一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法，包括依次通過管路連通的集水井、垂直型生態(tài)過濾池和蓄水池。集水井，用于對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物；在集水井和所述的垂直型生態(tài)過濾池的連通管路上設有用于去除雨水中不易于沉淀的懸浮物質(zhì)的格柵；垂直型生態(tài)過濾池，包括池體；在所述的池體內(nèi)自下而上依次設有承托層、陶粒層、沸石層和礫石層，所述沸石層和礫石層的兩側(cè)設有礫石區(qū)，所述沸石層種植有水生植物，所述池體的上方設有布水器，所述池體的底部設有排水管；蓄水池，包括蓄水池體，所述的蓄水池體上設有一個與所述排水管連通的入水口，在所述的蓄水池體內(nèi)設有曝氣裝置。
【專利說明】
一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種污水的處理技術(shù)和方法，具體涉及一種城市雨水生態(tài)處理及利用 的系統(tǒng)及方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 降雨是地面徑流的主要來源，是城市生態(tài)系統(tǒng)中水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，對調(diào)節(jié)、補充 地區(qū)水資源和改善城市生態(tài)環(huán)境具有非常重要的作用。然而，近年來城市建筑面積的擴大， 致使地表硬化面積不斷增加，從而使雨水下滲形成土壤水和地下水的機會大大減小，絕大 部分雨水都直接匯集形成地表徑流，引起城市雨水徑流流速、流量和徑流峰值的增大，給城 市的防洪排澇帶來極大的壓力。同時，由于大氣淋洗及地表沖刷作用，雨水徑流中攜帶了大 量的氮磷及有機物等污染物質(zhì)，后經(jīng)人工興建的排水管道進入河流、湖泊等水環(huán)境中，造成 水體污染加劇。
[0003] 城市雨水處理及利用是緩解我國城市化進程中水資源短缺、排水系統(tǒng)和河道防洪 壓力增大等問題的重要措施。因此，開發(fā)及發(fā)展適合我國城市雨水處理及利用的技術(shù)具有 廣泛而深遠的意義。中國發(fā)明專利公布了《一種雨水利用系統(tǒng)及其使用方法》（公告號： CNl 04196179A )，提供了一種雨水利用系統(tǒng)，包括雨水收集儲存系統(tǒng)、雨水處理系統(tǒng)和雨水 回用系統(tǒng)，所述屋頂綠化系統(tǒng)包括土壤和植物，所述植物種植在所述土壤中，所述屋頂景觀 水池內(nèi)種植有水生植物。該雨水利用系統(tǒng)在一定程度上解決了屋頂綠化的用水需求，具有 節(jié)省土地資源、處理成本低等優(yōu)點，但"植物+土壤"系統(tǒng)對雨水處理負荷量小，并且設施在 屋頂，遇到惡劣暴風雨天氣系統(tǒng)容易受到影響，對城市大部分的居民區(qū)和商業(yè)區(qū)而言并不 適合廣泛推廣應用。
[0004] 中國發(fā)明專利《小區(qū)綠化雨水利用裝置》（公開號：CN104452874A)，公開了小區(qū)綠 化雨水利用裝置，包括連接至小區(qū)房屋屋頂?shù)挠晁龑Ч?，所述雨水引導管連接有地下引 流管，所述地下引流管連接有多支綠地管道，所述綠地管道設有多個分支的雨水下滲管。中 國發(fā)明專利《一種雨水利用生態(tài)池》（公開號:0附02561452六），公開了 一種雨水利用生態(tài)池， 包括沉淀井、滲水井和儲水井，該發(fā)明在一定程度上能緩解市政排水壓力。以上兩個公開專 利針對雨水收集和利用均提出了一定的解決辦法，但均未提到對雨水的處理設施和方法， 收集的雨水的利用受到限制。
[0005] 目前，我國城市雨水的利用處于探索階段，雨水收集和成熟的處理技術(shù)存在較大 的缺口。本發(fā)明涉及的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法可有效彌補現(xiàn)有技術(shù)的空 缺，建設和運營成本低，并且具有較強的景觀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種城市雨水生態(tài)處理及利用 的系統(tǒng)及方法，通過該系統(tǒng)及方法的實施，可以將收集的雨水通過生態(tài)方法強化處理，實現(xiàn) 了城市雨水的高效凈化，處理后的雨水可用于景觀綠化和沖廁等方面，節(jié)約了大量的水資 源。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，包括依次 通過管路連通的集水井、垂直型生態(tài)過濾池和蓄水池。
[0008] 所述的集水井，用于對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物；
[0009] 在所述的集水井和所述的垂直型生態(tài)過濾池的連通管路上設有用于去除雨水中 不易于沉淀的懸浮物質(zhì)的格柵；
[0010] 所述的垂直型生態(tài)過濾池，包括池體;在所述的池體內(nèi)自下而上依次設有承托層、 陶粒層、沸石層和礫石層，所述沸石層和礫石層的兩側(cè)設有礫石區(qū)，所述沸石層種植有水生 植物，所述池體的上方設有布水器，所述池體的底部設有排水管；
[0011] 所述的蓄水池，包括蓄水池體，所述的蓄水池體上設有一個與所述排水管連通的 入水口，在所述的蓄水池體內(nèi)設有曝氣裝置。
[0012] 進一步的，所述承托層由鵝卵石構(gòu)成，所述承托層厚度為10~15cm，占整個濾池體 積的3~5%，所述鵝卵石的平均粒徑為5~8cm。
[0013]進一步的，所述輕質(zhì)陶粒層的厚度為45~60cm，占整個濾池體積的45~55%，所述 輕質(zhì)陶粒層的陶粒平均粒徑為4~6mm。
[0014]進一步的，所述沸石層的厚度為35~50cm，占整個濾池體積的25~35%，所述沸石 層的沸石的平均粒徑為3~5_。
[0015] 進一步的，所述爍石層的厚度為5~8cm，占整個濾池體積的3~5%，所述爍石層由 粗礫石構(gòu)成，所述粗礫石的平均直徑為15~25_。
[0016] 進一步的，所述礫石區(qū)的體積占整個濾池體積的1~2 %，所述礫石區(qū)由細礫石構(gòu) 成，所述細爍石的平均粒徑為2~5mm。
[0017]進一步的，所述水生植物為旱傘草和梭魚草其中的一種或者兩種的組合;所述旱 傘草和梭魚草的種植區(qū)域比例為6:4。
[0018] 進一步的，所述的蓄水池體的岸邊設有植物種植區(qū)，蓄水池體的底部放置有鵝卵 石，其頂部有生態(tài)浮床
[0019] 所述的生態(tài)浮床由種植模塊拼接而成，種植模塊采用椰子草編織而成，種植模塊 為正方形構(gòu)造，單邊長為1~1.5m，種植模塊上有預留孔，方便栽種植物的橫向發(fā)展繁殖，浮 床植物為美人蕉，梭魚草，旱傘草中的一種或多種組成。
[0020] 所述的鸛卵石的平均粒徑為3~8cm，厚度為5~10cm。所述的曝氣裝置為潛水噴流 式曝氣機，具體功率可根據(jù)池深而定。
[0021] 本發(fā)明專利提供的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)處理方法，如下：
[0022] 經(jīng)過管道收集的城市雨水進入集水井，進行預處理，沉淀其中的部分懸浮顆粒物， 然后經(jīng)過格柵，去除絕大部分懸浮物質(zhì)，之后經(jīng)過垂直型生態(tài)過濾池的布水器，自上而下， 依次經(jīng)過水生植物、礫石層、沸石層和輕質(zhì)陶粒層，最終進入承托層的排水區(qū)；經(jīng)過垂直型 過濾池后處理后的雨水進入微型蓄水池儲存，蓄水區(qū)可利于雨水下滲，補充地下水，同時可 儲備水源；同時，蓄水池中的生態(tài)浮床及曝氣裝置可強化污染物質(zhì)的去除，經(jīng)過一段時間的 停留后，水質(zhì)達到綠化的要求。
[0023] 其中，水生植物可直接吸收尾水中的氮磷等物質(zhì)，并且植物發(fā)達的根系可為微生 物的生長提供便利的條件，構(gòu)建了眾多微環(huán)境，利于污染物的降解，植物的根系可深入沸石 層，甚至可進入輕質(zhì)陶粒層；同時，濾池中不同粒徑的礫石、沸石和輕質(zhì)陶粒填料對污染物 質(zhì)具有吸附和截污作用，并且不同填料的粗糙表面也利于微生物的附著，在污染物的降解 中起到重要作用。
[0024] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法與 現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點：
[0025] 1、采用本專利提供的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)和方法，建筑成本低，占地 面積小，并且，經(jīng)過處理后的雨水可用于道路灑水、綠化灌溉、車輛清洗等用途，節(jié)約了寶貴 的水資。
[0026] 2、本發(fā)明專利對雨水污染物的處理運行成本低，并且可操作性強，市場價值高，同 時美化了周圍環(huán)境，對于解決我國淡水不足的難題具有很好的應用價值。
【附圖說明】
[0027]圖1城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)流程圖；
[0028]圖2垂直型生態(tài)過濾池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3微型蓄水池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖中：1池體;2布水器;3水生植物;4礫石區(qū)；5礫石層;6沸石層;7陶粒層;8 承托層;9排水管，10入水口； 11蓄水池體;12鵝卵石；13曝氣裝置;14岸邊植物；15生 態(tài)浮床;16浮床植物。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合具體實施案例，進一步闡明本發(fā)明要點，應理解這些實施案例僅用于說 明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各 種等價形式的修改均落后于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0032]如圖1所示，一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法包括集水井、格柵、垂直 型生態(tài)過濾池和微型儲水池。其中，所述的格柵采用鐵質(zhì)材料制成，孔徑為0.5~1.5cm。 [0033] 如圖2所示，為垂直型生態(tài)過濾池，包括濾池池體1;布水器2;水生植物3;礫石區(qū)4; 礫石層5;沸石層6;陶粒層7;承托層8;排水管9。
[0034]如圖3為微型儲水池，包括入水口 10;蓄水池體11;鵝卵石12;曝氣裝置13;岸邊植 物14;生態(tài)浮床15;浮床植物16。
[0035]城市雨水生態(tài)處理系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如下：包括依次通過管路連通的集水井、垂直 型生態(tài)過濾池和蓄水池；
[0036] 集水井，可以對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物；
[0037] 格柵采用鐵質(zhì)材料制成，孔徑為0.5~1.5cm，主要用于去除雨水中不易于沉淀的 懸浮物質(zhì)。
[0038] 垂直型生態(tài)過濾池，包括池體1;在池體1內(nèi)自下而上依次設有承托層8、陶粒層7、 沸石層6和礫石層5,所述沸石層6和礫石層5的兩側(cè)設有礫石區(qū)4,所述沸石層種植有水生植 物3，所述池體的上方設有布水器2，所述池體的底部設有排水管9;
[0039] 布水器為均壓旋轉(zhuǎn)布水器，由一個封閉腔體進行均壓處理，出水口語圓錐形腔體 的軸線同軸，保證封閉腔體內(nèi)水壓力的均勻性;水生植物由旱傘草和梭魚草中的一種或混 合組成;所述的礫石區(qū)選用的礫石為細礫石，平均粒徑為2~5_，礫石區(qū)的體積占整個濾池 體積的1~2% ;所述的爍石層為粗爍石，平均直徑為15~25mm，爍石層的厚度為5~8cm，占 整個濾池體積的3~5 % ;所述的沸石層，沸石的平均粒徑為3~5 mm，沸石層的厚度為3 5~ 50cm，占整個濾池體積的25~35 %;陶粒層為輕質(zhì)陶粒層，平均粒徑為4~6mm，陶粒層的厚 度為45~60cm，占整個濾池體積的45~55%;承托層由鵝卵石構(gòu)成，鵝卵石的平均粒徑為5 ~8cm，厚度為10~15cm，占整個濾池體積的3~5%。
[0040] 微型蓄水池，包括蓄水池體11，岸邊植物14種植區(qū)，生態(tài)浮床15,鵝卵石12和曝氣 裝置13。所述的蓄水池體11外形可根據(jù)實際情況而定，可為橢圓形或長方形，池深為1~2m。 所述的岸邊植物可選擇香蒲、美人蕉、梭魚草和蘆葦中的一種或多種組合;其入水口 10與排 水管9連通，生態(tài)浮床由種植模塊拼接而成，種植模塊采用椰子草編織而成，種植模塊為正 方形構(gòu)造，單邊長為1~1.5m，種植模塊上有預留孔，方便栽種植物的橫向發(fā)展繁殖，浮床植 物為美人蕉，梭魚草，旱傘草中的一種或多種組成。所述的鵝卵石的平均粒徑為3~8cm，厚 度為5~10cm。
[0041 ]曝氣裝置為潛水噴流式曝氣機，具體功率可根據(jù)池深而定。
[0042]應用本發(fā)明的城市雨水生態(tài)處理系統(tǒng)，包括以下處理步驟：
[0043] 1)雨水預處理
[0044] 首先，集水井可以對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物;其次，格 柵去除絕大部分懸浮物質(zhì)便于下一步凈化。
[0045] 2)雨水的生態(tài)過濾
[0046] 垂直型生態(tài)過濾池的水生植物可直接吸收尾水中的氮磷等物質(zhì)，并且植物發(fā)達的 根系可為微生物的生長提供便利的條件，構(gòu)建了眾多微環(huán)境，利于污染物的降解，植物的根 系可深入沸石層，甚至可進入輕質(zhì)陶粒層；同時，濾池中不同粒徑的礫石、沸石和輕質(zhì)陶粒 填料對污染物質(zhì)具有吸附和截污作用，并且不同填料的粗糙表面也利于微生物的附著，在 污染物的降解中起到重要作用。
[0047] 3)雨水的強化處理
[0048] 蓄水池中的生態(tài)浮床及曝氣裝置可強化污染物質(zhì)的去除。
[0049] 4)達標使用
[0050] 經(jīng)過2-4天的停留后，水質(zhì)達標，可用于道路灑水、綠化灌溉、車輛清洗等。
[0051 ] 實施例1
[0052]某商區(qū)采用本發(fā)明專利進行商區(qū)內(nèi)收集雨水的處理及利用，包括集水井、格柵、垂 直型過濾池和微型蓄水池。其中，系統(tǒng)的部分設計參數(shù)如下：
[0053] 垂直型過濾池，礫石區(qū)選用的礫石為細礫石，平均粒徑為4mm，礫石區(qū)的體積占整 個濾池體積的1.2 % ;所述的礫石層為粗礫石，平均直徑為15~20mm，礫石層的厚度為6cm， 占整個濾池體積的5% ;所述的沸石層，沸石的平均粒徑為3~5mm，沸石層的厚度為40cm，占 整個濾池體積的30%。微型蓄水池，池體外形為橢圓形，池深為1.5m。所述的岸邊植物為香 蒲和美人蕉。浮床植物為美人蕉，梭魚草和旱傘草中。
[0054]通過本專利技術(shù)的實施，雨水收集后進行了強化處理，污染物得到的高效的去除 和降解(如表1)，微型水庫的儲備水源達到?jīng)_廁用水標準，實現(xiàn)了雨水收集后的零排放，同 時，改善了商業(yè)區(qū)的環(huán)境。
【主權(quán)項】
1. 一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，包括依次通過管路連通的集水 井、垂直型生態(tài)過濾池和蓄水池。 所述的集水井，用于對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物； 在所述的集水井和所述的垂直型生態(tài)過濾池的連通管路上設有用于去除雨水中不易 于沉淀的懸浮物質(zhì)的格柵； 所述的垂直型生態(tài)過濾池，包括池體;在所述的池體內(nèi)自下而上依次設有承托層、陶粒 層、沸石層和礫石層，所述沸石層和礫石層的兩側(cè)設有礫石區(qū)，所述沸石層種植有水生植 物，所述池體的上方設有布水器，所述池體的底部設有排水管； 所述的蓄水池，包括蓄水池體，所述的蓄水池體上設有一個與所述排水管連通的入水 口，在所述的蓄水池體內(nèi)設有曝氣裝置。2. 如權(quán)利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述承托層由鵝 卵石構(gòu)成，所述承托層厚度為10~15cm，占整個濾池體積的3~5%，所述鵝卵石的平均粒徑 為5~8cm〇3. 如權(quán)利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述輕質(zhì)陶粒層 的厚度為45~60cm，占整個濾池體積的45~55 %，所述輕質(zhì)陶粒層的陶粒平均粒徑為4~ 6mm 〇4. 如權(quán)利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述沸石層的厚 度為35~50cm，占整個濾池體積的25~35%，所述沸石層的沸石的平均粒徑為3~5mm。5. 如權(quán)利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述礫石層的厚 度為5~8cm，占整個濾池體積的3~5%，所述礫石層由粗礫石構(gòu)成，所述粗礫石的平均直徑 為15~25mm 〇6. 如權(quán)利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述礫石區(qū)的體 積占整個濾池體積的1~2%，所述礫石區(qū)由細礫石構(gòu)成，所述細礫石的平均粒徑為2~5_。7. 如權(quán)利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述水生植物為 旱傘草和梭魚草其中的一種或者兩種的組合;所述旱傘草和梭魚草的種植區(qū)域比例為6: 4。8. 如權(quán)利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述的蓄水池體 的岸邊設有植物種植區(qū)，蓄水池體的底部放置有鵝卵石，其頂部有生態(tài)浮床。9. 如權(quán)利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述的生態(tài)浮床 由種植模塊拼接而成，種植模塊采用椰子草編織而成，，種植模塊上有預留孔，方便栽種植 物的橫向發(fā)展繁殖。10. 如權(quán)利要求1-9所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)的處理方法，其特征在于， 經(jīng)過管道收集的城市雨水進入集水井，進行預處理，沉淀其中的部分懸浮顆粒物，然后 經(jīng)過格柵，去除絕大部分懸浮物質(zhì)，之后經(jīng)過垂直型生態(tài)過濾池的布水器，自上而下，依次 經(jīng)過水生植物、礫石層、沸石層和輕質(zhì)陶粒層，最終進入承托層的排水區(qū)；經(jīng)過垂直型過濾 池后處理后的雨水進入蓄水池儲存，蓄水區(qū)可利于雨水下滲，補充地下水，同時可儲備水 源；同時，蓄水池中的生態(tài)浮床及曝氣裝置可強化污染物質(zhì)的去除，經(jīng)過一段時間的停留 后，水質(zhì)達到綠化的要求。
【文檔編號】C02F3/32GK106007218SQ201610554657
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】孔范龍, 李紀華, 郗敏, 李悅, 楊玲, 訾園園, 秦培瑞, 李奇霏
【申請人】青島大學