一种用于初期雨水高效处理的快速渗滤系统的制作方法

本发明属于水污染防治领域，具体涉及一种用于初期雨水高效处理的快速渗滤系统。

背景技术：

随着城市建设密度和活动强度的加大，城市面源污染程度不断增大，面源污染物中含有较多的ss、有机物、氮、磷、重金属等，伴随降雨事件的发生，湿沉降及雨水对下垫面的冲刷都会将城市面源污染物载入径流雨水中，许多报导显示，初期雨水中的ss、有机物、总氮、氨氮、总磷、重金属等几乎接近城市污水的指标。在雨污分流体制下，雨水和污水分别采用雨、污两套管网系统收集，有效地防止了合流管网溢流污水进入城市水体，同时也使得地表径流雨水中的污染物全部进入水体，仍然会导致水体污染加剧。径流雨水携带这些污染物进入环境已成为水体遭受污染的主要途径，已经引起人们广泛关注。

近年来，关于雨水处理与利用的研究很多，结合海绵城市建设对径流污染总量控制的要求，开发了多种形式的雨水花园、植草沟、下凹式绿地等；针对雨水污染处理也有采用人工湿地、人工渗滤池、混凝/沉淀/过滤等工艺的。总体上看，现有处理技术的处理效率较低、对不同类型污染物的削减能力有限。

径流雨水尤其是初期雨水中含有的污染物类型和数量较多，根据分析和资料统计，初期雨水中cod、总氮、氨氮、总磷的浓度可以分别达到200～400mg/l、15～40mg/l、10～20mg/l、1～4mg/l，几乎等同于城市污水水质；而含有的重金属主要包括铅、铜、锌、镉等元素，其浓度含量远远超过土壤和水体本底含量数倍甚至数十倍。雨水花园、植草沟、下凹式绿地等自然处理方式势必造成土壤和地下水中污染物积累，存在土壤环境污染隐患；其他的人工强化处理方式运行管理又相对复杂。因此，开发一种投资省、运行方便、对各类污染物处理能力和效果都较好的初期雨水处理技术尤为迫切。相对而言，现有技术中的人工渗滤池更适合用于初期雨水处理，其对污染物的处理作用包括过滤、吸附、生物降解等，同步削减ss、有机物、氮、磷、重金属等都有可能，但是，其填料层的高度、填料类别、材料配伍等是影响各类污染物处理效果的关键因素。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于初期雨水高效处理的快速渗滤系统，以解决上述存在的技术问题。本发明操作方便，管理简单，净化效率高。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于初期雨水高效处理的快速渗滤系统，包括：预处理系统和渗滤系统。

预处理系统，所述预处理系统包括用管道连通的格栅池和调蓄池；

渗滤系统，所述渗滤系统包括渗滤池，所述渗滤池通过管道与调蓄池相连通，所述渗滤池内设置有组合填料层。

进一步的，所述渗滤池内的组合填料层为四层，自上而下依次为上填料层、中填料层、下填料层和底填料层；所述上填料层采用体积比为1:2的河砂和石灰石组合填料，河砂粒径为0.7～1.2mm，石灰石粒径为0.88～1.5mm；所述中填料层采用体积比为1:1:3的石灰石、沸石和钢渣组合填料，石灰石粒径为0.88～1.5mm，沸石粒径为0.88～1.3mm，钢渣粒径为1～1.5mm；所述下填料层采用体积比为4:1的粉煤灰和木糠组合填料，粉煤灰粒径为0.8～1.5mm，木糠粒径为1.0～2.5mm；所述底填料层采用鹅卵石填充，鹅卵石粒径为15～25mm。

进一步的，上填料层、中填料层、下填料层和底填料层的高度比为：6:5:5:3。

进一步的，上填料层、中填料层、下填料层和底填料层的最小高度分别为：0.6m、0.5m、0.5m、0.3m。

进一步的，调蓄池内还包括吸砂泵；所述调蓄池与所述渗滤池之间的管道上设置有提升泵。

进一步的，所述渗滤系统采用间歇式进水方式，每日布水两次，湿干比为1:3，周期为12h，水力负荷为2m³/m²·d。

进一步的，渗滤系统还包括填料表层，所述填料表层铺盖在所述渗滤池的上填料层的上表面，所述填料表层为鹅卵石层，所述鹅卵石层的表面设置有穿孔布水管道，穿孔布水管道的入口连接调蓄池及提升泵的出水口；所述渗滤池的底部设置有集水管道。

进一步的，所述填料表层为鹅卵石层，鹅卵石粒径为10～15mm，高度至少为0.1～0.2m。

进一步的，渗滤池底部的集水管道设置有出水口和出水管，出水管的管口高出渗滤池的底部至少60cm。

进一步的，所述用于初期雨水处理的快速渗滤系统，对cod的去除率为88.5％～96.9％，出水cod低于34.5mg/l；对tn的去除率为78.8％～94.7％，出水tn低于3.3mg/l；对nh3-n的去除率为75.5％～94.5％，出水nh3-n低于1.8mg/l；对tp的去除率为77.4％～90.3％，出水tp低于0.25mg/l；对pb的去除率为95.51％～99.23％，出水pb低于3.88ug/l；对cu的去除率为93.5％～98.85％，出水cu低于5.82ug/l；对zn的去除率为91.51％～97.68％，出水zn低于10.83ug/l；对cd的去除率为95.71％～99.43％，出水cd低于2.33ug/l。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的用于初期雨水高效处理的快速渗滤系统，针对初期雨水中不同污染物种类、数量和形态特征筛选出多种填料材料，将各类填料按照合理的组合方式和配比装填形成渗滤池的填料层，在对初期雨水进行渗滤的过程中，协同发挥过滤和吸附作用；同时，通过一定的干/湿交替周期性运行方式营造出合理的好氧/缺氧生物处理环境条件，充分发挥了生物降解作用，实现了对初期雨水中ss、cod、总氮、氨氮、总磷、重金属的同步高效去除。出水水质cod达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅴ类水质标准，tn远远优于一级a的水质指标，tp达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅳ类水质标准，nh3-n达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅴ类水质标准，pb达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅰ类水质标准、cu达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅰ类水质标准、zn达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅰ类水质标准、cd达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅱ类水质标准。

本发明的用于初期雨水高效处理的快速渗滤系，适用于初期雨水处理，结构简单、运行简便、综合费用低。其中，格栅池可去除初期雨水中的漂浮物及较大悬浮物；调蓄池通过沉淀可去除初期雨水中泥砂及部分悬浮物，还可调节水量均衡水质，保持后续渗滤系统进水的稳定性；渗滤池通过组合填料的截留过滤、吸附、及其中培养的微生物的生物化学反应等多重作用可对雨水中的有机污染物和重金属污染物进行同步净化处理。

进一步的，若干填料层中添加的填料除了包括常规的河砂、石灰石和沸石外，还包括钢渣、粉煤灰和木糠等特殊填料。其中，石灰石对于pb、zn重金属离子的吸附去除能力较好，沸石对于氨氮和pb、cu、cd重金属离子的吸附去除效果较好，钢渣中含有的金属元素易于和磷酸根离子发生反应，用于除磷；粉煤灰具有较大的比表面积，对磷和pb、cu重金属离子有很好的吸附效果，木糠可以为反硝化提供碳源，增强了系统的生物脱氮能力。

进一步的，调蓄池内沉淀的泥砂，利用吸砂泵去除，可实现调蓄池内空间的持续利用，预防渗滤池的堵塞。

进一步的，渗滤池的填料层表面铺设有鹅卵石层，可防止进水冲刷填料层中的填料。

进一步的，周期性干/湿交替的运行方式，在落床期间可实现自然复氧，为填料床内营造出好氧、缺氧、厌氧的多种微生物生存环境，有利于实现微生物种群多样化，从而增强脱氮除磷的能力。

进一步的，出水管口要高出渗滤池的底部至少60cm，使渗滤池下部60cm深度始终处于淹水状态以保持缺氧环境，可强化反硝化作用，增强生物脱氮能力。

本发明经过多次实验，针对初期雨水中不同污染物种类、数量和形态，按照水处理基本原理筛选出多种填料材料，将各类填料按照合理的组合方式和配比装填于人工渗滤池中，在协同发挥过滤和吸附作用的同时，通过一定的干/湿交替周期性运行方式充分发挥了生物处理作用，实现了对初期雨水中cod、总氮、氨氮、总磷、重金属的高效去除，形成了一种用于初期雨水高效处理的快速渗滤系统。

附图说明

图1为本发明的一种用于初期雨水高效处理的快速渗滤系统的系统结构示意图；

图2为图1中的渗滤池的结构示意图；

图3为本发明实施例中，系统进出水cod变化图；

图4为本发明实施例中，系统进出水tn变化图；

图5为本发明实施例中，系统进出水nh3-n变化图；

图6为本发明实施例中，系统进出水tp变化图；

图7为本发明实施例中，系统进出水pb变化图；

图8为本发明实施例中，系统进出水cu变化图；

图9为本发明实施例中，系统进出水zn变化图；

图10为本发明实施例中，系统进出水cd变化图。

其中：1格栅池；2调蓄池；3渗滤池；4吸砂泵；5提升泵；6布水管道；7填料层；701上填料层；702中填料层；703下填料层；704底填料层；8集水管道；9填料表层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参考图1和图2，本发明提供一种用于初期雨水高效处理的快速渗滤系统，包括：预处理系统和渗滤系统；预处理系统包括用管道依次连通的格栅池1和调蓄池2；渗滤系统包括渗滤池3，渗滤池3通过管道与调蓄池2的出口相连通，渗滤池3内设置有若干填料层7。格栅池1用于去除水体中的悬浮物；调蓄池2用于沉淀去除水中泥砂及悬浮物并调节水质水量，以保持后端渗滤系统进水的稳定性；渗滤池3用于初期雨水中污染物的净化处理。

还包括吸砂泵4和提升泵5；吸砂泵4将调蓄池2中沉降的泥砂去除，以保证调蓄池的空间持续利用并防止渗滤池堵塞；调蓄池2的出水口与渗滤池3的入水口通过管道相连通，管道上可设置有提升泵5；渗滤池3的填料表层9铺设有厚度0.1～0.2m的鹅卵石层，鹅卵石层的表面设置有穿孔布水管道6；布水管道6通过管道连接调蓄池2的出水口。渗滤池3的底部设置有集水管道8；渗滤池3内的集水管道8设置有出水口，出水口高出渗滤池3的底部60cm。

本发明的工作过程为：初期雨水先进入预处理系统，经过格栅池1去除漂浮物及较大悬浮物；之后进入调蓄池2进行沉淀处理和水质水量的调节，最后进入渗滤池3进行水质净化，渗滤池的填料层结构自上而下共分为四层，各层填料取材、配置要求、层高等特征如下：

上层填料701：采用体积比为1:2的河砂和石灰石组合填料，河砂粒径取0.7～1.2mm，石灰石粒径取0.88～1.5mm，填料层高度：0.6m；

中层填料702：采用体积比为1:1:3的石灰石、沸石和钢渣组合填料，石灰石粒径取0.88～1.5mm，沸石粒径取0.88～1.3mm，钢渣粒径取1～1.5mm，填料层高度：0.5m；

下层填料703：采用体积比为4:1的粉煤灰和木糠组合填料，粉煤灰粒径取0.8～1.5mm，填料层高度：0.5m；

底层填料704：采用鹅卵石填充，粒径取15～25mm，高度：0.3m。

在上层填料701的表面有填料表层9，填料表层为鹅卵石层，鹅卵石粒径为10～15mm，高度：0.1～0.2m。

运行参数如下：采用间歇式进水方式，每日布水两次，湿干比为1:3，周期为12h，水力负荷为2m³/m²·d。

实施例：

实施例针对宜兴市城市初期雨水处理开展实验研究，经过长期检测，宜兴市城市初期雨水水质情况见表1所示，实施例采用模拟宜兴市城市初期雨水水质指标的人工配水为原水进行处理实验，开展了本发明与常规组合填料渗滤处理的效果对比。

表1宜兴市城市初期雨水水质指标

本发明的填料层作为ⅱ组，其从上而下依次为：

上层填料：采用体积比为1:2的河砂和石灰石组合填料，河砂粒径取0.7～1.2mm，石灰石粒径取0.88～1.5mm，填料层高度：0.6m；

中层填料：采用体积比为1:1:3的石灰石、沸石和钢渣组合填料，石灰石粒径取0.88～1.5mm，沸石粒径取0.88～1.3mm，钢渣粒径取1～1.5mm，填料层高度：0.5m；

下层填料：采用体积比为4:1的粉煤灰和木糠组合填料，粉煤灰粒径取0.8～1.5mm，填料层高度：0.5m；

底层填料：采用鹅卵石填充，粒径取15～25mm，高度为0.3m。

填料表层：在上层填料的表面铺盖鹅卵石层，鹅卵石粒径为10～15mm，高度：0.2m。

对照组ⅰ组采用传统的填料层结构，ⅰ组和ⅱ组填料层结构见表2。

表2实验中填料层组成对比表

本系统的主要设计参数：采用间歇式进水方式，每日布水两次，湿干比为1:3，周期为12h，水力负荷为2m³/m²·d。

实验配水的污染物浓度水平与初期雨水的污染特性接近，配水进入快速渗滤系统，经过组合填料的净化后出水。

快速渗滤系统稳定运行阶段，对模拟初期雨水中cod、tn、nh3-n、tp、pb、cu、zn、cd的去除效果分别见下表3、表4、表5、表6、表7、表8、表9、表10。

表3.两组系统的进出水cod比较

表4.两组系统的进出水tn比较

表5.两组系统的进出水nh3-n比较

表6.两组系统的进出水tp比较

表7.两组系统的进出水pb比较

表8.两组系统的进出水cu比较

表9.两组系统的进出水zn比较

表10.两组系统的进出水cd比较

由以上结果可知，本发明填料组合ⅱ组对cod的去除率为88.5％～96.9％，出水cod低于34.5mg/l；对tn的去除率为78.8％～94.7％，出水tn低于3.3mg/l；对nh3-n的去除率为75.5％～94.5％，出水nh3-n低于1.8mg/l；对tp的去除率为77.4％～90.3％，出水tp低于0.25mg/l；对pb的去除率为95.51％～99.23％，出水pb低于3.88ug/l；对cu的去除率为93.5％～98.85％，出水cu低于5.82ug/l；对zn的去除率为91.51％～97.68％，出水zn低于10.83ug/l；对cd的去除率为95.71％～99.43％，出水cd低于2.33ug/l。

相对于石灰石、沸石和河砂的传统填料，本发明新型组合填料对cod、tn、nh3-n和tp的去除效果明显加强，出水水质cod达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅴ类水质标准，tn远远优于一级a的水质指标，tp达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅳ类水质标准，nh3-n达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅴ类水质标准，pb达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅰ类水质标准、cu达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅰ类水质标准、zn达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅰ类水质标准、cd达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)ⅱ类水质标准。