一种城市道路路面初期雨水处理系统及方法与流程

本发明属于初雨径流净化，具体涉及一种城市道路路面初期雨水处理系统及方法。

背景技术：

1、大量的初期雨水未能及时处理，既增加了城市排水设施的负担，又造成了城市地表水的污染。目前，初期雨水的概念尚未统一，环境、市政行业领域并未有明确定义初期雨水的术语，具有较大的争议。《化工建设项目环境保护设计标准》(gb 50483-2019)规定：初期雨水指污染区域降雨初期产生的雨水，宜取一次降雨初期15min～30min雨量，或降雨初期20mm～30mm厚度的雨量。也有文献说将一场降雨中最先产生的携带80％污染物的雨水径流称为初期雨水。

2、在初期雨水形成的雨水径流中，含有大量的污染物，包括颗粒悬浮物(ss)、化学需氧量(cod)、总氮(tn)、总磷(tp)，特别值得注意的是地表径流中化学需氧量(cod)占排入水体环境污染总量的36％。除常规污染物外，初期雨水中还含有油等污染物，主要来源为汽车和一些工业园区。含有初期大量污染物的雨水径流流入到附近水体时，一旦超过受纳水体的自净能力，水体就会出现富营养化、水华等问题，破坏原有生态结构，影响水环境循环。

3、目前，对于含有大量污染物的初期雨水处理有以下两个方面。一种是源头减量、就地处理；一种是收集调蓄处理。然而，两种处理方法复杂，工程成本较高，工程量较大，处理效果也易受水力负荷冲击，缺乏及时性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种城市道路路面初期雨水处理系统。

2、本发明的目的还在于提供一种采用上述系统处理城市道路路面初期雨水的方法。

3、本发明的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：一种城市道路路面初期雨水处理系统，包括初雨处理单元、调节单元、水质水量监测单元和自动控制单元；

4、所述初雨处理单元包括雨水进水区、初雨储存区、初雨净化区和排水区；

5、所述调节单元包括设置在所述雨水进水区和排水区之间的第一闸门，设置在所述雨水进水区和所述初雨储存区之间的第二闸门，设置在所述初雨储存区与所述初雨净化区之间的压力管，以及设置在所述初雨净化区中的自动控制阀门和压力管；

6、所述水质水量监测单元包括设置在雨水进水区的水量在线监测仪表，设置在初雨储存区的水质在线监测仪表组和水量在线监测仪表，以及设置在初雨净化区的水质在线监测仪表组；

7、所述自动控制单元包括数据采集仪、传输设备、微处理器和控制器，所述数据采集仪用于收集来自水质水量监测单元的测量数据，所述传输设备通过数据线路将数据采集仪收集的数据信息传递至所述微处理器并将所述微处理器发出的指令传递给所述控制器，所述微处理器依据用户设定的程序处理数据信息和下达指令，并兼有储存数据的功能，所述控制器根据所述微处理器下达的指令调控调节单元的启停状态和运行模式；

8、其中：

9、所述初雨净化区包括固液分离机构、除油机构、生物净化机构、出水池和应急处理池；

10、所述固液分离机构包括三个相串联的过滤模块，分别为第一过滤模块、第二过滤模块和第三过滤模块，所述除油机构包括两个相串联的除油模块，分别为第一除油模块和第二除油模块，所述生物净化机构包括两个相串联的生物反应模块，分别为第一生物反应模块和第二生物反应模块；

11、所述第一过滤模块的进口端与所述初雨储存区相连接或通过压力管相连接，所述第一过滤模块、第二过滤模块或第三过滤模块的出口端与所述第一除油模块的进口端相连接，其中所述第二过滤模块或所述第三过滤模块与所述第一除油模块通过压力管相连接，所述压力管启闭受控制器控制，每个过滤模块进、出口端均单独设有自动控制阀门；

12、所述第一除油模块或第二除油模块的出口端与所述第一生化反应模块的进口端相连接，其中所述第二除油模块与所述第一生化反应模块通过压力管相连接，所述压力管启闭受控制器控制，每个除油模块的进、出口端均单独设有自动控制阀门；

13、所述第一生物反应模块或第二生物反应模块的出口端与所述出水池的进口端相连接，每个生物反应模块的进、出口端均单独设有自动控制阀门；

14、所述出水池的出口端与所述排水区或所述应急处理池的进口端相连接，所述应急处理池的出口端与所述排水区相连接，所述排水区的底部设有排水口。

15、本发明城市道路路面初期雨水处理系统通过将水质水量监测技术、自动化控制技术等现代技术应用于城市道路路面初期雨水的处理中，以优化系统功能，使其能够根据水质和水量的变化作出有效的动态调整，提高其对城市道路路面初期雨水的处理效果，同时又能保证系统运行期间的稳定性。

16、在上述城市道路路面初期雨水处理系统中：

17、三个过滤模块主要产生过滤效果，去除初雨中悬浮物颗粒。

18、两个除油模块主要产生除油效果，去除初雨中的油污。

19、两个生物反应模块中主要发生生物反应，用以去除初雨中有机污染物和氮磷等。

20、可选地，所述水质在线监测仪表组包括ss在线监测仪、cod在线监测仪、油浓度在线监测仪、总氮在线监测仪、总磷在线监测仪，水量在线监测仪表为水量检测器。

21、可选地，所述初雨储存区的顶部还设有导流孔，系统刚开始运行时，初期雨水通过导流孔以溢流的方式进入到初雨净化区，然后再进入初雨净化区，当初雨储存区中的水质检测器检测到水质满足排放要求时，关闭设置在所述雨水进水区和所述初雨储存区之间的第二闸门的闸门，开启压力管，将初雨储存区中剩余的初雨输送到初雨净化区中。

22、可选地，所述第一过滤模块中的滤料的粒径大于所述第二过滤模块中的滤料的粒径，所述第二过滤模块中的滤料的粒径大于所述第三过滤模块中的滤料的粒径。

23、可选地，所述三个过滤模块中的滤料为粗砂、石英砂、石榴石、无烟煤和活性碳中的一种或几种组合，粒径为0.2～20mm(比如0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、15mm、18mm)的一种或几种组合，厚度为200～1000mm(比如200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、700mm、800mm、900mm、950mm)中的一种或几种组合。

24、可选地，所述除油模块中的除油滤料为吸油棉、聚氨酯泡沫、颗粒树脂、岩棉板和吸油毡中的一种或几种组合。

25、可选地，所述生物净化区为合建式完全混合曝气池和/或mbr二级处理。

26、可选地，所述应急处理池采用纳滤膜或超滤膜工艺等。

27、可选地，所述出水池与所述排水区相连接的管道上或所述出水池与所述应急处理池相连接的管道上设有自动控制阀门。

28、自动控制阀门可以自动控制管道上的进、出水。

29、可选地，所述出水池与所述排水区相连接的管道上或所述出水池与所述应急处理池相连接的管道上设有自动控制阀门。

30、初雨净化区的水质在线监测仪表组设置在出水池内，出水池的进口端与生物净化区相连，出水池的进口管上设有自动控制阀门，出水池的出口端与排水区相连，出水池的出水管上也设有自动控制阀门。

31、当出水池与应急处理池连接时，出水池与应急处理池连接的管道上也设有自动控制阀门。应急处理池进口端与出水池出口端相连，应急处理池的进口管上设有自动控制阀门，应急处理池出口端与排水区排水口相连，应急处理池的出水管上也设有自动控制阀门。

32、在出水池和应急处理池的进、出水管上均单独设置进、出水自动控制阀门，主要是为了根据初雨的净化情况，以进一步观察是否可以直接排放或再经过应急处理池进一步处理。

33、同样的，在三个过滤模块、两个除油模块以及两个生物反应模块的进、出水管上均单独设置进、出水自动控制阀门，也是为了根据初雨的进水污染物情况，进而开启相对应数量的处理模块。

34、本发明中的雨水进水区设有水量在线监测仪表和第一闸门，在雨水初期，首先关闭第一闸门，打开第二闸门，初期雨水首先经由第二闸门汇入到初雨储存区，初雨储存区设置有水质水量数量监测单元的水质在线监测仪表组和水量在线监测仪表，初雨储存区的雨水通过上方的导流孔进入初雨净化区，初雨净化区共设置有九个模块：三个过滤模块、两个除油模块、两个生物反应模块、一个出水池模块、一个应急处理池模块，自动控制单元根据对初雨的分级调控初雨净化区内阀门的启闭，净化后的初雨汇入到出水池中，通过出水管排到排水区的排水口排出，也可以进一步进入应急处理池，经应急处理池进一步处理后，经由排水区的排水口排出。

35、可选地，当初雨储存区中水量在线监测仪表零时，关闭压力管。

36、可选地，当雨水进水区的水量在线监测仪表到水位过高时，启动应急措施，打开设置在所述雨水进水区和排水区之间的第一闸门。

37、可选地，初雨净化区设于系统底部上方20～50cm位置处。

38、可选地，需对本系统初雨净化区中各模块进行定期清理。

39、本发明的上述第二个目的可以通过以下技术方案来实现：一种采用上述系统处理城市道路路面初期雨水的方法，包括以下步骤：

40、1)初期雨水通过雨水进水区收集到初雨储存区，通过自动控制单元关闭设置在所述雨水进水区和所述排水区之间的第一闸门，开启设置在所述雨水进水区和所述初雨储存区之间的第二闸门，初期雨水进入到初雨净化区，初雨首先在固液分离机构中进行固液分离，去除初雨中的悬浮物颗粒，经过固液分离的初雨进入除油机构进行油水分离，除油机构的出水进入生物净化区降解有机污染物和氮磷；

41、2)经固液分离、除油、生物净化后的雨水汇入到初雨净化区的出水池中，当初雨净化区中水质在线监测仪表组监测到水质达到排放标准时，净化后的雨水经排水区的排水口排出，否则将净化后的雨水汇入应急处理池中，使雨水进入应急处理池再次净化，达标后经排水区的排水口排出；

42、3)当初雨储存区中的在线监测仪表组监测到初期雨水水质达到排放标准时，通过自动控制单元关闭设置在所述雨水进水区和所述初雨储存区之间的第二闸门，开启设置在所述雨水进水区和所述排水区之间的第一闸门，雨水直接通过排水区的排水口排放。

43、在上述系统处理城市道路路面初期雨水的方法中：

44、可选地，本发明步骤1)中取一次降雨初期15min～30min的雨水作为初期雨水。

45、可选地，步骤1)中将初期雨水依据所含cod、ss、油浓度不同分为若干级别：cod含量≤300mg/l为低浓度cod初雨，cod含量为300～600mg/l为高浓度cod初雨；ss含量≤500mg/l为低浓度ss初雨，ss含量为500～800mg/l为中浓度ss初雨，ss含量为800～1200mg/l为高浓度ss初雨；油含量≤100mg/l为低浓度油污初雨，油含量为100～150mg/l为高浓度油污初雨。

46、可选地，步骤1)中采用初雨储存区的水质水量监测单元监测水质，将初期雨水进行分类，并将信息传递至自动控制单元，自动控制单元通过对调节单元的启停状态和运行模式调整，对初期雨水进行分级处理，其中：

47、可选地，针对高浓度ss、高浓度油污、高浓度cod初期雨水，首先通过固液分离机构的三个过滤模块，随后通过除油机构的两个除油模块，最后通过生物净化机构的两个生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

48、可选地，针对高浓度ss、高浓度油污、低浓度cod初期雨水，首先通过固液分离机构的三个过滤模块，随后通过除油机构的两个除油模块，最后通过生物净化机构的第一生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

49、可选地，针对高浓度ss、低浓度油污、高浓度cod初期雨水，首先通过固液分离机构的三个过滤模块，随后通过除油机构的第一除油模块，最后通过生物净化机构的两个生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

50、可选地，针对高浓度ss、低浓度油污、低浓度cod初期雨水，首先通过固液分离机构的三个过滤模块，随后通过除油机构的第一除油模块，最后通过生物净化机构的第一生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

51、可选地，针对中浓度ss、高浓度油污、高浓度cod初期雨水，首先通过固液分离机构的第一、第二过滤模块，随后通过除油机构的两个除油模块，最后通过生物净化机构的两个生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

52、可选地，针对中浓度ss、高浓度油污、低浓度cod初期雨水，首先通过固液分离区的第一、第二过滤模块，随后通过除油机构的两个除油模块，最后通过生物净化机构的第一生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

53、可选地，针对中浓度ss、低浓度油污、高浓度cod初期雨水，首先通过固液分离区的第一、第二过滤模块，随后通过除油机构的第一除油模块，最后通过生物净化机构的两个生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

54、可选地，针对中浓度ss、低浓度油污、低浓度cod初期雨水，首先通过固液分离区的第一、第二过滤模块，随后通过除油机构的第一除油模块，最后通过生物净化机构的第一生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

55、可选地，针对低浓度ss、高浓度油污、高浓度cod初期雨水，首先通过固液分离区的第一过滤模块，随后通过除油机构的两个除油模块，最后通过生物净化机构的两个生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

56、可选地，针对低浓度ss、高浓度油污、低浓度cod初期雨水，首先通过固液分离区的第一过滤模块，随后通过除油机构的两个除油模块，最后通过生物净化机构的第一生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

57、可选地，针对低浓度ss、低浓度油污、高浓度cod初期雨水，首先通过固液分离区的第一过滤模块，随后通过除油机构的第一除油模块，最后通过生物净化机构的两个生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出；

58、可选地，针对低浓度ss、低浓度油污、低浓度cod初期雨水，首先通过固液分离区的第一过滤模块，随后通过除油机构的第一除油模块，最后通过生物净化机构的第一生物反应模块进入到出水池中，最终通过排水区的排水口排出。

59、可选地，步骤2)～步骤3)中的排放标准包括ss、cod、油污、总氮、总磷达到：ss≤50mg/l、cod≤120mg/l、油污浓度≤15mg/l、总氮≤30mg/l、总磷≤5mg/l。

60、本发明方法通过位于初雨储存区的水质在线监测仪表组监测水质将初雨进行分类，并将信息传递至自动控制单元，通过自动控制单元采用初雨处理单元对初雨进行合理的分级处理，处理后雨水达到排放标准则直接排放，当位于初雨储存区中的水质在线监测仪表组检测到水质无需处理即可达到排放要求时，则关闭设置在所述雨水进水区和所述初雨储存区之间的第二闸门，开启设置在所述雨水进水区和所述排水区之间的第一闸门，雨水直接通过排水区的排水口排放即可。

61、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

62、(1)本发明针对目前城市道路路面初期雨水不能及时处理的问题，结合水质水量检测技术、自动化控制技术等现代技术，开发出基于城市道路路面初期雨水及时处理的一体化系统；

63、(2)本发明针对目前城市道路路面初期雨水污染物质复杂、污染物浓度高等问题，结合水处理工艺技术、自动化控制技术等现代技术，提出了一种基于城市道路路面初期雨水及时处理的方法和自控系统；

64、(3)本发明设置有三个独立的初雨净化区，分别为固液分离区、除油区和生物净化区，并在每个净化区设置有多个模块，结合水质在线监测系统，将初雨依据主要污染物(泥、油、cod)浓度分级处理，最大程度的减轻了单个模块的负荷，保证了出水水质，同时也更有利于实现对污染物质的回收利用；

65、(4)本发明对雨水的水质水量进行实时动态监控，初期雨水处理系统的自动化控制程序，并以此为依据有针对性地对水量进行调控，对水质进行改善，既及时处理了城市道路路面的初期雨水，节省了存储空间，也保证了城市道路路面排水的通畅，同时，监控技术和自动化控制技术的应用也为初期雨水处理系统的运行和管理提供了极大的便利。