用于道路初期雨水收集与处理的装置的制作方法

本实用新型涉及一种实现初期雨水污染物分离装置，特别是一种用于道路初期雨水收集与处理的装置。

背景技术：

伴随我国城市化建设和市政基础设施的不断完善更新，沿市政道路铺设的雨水井数量不断增加。城市道路降雨径流初期的雨水所挟带的大量污染物以及泥沙等经过雨水井进入雨水管道后，会显著降低管网排水能力，并对雨水受纳水体的环境生态造成污染。随着全国海绵城市的建设，2014年11月住房与建设部发布《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》中要求对降雨径流产生的污染要逐步的开始生态治理，并规定分流制雨水管网中的雨水不能含有较高的污染，因此对于道路雨水在源头开展处理，是建设海绵城市对于雨水流入河道的必然选择。源头处理初期雨水径流中含有的污染物不仅可以提高雨水排水管网的通流能力，而且进入河湖中产生的污染物对河水的冲击较小，河水水质不会出现较大的污染。路面径流雨水污染物面源污染已经成为目前城市雨水污染治理的主要课题之一。

基于雨水产汇流特点和污染负荷变化规律，降雨初期雨水处理是降低雨水中污染物含量的有效措施。降雨形成径流后的前30分钟内，降雨以及雨水径流不断冲刷路面，大量积累在路面上的污染物被水流携带，初雨的污染SS、COD、氨氮和总磷负荷占比高达69％、83％、73％和80％(详见图4)。

径流初期雨水由于其中所含的污染物质浓度较高，为控制雨水系统排放对受纳水体污染，在现有城市的雨水系统构建时基本采用“初期高浓度雨水直接弃流进入污水管道、后期雨水收集利用或排放”的模式。

对于径流初期雨水弃流处置的具体方式多样，但都遵循一般性的操作流程。降雨初期时，降落到路面上的前2～5mm的雨水冲刷路面上染污物，初期雨水一般污染较为严重，但流量较小，因此在最前端的雨水井中，通过结构优化和专有设备，将初期雨水分流排放至临近的污水管道中；在径流量增大时，利用水动力变化启动相应的阀板关闭排污管，雨水开始进入相应的雨水系统中。

现有的初期雨水弃流模式存在的问题包括：1)弃流的雨水通过污水管网转输最终进入污水厂或者人工湿地进行处理，相对于流量比较稳定的城镇污水量，雨水径流弃流进入污水系统后对污水处理厂的负荷冲击巨大，导致污水处理厂设计规模和运行成本上升；2)降雨事件存在较大的随机性，初期雨水弃流量和弃流污染物浓度的巨大变化范围，也对污水管网和处理设施的设计运行提出了更高的要求；3)现有的雨水弃流设施的控制方式主要包括手动和自动控制两种方式。手动控制弃流设施需要在降雨时人工去开启，需要大量的人力资源支持，仅用于大管道的节点控制，同时也可能存在诸如阀板关闭不及时、不可靠，导致的初期污染雨水全部直接排放等问题；自动切换系统工作可靠节省人力但费用高，同时由于工作环境较差，自控系统的故障频发。

经过申请者的前期实验研究，发现在屋路面径流形成后到的20～30分钟径流中，投加一定量混凝剂，通过混凝可以有效实现SS类污染物的沉淀截留，其浊度、TN、TP和COD的去除率分别为95％、74％、82％和91％。同时由于雨水中颗粒物经过混凝处理粒径增大，减缓了细小颗粒对下渗介质的堵塞，改善了初期雨水在绿地中的下渗能力。因此，本实用新型申请在常规雨水口系统中创新性的增加了初期雨水截留与处理功能，以期实现道路径流初期高污染负荷的有效消减与控制。

已有的相关申请情况：申请号：CN201410210848.7，发明名称为一种落水管上的初期雨水弃流系统，该装置过于复杂，由于结构复杂清洗也比较困难，而且该发明使用的材料为钢铁，且易产生生锈污染雨水，建设费用较高，同时操作复杂、且不具有初期雨水污染物处理的能力。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种利用初期雨水冲刷实现混凝药剂自动投加，通过土工布滤网实现雨水中的经过混凝处理粒径增大的污染物和雨水的分离，分离后的雨水下渗补充地下水涵养水资源，在解决城市面源污染的同时实现雨水资源化的目标。该装置结构简单、造价低，可实现自动处理；可在无人维护下长期使用，实现初期雨水的自动处理；在建设道路雨水管道和雨水井时一起施工，安装简单。在各种级别的道路上可实现广泛的应用。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的。

一种用于道路初期雨水收集与处理的装置，包括上下依次分布的集水井和渗水井，所述集水井的墙体上方放置有带有雨水篦子的雨水井盖圈套，渗水井中铺设有土工布滤网；在集水井与渗水井之间设有带有孔洞的集水井底板；在集水井底板下方设有浮动棒止水阀，浮动棒止水阀包括与集水井底板孔洞对接的进水板，进水板上嵌入一个止水橡胶块和一个内置有缓释混凝剂的加药箱体，止水橡胶块下设有水箱、浮动棒和套筒；在集水井底部设有市政雨水支管，在渗水井底部侧壁设有导流盲沟；路面径流初期雨水依次经过雨水篦子、集水井底板孔洞、止水橡胶块上部空隙，通过加药箱体中的缓释混凝剂投加至雨水中后流入渗水井中，带有污染物的初期雨水颗粒增大被土工布滤网分离，从而达到去除道路径流初期雨水中污染物目的。

作为优选，所述集水井的墙体下部预设小承台，集水井板底板放在小承台上；墙体顶部放置雨水井盖圈套，雨水井盖圈套内放置雨水篦子，集水井底板与雨水篦子用铁链相连接。

作为优选，所述止水橡胶块下方设一带有进水口的水箱，进水口设在水箱的上方侧壁，水箱中的止水橡胶块下面设一个套筒并与进水板相连。

作为优选，所述水箱中套筒内有一个浮动棒，在水箱下方一个角上设有向下延伸的排水孔管。

作为优选，所述进水板通过铰链和支架与集水井底板连接固定。

作为优选，所述进水板两侧设有挡水板，止水橡胶块宽度与矩形渠道宽度相同，且进水板向加药箱体端具有一定的倾斜角度。

作为优选，所述导流盲沟连接到绿化带下周边地层中，导流盲沟内装满砾石。

作为优选，所述缓释混凝剂为聚合氯化铝粉末药剂。

作为优选，所述集水井下方的渗水井净深度为600～700mm；进水板和底板的厚度均为10mm，两板间距离为60～90mm。

所述底板和进水板采用PVC材料，加药箱体为U-PVC材料。

本实用新型的特点在于：

1、自主实现初期雨水的分离与截蓄作用

降雨初期，挟带高污染负荷的道路初期径流流经雨水篦子和集水井筒室跌落至集水井底板，经过底板孔洞、进水板后进入渗水井室积蓄。渗水井水位上升，至止水箱中浮动棒上升带动橡胶块上顶，进水停止。随后，后续径流经集水井下部雨水支管排入市政雨水管道外排。依靠渗水井室的积蓄容积和止水箱体实现初期雨水的分离与截蓄功能。

场次降雨结束后，随导流盲沟中雨水的不断外渗，止水箱中水位下降通过底部排水孔管排出，浮动棒沿套筒下降，进水板进水功能开启，系统复位。

2、截蓄的初期高污染负荷雨水的原位处理

对于进入该装置的雨水，当流动到进水板末端时，雨水会流入冲刷加药箱中，雨水冲刷箱体内的缓释混凝剂，从加药箱体的雨水和混凝药剂混合在一起，雨水中污染物在混凝剂的作用下，污染物颗粒变大，在土工布滤网的作用下，雨水透过土工布滤网，开始进入土壤下渗到地下，污染物被截留，实现截蓄的初期高污染负荷雨水的就地原位处理。

通过与雨水篦子相连接的铁链，在打开雨水篦子的同时，使土工布滤网外露，人工定期清理土工布滤网所截留的污染物。

以上两点即为“后期雨水和初期雨水中污染物自动分离”的具体实现。

3、本装置安装简单

相对于现有初期雨水弃流后续回收利用系统，本装置安装简单，不增加其他的附属设备，经济上节省了很多资金，简单实用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2和图3是本实用新型装置侧视图；

图4是典型地区降雨径流各污染随时间变化图。

图中：1、雨水井盖圈套；2、墙体；3、铁链；4、集水井；5、市政雨水支管；6、集水井底板；7、止水橡胶块；8、铰链；9、进水板；10、进水口；11、浮动棒；12、排水孔管；13、土工布滤网；14、渗水井；15、导流盲沟；16、砖垒墙体；17、水箱；18、套筒；19、加药箱体；20、小承台；21、支架；22、雨水篦子；23、砾石。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对本实用新型做任何限制的依据。

如图1所示，本实用新型一种用于道路初期雨水收集与处理的装置，包括集水井4，和在集水井下方的渗水井14，在集水井4混凝土墙体上方放置有雨水井盖圈套1，在雨水井盖圈套1中放置有雨水篦子22，渗水井14井室周边及底部铺设有土工布滤网13；在集水井4与渗水井14之间设有带有孔洞的底板6，在集水井底板6下方设有与其孔洞对接的进水板9；进水板9中部连接一个止水橡胶块7，在止水橡胶块7后端部镶嵌一个内置有缓释混凝剂的加药箱体19；止水橡胶块7下方设一带有水箱进水口10的止水阀水箱17，在止水阀水箱17 中的止水橡胶块7上连接一个浮动棒11；在集水井4中连接市政雨水支管5，在渗水井14中设有导流盲沟15；通过加药箱体19过程时将缓释混凝剂投加至雨水中后对流入到渗水井14中的含有污染物的雨水进行混凝，使污染物颗粒加大，通过土工布滤网13实现分离污染物颗粒，清洁雨水通过导流盲沟15渗入周边地层中，从而达到道路初期雨水收集和污染物去除。

其中，集水井4的混凝土或砖砌的墙体2为带有预设小承台20的水井，雨水井盖圈套1放置在墙体2的顶部，雨水篦子22放到雨水井盖圈套1中，集水井底板6架设在水井下部小承台20上，通过铁链3连接到雨水篦子22上。在集水井4下方小承台20上放置集水井底板6，集水井底板6下方的进水板9通过铰链8和支架21与集水井底板6连接固定。进水板9两侧设有挡水板，形成初期雨水进入时的矩形渠道，止水橡胶块宽度与矩形渠道宽度相同，可以起到止水作用，实现初期雨水与后期雨水的分离。且进水板9向加药箱体19端具有一定的倾斜角度，以便于雨水流入加药箱体。

其中，止水阀包括在进水板9下方设一带有进水口的水箱17，进水口10设在水箱17的上方侧壁，水箱17中的止水橡胶块7下部连接一个浮动棒11，套筒用于浮动棒沿着固定轨道上下，在水箱17下方一个角上设有向下延伸的排水孔管12，用于排出水箱中水，实现进水通道打开，装置复位。水箱17中的止水橡胶块7上连接一个套筒18并与进水板9相连，套筒防止浮动棒随水流流走；在水箱17下方一个角上有向下延伸的排水孔管12。

其中，在渗水井中的土工布滤网完全覆盖渗井，土工布滤网13是用若干个螺栓固定到集水井底板6上。

本装置包括初期雨水和后续雨水分离部分，加药箱体部分和去除初期雨水污染物部分。加药装置加药箱体19和进水板9后半段组合完成加药过程，当雨水流到进水板渠道末端时，会进入表层为网孔状的加药箱体中，雨水冲刷缓释剂加药，缓释剂和雨水混合，当进水渠道关闭时即加药过程结束。初期雨水和后续雨水分离部分包括有孔洞的集水井底板6、进水板9渠道、止水橡胶块7、水箱17、套筒18、浮动棒11和排水孔管12。进水板渠道一端(没有加药箱体的一端)用铰链8与集水井底板6相连接。实现初期雨水污染物去除部分包括渗水井14、土工布滤网13以及砖垒墙体16。

当降雨冲刷道路时挟带着地表的污染物，携带污染物的雨水经过雨水篦子 22流入到集水井4中，跌落到集水井底板上，雨水和污染物通过有底板6的孔动流入进水渠道，经过止水橡胶块，直到进水板末端，进入加药箱体19，冲刷加药箱体中缓释混凝剂流出加药箱19，出流雨水中已含有缓释混凝剂，混凝剂和雨水在跌落的过程中混合混匀。然后跌落到渗水井14中土工布滤网13上，雨水透过土工布滤网下渗，污染物被截留到土工布滤网13上方。由于土工布滤网的透过雨水速率较慢，雨水在渗水井形成积累，渗水井14中水位不断上升，当水位上升到水箱的进水口10高度时，雨水进入水箱中，水箱的水位上升，套筒内的水位逐步上升，浮动棒随套筒内水位上升而上升，浮动棒最终接触到止水橡胶块，浮动棒顶起止水橡胶块缓慢上升关闭进水渠道，后期雨水不能进入，后期雨水随着市政雨水管网流入河道。

当进水板上的止水橡胶块关闭后，渗水井中的雨水缓慢的下渗，雨水中的污染物在缓释混凝剂的作用下形成大的絮状体，被土工布滤网13拦截下，滞留到土工布滤网上。土工布滤网的外围有圈砖垒墙体16，渗水井底部也铺设砖，防止渗井侧壁土壤倒塌。雨水篦子一般设置在道路边上，为了防止大量雨水下渗后影响路基，渗水井中设有一段导流盲沟15连接到绿化带下周边地层中，导流盲沟内装满砾石23，同时将一部分砾石23放置在土壤中(如图2、图3侧视图所示)将透过土工布滤网的雨水引流到绿化带中下渗，将不会影响路基稳定性。

水箱底部的排水孔管12管径较小流量很小且排水孔管12插入渗水井中水位较深，因此水箱中的雨水水位在3小时内不会出现大幅下降，水箱的套筒中的浮动棒和止水橡胶块不会下降，因此进水板渠道仍然关闭。当降雨完成时，渗水井中的雨水由于长时间不断下渗，水位下渗到最低，水箱的水位也不断的下降，浮动棒和止水橡胶块将恢复到初始状态。在降雨后一定时期内，将土工布滤网取上来，清扫污染物，然后将土工布滤网放回原位置安装。

为了保护缓释混凝剂不失效，本实用新型使用的缓释混凝剂为聚合氯化铝或硫酸铝粉末药剂和其它具有混凝效果粉末药剂，并经石蜡等材料进行缓释化处理。

本装置的原理，在雨水径流形成后初期雨水冲刷加药箱开始加药，使初期雨水与混凝剂混合，持续加药一定加药时间，止水橡胶块关闭后停止加药，通过水箱中浮动棒实现停止和复位控制，经过一周(或数天，可调)以后，整个系统复位待机。在渗水井中形成的较大颗粒物，在土工布滤网分离作用下被土工布滤网截留，避免污染地下水或者堵塞土壤孔隙。在使用一定周期后补充缓释混凝剂药品。

本实用新型装置仅需要将雨水篦子下的集水井再向下挖600～700mm，对于初期雨水弃流深度为2～5mm，可以去除70％的污染物，进水板下的渗井体积按照此标准设计。下挖边壁和底部用砖铺砌，其它部分和建造其他集水井没有区别，渗水井的宽度和长度都和集水井尺寸相同，进水板固定在集水井底板上。进水板和集水井底板的厚度都为10mm，两板间距离为60～90mm。集水井底板上若干个孔洞直径为10mm。用链条将雨水篦子和集水井底板连接，当清扫土工布滤网时可将集水井底板和雨水篦子一起取出，方便清扫。装置本体设计的水箱体积和水箱深度以及排水孔管尺寸可调整，根据不同地区历时降雨情况进行调节，可更合理的控制处理初期雨水量。图4给出了典型地区降雨径流各污染随时间变化图。

本实用新型加药箱体19采取U-PVC材料、底板6和进水板9采用PVC材料和橡胶共同制造。在整个使用过程中，仅需要隔一定的时间添加缓释混凝药剂，其它过程均自动完成且不需要电力等能源，通过土工布滤网实现雨水中的经过混凝处理粒径增大的污染物和雨水的分离，分离后的雨水下渗补充地下水涵养水资源，在解决城市面源污染的同时实现雨水资源化的目标。本装置维护简单，雨水中污染物通过土工布滤网分离，实现源头处理。

本装置可用于长方形的雨水集水井中，集水井底板为带有小孔的长方形底板，也可用于圆形雨水井中，集水井底板为带有孔洞的圆形底板，底板尺寸比圆形雨水井内径小30mm。

综上所述，采用了本装置不仅仅使用方便，不需要进行额外的投资改造，只需要在集水井下部再建设一个渗水井，安装简单。实验结果表明本实用新型自动加入缓释混凝剂及时处理效果好，可自动复位，合理控制投加时间和混凝剂量，适合在落水管中处理道路初期雨水，不仅可以做到处理道路初期雨水中的污染物，而且具有初期雨水识别，避免了混凝剂的浪费节省成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，凡根据本实用新型精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均属于本实用新型所提交的权利要求书确定的保护范围。