CN114112302A - 一种用于模拟路面径流的生物滞留装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟路面径流的生物滞留装置，它包括滞留单元池体、路面径流模拟单元、生物处理单元和渗透出水单元；路面径流模拟单元通过智能型蠕动泵连接储水桶与进水渠，进水渠、生物处理单元与渗透出水单元从上至下依次设置，进水渠底面为倾斜架，生物处理单元侧壁从上往下设置溢流口和取样口，生物处理单元按层级交替布置土壤区和填料区，生物处理单元内壁两侧对称布置多个储存板，相邻两个储存板之间设置取样口；渗透出水单元布置有卵石区及穿孔管，穿孔管与渗透出水口连接。本发明的优点是：能更真实的模拟人工降雨下的路面径流，解决了土壤下沉导致大颗粒填料无法取出并分析的问题，又减少磷负荷的外排量及植物施肥频次。

Description

一种用于模拟路面径流的生物滞留装置

技术领域

本发明属于生态环境治理技术领域，具体涉及一种生物滞留池。

背景技术

城市非点源污染即面污染是伴随城市快速发展而出现的新问题。城市暴雨径流作为污染物迁移的主要驱动力，是造成城市水体污染的主要原因。国内外相关研究表明城市土地利用不仅是非点源污染产生的根源，也是污染物迁移的媒介，土地利用及其变化对非点源污染存在显著影响。城市不透水下垫面的增加以及地下排水管道系统的建设，使得城市非点源污染有别于农业非点源污染，且控制难度更大。

海绵城市是一种全新的城市建设理念，其遵循生态优先的原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、促进雨水资源的利用和生态环境保护。生物滞留池是海绵城市建设中用于处理径流雨水的一项关键技术, 强调自然生态作用与景观效果，在改善水质的同时能提供额外的环境效益，实现环境的经济增值。

我国对于生物滞留池的研究起步较晚，照搬国外的研究成果存在适应性不足，成本过高等诸多问题。中国专利文献CN101793890B公开了一种人工降雨条件下生物滞留元水质水量模拟研究的实验装置，包括储雨水箱、水泵、导水管、支架、水量调解箱、阀门、出水管、喷头、降雨孔、多孔布水板、实验土槽、小采样孔管和大采样孔管，所述储雨水箱的下部出口与水泵进水口相连， 水泵的出水口通过导水管与放置在支架上的水量调解箱相连通。该专利存在以下缺点：生物滞留元通过调解水泵、水量调解箱中的水位和阀门来控制雨水径流速度，却无法模拟实际降雨时阶梯增、阶梯减的变化过程。中国专利文献CN107421577A公开了一种模拟自然降雨条件下生物滞留池综合效能的试验装置，包括试验床和试验桶放置区，所述试验床为双层床面结构包括渗水板和集水板，试验桶放置区与渗水板上方设置有人工降雨组件。该专利存在以下缺点：生物滞留试验桶内设置有试验填料，试验填料表面种有植物，却未考虑溶磷菌的作用，当截留过多的难溶性无机磷达到近饱和状态时，对磷的截留能力大大降低。

发明内容

针对现有生物滞留池试验装置存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于模拟路面径流的生物滞留装置，它能真实模拟路面径流，解决了土壤下沉导致大颗粒填料无法取出并分析的问题，能减少磷负荷的外排量及植物施肥频次。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括滞留单元池体、路面径流模拟单元、生物处理单元和渗透出水单元；所述路面径流模拟单元包括智能型蠕动泵，智能型蠕动泵的进水端连接储水桶、出水端连接进水渠，在滞留单元池体内从上至下依次设置进水渠、生物处理单元和渗透出水单元，滞留单元池体内壁与靠近滞留单元池体内壁的垂直栏板组成进水渠，进水渠末端的出水孔接通生物处理单元顶层基质。

本发明的优点是：

能更真实的模拟人工降雨下的路面径流，解决了土壤下沉导致大颗粒填料无法取出并分析的问题，又减少磷负荷的外排量及植物施肥频次。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的平面图；

图2为图1中A-A剖面图；

图3为图1中B-B剖面图。

图中：1、路面径流模拟单元；11、储水桶；12、智能型蠕动泵；13、进水渠；14、出水孔；2、生物处理单元；21、狼尾草；22、土壤区；23、填料区； 24、溢流口；25、取样口；26、阀门；27、储存板；3、渗透出水单元；31、土工布；32、卵石区；33、穿孔管；34、渗透出水口；4、滞留单元池体，41、垂直栏板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明包括滞留单元池体4、路面径流模拟单元1、生物处理单元2和渗透出水单元3；所述路面径流模拟单元1包括智能型蠕动泵12，智能型蠕动泵12的进水端连接储水桶11、出水端连接进水渠13，在滞留单元池体4内从上至下依次设置进水渠13、生物处理单元2和渗透出水单元3，滞留单元池体4内壁与靠近滞留单元池体内壁的垂直栏板41组成进水渠13，进水渠13末端的出水孔14接通生物处理单元2顶层基质。

智能型蠕动泵12通过内部编程模块，可实现阶梯加速或减速的流量输出，与实际降雨曲线更加吻合。

进水渠13内底为位于生物处理单元2上方的倾斜架，倾斜架为表面粗糙的滑梯形状，以模拟路面径流的真实流态。为了取到从出水孔14流出的水样，出水孔14高于生物处理单元2顶面。

如图2和图3所示，所述生物处理单元2 按层级交替布设土壤区22和填料区23，并种植有狼尾草21，在生物处理单元2段的滞留单元池体4内壁两侧对称布置有多个储存板27，储存板27上方的滞留单元池体内壁开有溢流口24，相邻两个储存板27之间的池壁设置取样口25，取样口上设置有阀门26。设置多个对称布置的储存板27，解决了土壤下沉导致大颗粒填料无法取出并分析的问题。溢流口24用于防止装置积水过高，影响植物生长；取样口25用于取出大颗粒填料并进行分析。

所述土壤区22由当地土壤与花卉土按10:1体积比组成，所述填料区23由蛭石与溶磷菌小球按10:1体积比组成。生物处理单元内种植的植物为狼尾草21，狼尾草能很好的发挥植物摄磷作用，且溶磷菌是从狼尾草根系土壤中纯化筛选出的。所述溶磷菌小球从狼尾草根系筛选出来，经过包埋法制造而成。填料区选用蛭石和溶磷菌小球，减少磷负荷的外排量和植物施肥频次。

渗透出水单元3上部铺设有土工布31，土工布31下方布置有卵石区32，卵石区32底部安装穿孔管33，穿孔管33的出水口为渗透出水口34 。渗透出水口34用于取出水样研究渗透出水的水质变化。

本发明的使用过程是：

人工降雨期，储水桶11装满自来水，进水渠13的上表面铺设磷溶液和沉积土混合物；待进水渠13上表面的土壤干燥后，采用智能蠕动泵12模拟实际降雨的流量曲线变化，对进水渠13上表面进行冲刷；随着降雨历时的增加，从出水孔14流出的径流体积不断增多，首先经过生物处理单元2的狼尾草21、土壤区22和填料区23拦截净化处理，填料区23的蛭石会大量吸附径流中的磷；其次，经过生物处理单元2处理的径流，通过渗透出水单元3的土工布31进入卵石区32，最终经穿孔管33从渗透出水口34排出。

降雨间隔期，填料区23的溶磷菌小球通过代谢活动产生的有机酸，能直接溶解土壤中难溶性磷酸盐，进而减少蛭石解吸过程引起的磷负荷外排问题；溶磷菌代谢过程产生的各种酶类，可使有机磷化合物分解成狼尾草21可以吸收利用的可溶性磷；狼尾草21生长摄取的磷会经收割携出生物滞留装置，根系却会残留在土壤层22，溶磷菌腐解狼尾草21残体产生的胡敏酸和富里酸，能与铁、铝及磷酸盐形成能被狼尾草21吸收利用的可溶性复合物，提供狼尾草21生长所需养料，减少植物施肥频次。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、磷溶液和沉积土混合后，铺设在进水渠上表面，待干燥后，采用智能蠕动泵模拟实际降雨流量变化，对进水渠上表面进行冲刷，能较好的模拟路面降雨径流中悬浮固体与总磷的相关性；

2、生物处理单元段的滞留单元池体内壁布置有储存板，储存板位置对应填料区，降雨过程中，随着土壤层水分的变化，填料区的位置会有少许的变化，储存板的设置，能较好的保证大颗粒填料顺利取出并进行分析研究；

3、填料区由蛭石与溶磷菌小球组成，蛭石能固定降雨径流中的磷负荷，溶磷菌小球能将蛭石固定的难溶性磷，以及其它形态磷，转化为供给植物生长的可溶性磷，从而减少磷负荷的外排量及植物施肥频次。

Claims (5)

1.一种用于模拟路面径流的生物滞留装置，其特征是：包括滞留单元池体（4）、路面径流模拟单元（1）、生物处理单元（2）和渗透出水单元（3）；所述路面径流模拟单元（1）包括智能型蠕动泵（12），智能型蠕动泵（12）的进水端连接储水桶（11）、出水端连接进水渠（13），在滞留单元池体（4）内从上至下依次设置进水渠（13）、生物处理单元（2）和渗透出水单元（3），滞留单元池体（4）内壁与靠近滞留单元池体内壁的垂直栏板（41）组成进水渠（13），进水渠（13）末端的出水孔（14）接通生物处理单元（2）顶层基质。

2.根据权利要求1所述的生物滞留装置，其特征是：进水渠（13）底面为位于生物处理单元（2）上方的倾斜架，倾斜架为表面粗糙的滑梯形状。

3.根据权利要求2所述的生物滞留装置，其特征是：所述生物处理单元(2) 按层级交替布设土壤区（22）和填料区（23），并种植有狼尾草（21），在生物处理单元(2)段的滞留单元池体内壁两侧对称布置有多个储存板（27），储存板（27）上方的滞留单元池体内壁开有溢流口（24），相邻两个储存板（27）之间的池壁设置取样口（25），取样口上设置有阀门（26）。

4.根据权利要求3所述的生物滞留装置，其特征是：所述土壤区（22）由当地土壤与花卉土按10:1体积比组成，所述填料区（23）由蛭石与溶磷菌小球按10:1体积比组成。

5.根据权利要求3或4所述的生物滞留装置，其特征是：所述渗透出水单元（3）上部铺设有土工布（31），土工布（31）下方布置有卵石区（32），卵石区（32）底部安装穿孔管（33），穿孔管（33）的出水口为渗透出水口（34）。

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