CN219261258U - 一种生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构 - Google Patents

Abstract

一种生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，包括进水管、植被层、种植层、生物炭改性土层、第一过滤土工布、第二过滤土工布、U型沉淀池、溢流管、三个梯形生物炭改性土柱和排水管，各个梯形生物炭改性土柱置于U型沉淀池底部并靠近排水管、顶部设置高度差形成二级过滤结构，第一过滤土工布覆盖在各个梯形生物炭改性土柱上；U型沉淀池中填充粗颗粒骨料；第二过滤土工布覆盖在粗颗粒骨料上，生物炭改性土层、种植层、植被层依次设置在第二过滤土工布上方，植被层低于凹槽顶部；溢流管设置在植被层中部并贯通种植层、生物炭改性土层和过滤层，溢流管上部高于植被层、下部高于U型沉淀池底部。本实用新型有效提高城市雨水径流控制率和污染物去除率。

Description

一种生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构

技术领域

本实用新型属于生态环境领域，具体涉及一种生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构。

背景技术

随着城市建设的快速发展，越来越多的不透水表面增加了极端降雨下的城市内涝风险，增加了市政管网压力和污水管溢流。当前城市地面雨水受污染严重，对于收集和处理难度均较大，下凹式绿地作为海绵城市建设的重要措施，能够有效渗滤雨水径流中污染物，过滤和处理雨水，成本低廉，对于改善城市生态环境、提高新型城镇化质量具有重要意义。研究表明，径流雨水通过黏土层渗滤过程对有机物、磷、氮等污染物的平均去除率可达到40%—50%。然而，对污染物具有较强的吸附力的黏土通常具有较低渗透性，这很难保持污染物去除和雨水渗透的平衡，这对于渗透设施的材料选择和结构设计提出了更高要求。此外，下凹式绿地底部快速排水设施不利于提高雨水径流控制率和雨水收集利用。同时，下凹式绿地溢流雨水直接通过排水管排放也不利于降低雨水污染物。生物炭具有吸附性、保水保肥和渗透性等特点，将秸秆、木屑、可燃垃圾、污泥等回收废弃物高温裂解转化为生物炭应用于下凹式绿地净化水质有利于节能降碳和生态环境保护。

传统下凹式绿地结构主要包括植被层、种植层、过滤层、排水层和溢流管。现有技术主要在垂直分层结构上将下凹式绿地结构进行多层级过滤或增加蓄水层提高滞留和水质净化能力，包括增加生物炭层进行水质净化，或是单独考虑溢流口设施结构，未见基于生物炭改性土的“垂直种植层、过滤层、蓄水层”+“溢流口多层级水平过滤层”的下凹式绿地结构。因此，有必要开发多层级的雨水收集和净化处理结构，进一步提升下凹式绿地及其溢流管水质净化能力。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对传统下凹式绿地结构存在的上述不足，提供一种生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，通过采用生物炭改性垂直多层级渗蓄结构和溢流管水平多层级过滤结构，能够有效提升下凹式绿地雨水径流控制率和污染物控制率。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，置于在自然素土内深挖的凹槽中，包括进水管、植被层、种植层、生物炭改性土层、第一过滤土工布、第二过滤土工布、U型沉淀池、溢流管、第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱和排水管，所述进水管（沟）置于凹槽顶部的一侧，所述排水管设置在凹槽底部的另一侧，所述U型沉淀池设置在凹槽底部，所述第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱置于U型沉淀池底部并靠近排水管设置；所述第一过滤土工布覆盖在所述第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱上；所述U型沉淀池中填充粗颗粒骨料，所述粗颗粒骨料填筑深度高于第一梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱顶部；所述第二过滤土工布覆盖在粗颗粒骨料上方，所述生物炭改性土层设置在第二过滤土工布上；所述种植层填筑在生物炭改性土层上层，所述植被层种植在种植层上，植被层低于凹槽顶部；所述溢流管设置在植被层中部并自上而下贯通种植层、生物炭改性土层和过滤层，溢流管上部高于植被层、下部高于U型沉淀池底部。

按上述方案，所述第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱顶部设置高度差，从而形成多层级过滤结构。

按上述方案，所述第二梯形生物炭改性土柱从U型沉淀池底部延伸至靠近生物炭改性土层底部，所述第一梯形生物炭改性土柱和第三梯形生物炭改性土柱从U型沉淀池5底部延伸至距离第二梯形生物炭改性土柱15顶部80~120mm。

按上述方案，所述溢流管上部高于植被层50-100mm并低于凹槽上部50-100mm，溢流管下部高于U型沉淀池底部80~120mm。

按上述方案，所述有高度差的第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱和排水管之间形成U型导流口，所述U型导流口中填充粗颗粒骨料。

按上述方案，所述第一梯形生物炭改性土柱宽80~120mm、高200-500mm。

按上述方案，所述第二梯形生物炭改性土柱和第三梯形生物炭改性土柱宽80~120mm、高80-380mm，第三梯形生物炭改性土柱设置在距离排水管水平位置80~120mm处。

按上述方案，所述粗颗粒骨料为粒径10-100mm的陶粒或砂卵石，所述粗颗粒骨料填筑深度高于第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱顶部80~120mm。

按上述方案，所述生物炭改性土层为黏土混合5%-15%的秸秆、畜禽粪便制成，厚度在80~120mm。

按上述方案，所述种植层厚度为100-200mm，所述植被层采用结缕草，植被层低于凹槽顶部100-200mm。

本实用新型的工作原理：进水管提供雨水或市政排水的汇流，植被层提供水分蒸腾和美化环境作用，种植层为植被生长提供必要的水分和养分；生物炭改性土层为上层植被生长提供保水、保肥效果并发挥水质净化和过滤作用；第二过滤土工布用于隔离生物炭改性土层和粗颗粒骨料，防止上层生物炭改性土流失；U型沉淀池用于暂时性蓄水和过滤污染物，粗颗粒骨料用于支撑上部结构并提供渗透、过滤、蓄水空间；第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱用于二次过滤污染物或过滤溢流管水流污染物，并利用生物炭改性土较低的渗透性削减溢流管排水峰值和流量。溢流管在进水管水量较大时提供快速入渗通道，避免下凹式绿地积水过量而溢流；U型导流口在U型沉淀池产生溢流时提供快速排水通道；底部排水管用于排放经下凹式绿地过滤和净化后的水体。汇流雨水或市政排水通过植被层截流、种植层和生物炭改性土层过滤后排入U型沉淀池过滤，再经第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱进一步过滤后由排水管排出。在暴雨或汇流量较大时，植被层和种植层形成表面积水入渗，并通过溢流管快速排入U型沉淀池进行沉淀过滤，再经第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱过滤后由排水管排出；超过U型沉淀池容量的雨水或汇流经U型导流口流经排水管排出。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用生物炭改性土吸附性、保水性和保肥性以及沉淀池过滤和净化水质技术，形成生物炭改性土层、U型沉淀池和第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱过滤进水管和溢流管污染物的下凹式绿地结构，有效提高城市雨水径流控制率和污染物去除率，极大提高市政排水管道污染物水质净化质量；

2、通过在种植层下部增加生物炭改性土层能够将下凹式绿地种植层的持水能力提高5%以上，污染物去除率提高20%以上；通过设置U型沉淀池能够有效去除溢流管道污染物，并经第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱过滤后有效提高溢流水质净化能力，进一步削减排水峰值和流量；同时，该结构的生物炭改性土层采用生物炭添加剂改良黏性土有助于推动秸秆、畜禽粪便等原材料制备生物炭的应用，助推降低农业碳排放。

附图说明

图1是本实用新型生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构示意图；

图2是本实用新型多层级下凹式绿地结构的U型沉淀池和U型导流口俯视图；

图3是本实用新型多层级下凹式绿地结构的U型导流口侧视图；

图中：1-进水管（沟）；2-植被层；3-种植层；4-生物炭改性土层；5-U型沉淀池；6-溢流管；7-素土；8-第一过滤土工布；9-第一梯形生物炭改性土柱；10-U型导流口；11-排水管；12-凹槽；13-粗颗粒骨料，14-第二过滤土工布，15-第二梯形生物炭改性土柱；16-第三梯形生物炭改性土柱；17-排水口，18-U型导流池。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。

如图1所示，本实用新型所述的一种生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，包括进水管1、植被层2、种植层3、生物炭改性土层4、第一过滤土工布8、第二过滤土工布14、U型沉淀池5、溢流管6、第一梯形生物炭改性土柱9、第二梯形生物炭改性土柱15、第三梯形生物炭改性土柱16、U型导流口10和排水管11，在自然素土7内深挖一个500-1000mm深的凹槽12，进水管（沟）1置于凹槽12顶部的一侧，排水管11设置在凹槽12底部的另一侧；U型沉淀池5设置在凹槽12底部，第一梯形生物炭改性土柱9、第二梯形生物炭改性土柱15、第三梯形生物炭改性土柱16置于U型沉淀池5底部并靠近排水管设置，第一梯形生物炭改性土柱9宽100mm、高200-500mm；第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱顶部设置高度差，从而形成多层级过滤结构；第一过滤土工布8覆盖在第一梯形生物炭改性土柱9、第二梯形生物炭改性土柱15、第三梯形生物炭改性土柱16上；U型沉淀池5和U型导流口10中填充陶粒或砂卵石等粒径为10-100mm的粗颗粒骨料13，粗颗粒骨料13填筑深度高于第一梯形生物炭改性土柱9、第三梯形生物炭改性土柱16顶部100mm；第二过滤土工布14覆盖在粗颗粒骨料13上方，生物炭改性土层4设置在第二过滤土工布14上，生物炭改性土层4为黏土混合5%-15%的秸秆、畜禽粪便制成，厚度在100mm左右；种植层3填筑在生物炭改性土层4上层，植被层2采用结缕草等植被种植在种植层3上，厚度为100-200mm；植被层2低于凹槽12顶部100-200mm；溢流管6设置在植被层2中部并自上而下贯通种植层3、生物炭改性土层4和过滤层8，溢流管6上部高于植被层50-100mm并低于凹槽12上部50-100mm，溢流管6下部高于U型沉淀池5底部100mm。

如图2所示，第二梯形生物炭改性土柱15从U型沉淀池5底部延伸至顶部（靠近生物炭改性土层4底部），第一梯形生物炭改性土柱9和第三梯形生物炭改性土柱16从U型沉淀池5底部延伸至距离第二梯形生物炭改性土柱15顶部100mm，有高度差的第一梯形生物炭改性土柱9、第二梯形生物炭改性土柱15、第三梯形生物炭改性土柱16和排水管11之间形成二级过滤结构。第一梯形生物炭改性土柱宽100mm、高200-500mm；第二梯形生物炭改性土柱15和第三梯形生物炭改性土柱宽100mm、高80-380mm；第三梯形生物炭改性土柱16设置在距离排水管11水平位置100mm处。

如图3所示，U型沉淀池5溢流进入U型导流池18，U型导流池18距离排水管11水平向100mm位置设置第三梯形生物炭改性土柱16，雨水或其他汇流通过第三梯形生物炭改性土柱二次过滤后通过U型导流口10、排水口17进入排水管11排出。

进水管1提供雨水或市政排水的汇流，植被层2提供水分蒸腾和美化环境作用，种植层3为植被生长提供必要的水分和养分；生物炭改性土层4为上层植被生长提供保水、保肥效果并发挥水质净化和过滤作用；第二过滤土工布14用于隔离生物炭改性土层4和粗颗粒骨料13，防止上层生物炭改性土流失；U型沉淀池5用于暂时性蓄水和过滤污染物，粗颗粒骨料13用于支撑上部结构并提供渗透、过滤、蓄水空间；第一过滤土工布8用于隔离粗颗粒骨料13和第一梯形生物炭改性土柱9，第一梯形生物炭改性土柱9用于二次过滤污染物或过滤溢流管6水流污染物，并利用生物炭改性土较低的渗透性削减溢流管6排水峰值和流量。溢流管6在进水管1水量较大时提供快速入渗通道，避免下凹式绿地积水过量而溢流；U型导流口10在U型沉淀池5产生溢流时提供快速排水通道；底部排水管11用于排放经下凹式绿地过滤和净化后的水体。汇流雨水或市政排水通过植被层2截流、种植层3和生物炭改性土层4过滤后排入U型沉淀池5过滤，再经第一梯形生物炭改性土柱9进一步过滤后由排水管11排出。在暴雨或汇流量较大时，植被层2和种植层3形成表面积水入渗，并通过溢流管6快速排入U型沉淀池5进行沉淀过滤，再经第一梯形生物炭改性土柱9过滤后由排水管11排出；超过U型沉淀池5容量的流量经U型导流口10流经排水管11排出。

本实用新型并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于本领域的技术人员来说，根据本实用新型做出各种相应的更改和变型，相应的更改和变型都属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，置于在自然素土内深挖的凹槽中，包括进水管、植被层、种植层、生物炭改性土层、第一过滤土工布、第二过滤土工布、U型沉淀池、溢流管、第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱和排水管，所述进水管置于凹槽顶部的一侧，所述排水管设置在凹槽底部的另一侧，所述U型沉淀池设置在凹槽底部，所述第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱置于U型沉淀池底部并靠近排水管设置；所述第一过滤土工布覆盖在所述第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱上；所述U型沉淀池中填充粗颗粒骨料，所述粗颗粒骨料填筑深度高于第一梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱顶部；所述第二过滤土工布覆盖在粗颗粒骨料上方，所述生物炭改性土层设置在第二过滤土工布上；所述种植层填筑在生物炭改性土层上层，所述植被层种植在种植层上，植被层低于凹槽顶部；所述溢流管设置在植被层中部并自上而下贯通种植层、生物炭改性土层和过滤层，溢流管上部高于植被层、下部高于U型沉淀池底部。

2.根据权利要求1所述的生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，所述第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱顶部设置高度差，从而形成多层级过滤结构。

3.根据权利要求1所述的生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，所述第二梯形生物炭改性土柱从U型沉淀池底部延伸至靠近生物炭改性土层底部，所述第一梯形生物炭改性土柱和第三梯形生物炭改性土柱从U型沉淀池底部延伸至距离第二梯形生物炭改性土柱顶部80~120mm。

4.根据权利要求1所述的生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，所述溢流管上部高于植被层50-100mm并低于凹槽上部50-100mm，溢流管下部高于U型沉淀池底部80~120mm。

5.根据权利要求2所述的生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，所述有高度差的第一梯形生物炭改性土柱、第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱和排水管之间形成U型导流口，所述U型导流口中填充粗颗粒骨料。

6.根据权利要求1所述的生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，所述第一梯形生物炭改性土柱宽80~120mm、高200-500mm。

7.根据权利要求1所述的生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，所述第二梯形生物炭改性土柱和第三梯形生物炭改性土柱宽80~120mm、高80-380mm，第三梯形生物炭改性土柱设置在距离排水管水平位置80~120mm处。

8.根据权利要求1所述的生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，所述粗颗粒骨料为粒径10-100mm的陶粒或砂卵石，所述粗颗粒骨料填筑深度高于第二梯形生物炭改性土柱、第三梯形生物炭改性土柱顶部80~120mm。

9.根据权利要求1所述的生物炭改性土的多层级下凹式绿地结构，其特征在于，所述种植层厚度为100-200mm，所述植被层采用结缕草，植被层低于凹槽顶部100-200mm。

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