海绵城市多级雨水花园强化径流污染去除的方法及结构与流程

本发明涉及一种径流污染去除的方法及结构，尤其是一种海绵城市多级雨水花园强化径流污染去除的方法及结构，属于海绵城市建设
技术领域：
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背景技术：
：雨季来临时，全国许多城市都会出现城市内涝,给市民生活带来了诸多不便,甚至会造成生命财产的损失；降雨冲刷不透水面使雨水径流中携带了大量的污染物譬如颗粒物、氮、磷、重金属、杀虫剂等直接排入城市水体，破坏了城市水环境。针对上述问题，国家提出海绵城市这一全新的城市建设理念。海绵城市要求城市对雨水具有渗、滞、蓄、净、用、排的功能。雨水花园是自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地，也是海绵城市建设技术指南推荐的雨水径流控制技术，源于雨水砂滤和渗透沟技术，整合了两种技术的功能，雨水流经滞留利用设施过程中，经渗透、沉淀、截留作用，径流水量被削减、径流中污染物得到较好的去除，部分雨水径流逐渐渗入土壤，涵养地下水。利用雨水花园,可以重新恢复自然界的水循环系统，改善城市水环境，也可改善城市水资源调配。相对于建造成本高的传统市政排水设施，采用雨水花园来处理雨水径流，是更加经济合理的方案,而且还能美化城市、净化空气。目前,国内大部分雨水花园设计主要考虑其景观效果和对雨水径流的水量控制效果，而弱化了净化作用，存在出水硝态氮浓度高，总氮难以降低的问题。对雨水径流中pahs、杀虫剂等难降解的“三致”污染物的处理，也缺乏有效的针对措施。针对以上不足,需要提供一种能有效去除常规污染物譬如氮、磷等和少量难降解的有毒有害污染物譬如杀虫剂等雨水花园。通过对国内专利进行检索，发现有相关专利，举例如下：申请号cn201610322138.2，名称为“串续式既有居住小区多级雨水花园渗透系统”的发明专利申请公开了一种串续式既有居住小区多级雨水花园渗透系统，它包括：多个屋顶花园、多个水落管、多个第一级雨水花园、多块低势组团中央绿地、多个第二级雨水花园，第一级雨水花园的高程高于第二级雨水花园的高程，所述的第二级雨水花园的高程高于第三级雨水花园的高程。本发明的优点：通过多级雨水花园、低势绿地、植被浅沟等渗透设施将雨水就地入渗地下，从而补充了地下水资源；雨水入渗地下，减少了地面径流，从而缓解了洪涝灾害的问题，雨水入渗过程中土壤起到了净化功能；低势绿地、植被浅沟、雨水花园对雨水径流都进行了净化。这些净化功能可减少地表水系的污染问题。上述申请虽然也是一种多级雨水花园，但为针对居住小区整体进行雨水净蓄的系统，占地面积较大，易受到使用场所的限制。申请号cn201710419404.8，名称为“一种地表径流处理系统及方法”的发明专利申请公开了一种地表径流处理系统及方法，所述系统包括：收集装置，用于汇流所述地表径流；初级过滤装置，用于对所述地表径流进行初级过滤；至少一个二级土壤过滤装置，用于利用管道收集初级过滤后的地表径流，对所述地表径流进行二级过滤；并将二级过滤后的所述地表径流排入河道中；如此，可以沿着河岸侧长距离布置该处理系统，对地表径流进行多级去污染处理后，去除地表径流中携带的悬浮物、cod、氮、磷等污染物后将水体排入河流中，既不会污染河流，又不会增加污水处理系统的负荷，也不会影响城市管网的排水；并可以在至少一个二级土壤过滤装置种植城市景观植物，美化环境。上述专利申请虽然采用多级手段对地表径流进行处理，但处理效果仍然不够理想，需要改进。技术实现要素：本发明针对当前雨水花园对雨水径流中污染物的处理缺乏有效的针对措施的问题提出了一种海绵城市多级雨水花园强化径流污染去除的方法及结构，以有效去除常规污染物譬如氮、磷、重金属和少量难降解的有毒有害污染物譬如杀虫剂等。本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种海绵城市多级雨水花园强化径流污染去除的方法，利用多级雨水花园对雨水中的污染物进行多级处理，具体为：雨水经集水槽流入一级雨水花园后流入二级雨水花园，雨水中的有机氮、氨氮在一级雨水花园先进行好氧处理转变为硝态氮后再进行缺氧/厌氧处理转变为n2或n2o排出，未处理完的有机氮、氨氮进入二级雨水花园，在二级雨水花园先进行好氧处理转变为硝态氮后再进行缺氧/厌氧处理转变为n2或n2o排出；雨水中的杀虫剂在一级雨水花园进行缺氧/厌氧处理后转变为小分子物质后进入二级雨水花园进行好氧处理转变成无污染的物质。具体地，雨水从一级雨水花园上层的种植土层流入一级雨水花园下层的砾石层，经砾石层进入一级雨水花园的一级排水管，经一级排水管的出水口流入二级雨水花园，经二级雨水花园上层的种植土层流入二级雨水花园下层的砾石层，在砾石层进入二级雨水花园的二级排水管；雨水中的有机氮、氨氮在一级雨水花园上层的种植土层经好氧处理转变为硝态氮后进入一级雨水花园下层的砾石层进行缺氧/厌氧反硝化转变为n2或n2o排出，未处理完的氨氮有机物进入二级雨水花园，在二级雨水花园上层的种植土层经好氧处理转变为硝态氮后进入二级雨水花园下层的砾石层进行缺氧/厌氧反硝化转变为n2或n2o排出；雨水中的杀虫剂在一级雨水花园下层的砾石层经缺氧/厌氧处理转变为小分子物质，然后在二级雨水花园上层的种植土层好氧氧化为无污染的物质。进一步地，经处理的雨水从二级排水管的出水口流入三级雨水花园，仍未处理完的氨氮、有机氮和有机物质在三级雨水花园上层的种植土层经好氧处理转变为硝态氮后进入三级雨水花园下层的砾石层进行缺氧/厌氧反硝化转变为n2或n2o排出；未处理完的杀虫剂在二级雨水花园下层的砾石层经缺氧/厌氧处理转变为小分子物质，然后在三级雨水花园上层的种植土层好氧氧化为无污染的物质。一种海绵城市多级雨水花园强化径流污染去除的结构，包括一级雨水花园和二级雨水花园，一级雨水花园中设有一级排水管，一级排水管的入水端位于一级雨水花园的底部，二级雨水花园中设有二级排水管，二级排水管的入水端位于二级雨水花园的底部；一级雨水花园的进水口与集水槽连通，一级排水管的出水口与二级雨水花园的进水口连通，且一级排水管的出水口高度高于二级雨水花园的进水口。进一步地，一级雨水花园从上而下依次设置覆盖层、种植土层、砂层和砾石层，一级排水管的入水端位于一级雨水花园的砾石层底部，即在位于一级雨水花园的砾石层底部的一级排水管上设置有排流通孔作为入水端；二级雨水花园从上而下依次设置覆盖层、种植土层、透水土工布和砾石层，二级排水管的入水端位于二级雨水花园的砾石层部分，即在位于二级雨水花园的砾石层底部的二级排水管上设置有排流通孔作为入水端。进一步地，一级雨水花园与二级雨水花园之间设有用于将二者隔开的防水布。进一步地，所述结构还包括三级雨水花园，其中三级雨水花园的上部分为富氧部分、下部分为缺氧/厌氧部分；二级排水管的出水口与三级雨水花园的进水口连通，且二级排水管的出水口高于三级雨水花园的进水口；三级雨水花园从上而下依次设置覆盖层、种植土层、砂层和砾石层，三级雨水花园中设有三级排水管，三级排水管的入水端位于三级雨水花园砾石层的底部，即在位于三级雨水花园的砾石层底部的三级排水管上设置有排流通孔作为入水端。进一步地，二级雨水花园与三级雨水花园之间设有用于将二者隔开的防水布。进一步地，覆盖层厚度为50mm-100mm，填料为树皮或腐熟纤维质材料，填料粒径为40-60mm。进一步地，种植土层填料为粗沙、表土、落叶堆肥或腐熟木屑，厚度为200-400mm。进一步地，种植土层填料各成分的质量含量为40-60%粗沙、30-40%表土、10-20%落叶堆肥或腐熟木屑。进一步地，砂层填料为中沙，粒径为0.3-1.5mm，厚度为60-120mm。进一步地，砾石层由体积比为1:1的砾石和木屑或碎纸片混合组成，厚度不低于300mm。进一步地，砾石层木屑或碎纸片粒径为10-20mm；砾石层由上而下为细、中、粗砾石层，各层砾石的粒径范围分别为5-10mm、10-30mm、30-60mm,厚度依次为50-150mm、50-200mm和100-300mm。进一步地，进水口处设置有碎石堆，碎石堆所用碎石的粒径范围为30-60mm。进一步地，排流通孔的孔径为5-15mm，且排流通孔所在处的排水管的外侧包裹有透水土工布。进一步地，排流通孔所在处的排水管管径为100-150mm。进一步地，多级雨水花园中还设有相互连通的溢流管，溢流管的入水端位于地面上方，出水口连通至市政雨水管道或雨水收集处。进一步地，溢流管的入水端顶盖盖沿设置有栅条。进一步地，溢流管管径100-150mm，入水端高于覆盖层150-200mm。本发明的有益效果是：1.本发明采用多级雨水花园对径流中的污染物进行多级处理，将各级雨水花园设成上层富氧、下层缺氧/厌氧的环境，对污染物多次进行好氧加缺氧/厌氧的处理，以对污染物进行有效去除。2.本发明排水管的进水口分设于各级雨水花园缺氧/厌氧的砾石层底部，使雨水在每一级雨水花园中都进行好氧和缺氧/厌氧的充分处理后再进入排水管，以从上一级雨水花园流入下一级雨水花园继续进行污染物的去除处理。附图说明图1为本发明实施例一的平面示意图。图2为本发明实施例一的横断面示意图。图3为本发明实施例二的平面示意图。图4为本发明实施例二的横断面示意图。图中：11.一级雨水花园，12.二级雨水花园，13.三级雨水花园，21.覆盖层，22.种植土层，23.砂层，24.砾石层，3.集水槽，4.碎石堆，5.排水管，51.一级排水管，52.二级排水管，53.三级排水管，54.排流通孔，6.溢流管。具体实施方式下面结合附图对本发明进一步说明。实施例一如图1所示，一种海绵城市多级雨水花园强化径流污染去除的结构，包括一级雨水花园11和二级雨水花园12，其中一级雨水花园11的上部分为富氧部分、下部分为缺氧/厌氧部分，二级雨水花园12主要为富氧部分；本一级雨水花园11位于整个多级雨水花园的中心，二级雨水花园12包围于一级雨水花园11的外围，一级雨水花园11的相对高度高于二级雨水花园12的高度，一级雨水花园11中设有一级排水管51，一级排水管51的入水端位于一级雨水花园11的底部，二级雨水花园12中设有二级排水管52，二级排水管52的入水端位于二级雨水花园12的底部；一级雨水花园11的进水口与集水槽3连通，一级排水管51的出水口与二级雨水花园12的进水口连通，且一级排水管52的出水口高度高于二级雨水花园12的进水口。将各级排水管5的入水端设置在各级雨水花园的底部，使雨水径流在各级花园内经过处理后再进入排水管5流出，以对雨水径流进行最大的去污染处理；一级排水管51的出水口与二级雨水花园12的进水口连通，且一级排水管51的出水口高度高于二级雨水花园12的进水口，为雨水径流的多级处理提供条件，使雨水径流在上一级的雨水花园中进行去污染处理后再进入下一级雨水花园中继续进行去污染处理。一级雨水花园11从上而下依次设置覆盖层21、种植土层22、砂层23和砾石层24，一级排水管51的入水端位于一级雨水花园11的砾石层24底部，即在位于一级雨水花园11的砾石层24底部的一级排水管51上设置有排流通孔54作为入水端，且一级排水管51的出水口高度高于砂层23，以保证水位高度使砾石层24形成淹水区保持为一个缺氧/厌氧环境；二级雨水花园12从上而下依次设置覆盖层21、种植土层22、透水土工布23和砾石层24，二级排水管52的入水端位于二级雨水花园12的砾石层24部分，即在位于二级雨水花园12的砾石层24底部的二级排水管52上设置有排流通孔54作为入水端。各级雨水花园按照从上而下覆盖层21、种植土层22、砂层23和砾石层24的设置，既为植被的生长提供一个合适的生存环境，也有利于微生物的生存，以去除雨水径流中的污染物。一级雨水花园11与二级雨水花园12之间设有用于将二者隔开的防水布。避免一级雨水花园11和二级雨水花园12之间物质的任意流通，形成一个有序的多级的环境。覆盖层21厚度为50mm-100mm，填料为树皮或腐熟纤维质材料，填料粒径为40-60mm。以树皮或腐熟纤维质材料为填料的覆盖层21既可以保持土壤的湿度，避免表层土壤板结而造成渗透性能降低，又在土壤界面上营造了一个微生物环境，有利用路面雨水径流中油脂等有机物的降解，同时还有助于减少雨水径流对土壤表层的侵蚀。种植土层22填料为粗沙、表土、落叶堆肥或腐熟木屑，厚度为200-400mm。种植土层22为植物提供生境，为植物吸收、填料吸附、化学沉淀及微生物降解有机物、重金属、氮、磷和其他污染物提供了场所，同时也具有较好的过滤作用，可去除雨水径流中的颗粒物和吸附在颗粒物上其他污染物质，种植土层22的厚度根据所种植的植被确定，浅根植物选择较浅的种植土层22，深根植物则应选择较厚的种植土层22。种植土层22填料各成分的质量含量为40-60%粗沙、30-40%表土、10-20%落叶堆肥或腐熟木屑。其中粗沙可改善种植土层的渗透性能，落叶堆肥或腐熟木屑等有机材料可改善种植土土壤孔隙结构、持水能力，促进微生物的富集等作用。砂层23填料为中沙，粒径为0.3-1.5mm，厚度为60-120mm。砂层23为过渡层，防止种植土中小颗粒物直接进入砾石层24，堵塞砾石层24孔隙。砾石层24由体积比为1:1的砾石和木屑或碎纸片混合组成，一级雨水花园11的砾石层24厚度为500mm，二级雨水花园12的砾石层24厚度为300mm。砾石层24填料采用有机物质的木屑或碎纸片，其在反硝化作用中作为电子供体，促进硝态氮的反硝化去除。砾石层24木屑或碎纸片粒径为10-20mm；砾石层24由上而下为细、中、粗砾石层，各层砾石的粒径范围分别为5-10mm、10-30mm、30-60mm。一级雨水花园11的砾石层24各粒径的砾石厚度依次为150mm、200mm和250mm，二级雨水花园12的砾石层24各粒径的砾石厚度依次为100mm、100mm和150mm。进水口处设置有碎石堆4，碎石堆4所用碎石的粒径范围为30-60mm。进水口处的碎石堆4用于消耗、分散水流的能量，防止雨水径流对污水花园覆盖层21和种植土层22表层的冲刷，同时对雨水径流中的大颗粒物质起到初步过滤作用。排流通孔54的孔径为5-15mm，且排流通孔54所在处的排水管5的外侧包裹有透水土工布。排流通孔54所在处的排水管5管径为100-150mm。多级雨水花园中还设有相互连通的溢流管6，溢流管6的入水端位于地面上方，出水口连通至市政雨水管道或雨水收集处。本实施例中，一级雨水花园11和二级雨水花园12的溢流管6均直接连接至二级排水管52，二级排水管52再连通至市政雨水管道或雨水收集处。溢流管6的入水端顶盖盖沿设置有栅条。溢流管6管径100-150mm，入水端高于覆盖层150-200mm。本实施例中的进、出水水质处理与处理效果如下表所示：水质指标进水出水去除率（%）ss（mg/l）267±3311±895.9±3.0cod（mg/l）205±4315±992.7±4.4nh4+-n（mg/l）6.8±2.70.3±0.495.6±5.9tn（mg/l）9.4±3.50.6±0.893.6±8.5tp（mg/l）1.7±0.50.1±0.194.1±5.9o，o-二甲基-s-（n-甲基氨基甲酰甲基）二硫代磷酸酯（乐果）(µg/l)719±6728±4796.1±6.5四氯间苯二腈（百菌清）(µg/l)558±8415±3297.3±5.7总锌(µg/l))638±10423±4796.4±7.4总镍(µg/l)258±6514±2394.6±8.9总铅(µg/l)385±8417±2895.6±7.3实施例二本实施例与上述实施例的不同之处在于：本多级雨水花园还包括三级雨水花园13，适合依地势而设置在河岸或者丘陵地区等，其中一级雨水花园11和二级雨水花园12的上部分均为富氧部分、下部分均为缺氧/厌氧部分，三级雨水花园13主要为富氧部分；一级雨水花园11、二级雨水花园12与三级雨水花园13从高到低依次相邻设置，二级排水管52的出水口与三级雨水花园13的进水口连通，且二级排水管52的出水口高于三级雨水花园13的进水口，同时二级排水管52的出水口高度高于二级雨水花园12的砂层23，以保证水位高度使砾石层24形成淹水区保持为一个缺氧/厌氧环境；三级雨水花园13从上而下依次设置覆盖层21、种植土层22、砂层23和砾石层24，三级雨水花园13中设有三级排水管53，三级排水管53的入水端位于三级雨水花园13砾石层24的底部，即在位于三级雨水花园13的砾石层24底部的三级排水管53上设置有排流通孔54作为入水端。二级雨水花园12与三级雨水花园13之间设有用于将二者隔开的防水布。避免二级雨水花园12和三级雨水花园13之间物质的任意流通，形成一个有序的多级的环境。本实施例中，一级雨水花园11的溢流管6和二级雨水花园12的溢流管6相互连通，最后汇入三级雨水花园13的排水管5后直接流入市政雨水管道或雨水收集处。上述实施例还涉及一种海绵城市多级雨水花园强化径流污染去除的方法，利用多级雨水花园对雨水中的污染物进行多级处理，具体为：雨水经集水槽3流入一级雨水花园11后流入二级雨水花园12，雨水中的有机氮、氨氮在一级雨水花园11先进行好氧处理转变为硝态氮后再进行缺氧/厌氧处理转变为n2排出，未处理完的有机氮、氨氮进入二级雨水花园12，在二级雨水花园12先进行好氧处理转变为硝态氮后再进行缺氧/厌氧处理转变为n2排出；雨水中的杀虫剂在一级雨水花园11进行缺氧/厌氧处理后转变为小分子物质后进入二级雨水花园12进行好氧处理转变成无污染的物质。在污染物的去除过程中，随着雨水径流入渗的过程，绝大部分有机氮或氨氮被吸附在雨水花园的表层填料中即种植土层22中进行耗时较长的氨氮硝化反应，而雨水径流中的硝态氮（来源于两个方面，一是本次降雨的雨水径流；二是吸附在填料的氨氮或有机氮在无雨时期被硝化细菌转化为硝态氮，此硝态氮流动性很强，也不被填料所吸附，随本次入渗径流冲洗下来）在缺氧/厌氧去进行耗时较短的反硝化还原。具体地，雨水从一级雨水花园11上层的种植土层22流入一级雨水花园11下层的砾石层24，经砾石层24进入一级雨水花园11的一级排水管51，经一级排水管51的出水口流入二级雨水花园12，经二级雨水花园12上层的种植土层22流入二级雨水花园12下层的砾石层24，在砾石层24进入二级雨水花园12的二级排水管52；雨水中的氨氮有机物在一级雨水花园11上层的种植土层22经好氧处理转变为硝态氮后进入一级雨水花园11下层的砾石层25进行缺氧/厌氧反硝化转变为n2排出，未处理完的氨氮有机物进入二级雨水花园12，在二级雨水花园12上层的种植土层22经好氧处理转变为硝态氮后进入二级雨水花园12下层的砾石层24进行缺氧/厌氧反硝化转变为n2排出；雨水中的杀虫剂在一级雨水花园11下层的砾石层24经缺氧/厌氧处理转变为小分子物质，然后在二级雨水花园12上层的种植土层22好氧氧化为无污染的物质。雨水中颗粒态的磷、重金属则主要通过多级雨水花园中填料的过滤得到去除，而溶解态的磷、重金属则通过与多级雨水花园填料中的化学基团的沉降或沉淀反应得到较好的去除。经处理的雨水从二级排水管52的出水口流入三级雨水花园13，仍未处理完的氨氮有机物在三级雨水花园13上层的种植土层22经好氧处理转变为硝态氮后进入三级雨水花园13下层的砾石层24进行缺氧/厌氧反硝化转变为n2排出；未处理完的杀虫剂在二级雨水花园12下层的砾石层24经缺氧/厌氧处理转变为小分子物质，然后在三级雨水花园13上层的种植土层22好氧氧化为无污染的物质。利用多级雨水花园，对雨水径流中的污染物进行多重处理，以对污染物进行彻底去除。由此可见，本发明具有以下有益效果：1.本发明采用多级雨水花园对径流中的污染物进行多级处理，将各级雨水花园设成上层富氧、下层缺氧/厌氧的环境，对污染物多次进行好氧加缺氧/厌氧的处理，以对污染物进行有效去除。2.本发明排水管的进水口分设于各级雨水花园缺氧/厌氧的砾石层底部，使雨水在每一级雨水花园中都进行好氧和缺氧/厌氧的充分处理后再进入排水管，以从上一级雨水花园流入下一级雨水花园继续进行污染物的去除处理。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关
技术领域：
的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。如还可以根据径流的污染情况和地域情况，在三级雨水花园的外再设置四级雨水花园或者五级雨水花园甚至更多。当前第1页12