一种用于雨水回收净化的绿色屋顶的制作方法

本发明属于资源与环境技术领域，涉及一种绿色屋顶，尤其涉及一种土地集约型的用于雨水回收净化的绿色屋顶。

背景技术：

近年来，随着城市建设快速发展，城市园林绿地急剧减少，不透水地面的增加，破坏了自然水文生态平衡，进而出现了各种水生态问题，主要表现为城市内湖水体水质恶化、雨水资源流失、城市洪涝灾害频发、土壤水源隔断和雨水径流污染严重等。如何科学有效地管理城市景观生态，尤其是水生态文明和海绵城市的建设，已成为城市风景园林管理面临的重点和难点之一。

“低影响开发”(lowimpactdevelopmengt，lid)是水生态管理技术，提倡通过在源头利用一些小型分散式生态处理技术使得区域开发后的水文水质特性与开发前基本一致，通过生态景观的构建实现城市内湖水质水量的同步保护目标。基于低影响开发的雨水分散收集、下渗与处置的关键技术，是建立城市发展转型和南方气候条件下城市低影响开发雨水综合利用的研究重点。

绿色屋顶是新兴的城市面源污染控制方法，常被作为最佳管理措施(bestmanagementpractices)使用，也是低影响开发技术体系的重要组成部分。自90年代以来，国内一些大城市开始加快建设绿色屋顶，然而，推广的目的往往偏重于其景观价值、节能价值等，现行的设计规范也只对屋顶承载能力、植物选择和施工技术等方面做了说明，而忽略了绿色屋顶的控污减排能力，使得绿色屋顶雨天径流往往含有较多的污染物。

cn105756293a公开了一种绿色屋顶结构及其施工方法，所述绿色屋顶结构包括屋顶和设置在屋顶周边的女儿墙，女儿墙内的屋顶上设置有防水层，防水层上设置有土工膜，土工膜上设置有轻石层，轻石层上部设置有第一土工布，第一土工布上设置有有机肥，有机肥上种植有绿色植物，屋顶的排水部周边还设置有阻挡避让部。其所述的绿色屋顶结构具有防水功能，可以提供舒适的居住环境。

cn106223553a公开了一种屋顶排水结构，包括上端为开口的框架体、布水槽、水泵、绿色植物、水平排水管、竖直排水管、溢流管，所述框架体的内部从上到下依次设置为覆盖层、营养基质层、防渗层、储水层，所述布水槽上设置有布水孔，布水槽固定在框架体的侧边上，且位于覆盖层的上方，所述绿色植物种植在营养基质层上，所述水泵可将储水层中的水输送至布水槽中；所述储水层上设置有孔，所述溢流管竖直固定在孔中，所述水平排水管一端与溢流管相连接，另一端与竖直排水管相连接。所述的屋顶排水结构具有较好的排水效果好。

然而上述绿色屋顶结构并不适用于处理泥沙含量高以及污染负荷重的雨水，对于降雨径流中泥沙含量高和污染负荷重的情形，其排出的雨水往往无法直接利用，造成资源环境的浪费；并且对于受到污染的雨水，往往容易造成二次污染。

技术实现要素：

针对现有绿色屋顶结构不适用于处理泥沙含量高以及污染负荷大的雨水，对于降雨径流中泥沙含量高和污染负荷重的情形，其排出的雨水往往无法直接利用，造成资源环境的浪费；并且对于受到污染的雨水，往往容易造成二次污染等问题，本发明提供了一种用于雨水回收净化的绿色屋顶。本发明在传统雨水资源开发利用模式的基础上，侧重源头雨水水质与水量的控制，因地制宜地建设小型绿色屋顶(屋面)，可有效去除雨水中的小颗粒固体悬浮物、微量的金属离子、营养盐以及有机物等，使处理后的初期雨水可以达到市政杂用水水质目标。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种绿色屋顶，包括屋顶结构层和设置于屋顶结构层四周的女儿墙，所述屋顶结构层上依次设有保护层、过滤排水层、基质层和植被层，所述过滤排水层与排水管相连，所述排水管与蓄水池相连，所述排水管中内置biobox系统。

本发明所述的绿色屋顶适用于处理泥沙含量高以及污染负荷大的雨水，其浊度为20以上，例如21、23、25、27、29、30、33、35或37等以及更高，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；溶解性固体含量为2500mg/l以上，例如2600mg/l、2800mg/l、3000mg/l、3200mg/l、3400mg/l、3600mg/l、3800mg/l或4000mg/l等以及更高，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述保护层包括防水层和防根层。

本发明中，所述防水层和防根层可以合为一层。所述保护层具有两个作用，一是防止雨水和灌溉水的渗入，二是能长时间抵抗植物根系的穿透。

优选地，所述保护层的材质为合金、橡胶、pe或hdpe中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：合金和橡胶的组合，pe和hdpe的组合，橡胶和pe的组合，橡胶、pe和hdpe的组合，合金、橡胶、pe和hdpe的组合等。

优选地，所述保护层的搭接宽度≥10cm，例如11cm、13cm、15cm、17cm、20cm或23cm等以及更宽，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述保护层向女儿墙延伸且高于基质层至少15cm，例如16cm、18cm、20cm、22cm、24cm、26cm或28cm等以及更高，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述过滤排水层由下至上包括蓄水排水层和过滤层，所述排水层和过滤层还可合为一体，即采用同时具有排水和保护性质的材料。

本发明中，所述过滤层的作用是阻止基质进入蓄水排水层，其需要具有排水的功能，还要有防止排水管泥沙淤积的作用。

优选地，所述蓄水排水层与排水管相连。

优选地，所述过滤层的材质为聚酯纤维无纺布，但并不仅限于聚酯纤维无纺布，其他既能保证透水又能过滤的材料同样适用于本发明，但还需要综合考虑材质的重量，以防给屋顶造成过大的压力。

本发明中，所述蓄水排水层一般采用蓄水排水板或陶砾等不同的蓄水排水形式，作用在于改善基质的通气状况，迅速排出多余水分，有效缓解瞬时压力，并可蓄存少量水分。

优选地，所述蓄水排水层和过滤层之间搭接缝的有效宽度为10cm～20cm，例如11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm或19cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述过滤排水层向女儿墙延伸至基质层表层下方3cm～5cm，例如3.3cm、3.5cm、3.7cm、4cm、4.3cm、4.5cm或4.7cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述过滤排水层与排水管相连处为排水口，排水口外围设置砾石环形带，该砾石环形带目的在于保证排水口周围没有植物，进而保证排水通畅，不带入基质，并起到一定的防风作用。

优选地，所述砾石环形带的宽度为60cm～100cm，例如63cm、65cm、70cm、75cm、80cm、85cm、90cm、95cm或97cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，排水口可设置排水观察井，定期检查屋顶排水系统的通畅情况，及时清理枯枝落叶，防止排水管堵塞造成壅水倒流。

作为本发明优选的技术方案，所述基质层(3)的容重量为0.1t/m³～0.8t/m³，例如0.2t/m³、0.3t/m³、0.4t/m³、0.5t/m³、0.6t/m³或0.7t/m³等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.5t/m³。

本发明中，所述基质层是指满足植物生长条件，具有一定的渗透性能、蓄水能力和空间稳定性的轻质材料层。用于屋顶绿化的种植基质需具备三个基本条件：有一定的保水保肥能力，透气性好；有一定的化学缓冲能力，保持良好的水、气和养分的比例等；重量轻，不会给屋顶带来过大压力。

优选地，所述基质层由腐叶土、沙土、蛭石和珍珠岩配制成，其配置比例为(10～15):(6～8):1:(3～4)，例如11:(6～8):1:(3～4)、12:(6～8):1:(3～4)、13:(6～8):1:(3～4)、14:(6～8):1:(3～4)、(10～15):6.5:1:(3～4)、(10～15):7:1:(3～4)、(10～15):7.5:1:(3～4)、(10～15):(6～8):1:3.5、(10～15):(6～8):1:4或(10～15):(6～8):1:4.5等，又如11:6:1:3、12:7:1:3.5、13:7:1:4或14:8:1:4等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10:8:1:4。

本发明中，基质层中的基质主要包括改良土和超轻量基质两种类型。改良土由田园土、排水材料、轻质骨料和肥料混合而成；超轻量基质由表面覆盖层、栽植育成层和排水保水层三部分组成。

优选地，所述基质层的厚度为10cm～20cm，例如11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm或19cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述基质层的厚度需要控制在一定范围内，厚度过高会影响透气且重量过大，厚度过小其保水保肥能力会降低，无法满足植被生长需要。同时，基质层的厚度还要根据植物的种类，灌溉措施有无等要素具体而定。基质混匀后铺设要均匀。

作为本发明优选的技术方案，所述植被层(4)中植物为高度＜30cm的灌木、草坪、地被植物或藤蔓类植物中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：高度＜25cm的灌木和草坪的组合，地被植物和藤蔓类植物的组合，高度＜20cm的灌木、草坪和地被植物的组合，高度＜15cm的灌木、草坪、地被植物和藤蔓类植物的组合。

本发明中，植被层中植物应选择须根发达的植物，不宜选用根系穿刺性较强的植物，防止植物根系穿透建筑防水层；选择易移植、耐修剪、耐粗放管理和生长缓慢的植物；选择滞尘、抗污、抗风、耐旱、耐高温、耐寒、耐盐碱和抗病虫害的植物；尽量不用大型乔木，有条件时可少量种植耐旱小型乔木。

作为本发明优选的技术方案，所述biobox系统自上而下依次包括植物层、上层土、上层滤网、混合滤料层、下层滤网、卵石填充层和穿孔出水管。

作为本发明优选的技术方案，所述上层土的厚度为20cm～25cm，例如21cm、22cm、23cm或24cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述上层土由滤沙和沸石组成。

优选地，所述上层滤网的材质为碳含量低于0.25wt％的不锈钢丝，即低碳不锈钢丝。

优选地，所述混合滤料层的厚度为90cm～110cm，例如91cm、93cm、95cm、97cm、99cm、101cm、103cm、105cm、107cm或109cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100cm。

优选地，所述混合滤料层含混合滤料颗粒，所述混合滤料颗粒由微生物菌、木质活性炭、秸秆粉碎物和化学助剂混合造粒制得。

优选地，所述微生物菌、木质活性炭、秸秆粉碎物和化学助剂的质量比为(10～15):(20～30):(15～20):(5～10)，例如11:(20～30):(15～20):(5～10)、12:(20～30):(15～20):(5～10)、13:(20～30):(15～20):(5～10)、14:(20～30):(15～20):(5～10)、(10～15):22:(15～20):(5～10)、(10～15):24:(15～20):(5～10)、(10～15):26:(15～20):(5～10)、(10～15):28:(15～20):(5～10)、(10～15):(20～30):16:(5～10)、(10～15):(20～30):17:(5～10)、(10～15):(20～30):18:(5～10)、(10～15):(20～30):19:(5～10)、(10～15):(20～30):(15～20):6、(10～15):(20～30):(15～20):7、(10～15):(20～30):(15～20):8或(10～15):(20～30):(15～20):9等，又如10:20:15:5、11:22:16:6、12:24:17:7、13:26:18:8、14:28:19:9或15:30:20:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为13:25:17:6。

优选地，所述微生物菌为硝化菌、反硝化菌和除磷菌。

优选地，所述化学助剂为十六烷基三甲基溴化铵、纳米水合氧化铁颗粒和磷酸氢二钠的组合物，其质量比为(1～5):(1～5):(5～10)，例如2:(1～5):(5～10)、3:(1～5):(5～10)、4:(1～5):(5～10)、(1～5):2:(5～10)、(1～5):3:(5～10)、(1～5):4:(5～10)、(1～5):(1～5):6、(1～5):(1～5):7、(1～5):(1～5):8或(1～5):(1～5):9等，又如1:1:5、1:2:6、2:3:6、3:4:7、4:4:7、5:4:8、5:5:9或5:5:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述混合滤料层中即包括微生物成分，又包括化学助剂，微生物会在物料表面形成生物膜，对油脂和固体悬浮物进一步过滤；添加的化学助剂可在水处理过程中对微生物进行改性，使微生物进行快速增殖，提高对水中有机物以及重金属组分的去除。同时，利用秸秆粉碎物中含有大量的纤维素在化学药剂的作用下分离出来，使其具有良好的吸附重金属和有机物质吸附效果。

优选地，所述下层滤网(10)的材质为纤维束过滤网，所述纤维束过滤网为间隙较小的精过滤网，可以比较精细进行进一步过滤。

优选地，所述卵石填充层(11)的厚度为25cm～30cm，例如26cm、27cm、28cm或29cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述biobox系统以固体沉淀、植物吸附和生态修复等方式去除雨水中的污染物，其植物层、上层土、上层滤网、混凝土砂层、下层滤网和卵石填充层相互配合，植物层主要用于去除氮、磷等有机污染物；上层土及滤网可对较大固体悬浮物进行初步过滤；混合滤料层层是biobox系统的关键，其中的微生物和化学药剂共同作用，具有良好的去除微量有机物、重金属和固体悬浮物的效果；下层滤网和卵石可吸附并净化细小悬浮物及微量金属离子，进而对固体悬浮物、磷、氮、油脂和重金属等大部分污染物具有较好的去除作用。

上述绿色屋顶的处理过程为：雨水依次经过植被层、基质层和过滤排水层进入排水管，再经排水管中的biobox系统的过滤净化，得到达到市政杂用水水质目标的用水。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在传统雨水资源开发利用模式的基础上，将绿色屋顶与biobox系统相结合，一方面可以使绿色屋顶占地面积小，且处理效率高，使雨水处理效率达到50％，同时可以削减洪峰流量，减少径流侵蚀；另一方面可有效去除雨水中的小颗粒固体悬浮物、微量的金属离子、营养盐及有机物，使处理后的初期雨水可以达到市政杂用水水质目标。

附图说明

图1是本发明所述绿色屋顶的结构示意图；

图2是本发明实施例1中所述biobox系统的结构示意图；

其中，1-保护层，2-过滤排水层，3-基质层，4-植被层，5-排水管，6-砾石环形带，7-上层土，8-上层滤网，9-混合滤料层，10-下层滤网，11-卵石填充层，12-穿孔出水管。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

如图1所示，本发明具体实施例部分提供了一种绿色屋顶，包括屋顶结构层和设置于屋顶结构层四周的女儿墙，其特征在于，所述屋顶结构层上依次设有保护层1、过滤排水层2、基质层3和植被层4，所述过滤排水层2与排水管5相连，所述排水管5与蓄水池相连，所述排水管5中内置biobox系统。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种绿色屋顶，包括屋顶结构层和设置于屋顶结构层四周的女儿墙，所述屋顶结构层上依次设有保护层1、过滤排水层2、基质层3和植被层4，所述过滤排水层2与排水管5相连，所述排水管5与蓄水池相连，所述排水管5中内置biobox系统。

其中，所述保护层1包括防水层和防根层，其搭接宽度为15cm，该保护层1向女儿墙延伸高于基质层3至少15cm；

所述过滤排水层2由下至上包括蓄水排水层和过滤层，蓄水排水层与排水管5相连，过滤层的材质为聚酯纤维无纺布，蓄水排水层和过滤层之间搭接缝的有效宽度为15cm；过滤排水层2向女儿墙延伸至基质层3表层下方4cm；

所述过滤排水层2与排水管5相连处为排水口，排水口外围设置砾石环形带6，砾石环形带6的宽度为80cm；

所述基质层3的容重量为0.5t/m³，其由腐叶土、沙土、蛭石和珍珠岩配制成，其配置比例为10:8:1:4，基质层3的厚度为15cm。

所述植被层4中植物为高度＜30cm的灌木、草坪、地被植物和藤蔓类植物的组合；

如图2所示，所述biobox系统自上而下依次包括上层土7、上层滤网8、混合滤料层9、下层滤网10、卵石填充层11和穿孔出水管12。

其中，上层土7的厚度为23cm；上层滤网8的材质为碳含量低于0.25wt％的不锈钢丝；

混合滤料层9的厚度为100cm，混合滤料层9由含混合滤料颗粒，所述混合滤料颗粒由微生物菌、木质活性炭、秸秆粉碎物和化学助剂混合造粒制得，其质量比为13:25:17:6；微生物菌为硝化菌、反硝化菌和除磷菌；化学助剂为十六烷基三甲基溴化铵、纳米水合氧化铁颗粒和磷酸氢二钠的组合物，其质量比为3:3:7；

下层滤网10的材质为纤维束过滤网；卵石填充层11的厚度为27cm。

将实施例所述的绿色屋顶用于处理浊度为23，溶解性固体含量达3000mg/l的雨水，经处理后的雨水浊度为10，溶解性固体含量为890mg/l，氨氮含量为8.6mg/l，溶解氧含量为4.2mg/l，达到市政杂用水水质目标。

实施例2：

本实施例提供了一种绿色屋顶，所述绿色屋顶的结构与实施例1中大致相同，区别仅在于：

保护层1的搭接宽度为12cm，蓄水排水层和过滤层之间搭接缝的有效宽度为10cm；过滤排水层2向女儿墙延伸至基质层3表层下方3cm；排水口外围设置的砾石环形带的宽度为60cm；基质层3的容重量为0.2t/m³，基质层3的厚度为10cm，基质层3由腐叶土、沙土、蛭石和珍珠岩配制成，其配置比例为11:7:1:3.5；

所述biobox系统中上层土7的厚度为20cm；混合滤料层9的厚度为90cm，混合滤料层9的混合滤料颗粒中微生物菌、木质活性炭、秸秆粉碎物和化学助剂的质量比为10:20:15:5；化学助剂中十六烷基三甲基溴化铵、纳米水合氧化铁颗粒和磷酸氢二钠的质量比为1:1:5；卵石填充层11的厚度为25cm。

将实施例所述的绿色屋顶用于处理浊度为22，溶解性固体含量含量为的雨水2600mg/l，经处理后的雨水的浊度为9，溶解性固体含量为990mg/l，氨氮含量为9mg/l，溶解氧含量为5mg/l，达到市政杂用水水质目标。

实施例3：

本实施例提供了一种绿色屋顶，所述绿色屋顶的结构与实施例1中大致相同，区别仅在于：

保护层1的搭接宽度为11cm，蓄水排水层和过滤层之间搭接缝的有效宽度为20cm；过滤排水层2向女儿墙延伸至基质层3表层下方5cm；排水口外围设置的砾石环形带的宽度为100cm；基质层3的容重量为0.8t/m³，基质层3的厚度为20cm，基质层3由腐叶土、沙土、蛭石和珍珠岩配制成，其配置比例为15:6:1:3

所述biobox系统中上层土7的厚度为25cm；混合滤料层9的厚度为110cm，混合滤料层9的混合滤料颗粒中微生物菌、木质活性炭、秸秆粉碎物和化学助剂的质量比为15:30:20:10；化学助剂中十六烷基三甲基溴化铵、纳米水合氧化铁颗粒和磷酸氢二钠的质量比为5:3:10；卵石填充层11的厚度为30cm。

将实施例所述的绿色屋顶用于处理浊度为24，溶解性固体含量含量为的雨水2800mg/l，经处理后的雨水的浊度为10，溶解性固体含量为910mg/l，氨氮含量为9.3mg/l，溶解氧含量为3.7mg/l，达到市政杂用水水质目标。

对比例1：

本对比例提供了一种绿色屋顶，所述绿色屋顶除了排水管5中不设置biobox系统外，其他结构均与实施例1中相同。

本对比所述的绿色屋顶用于处理浊度为23，溶解性固体含量含量为的雨水3000mg/l，经处理后的雨水的浊度为16，溶解性固体含量为2100mg/l，氨氮含量为13.2mg/l，溶解氧含量为1mg/l，未达到市政杂用水水质目标。

对比例2：

本对比例提供了一种绿色屋顶，所述绿色屋顶除了biobox系统中不包括混合滤料层9外，其他结构均与实施例1中相同。

本对比所述的绿色屋顶用于处理浊度为23，溶解性固体含量含量为的雨水3000mg/l，经处理后的雨水的浊度为15，溶解性固体含量为1900mg/l，氨氮含量为12.1mg/l，溶解氧含量为2.9mg/l，未达到市政杂用水水质目标。

对比例3：

本对比例提供了一种绿色屋顶，所述绿色屋顶除了biobox系统中混合滤料层9中不包括化学助剂外，其他结构均与实施例1中相同。

本对比所述的绿色屋顶用于处理浊度为23，溶解性固体含量含量为的雨水3000mg/l，经处理后的雨水的浊度为15，溶解性固体含量为2010mg/l，氨氮含量为11mg/l，溶解氧含量为2.1mg/l，未达到市政杂用水水质目标。

综合实施例1-3和对比例1-3的结果可以看出，本发明在传统雨水资源开发利用模式的基础上，将绿色屋顶与biobox系统相结合，一方面可以使绿色屋顶占地面积小，且处理效率高，使雨水处理效率达到50％，同时可以削减洪峰流量，减少径流侵蚀；另一方面可有效去除雨水中的小颗粒固体悬浮物、微量的金属离子、营养盐及有机物，使处理后的初期雨水可以达到市政杂用水水质目标。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。