一种雨水径流分离储存及回用的绿灰结合系统

1.本发明涉及环保技术领域，特别是涉及一种雨水径流分离储存及回用的绿灰结合系统。


背景技术：

2.雨水从产生到收集到排水管网的过程中，往往需要流经许多种下垫面(如建筑、道路、农田等)，并且会携带一定浓度的溶解性气体、悬浮物及溶解性固体、有机物、氮、磷、重金属、细菌和某些病原菌等，从而形成城市雨水径流污染。张香丽等人对常州市不同下垫面类型的污染物冲刷特征进行了研究，结果显示道路径流污染物浓度要高于屋面径流污染物浓度，且径流初期污染最为严重，在此过程中cod、nh3‑
n、tn平均浓度均超出地表水环境质量v类标准。
3.灰色基础设施主要由混凝土和钢材组成(因此是术语的灰色部分)，是一种以单一功能市政工程为主的传统市政基础设施。灰色基础设施通常与“道路、桥梁、铁路和其他环境设施”联系在一起，是经济正常运行所必需的网络公共设施。在雨水和污水排放方面，其基本功能是实现污染物的排放、转移以及集中处理，但在雨水处理和利用方面存在不足，并且建设成本高。因此，为了弥补传统灰色基础设施“先快排再处理”的不足，有必要采取其他手段对雨水径流进行妥善处理。
4.21世纪初，美国的班内迪克在lid的基础上进一步提出了绿色基础设施概念。近年来，随着人们环保意识的提高，绿色基础设施的应用被认为是缓解和适应气候变化的一种有效的策略，并且从一定程度上能够缓解城市化带来的负面影响，从而促进环境可持续性发展。由于这两类基础设施都有助于城市水循环系统的平衡发展，可以为人类创造高质量的生活环境。
5.然而，初期雨水中的ss含量较高，直接进入到雨水花园或者其他lid设施中经过一定时间会造成系统堵塞等问题。
6.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种雨水径流分离储存及回用的绿灰结合系统。
8.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种雨水径流分离储存及回用的绿灰结合系统，包括依次耦合连接的初期雨水分离装置、雨水花园以及渗蓄模块，所述初期雨水分离装置用于收集道路雨水径流，通过沉淀作用分离沉积物，溢流出上清液，溢流出的上清液进入所述雨水花园进行净化，经所述雨水花园净化的出水进入所述渗蓄模块，通过所述渗蓄模块中的生物膜进一步净化并在所述渗蓄模块内储存以备回用。
10.进一步地：
11.所述初期雨水分离装置包括雨水收集设施、与所述雨水收集设施相连的无动力缓流控污装置以及管路系统，所述雨水收集设施包括用于收纳雨水的储水空间，所述无动力缓流控污装置用于缓慢释放所述储水空间中的上清液溢流排出，并在上清液排出后储水下降至排污启动液位时，控制所述储水空间下部沉积的污水排出，所述管路系统包括用于将缓流排出的上清液接入所述雨水花园中的缓流出水管以及用于将沉积的污水排出的排污出水管。
12.所述绿灰结合系统还包括与所述第二管路连接的截流井。
13.所述雨水花园从上至下依次包括蓄水层、覆盖层、土壤层、填料层和承托层。
14.所述土壤层上栽种有植被，所述覆盖层包括覆盖在所述土壤层上的树皮屑物，所述植被包括金森女贞球、细叶芒、麦冬、常绿水生鸢尾中的一种或多种。
15.所述填料层的填料包括沸石和生物炭；优选地，所述填料采用沸石与碱改性生物炭的组合填料。
16.所述承托层包括砾石，所述承托层内设置有排水盲管。
17.所述雨水花园的外围设置有防渗膜。
18.所述渗蓄模块包括蜂窝状的塑料结构层，微生物在所述塑料结构层上生长形成生物膜，所述雨水花园的出水进入所述塑料结构层，所述塑料结构层上覆盖种植土层；优选地，所述塑料结构层为聚丙烯塑料。
19.所述渗蓄模块还包括设置在所述塑料结构层下的混凝土底板以及设置在所述混凝土底板下的沙土垫层；优选地，所述渗蓄模块还包括由上至下贯通所述种植土层和所述塑料结构层的支架。
20.本发明具有如下有益效果：
21.本发明提供了一种雨水径流分离储存及回用的绿灰结合系统，其中设置了依次耦合连接的初期雨水分离装置、雨水花园以及渗蓄模块，所述初期雨水分离装置收集道路雨水径流，通过沉淀作用分离沉积物，溢流出上清液，溢流出的上清液进入所述雨水花园进行净化，经所述雨水花园净化的出水进入所述渗蓄模块，通过所述渗蓄模块中的生物膜进一步净化并在所述渗蓄模块内储存以备回用，通过将初期雨水分离装置、雨水花园和渗蓄模块进行有序组合，将灰绿基础设施集成到一个混合处理系统中，通过初期雨水分离装置、雨水花园以及渗蓄模块的耦合实现绿灰结合，所构建的绿灰结合系统能够实现道路雨水的有效分离、处理以及储存，这样，使整个系统发挥最大的优势，同时，其能够提高现有城市排水系统的弹性，对城市面源污染控制效果显著。本发明在城市面源污染控制和海绵城市建设等方面具有很高的使用价值和广阔应用前景。
附图说明
22.图1为本发明一种实施例的雨水径流分离储存及回用的绿灰结合系统结构示意图；
23.图2为本发明一种实施例中的初期雨水分离装置的结构示意图。
24.图3为本发明一种实施例中的雨水花园的剖面示意图。
25.图4为本发明一种实施例中的渗蓄模块的剖面示意图。
具体实施方式
26.以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
27.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
28.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.参阅图1，本发明实施例提供一种雨水径流分离储存及回用的绿灰结合系统，包括依次耦合连接的初期雨水分离装置1、雨水花园2以及渗蓄模块3，所述初期雨水分离装置1用于收集道路雨水径流，通过沉淀作用分离沉积物，溢流出上清液，溢流出的上清液进入所述雨水花园2净化，经所述雨水花园2净化的出水进入所述渗蓄模块3，通过所述渗蓄模块3中的生物膜进一步净化并在所述渗蓄模块3内储存以备回用。所述渗蓄模块3内储存的水可作为杂用水进行回用，例如，可用作“管中管”一体化设备4的冲洗水源进行管道冲洗，冲洗管道后的水可送至截流井5中。
31.本发明的绿灰结合系统中，通过将初期雨水分离装置1、雨水花园2和渗蓄模块3进行有序组合，将灰绿基础设施集成到一个混合处理系统中，通过初期雨水分离装置1、雨水花园2以及渗蓄模块3的耦合实现“绿灰结合”，所构建的绿灰结合系统能够实现道路雨水的有效分离、处理以及储存，这样，最大化地发挥整个系统的优势，同时，其能够提高现有城市排水系统的弹性，用于城市面源污染控制具有显著的效果。本发明尤其适于城市面源污染控制和海绵城市建设方面的应用。
32.如图2所示，在优选的实施例中，所述初期雨水分离装置1包括雨水收集设施21、与所述雨水收集设施21相连的无动力缓流控污装置22以及管路系统23，所述雨水收集设施21包括用于收纳雨水的储水空间，所述无动力缓流控污装置22用于缓慢释放所述储水空间中的上清液溢流排出，并在上清液排出后储水下降至排污启动液位时，控制所述储水空间下部沉积的污水排出。参阅图1，所述管路系统23包括用于将缓流排出的上清液接入所述雨水花园2中的缓流出水管以及用于将沉积的污水排出的排污出水管。对于实现储水空间的上清液溢流、液位检测和下部排水控制可以采用本领域已知的技术。
33.参阅图1，在一些实施例中，所述绿灰结合系统还可以包括与所述第二管路连接的截流井5。
34.如图3所示，在优选的实施例中，所述雨水花园2从上至下依次包括蓄水层20、覆盖层21、土壤层22、填料层23和承托层24。在一个实施例中，所述初期雨水分离装置1溢流出的
上清液经过缓流出水管直接送到所述雨水花园2的填料层23中。
35.所述土壤层22上栽种有植被，所述覆盖层21包括覆盖在所述土壤层22上的树皮屑物，所述植被可以包括金森女贞球、细叶芒、麦冬、常绿水生鸢尾中的一种或多种。
36.在优选的实施例中，所述填料层23的填料包括沸石和生物炭。优选地，所述填料采用沸石与碱改性生物炭的组合填料，实验测试表明该组合填料能够获得突出的水质净化效果。
37.在优选的实施例中，所述承托层24包括砾石，所述承托层24内还设置有排水盲管26。
38.在优选的实施例中，所述雨水花园2的外围设置有防渗膜25。
39.如图4所示，在优选的实施例中，所述渗蓄模块3包括蜂窝状的塑料结构层31，微生物在所述塑料结构层31上生长形成生物膜，所述雨水花园2的出水进入所述塑料结构层31，所述塑料结构层31上覆盖种植土层32。优选地，所述塑料结构层31为聚丙烯塑料。
40.如图4所示，在优选的实施例中，所述渗蓄模块3还包括设置在所述塑料结构层31下的混凝土底板33以及设置在所述混凝土底板33下的沙土垫层34；优选地，所述渗蓄模块3还包括由上至下贯通所述种植土层32和所述塑料结构层31的支架35。另外，所述塑料结构层31在外部可由砂垫层或宽沙土36包覆。
41.以下进一步描述本发明具体实施例。
42.在一个具体实施例中，针对初期雨水中的ss含量较高，直接进入到雨水花园或者其他lid设施中经过一定时间会造成系统堵塞等问题，提供一种初雨分离装置耦合雨水花园及渗蓄模块的绿灰结合系统。首先将道路雨水径流收集至初期雨水分离装置，设计收集250m2道路面积上5mm的雨水径流量，装置通过沉淀作用分离沉积物，溢流出上部清液。然后，溢流出的清液及中后期污染物浓度较低的雨水径流进入雨水花园净化。最后，经雨水花园的水流进入渗蓄模块，依靠渗蓄模块上附着的生物膜进一步净化，维持水质并储存，作为杂用水回用。
43.初期雨水分离装置包括雨水收集设施、无动力缓流控污装置和管路系统，初期雨水分离装置的部分参数见表1。其中，雨水收集设施主要用于收纳雨水；无动力缓流控污装置主要用于控制雨水以连续、均匀、恒定的流量缓慢释放排出，在上清液排出后，可以自动将储水空间下部的沉积污染物质排出。无动力缓流排污装置可与任意储水空间联合使用，取上清液匀速缓流排放，能够使存储雨水得到较长的停留时间，利用雨水中污染物质的沉降特性沉淀净化雨水。当储水下降至排污启动液位时，自动将下部沉积的污水排出，从而实现储水空间中的雨水水质净化、延时排放和自动排污的功能。全过程实现自动运行，无需外加动力，不产生二次污染，适用于海绵城市建设中调蓄、延时、净化雨水，实现径流总量控制和径流污染控制目的。管路系统主要用于将装置中沉积的“浓水”导出至截流井中，并且将缓流出水接入雨水花园中，同时将超出蓄水量的雨水也排放至雨水花园中。雨水花园面积约为26.1m2，可栽种金森女贞球、细叶芒、麦冬、常绿水生鸢尾等植被，其构造信息见表2。雨水花园的填料层优选采用沸石和生物炭的组合作为填料。渗蓄模块长3.2m，宽4.8m，高1m，表面有草坪覆盖，下方是0.89m厚的种植土。渗蓄模块包括材质为聚丙烯塑料的塑料结构层，其形状为蜂窝状，内表面积很大，在静态储水时渗蓄模块中的生物膜含量要多于一般储水设施，可以通过微生物的作用净化水质，并起到维持水质稳定的作用。
44.表1初期雨水分离装置的部分参数
[0045][0046]
表2雨水花园的结构设计
[0047][0048][0049]
应用测试
[0050]
初期雨水分离装置能够收集并分离前5mm的雨水，前期雨水径流带来的“浓水”将从出水口进入截流井中，中后期雨水径流形成的上清液进入雨水花园中。本例中，雨水花园中填料采用由沸石与碱改性生物炭组合的填料。
[0051]
工程现场采集到降雨事件一次，平均降雨强度为17.17mm/h，雨水花园进水各指标平均浓度分别为：nh3‑
n(0.150mg/l)、tn(1.72mg/l)、tp(0.14mg/l)、ss(97.0mg/l)、cod(36.3mg/l)，与道路雨水径流相比，ss浓度下降最明显，降幅达62.1％，说明经过初期雨水分离装置后的初期雨水能够得到有效分离，经计算初雨分离效率能够达到66.9％。雨水花园出水各指标平均浓度分别为：nh3‑
n(0.130mg/l)、tn(1.1mg/l)、tp(0.07mg/l)、ss(21.3mg/l)、cod(13.2mg/l)，与进水相比，5指标浓度降幅分别为：ss(78.0％)>cod(63.6％)>tp(50.0％)>tn(36.0％)>nh3‑
n(13.3％)。经统计，在此次降雨事件中，灰绿耦合设施对雨水水量削减效果显著，总削减率为84.6％，对道路雨水径流污染负荷削减率由大到小排序为：ss(96.6％)>cod(94.4％)>tp(92.0％)>tn(90.3％)>nh3‑
n(86.4％)，除nh3‑
n外，其余各指标污染负荷削减率均超90％。综上所述，绿灰结合设施对ss削减能力最强，其次是cod。渗蓄模块内随着储存时间延长，各指标均有一定变化。ph值在6d后基本稳定在7.6左右；浊度随时间先降低后升高，第15d时浊度达到10ntu；cod浓度随时间大致呈上升趋势，第15d时cod浓度达到28mg/l；nh3‑
n浓度随时间逐渐升高，但整体浓度值较低。综上所述，蓄水模块内储存雨水水质在15d内能够保障满足杂用水的要求
[0052]
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
[0053]
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认
定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。