄池储存容积的雨水量。所述提升泵72用于将雨水调蓄池中储存的初期雨水输送至所述改良式生态植草沟净化单元。
进一步地，所述改良式生态植草沟净化单元、河道梯形生态护坡净化单元和雨水储蓄单元沿雨水流经方向依次设置。
在一些实施例中，当降雨强度较低(例如降雨强度较小)时，利用所述改良式生态植草沟净化单元底部的下凹空间拦截、储蓄和净化初期雨水；当降雨强度较大(例如中大降雨或暴雨)时，初期雨水先经所述路缘石上设置的雨水排放口进入改良式生态植草沟净化单元中的植草沟，由植草沟再流经所述生态渗滤池净化，然后经所述生态渗滤池中铺设的穿孔排水管将其中的净化后的雨水排放至所述河道梯形生态护坡净化单元继续净化处理；利用所述改良式生态植草沟净化单元中植草沟和所述生态渗滤池共同作用拦截、储存和净化初期雨水(径流雨水)。研究表明，采用生态组合工艺净化初期雨水效果优于单一生态处理工艺。
在一些实施例中，当降雨量较大，超出雨水调蓄池7储存容积时，通过溢流管71将所述雨水调蓄池7中的雨水排出。
在一些实施例中，所述雨水调蓄池中还设有雨水管道73，其与所述提升泵72相连，用于将雨水输送至所述改良式生态植草沟净化单元。
在一些实施例中，经上述初期雨水原位净化系统净化后的雨水最终排入河道中。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种初期雨水原位净化系统，其特征在于，包括改良式生态植草沟净化单元和河道梯形生态护坡净化单元；
所述改良式生态植草沟净化单元为在植草沟内部设置生态渗滤池的改良式生态植草沟；其中，所述生态渗滤池沿植草沟内部间隔进行设置；所述生态渗滤池包含混凝土土埂、滤料层和穿孔排水管；所述改良式生态植草沟包括下凹式的底部和净水植物；
所述河道梯形生态护坡净化单元为多层阶梯型的河道梯形生态护坡；每层所述河道梯形生态护坡上种植有净水植物，并设置有初期雨水排放口；通过设置所述初期雨水排放口的位置，使上下相邻二层所述河道梯形生态护坡上的初期雨水的流经方向基本上平行；
通过所述生态渗滤池中的所述穿孔排水管，将净化后的雨水排放至所述河道梯形生态护坡净化单元；
其中，所述改良式生态植草沟净化单元和河道梯形生态护坡净化单元分别设置于河道河岸和河道护坡。
2.根据权利要求1所述的初期雨水原位净化系统，其特征在于，所述改良式生态植草沟净化单元包含植草沟、生态渗滤池和路缘石；其中，所述植草沟内部种植具有净水植物。
3.根据权利要求1所述的初期雨水原位净化系统，其特征在于，所述生态渗滤池的结构自上向下依次为壤土层、煤渣层、粗砂层、砾石层和穿孔排水管；其中，所述壤土层上种植净水植物。
4.根据权利要求1所述的初期雨水原位净化系统，其特征在于，所述生态渗滤池的混凝土土埂，其顶部标高介于植草沟下凹式的底部和路缘石的顶部标高之间。
5.根据权利要求2所述的初期雨水原位净化系统，其特征在于，所述植草沟还包括混凝土土埂，所述混凝土土埂的顶部标高与所述路缘石的顶部标高相同。
6.根据权利要求1所述的初期雨水原位净化系统，其特征在于，所述植草沟下凹式的底部的坡度为1％，坡向所述生态渗滤池。
7.根据权利要求1所述的初期雨水原位净化系统，其特征在于，所述河道梯形生态护坡净化单元中，所述多层阶梯型的河道梯形生态护坡中，所述河道梯形生态护坡上设有植草沟；所述植草沟包括下凹式的底部、净水植物和初期雨水排放口；通过设置所述植草沟的初期雨水排放口，使上下相邻二层所述河道梯形生态护坡上的初期雨水的流经方向基本上平行。
8.根据权利要求1-7任一项所述的初期雨水原位净化系统，其特征在于，所述初期雨水原位净化系统还包括雨水储蓄单元，它设置在市政雨水管道排放口处。
9.根据权利要求8所述的初期雨水原位净化系统，其特征在于，所述雨水调蓄池内部设置提升泵和溢流管；所述提升泵用于将储存的初期雨水输送至所述改良式生态植草沟，净化从市政雨水排水管道收集的初期雨水；所述溢流管设置在雨水调蓄池上部位置，当降雨量较大时，多余的雨水通过溢流管直接入河。
10.一种初期雨水净化方法，其特征在于，包括采用权利要求1-9任一项所述初期雨水原位净化系统对初期雨水进行净化；其中，可选地，所述初期雨水包括流经道路或流经农田的初期雨水。
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