专利名称：基于地质材料的雨水水质处理系统的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种基于地质材料的雨水水质处理系统，用于解决城市径流雨水的水质处理问题，属于环境地质研究领域。
背景技术：
近年来，随着中国城市化进程的不断加快，人口与自然资源之间的矛盾日益突出，水资源不足的问题尤为严重。为了避免无节制的开采利用有限的地下水，国内外学者提出收集利用雨水资源。但是经过调查研究发现，城市雨水径流的水质很差，初期径流的污染程度甚至超过城市污水。除了空气质量的影响外，最重要的影响因素是屋面材料、道路类型及路面污染、气温、降雨强度、降雨量和降雨间隔时间等。检测发现，其中的污染物有有机污染(COD、BOD)、悬浮固体污染(SS)、重金属元素(如Pb2+、Zn2+、Cu2+、Fe3+等)、氮磷等。为了可以使收集到的雨水供人们生活或者工农业生产使用，提高对于雨水的利用效率以及拓宽雨水的利用途径，现已经提出的雨水净化方法有很多种，传统的净化方法总结为两大类。其一，混凝剂法，此种方法去除重金属、磷、色度效果好，但对氨氮和有机物去除效果不理想，另外，各种絮凝剂的加入，在水底不易与水分离，会造成二次污染；其二，生化法，对有机污染物及氨氮、磷有良好的去除效果，但对C0D&去除率低脱色效果差，而且仍会产生大量污泥，造成堵塞和二次环境污染。随着对生态环境的重视，目前国内外在积极寻找用于污水处理方面的环境矿物材料以代替传统的混凝剂法和生化法，因此提供一种具有针对性的、系统有效的、基于地质材料的雨水水质处理系统成为了本领域内研究的热点。
发明内容
本发明提供了一种基于地质材料的雨水水质处理系统，解决了传统水质处理工程中出现的不足，本发明中选择了新型的矿物滤材，同时还设计有反冲洗系统和水质监测单兀，能够从多方面综合提闻雨水水质。实现本发明上述目的所采用的技术方案为一种基于地质材料的雨水水质处理系统，至少包括沉沙池、过滤池、防堵塞监控单元以及水质监测单元，其中沉沙池中至少设有进水管、导流槽以及污水管网入口，进水管与导流槽连通，雨水由进水管和导流槽进入沉沙池内，污水管网入口设置于沉沙池的底部；过滤池与沉沙池之间通过钢筋混凝土镂空挡墙连通，过滤池内填充有滤料，所述的滤料由过滤池的进水处至出水处依次为火山石层、麦饭石与沸石组合滤料层、膨润土层以及生化球层，各层之间均设置有土工布作为隔层，麦饭石与沸石组合滤料层与膨润土层之间设有反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙，且反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙上与麦饭石与沸石组合滤料层相接触的墙面上铺设有冲洗管和进气管，冲洗管上均匀分布有口 ；防堵塞监控单元由流量传感器、空气压缩机和水泵A组成，空气压缩机和水泵A分别与反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙上的进气管和冲洗管相连接，流量传感器安装于过滤池的出水口上；水质监测单元包括用于检测水质参数的水质监测仪以及水泵B，水泵B连接在过滤池的出水口上。所述的沉沙池的底部为底板，底板呈倾斜状，且朝向进水处方向向下倾斜5-10°，污水管网入口位于沉沙池的底板的最低处。沉沙池内设有的导流槽呈半圆弧状，导流槽的流宽为O. 15^0. 2m，沉沙池内还设有检修爬梯。火山石层的厚度为3(T40cm，火山石层中火山石的粒径为20 60臟。麦饭石与沸石组合滤料层中麦饭石与沸石的体积比为14:5，且麦饭石与沸石组合滤料层由进水至出水方向依次分为组合层A、组合层B以及组合层C，三层中材料的粒径分别为20 60mm、5 20mm、O.1 5mm,三层中每层的厚度均为30 40cm。膨润土层的厚度为2(T30cm，所使用的膨润土为经过以下处理的改性膨润土 先将市售膨润土洗3 4次后，在105°C条件下干燥lh，将干燥后的膨润土移入输出功率为750W的微波炉内加热61分钟，取出置于干燥器中冷却至室温；然后在酚醛泡沫的物理发泡过程中加入冷却后的膨润土，冷却至室温，即得到改性膨润土。所述的过滤池顶部为封闭式，其上设有顶板，过滤池底部为底板，顶板和底板均呈倾斜状，且均朝向出水处方向向下倾斜5-10 °。还设有用于储藏雨水的贮存池，贮存池通过进水管与沉沙池连通，贮存池上设有输水管道，输水管道与水泵B连通。本发明提供的基于地质材料的雨水水质处理系统有以下优点1、本发明所使用的滤料为环境地质矿物材料，主要为岩浆岩和粘土矿物——膨润土，这些材料储量丰富，价格低廉，制备工艺简单，容易再生，二次污染小。2、本发明选择的环境矿物种类、组合比例以及改性处理方法，均已经过室内实验探究验证，采用合理的净化顺序以及种类组合，能够有效去除雨水中的C0D、重金属元素、总氮、总磷等主要污染物。3、本发明沉沙池的底板设置为坡面，有利于泥沙沉淀和后期泥沙清淤；过滤池顶板和底板也均设计为倾斜状，使水流为承压状态充满断面，防止形成优先流，致使过滤不完全。4、设有的防堵塞监控单元，能够及时清除过滤介质中的泥沙等堵塞物，使系统在保证雨水处理质量的同时保持较可观的处理速度，同时延长水质处理系统的使用寿命。5、经过本系统处理后的雨水，水质较高，可以用作雨水回灌。该系统具有广泛的应用前景和继续开发的功能。
图1为本发明提供的基于地质材料的雨水水质处理系统的整体结构示意图；图2为沉淀池内导水槽结构示意图；图3为钢筋混凝土镂空挡墙结构示意图；图4为反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙结构示意图；图中1_检修爬梯，2-进水管，3-导流槽，4-沉沙池底板，5-污水管网入□，6-火山石层，7-组合层A，8-组合层B，9-组合层C，10-膨润土层，11-生化球层，12-钢筋混凝土镂空挡墙，13-反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙，14- 土工布，15-冲洗管，16-水泵A，17-进气管，18-空气压缩机，19-过滤池顶板，20-过滤池底板，21-流量传感器，22-水质监测仪，23-水泵B，24-输水管道，25-地面，26-贮存池，27-沉沙池。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细具体的说明。本发明提供的基于地质材料的雨水水质处理系统的结构如图1所示，由贮存池26、沉沙池27、过滤池、防堵塞监控单元以及水质监测单元组成，本水质处理系统整体呈长方体状，建造于地面25下方，具体尺寸根据处理水量而定，本实施例中，系统总体宽2 3m，长5 7m，深2 3m。其中沉沙池27长3 4m，过滤池长2 3m。贮存池26设置于最外侧，用来贮存收集的雨水，贮存池26通过进水管2与沉沙池27连通。沉沙池27内设有检修爬梯1、进水管2、导流槽3以及污水管网入口 5，进水管2与导流槽3连通，雨水经过进水管2和导流槽3进入沉沙池27内。导流槽3的结构如图2所示，呈半圆弧状，导流槽3的流宽为O. 15^0. 2m。所述的沉沙池底部为底板，沉沙池底板4呈倾斜状，且朝向进水处方向向下倾斜5-10°，污水管网入口 5位于沉沙池底板的最低处。
过滤池与沉沙池27之间通过钢筋混凝土镂空挡墙12连通，钢筋混凝土镂空挡墙12的结构如图3所示。过滤池内填充有滤料，所述的滤料由过滤池的进水处至出水处依次为火山石层6、麦饭石与沸石组合滤料层、膨润土层10以及生化球层11，各层之间均设置有土工布14作为隔层，麦饭石与沸石组合滤料层与膨润土层之间设有反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙13，反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙13的结构如图4所示，且反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙13上与麦饭石与沸石组合滤料层接触的墙面上铺设有冲洗管15和进气管17，冲洗管15上均匀分布有口，进气管17沿着滤料的底部朝向进水处延伸。火山石层6的厚度为3(T40cm，火山石层6中火山石的粒径为2(T60mm，用于调节雨水的pH趋于中性或碱性，火山石层6呈现多孔性，其强度大，利于硝化细菌繁殖，可降低亚硝酸盐含量。麦饭石与沸石组合滤料层主要吸附雨水中总氮、总磷，去除总氮最高可达85%，去除总磷最高可达96%。麦饭石与沸石组合滤料层中麦饭石与沸石的体积比为14:5，且麦饭石与沸石组合滤料层由进水至出水方向依次分为组合层A7、组合层B8以及组合层C9，三层中材料的粒径分别为20 60mm、5 20mm、0· I 5mm,三层中每层的厚度均为30 40cm。膨润土层10的厚度为2(T30cm，所使用的膨润土为改性膨润土，改性方法如下先将市售膨润土洗3 4次后，在105°C条件下干燥lh，将干燥后的膨润土移入输出功率为750W的微波炉内加热6 8分钟，取出置于干燥器中冷却至室温；然后在酚醛泡沫的物理发泡过程中加入冷却后的膨润土，冷却至室温，即得到改性膨润土 ；膨润土在经过干燥、灼烧、与酚醛泡沫合成等处理后，强度较天然状态有大幅提高，同时对COD和BOD的吸附效率和吸附速度都有提高，对雨水中C0D&和BOD去除率分别约为80%和90% ;对重金属元素中Zn2+、Cu2+、Fe3+去除率分别约为83%、61%和98%。生化球层11厚度为2(T30cm，其中含有硝化细菌生化棉，主要去除前阶段没有处理完的亚硝酸盐，避免亚硝酸盐在回灌土壤中的积累。过滤池顶部为封闭式，其上设有过滤池顶板19，过滤池底部为过滤池底板20，过滤池顶板19和过滤池底板20均呈倾斜状，且均朝向出水处方向向下倾斜5-10°。防堵塞监控单元由流量传感器21、空气压缩机18和水泵A16组成，空气压缩机18和水泵A16分别与反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙13上的进气管17和冲洗管15相连接，流量传感器21位于过滤池的出水口上。水质监测单元包括用于检测水质参数的水质监测仪22以及水泵B23，水泵B23连接在过滤池的出水口上，水泵B23上还连接有输水管道24，输水管道24与贮存池26连通。
本发明提供的基于地质材料的雨水水质处理系统的工作原理如下将收集到的雨水从贮存池中经进水口流入沉沙池，在导水槽的引流下形成低速旋流，使大部分泥沙沉积在导水槽出口处。沉沙池的底板向下倾斜5-10°，有利于泥沙和悬浮物的沉淀和排除，以及旱季底板的清洗。水流由沉沙池进入过滤池，依次流经钢筋混凝土镂空挡墙，火山石，麦饭石和沸石组合滤料，反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙，改良后膨润土滤料，生化球滤料，在此过程中能够调节雨水pH，顺次降低雨水中总氮、总磷、COD、BOD、重金属元素以及亚硝酸盐含量。经过水质监测仪检测合格的雨水即可进行后续使用，没有合格的雨水经过水泵B和输水导管返回贮存池。
在雨水处理过程中，过滤池出水口处流量传感器实时监测流量，当流量低于正常水平时，打开污水管网入口阀门，启动水泵A和空气压缩机，进行气水反冲洗大约15min。冲洗结束后关闭污水管网入口，关闭水泵A和空气压缩机，气水反冲洗结束。
权利要求
1.一种基于地质材料的雨水水质处理系统，其特征在于至少包括沉沙池、过滤池、防堵塞监控单元以及水质监测单元，其中沉沙池中至少设有进水管、导流槽以及污水管网入口，进水管与导流槽连通，雨水由进水管和导流槽进入沉沙池内，污水管网入口设置于沉沙池的底部；过滤池与沉沙池之间通过钢筋混凝土镂空挡墙连通，过滤池内填充有滤料，所述的滤料由过滤池的进水处至出水处依次为火山石层、麦饭石与沸石组合滤料层、膨润土层以及生化球层，各层之间均设置有土工布作为隔层，麦饭石与沸石组合滤料层与膨润土层之间设有反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙，且反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙上与麦饭石与沸石组合滤料层相接触的墙面上铺设有冲洗管和进气管，冲洗管上均匀分布有口 ；防堵塞监控单元由流量传感器、空气压缩机和水泵A组成，空气压缩机和水泵A分别与反冲洗钢筋混凝土镂空挡墙上的进气管和冲洗管相连接，流量传感器安装于过滤池的出水口上；水质监测单元包括用于检测水质参数的水质监测仪以及水泵B，水泵B连接在过滤池的出水口上。
2.根据权利要求1所述的基于地质材料的雨水水质处理系统，其特征在于所述的沉沙池的底部为底板，底板呈倾斜状，且朝向进水处方向向下倾斜5-10°，污水管网入口位于沉沙池的底板的最低处。
3.根据权利要求1所述的基于地质材料的雨水水质处理系统，其特征在于沉沙池内设有的导流槽呈半圆弧状，导流槽的流宽为0. 15^0. 2m，沉沙池内还设有检修爬梯。
4.根据权利要求1所述的基于地质材料的雨水水质处理系统，其特征在于火山石层的厚度为30 40cm,火山石层中火山石的粒径为20 60mm。
5.根据权利要求1所述的基于地质材料的雨水水质处理系统，其特征在于麦饭石与沸石组合滤料层中麦饭石与沸石的体积比为14:5，且麦饭石与沸石组合滤料层由进水至出水方向依次分为组合层A、组合层B以及组合层C，三层中材料的粒径分别为2(T60mm、5 20mm、0.1 5mm,三层中每层的厚度均为30 40cm。
6.根据权利要求1所述的基于地质材料的雨水水质处理系统，其特征在于膨润土层的厚度为2(T30cm，所使用的膨润土为经过以下处理的改性膨润土 先将市售膨润土洗3 4次后，在105°C条件下干燥lh，将干燥后的膨润土移入输出功率为750W的微波炉内加热6 8分钟，取出置于干燥器中冷却至室温；然后在酚醛泡沫的物理发泡过程中加入冷却后的膨润土，冷却至室温，即得到改性膨润土。
7.根据权利要求1所述的基于地质材料的雨水水质处理系统，其特征在于所述的过滤池顶部为封闭式，其上设有顶板，过滤池底部为底板，顶板和底板均呈倾斜状，且均朝向出水处方向向下倾斜5-10°。
8.根据权利要求1所述的基于地质材料的雨水水质处理系统，其特征在于还设有用于储藏雨水的贮存池，贮存池通过进水管与沉沙池连通，贮存池上设有输水管道，输水管道与水泵B连通。
全文摘要
本发明提供了一种基于地质材料的雨水水质处理系统，至少包括沉沙池、过滤池、防堵塞监控单元以及水质监测单元，其中沉沙池中至少设有进水管、导流槽以及污水管网入口，过滤池与沉沙池之间通过设有的钢筋混凝土镂空挡墙连通，过滤池内填充有滤料，防堵塞监控单元由流量传感器、空气压缩机和水泵A组成；水质监测单元包括用于检测水质参数的水质监测仪以及水泵B，水泵B连接在过滤池的出水口上。本发明解决了传统水质处理工程中出现的不足，本发明中选择了新型的矿物滤材，同时还设计有反冲洗系统和水质监测单元，能够从多方面综合提高雨水水质。
文档编号C02F9/14GK103011532SQ20131000797
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月10日 优先权日2013年1月10日
发明者张亚男, 彭浩, 王志强, 姜祝强, 马传明, 万军伟, 潘欢迎 申请人:中国地质大学(武汉)