一种城市雨水生态处理及利用的系统及方法
【专利摘要】一种城市雨水生态处理及利用的系统及方法，包括依次通过管路连通的集水井、垂直型生态过滤池和蓄水池。集水井，用于对收集的雨水进行沉淀预处理，去除部分悬浮颗粒物；在集水井和所述的垂直型生态过滤池的连通管路上设有用于去除雨水中不易于沉淀的悬浮物质的格栅；垂直型生态过滤池，包括池体；在所述的池体内自下而上依次设有承托层、陶粒层、沸石层和砾石层，所述沸石层和砾石层的两侧设有砾石区，所述沸石层种植有水生植物，所述池体的上方设有布水器，所述池体的底部设有排水管；蓄水池，包括蓄水池体，所述的蓄水池体上设有一个与所述排水管连通的入水口，在所述的蓄水池体内设有曝气装置。
【专利说明】
一种城市雨水生态处理及利用的系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种污水的处理技术和方法，具体涉及一种城市雨水生态处理及利用 的系统及方法，属于环保技术领域。
【背景技术】
[0002] 降雨是地面径流的主要来源，是城市生态系统中水循环的重要环节，对调节、补充 地区水资源和改善城市生态环境具有非常重要的作用。然而，近年来城市建筑面积的扩大， 致使地表硬化面积不断增加，从而使雨水下渗形成土壤水和地下水的机会大大减小，绝大 部分雨水都直接汇集形成地表径流，引起城市雨水径流流速、流量和径流峰值的增大，给城 市的防洪排涝带来极大的压力。同时，由于大气淋洗及地表冲刷作用，雨水径流中携带了大 量的氮磷及有机物等污染物质，后经人工兴建的排水管道进入河流、湖泊等水环境中，造成 水体污染加剧。
[0003] 城市雨水处理及利用是缓解我国城市化进程中水资源短缺、排水系统和河道防洪 压力增大等问题的重要措施。因此，开发及发展适合我国城市雨水处理及利用的技术具有 广泛而深远的意义。中国发明专利公布了《一种雨水利用系统及其使用方法》（公告号： CNl 04196179A )，提供了一种雨水利用系统，包括雨水收集储存系统、雨水处理系统和雨水 回用系统，所述屋顶绿化系统包括土壤和植物，所述植物种植在所述土壤中，所述屋顶景观 水池内种植有水生植物。该雨水利用系统在一定程度上解决了屋顶绿化的用水需求，具有 节省土地资源、处理成本低等优点，但"植物+土壤"系统对雨水处理负荷量小，并且设施在 屋顶，遇到恶劣暴风雨天气系统容易受到影响，对城市大部分的居民区和商业区而言并不 适合广泛推广应用。
[0004] 中国发明专利《小区绿化雨水利用装置》（公开号：CN104452874A)，公开了小区绿 化雨水利用装置，包括连接至小区房屋屋顶的雨水引导管，所述雨水引导管连接有地下引 流管，所述地下引流管连接有多支绿地管道，所述绿地管道设有多个分支的雨水下渗管。中 国发明专利《一种雨水利用生态池》（公开号:0附02561452六），公开了 一种雨水利用生态池， 包括沉淀井、渗水井和储水井，该发明在一定程度上能缓解市政排水压力。以上两个公开专 利针对雨水收集和利用均提出了一定的解决办法，但均未提到对雨水的处理设施和方法， 收集的雨水的利用受到限制。
[0005] 目前，我国城市雨水的利用处于探索阶段，雨水收集和成熟的处理技术存在较大 的缺口。本发明涉及的城市雨水生态处理及利用的系统及方法可有效弥补现有技术的空 缺，建设和运营成本低，并且具有较强的景观性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服现有技术上的不足，提供一种城市雨水生态处理及利用 的系统及方法，通过该系统及方法的实施，可以将收集的雨水通过生态方法强化处理，实现 了城市雨水的高效净化，处理后的雨水可用于景观绿化和冲厕等方面，节约了大量的水资 源。
[0007] 为实现上述目的，本发明所述的一种城市雨水生态处理及利用的系统，包括依次 通过管路连通的集水井、垂直型生态过滤池和蓄水池。
[0008] 所述的集水井，用于对收集的雨水进行沉淀预处理，去除部分悬浮颗粒物；
[0009] 在所述的集水井和所述的垂直型生态过滤池的连通管路上设有用于去除雨水中 不易于沉淀的悬浮物质的格栅；
[0010] 所述的垂直型生态过滤池，包括池体;在所述的池体内自下而上依次设有承托层、 陶粒层、沸石层和砾石层，所述沸石层和砾石层的两侧设有砾石区，所述沸石层种植有水生 植物，所述池体的上方设有布水器，所述池体的底部设有排水管；
[0011] 所述的蓄水池，包括蓄水池体，所述的蓄水池体上设有一个与所述排水管连通的 入水口，在所述的蓄水池体内设有曝气装置。
[0012] 进一步的，所述承托层由鹅卵石构成，所述承托层厚度为10~15cm，占整个滤池体 积的3~5%，所述鹅卵石的平均粒径为5~8cm。
[0013]进一步的，所述轻质陶粒层的厚度为45~60cm，占整个滤池体积的45~55%，所述 轻质陶粒层的陶粒平均粒径为4~6mm。
[0014]进一步的，所述沸石层的厚度为35~50cm，占整个滤池体积的25~35%，所述沸石 层的沸石的平均粒径为3~5_。
[0015] 进一步的，所述烁石层的厚度为5~8cm，占整个滤池体积的3~5%，所述烁石层由 粗砾石构成，所述粗砾石的平均直径为15~25_。
[0016] 进一步的，所述砾石区的体积占整个滤池体积的1~2 %，所述砾石区由细砾石构 成，所述细烁石的平均粒径为2~5mm。
[0017]进一步的，所述水生植物为旱伞草和梭鱼草其中的一种或者两种的组合;所述旱 伞草和梭鱼草的种植区域比例为6:4。
[0018] 进一步的，所述的蓄水池体的岸边设有植物种植区，蓄水池体的底部放置有鹅卵 石，其顶部有生态浮床
[0019] 所述的生态浮床由种植模块拼接而成，种植模块采用椰子草编织而成，种植模块 为正方形构造，单边长为1~1.5m，种植模块上有预留孔，方便栽种植物的横向发展繁殖，浮 床植物为美人蕉，梭鱼草，旱伞草中的一种或多种组成。
[0020] 所述的鹳卵石的平均粒径为3~8cm，厚度为5~10cm。所述的曝气装置为潜水喷流 式曝气机，具体功率可根据池深而定。
[0021] 本发明专利提供的城市雨水生态处理及利用的系统处理方法，如下：
[0022] 经过管道收集的城市雨水进入集水井，进行预处理，沉淀其中的部分悬浮颗粒物， 然后经过格栅，去除绝大部分悬浮物质，之后经过垂直型生态过滤池的布水器，自上而下， 依次经过水生植物、砾石层、沸石层和轻质陶粒层，最终进入承托层的排水区；经过垂直型 过滤池后处理后的雨水进入微型蓄水池储存，蓄水区可利于雨水下渗，补充地下水，同时可 储备水源；同时，蓄水池中的生态浮床及曝气装置可强化污染物质的去除，经过一段时间的 停留后，水质达到绿化的要求。
[0023] 其中，水生植物可直接吸收尾水中的氮磷等物质，并且植物发达的根系可为微生 物的生长提供便利的条件，构建了众多微环境，利于污染物的降解，植物的根系可深入沸石 层，甚至可进入轻质陶粒层；同时，滤池中不同粒径的砾石、沸石和轻质陶粒填料对污染物 质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着，在污染物的降解 中起到重要作用。
[0024] 本发明的有益效果:本发明提供的一种城市雨水生态处理及利用的系统及方法与 现有技术相比具有以下特点：
[0025] 1、采用本专利提供的城市雨水生态处理及利用的系统和方法，建筑成本低，占地 面积小，并且，经过处理后的雨水可用于道路洒水、绿化灌溉、车辆清洗等用途，节约了宝贵 的水资。
[0026] 2、本发明专利对雨水污染物的处理运行成本低，并且可操作性强，市场价值高，同 时美化了周围环境，对于解决我国淡水不足的难题具有很好的应用价值。
【附图说明】
[0027]图1城市雨水生态处理及利用的系统流程图；
[0028]图2垂直型生态过滤池结构示意图；
[0029]图3微型蓄水池结构示意图；
[0030] 图中：1池体;2布水器;3水生植物;4砾石区；5砾石层;6沸石层;7陶粒层;8 承托层;9排水管，10入水口； 11蓄水池体;12鹅卵石；13曝气装置;14岸边植物；15生 态浮床;16浮床植物。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合具体实施案例，进一步阐明本发明要点，应理解这些实施案例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明后，本领域技术人员对本发明的各 种等价形式的修改均落后于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0032]如图1所示，一种城市雨水生态处理及利用的系统及方法包括集水井、格栅、垂直 型生态过滤池和微型储水池。其中，所述的格栅采用铁质材料制成，孔径为0.5~1.5cm。 [0033] 如图2所示，为垂直型生态过滤池，包括滤池池体1;布水器2;水生植物3;砾石区4; 砾石层5;沸石层6;陶粒层7;承托层8;排水管9。
[0034]如图3为微型储水池，包括入水口 10;蓄水池体11;鹅卵石12;曝气装置13;岸边植 物14;生态浮床15;浮床植物16。
[0035]城市雨水生态处理系统的具体结构如下：包括依次通过管路连通的集水井、垂直 型生态过滤池和蓄水池；
[0036] 集水井，可以对收集的雨水进行沉淀预处理，去除部分悬浮颗粒物；
[0037] 格栅采用铁质材料制成，孔径为0.5~1.5cm，主要用于去除雨水中不易于沉淀的 悬浮物质。
[0038] 垂直型生态过滤池，包括池体1;在池体1内自下而上依次设有承托层8、陶粒层7、 沸石层6和砾石层5,所述沸石层6和砾石层5的两侧设有砾石区4,所述沸石层种植有水生植 物3，所述池体的上方设有布水器2，所述池体的底部设有排水管9;
[0039] 布水器为均压旋转布水器，由一个封闭腔体进行均压处理，出水口语圆锥形腔体 的轴线同轴，保证封闭腔体内水压力的均匀性;水生植物由旱伞草和梭鱼草中的一种或混 合组成;所述的砾石区选用的砾石为细砾石，平均粒径为2~5_，砾石区的体积占整个滤池 体积的1~2% ;所述的烁石层为粗烁石，平均直径为15~25mm，烁石层的厚度为5~8cm，占 整个滤池体积的3~5 % ;所述的沸石层，沸石的平均粒径为3~5 mm，沸石层的厚度为3 5~ 50cm，占整个滤池体积的25~35 %;陶粒层为轻质陶粒层，平均粒径为4~6mm，陶粒层的厚 度为45~60cm，占整个滤池体积的45~55%;承托层由鹅卵石构成，鹅卵石的平均粒径为5 ~8cm，厚度为10~15cm，占整个滤池体积的3~5%。
[0040] 微型蓄水池，包括蓄水池体11，岸边植物14种植区，生态浮床15,鹅卵石12和曝气 装置13。所述的蓄水池体11外形可根据实际情况而定，可为椭圆形或长方形，池深为1~2m。 所述的岸边植物可选择香蒲、美人蕉、梭鱼草和芦苇中的一种或多种组合;其入水口 10与排 水管9连通，生态浮床由种植模块拼接而成，种植模块采用椰子草编织而成，种植模块为正 方形构造，单边长为1~1.5m，种植模块上有预留孔，方便栽种植物的横向发展繁殖，浮床植 物为美人蕉，梭鱼草，旱伞草中的一种或多种组成。所述的鹅卵石的平均粒径为3~8cm，厚 度为5~10cm。
[0041 ]曝气装置为潜水喷流式曝气机，具体功率可根据池深而定。
[0042]应用本发明的城市雨水生态处理系统，包括以下处理步骤：
[0043] 1)雨水预处理
[0044] 首先，集水井可以对收集的雨水进行沉淀预处理，去除部分悬浮颗粒物;其次，格 栅去除绝大部分悬浮物质便于下一步净化。
[0045] 2)雨水的生态过滤
[0046] 垂直型生态过滤池的水生植物可直接吸收尾水中的氮磷等物质，并且植物发达的 根系可为微生物的生长提供便利的条件，构建了众多微环境，利于污染物的降解，植物的根 系可深入沸石层，甚至可进入轻质陶粒层；同时，滤池中不同粒径的砾石、沸石和轻质陶粒 填料对污染物质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着，在 污染物的降解中起到重要作用。
[0047] 3)雨水的强化处理
[0048] 蓄水池中的生态浮床及曝气装置可强化污染物质的去除。
[0049] 4)达标使用
[0050] 经过2-4天的停留后，水质达标，可用于道路洒水、绿化灌溉、车辆清洗等。
[0051 ] 实施例1
[0052]某商区采用本发明专利进行商区内收集雨水的处理及利用，包括集水井、格栅、垂 直型过滤池和微型蓄水池。其中，系统的部分设计参数如下：
[0053] 垂直型过滤池，砾石区选用的砾石为细砾石，平均粒径为4mm，砾石区的体积占整 个滤池体积的1.2 % ;所述的砾石层为粗砾石，平均直径为15~20mm，砾石层的厚度为6cm， 占整个滤池体积的5% ;所述的沸石层，沸石的平均粒径为3~5mm，沸石层的厚度为40cm，占 整个滤池体积的30%。微型蓄水池，池体外形为椭圆形，池深为1.5m。所述的岸边植物为香 蒲和美人蕉。浮床植物为美人蕉，梭鱼草和旱伞草中。
[0054]通过本专利技术的实施，雨水收集后进行了强化处理，污染物得到的高效的去除 和降解(如表1)，微型水库的储备水源达到冲厕用水标准，实现了雨水收集后的零排放，同 时，改善了商业区的环境。
【主权项】
1. 一种城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，包括依次通过管路连通的集水 井、垂直型生态过滤池和蓄水池。 所述的集水井，用于对收集的雨水进行沉淀预处理，去除部分悬浮颗粒物； 在所述的集水井和所述的垂直型生态过滤池的连通管路上设有用于去除雨水中不易 于沉淀的悬浮物质的格栅； 所述的垂直型生态过滤池，包括池体;在所述的池体内自下而上依次设有承托层、陶粒 层、沸石层和砾石层，所述沸石层和砾石层的两侧设有砾石区，所述沸石层种植有水生植 物，所述池体的上方设有布水器，所述池体的底部设有排水管； 所述的蓄水池，包括蓄水池体，所述的蓄水池体上设有一个与所述排水管连通的入水 口，在所述的蓄水池体内设有曝气装置。2. 如权利要求1所述的城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，所述承托层由鹅 卵石构成，所述承托层厚度为10~15cm，占整个滤池体积的3~5%，所述鹅卵石的平均粒径 为5~8cm〇3. 如权利要求1所述的城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，所述轻质陶粒层 的厚度为45~60cm，占整个滤池体积的45~55 %，所述轻质陶粒层的陶粒平均粒径为4~ 6mm 〇4. 如权利要求1所述的城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，所述沸石层的厚 度为35~50cm，占整个滤池体积的25~35%，所述沸石层的沸石的平均粒径为3~5mm。5. 如权利要求1所述的城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，所述砾石层的厚 度为5~8cm，占整个滤池体积的3~5%，所述砾石层由粗砾石构成，所述粗砾石的平均直径 为15~25mm 〇6. 如权利要求1所述的城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，所述砾石区的体 积占整个滤池体积的1~2%，所述砾石区由细砾石构成，所述细砾石的平均粒径为2~5_。7. 如权利要求1所述的城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，所述水生植物为 旱伞草和梭鱼草其中的一种或者两种的组合;所述旱伞草和梭鱼草的种植区域比例为6: 4。8. 如权利要求1所述的城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，所述的蓄水池体 的岸边设有植物种植区，蓄水池体的底部放置有鹅卵石，其顶部有生态浮床。9. 如权利要求1所述的城市雨水生态处理及利用的系统，其特征在于，所述的生态浮床 由种植模块拼接而成，种植模块采用椰子草编织而成，，种植模块上有预留孔，方便栽种植 物的横向发展繁殖。10. 如权利要求1-9所述的城市雨水生态处理及利用的系统的处理方法，其特征在于， 经过管道收集的城市雨水进入集水井，进行预处理，沉淀其中的部分悬浮颗粒物，然后 经过格栅，去除绝大部分悬浮物质，之后经过垂直型生态过滤池的布水器，自上而下，依次 经过水生植物、砾石层、沸石层和轻质陶粒层，最终进入承托层的排水区；经过垂直型过滤 池后处理后的雨水进入蓄水池储存，蓄水区可利于雨水下渗，补充地下水，同时可储备水 源；同时，蓄水池中的生态浮床及曝气装置可强化污染物质的去除，经过一段时间的停留 后，水质达到绿化的要求。
【文档编号】C02F3/32GK106007218SQ201610554657
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】孔范龙, 李纪华, 郗敏, 李悦, 杨玲, 訾园园, 秦培瑞, 李奇霏
【申请人】青岛大学