一种带有分层过滤结构的雨水净化生态树池系统的制作方法

本发明涉及水环境治理技术领域，尤其是一种不仅有蓄水作用，并且还可以进行雨水过滤净化处理的树池，是一种高效去除污染物的海绵城市绿色基础设施，具体地说是一种带有分层过滤结构的雨水净化生态树池系统。

背景技术

当在地面上栽种树木时，应在树木的周围保留一块没有铺装的土地，通常把它叫树池或树穴,树池根据不同场景，包括广场景观树池、道路绿化带树池等。

传统的树池作为城市景观美化用，多数不带有雨水净化处理功能，且部分通过高于地面的围挡等边界与雨水径流隔绝，以防止水土溢流冲刷。而来自于绿地、道路、广场等汇集的雨水，如果不进行处理而直接通过雨水快排管道排走，径流中带走的泥沙、垃圾、农药、石油等有机物、重金属、致病菌等会直接排入雨水管网，最终排入河道湖泊等自然水体，引起自然水体爆发蓝藻甚至发展成难以恢复的黑臭水体。现有公布的带有雨水收集处理功能的生态树池，大多将景观树池改造为带有浅层简单过滤功能的土壤、陶粒和砾石分层结构，收集的雨水来自树池表面积接收瞬间自然降雨，周边区域汇集的雨水仍从周边快排系统排走，雨水收集和净化功能有限。同时，由于大部分树池设置在马路以及人行道旁，随着树木的生长，由于根系过于发达，容易对马路以及人行道造成一定的破坏，维护成本高，需要有一定的设施来限制根系的过度生长。

技术实现要素：

本发明的目的是针对传统树池雨水处理能力不足，以及树木根部过度生长对于周边设施破坏的问题，提出一种带有分层过滤结构的雨水净化生态树池系统；一方面，通过增强介质填料的功能设计，增强树池系统对雨水的滞纳、过滤、净化效果，尤其增强系统对固体悬浮物和脱氮除磷的效能；而淹没层的设置使树根能够持续发挥良好的污染物去除能力，净化雨水；改进后的系统能够使雨水净化后实现水回用或者达标排放至自然水体；另一方面，通过在树池内设置根部障碍结构，限制根系的生长，或者按照人为主观意愿控制根系的生长方向，以避免发达根系对马路以及人行道等设施的破坏。

本发明的技术方案是：

一种带有分层过滤结构的雨水净化生态树池系统，该系统位于过滤格栅的下方，包括分层布置的介质填料区域，填料区域内设有能够引导树木根部生长方向的根部障碍结构；前述填料区域从上至下依次设置为：过滤层、过渡层和排水层，过滤层上方为用于存储雨水的滞留层，前述过渡层和排水层作为淹没层，排水层的底部设有穿孔排水管，穿孔排水管的末端设有出水口，通过出水口连接至城市雨水汇流处或储水结构以做回收利用。

进一步地，树池系统设置的表面过滤格栅，通过艺术化处理，可根据周边景观需求进行定制化设计，表面过滤格栅主要作用是可除去表面积较大的枯叶、垃圾等，并为树池系统表面配套栽种功能性草木植物提供生长空间，增强系统去除能力。

进一步地，过滤层设置的根部障碍结构为嵌合拼接式的障碍立体格珊，包括至少一层网状格栅，网状格栅上设有立柱，当网状格栅为多层时，相邻层网状格栅之间设有立柱，优选材质为pvc。

进一步地，立柱排布形成的通道与需要引导的树木根系的尺寸、生长的方向相匹配。

进一步地，穿孔排水管的孔隙率需大于3％。

进一步地，树池的池体侧壁设置防水层，在滞留层上方的池体侧壁上开设溢流口，所述的溢流口通过管路连接至市政雨水管网。

进一步地，填料区域中分层填充介质原料，所选用的介质原料满足下述筛选条件,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)；

进一步地，过滤层介质的粒径分布需满足表1所示；

表1

进一步地，滞留层高度为100～250mm,过滤层高度为400～600mm,过渡层高度为200～300mm,排水层高度为100～200mm。进一步地，过滤层填料中层添加吸附颗粒，优选活性炭和零价铁混合物，或者沸石和零价铁混合物；二者质量比为5:1，混合物质量为过滤层填料质量的3％～5％。

进一步地，在过渡层填料中添加缓释性碳源，优选植物生物质天然碳源，植物生物质天然碳源优选玉米芯、稻壳、木屑或者秸秆，或者由玉米芯、稻壳、木屑或者秸秆经过加工产生的固体碳源；添加的缓释性碳源质量占过渡层填料的1％～3％。

本发明的有益效果：

本发明的雨水净化处理树池系统能够收集来自路面、绿地、广场等的雨水径流，某区域应用多个系统可以很大程度缓解雨水集中排入地下管网的压力，降低峰值；雨水在下渗的过程中，通过表层介质截除几乎全部的悬浮物，又通过过滤层中吸附填料的作用，以物理化学以及生物处理原理方法去除氮、磷、有机物、重金属、致病菌等污染物(尤其脱氮除磷效果佳)；净化后的雨水可收集至储水箱回用，或排放至雨水管网，或者导入自然水体。

本发明的树池设置不透水外壁，保证其底部含有一定高度的淹没层，可以提供厌氧环境，提高硝化和反硝化效率，增强其对雨水的处理能力。树池内，根据树木尺寸大小以及根系粗壮程度灵活设置根部障碍结构，安放在树池内部，以限制根系的生长，或者按照人为主观意愿控制根系的生长方向，以避免发达根系对马路以及人行道的破坏。

本发明的填料区域各层之间存在着内在的联系，并且对于填料有明确的粒径分布要求，细化至不同粒径范围内介质的百分比，以保证输入性径流能够在有效时间内得到过滤处理，并且长时间运行不至于堵塞。此外，填料中还混合活性炭、零价铁、缓释性碳源，保证能够高效地处理雨水中的污染物质，尤其是对去除悬浮物、脱氮除磷有着显著的效果。

树池的内部介质表面可根据需要同时栽种具有净化功能的草本植物，增强污染物吸收转化能力，也增加了生物多样性和景观功能。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明的结构示意图。

图中：1、过滤格栅；2、填料区域；3、根部障碍结构；4、网状格栅；5、立柱；6、穿孔排水管；7、滞留层；8、过滤层；9、过渡层；10、排水层；11、溢流口；12、出水口。

具体实施方式

下面将描述本发明的优选实施方式，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

一种带有分层过滤结构的雨水净化生态树池系统，该系统位于过滤格栅1的下方，包括分层布置的介质填料区域2，填料区域2内设有能够引导树木根部生长方向的根部障碍结构3；前述填料区域2从上至下依次设置为：过滤层8、过渡层9和排水层10，过滤层8上方为用于存储雨水的滞留层7，前述过渡层9和排水层10作为淹没层，排水层10的底部设有穿孔排水管6，穿孔排水管6的末端设有出水口12，通过出水口12连接至城市雨水汇流处或储水结构以做回收利用。

该系统构建步骤为：选定某一处设置雨水净化生态树池，根据系统汇水面积对树池的尺寸进行设计，一般系统表面积与汇水面积比不超过5％；对树池位置进行开挖，底部夯实后在该位置建筑混凝土不透水外壁或直接放入相应尺寸的不透水外壳，按照排水层10、过渡层9、过滤层8的顺序装填介质填料，其中多孔管埋在排水层10，连接至雨水井或者储水装置；过渡层9装填完成后，将苗木放入系统中，加装根部障碍结构，而后用过滤层8介质进行装填。最后，根据实际可在表面栽种功能性草本植物，并覆盖表层过滤格栅。

如图1所示，过滤层8设置的根部障碍结构3为嵌合拼接式的障碍立体格珊，包括至少一层网状格栅4，网状格栅4上设有立柱5，当网状格栅4为多层时，相邻层网状格栅4之间设有立柱5；立柱5排布形成的通道与需要引导的树木根系的尺寸、生长的方向相匹配，由不同规格的模块结构拼接而成。本发明中树池内，根据树木尺寸大小以及根系粗壮程度能够灵活设置根部障碍结构，安放在树池内部，以限制根系的生长，或者按照人为主观意愿控制根系的生长方向，以避免发达根系对马路以及人行道等设施的破坏。

进一步地，穿孔排水管6的孔隙率需大于3％。

进一步地，滞留层7高度为100～250mm,过滤层8高度为400～600mm,过渡层9高度为200～300mm,排水层10高度为100～200mm，过滤层8过渡层9排水层10所选用的介质原料满足下述筛选条件,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8和过渡层9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9和排水层10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)。

过滤层8填料中层添加吸附颗粒，优选活性炭和零价铁混合物，或者沸石和零价铁混合物；二者质量比为5:1，混合物质量为过滤层8填料质量的3％～5％。

在过渡层9填料中添加缓释性碳源，优选植物生物质天然碳源，植物生物质天然碳源优选玉米芯、稻壳、木屑或者秸秆，或者由玉米芯、稻壳、木屑或者秸秆经过加工产生的固体碳源；添加的缓释性碳源质量占过渡层9填料的1％～3％。

上述填料区域各层之间存在着内在的联系，并且对于填料有明确的粒径分布要求，细化至不同粒径范围内介质的百分比，能够保证输入性径流能够在有效时间内得到过滤处理，并且长时间运行不至于堵塞。此外，填料中还混合活性炭、零价铁、缓释性碳源，保证能够高效地处理雨水中的污染物质，尤其是对脱氮除磷有着显著的效果。

本发明中，树池的池体侧壁设置防水层，形成不透水外壁，保证其底部含有一定高度的淹没层，可以提供厌氧环境，提高硝化和反硝化效率，增强其对雨水的处理能力。

实施例一：

建于某广场的其中一个树池改造为功能性雨水净化生态树池系统，将其原有高度进行降低，表面高度降至地面以下，设计为1m²；预留滞留层7高度150mm，排水层10高度150mm，过渡层9高度300mm，过滤层8高度500mm，介质按标准由当地供应商提供；树种选用耐涝水杉，直径100mm左右；外壁以pvc外壳作为外部不透水结构，四周设置入水缺口；多孔管接入最近的雨水井，并设置溢流管；植物根部设置一层根部障碍物，内部介质装填完毕后，表面围边种植苔草，并在系统上部铺装月牙形表面过滤栅。经测试，该系统对悬浮物颗粒截留率达到95％以上，出水主要指标达到地表ⅲ类水。

实施例二：

建于某道路绿化带的树池进行改造，每隔10m设置一个1m²树池，以收集处理来自中间行车道的雨水径流，绿化带设置凹形缺口，以保证雨水及时排入系统；缺口处由方形钢丝网围起，阻挡大型垃圾、树叶；预留滞留层7高度为200mm，排水层10高度100mm,过渡层9高度300mm，过滤层8高度400mm，介质按标准由当地供应商提供；树种选用直径20mm木槿；外壁以预制混凝土构件为不透水结构；多孔管接入雨水管网，设置溢流管；植物根部设置一层根部障碍物，内部介质装填完毕后，表面围边种植鸢尾，并在系统上部铺装可左右打开的表面过滤栅。经测试，该系统对悬浮物颗粒截留率达到95％以上，出水主要指标达到地表ⅲ类水以上。

综上所述，本发明的雨水净化处理树池系统能够收集来自路面、绿地、广场等的雨水径流，雨水在下渗的过程中，经表面去除大部分悬浮物，经过过滤层8中吸附填料的作用，以物理化学以及生物处理原理方法去除氮、磷、有机物、重金属、致病菌等污染物(尤其脱氮除磷效果佳)，净化后的雨水可收集至储水箱回用，或排放至雨水管网，或者导入自然水体。

本发明的树池设置不透水外壁，保证其底部含有一定高度的淹没层，可以提供厌氧环境，提高硝化和反硝化效率，增强其对雨水的处理能力。树池内，根据树木尺寸大小以及根系粗壮程度灵活设置根部障碍结构，安放在树池内部，以限制根系的生长，或者按照人为主观意愿控制根系的生长方向，以避免发达根系对马路以及人行道等设施的破坏。

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。