本发明涉及水环境治理
技术领域：
，尤其是一种能够用于有效降低雨水径流峰值和体积，并有效去除径流污染中所含固体悬浮物、氮、磷等营养物质、重金属、病原菌、碳氢化合物和一些微量有机污染物的过滤性设施的雨水生物滞留池，具体地说是一种带有淹没层的雨水生物滞留池结构以及构建方法。
背景技术：
：现阶段所实施的雨水生物滞留池大部分使用土壤或砂土混合物栽植植物，并通过植物根系处理池体中自然下渗的雨水,一般采用开放性设计，即通过池体表面收集雨水，自然下渗至周边土壤环境中。由于有限的下渗速率和储存空间，系统中的雨水径流在无法储存过量雨水的情况下会发生外溢至池体周边，既无法收集处理大量的雨水，且对污染物的处理能力也极为有限，尤其在地下水位较浅的地区(河网地区)，对雨水处理的能力微乎其微。不仅如此，这种设计还会导致植物的生长环境不够稳定，在雨水较少的干旱地区，无法保蓄足够的水源，旱期时植物需要灌溉以保证生长需要。而且，大量已经建造的雨水生物滞留池在实际运行中发生内部堵塞问题，对于雨水的处理产生了一定的消极影响，甚至造成二次污染。造成这种现象的原因主要是现有滞留设施的填料未充分考虑分层填料的性质，未进行科学的设计和测验。对于污染物输入较为集中的区域，原来的设计也无法实现高效的污染物去除。因此，为更好地满足雨水处理和水环境治理需求，需考虑以更大程度增强对雨水收集和污染物去除的效果，从而得到洁净的水源补充。技术实现要素：本发明的目的是针对传统雨水生物滞留池为开放性生物滞留系统，经常发生内部堵塞，无法存蓄水源导致旱季植物生长困难，污染物处理效果差等问题，提出一种带有淹没层的雨水生物滞留池结构以及构建方法。本发明的技术方案是：一种带有淹没层的雨水生物滞留池结构，该滞留池内从上至下依次设置为：滞留层、过滤层、过渡层和排水层，前述过渡层和排水层作为淹没层；所述的滞留层用于降雨事件时短期蓄存雨水，过滤层、过渡层和排水层中均填充介质原料，所选用的介质原料满足下述筛选条件,D15表示使15％质量的介质滞留的滤网的尺寸，D85表示使85％质量的介质滞留的滤网的尺寸；过滤层和过渡层所选用的介质原料满足下述筛选条件：D15(过渡层)≤5×D85(过滤层)；过渡层和排水层所选用的介质原料满足下述筛选条件：D15(排水层)≤5×D85(过渡层)。进一步地，过滤层、过渡层和排水层的填料均满足下述条件：pH：5.5～7.5；总氮含量<1000mg/kg；磷酸盐含量<80mg/kg；有机质含量<5％，其中过滤层的粒径分布应符合表1：表1筛网尺寸(μm)滞留筛网的百分比泥土<50<3％极细颗粒50-1505-30％细颗粒150-25010-30％中等细颗粒250-50040-60％粗颗粒500-100025％极粗颗粒1000-20000-10％大颗粒2000-3400<3％进一步地，增加了淹没层的设置；淹没层包括排水层和过渡层，高度通过集水管的出水口高度设置实现；集水管分为两部分，分布在池体底部的部分设计为穿孔管，池体外部分为非穿孔管；排水层的下方通过集水管连通至雨水收集井，雨水收集井内收集存蓄的雨水通过水泵抽取回用；所述的集水管出水口的高度与淹没层的上表面相齐，前述集水管的直管段末端设有放空阀；滞留层上方的滞留池侧壁上设有第一溢流口，所述第一溢流口通过管路连接至市政雨水管网；雨水收集井的侧壁设置第二溢流口，前述第二溢流口通过管路连接至市政雨水管网；第二溢流口的下表面不高于淹没层的上表面。进一步地，滞留层高度为200-300mm；过滤层高度为400-600mm；过渡层高度为200-300mm；排水层高度为100-200mm。进一步地，过滤层自上表面至下的0～100mm深度处添加供植物生长的肥料；每100m2表面积的填料中添加0～82kg供植物生长的肥料；所述的供植物生长的肥料中含有如下成分：动物有机粪肥61％，过磷酸钙2.4％，硫酸镁3.7％，硫酸钾2.4％，微量元素1.2％，氮磷钾肥4.9％，生石灰24.4％。进一步地，过滤层填料中层添加吸附颗粒，优选活性炭和零价铁混合物，或者沸石和零价铁混合物；二者质量比为5:1，混合物质量为过滤层填料质量的3％～5％。进一步地，在过渡层填料中添加缓释性碳源和复合微生物制剂或者由复合微生物制剂、缓释性碳源以及壳聚糖制备的多层包埋颗粒，质量占过渡层填料的1％～3％。一种带有淹没层的雨水生物滞留池结构的构建方法，该方法包括以下步骤：S1、构建池体，池体侧壁设置防渗层，池体内从下到上依次布置为排水层、过渡层、过滤层、滞留层，高度分别为：100-200mm；200-300mm、400-600mm、200-300mm；S2、取介质原料进行编号，采用多层筛网对若干种介质原料进行过筛处理，得到各种介质原料的粒度分布曲线；其中，多层筛网层数不少于6层，从上至下，孔径依次减小；其中，最大孔径的筛网约为3400微米，最小孔径的筛网约为50微米；S3、根据前述粒径分布曲线分别获取各介质原料过筛处理时，能够使15％和85％质量的介质滞留的滤网尺寸D15i和D85i,i表示介质原料的编号；S4、按照表1的的粒径分布配置过滤层的滤料；S5、根据各滤料原料的D15i和D85i筛选能够填充过渡层和排水层的介质原料，过渡层和排水层所选用的介质原料分别满足下述筛选条件：D15(过渡层)≤5×D85(过滤层)；D15(排水层)≤5×D85(过渡层)其中：D15表示使15％质量的介质滞留的滤网的尺寸；D85表示使85％质量的介质滞留的滤网的尺寸；S6、在符合排水层的介质原料中选择至少一种作为对应的排水层，以进行排水层填充；在符合过渡层的介质原料中选择至少一种作为对应的过渡层，以进行过渡层填充；采用步骤S4配置的介质进行过滤层填充，从下到上的顺序以完成雨水生物滞留池的构建。进一步地，在过滤层表层添加有机肥料，中层添加活性炭和零价铁，或者沸石和零价铁；在过渡层中添加缓释性碳源和复合微生物制剂或由复合微生物制剂、缓释性碳源以及壳聚糖制备的多层包埋颗粒，质量占过渡层填料的1％～3％。本发明的有益效果：本发明的雨水生物滞留池设置周围不可渗水外壁，保证生物滞留池内部为全不透水空间；排水管出水口设置在距底部400mm左右高处，这样可以保证生物滞留池底部保留有淹没层，淹没层的设置，保证了在非长期干旱情况下相应高度处持续有水，提供理想的厌氧环境，介质长期淹没至水中可以保证厌氧微生物的生长，增加硝化和反硝化作用，提升脱氮除磷能力。此外，通过设置淹没层，可以使生物滞留池储备水分，保证植物在旱期时可以持续生长。本发明的池内采用复合填料，各层填料之间存在着内在的联系，能够提高对输入径流的处理效率；增强物理处理能力(吸附作用)，化学处理能力(氧化还原反应)，生物处理能力(微生物生化反应)，提高脱氮除磷效率；促进填料中良好生物生态环境形成，增强长时间脱氮除磷效率，可长时间保持净化能力，不易堵塞，形成良好的生物净化局部环境。本发明所述带有淹没层的雨水生物滞留池，能够有效降低雨水径流峰值和体积，分散短时暴雨汇集水流，并提高对输入径流的处理效率；增强脱氮除磷效用的同时，可有效去除悬浮物、重金属、有机质、病原菌、碳氢化合物和一些微量有机污染物，净化径流雨水，实现水的回用；由于植物的作用增加了生物多样性，提供了景观效益，并改善当地微观气候，降低热岛效应。从经济性来讲，该滞留池性价比高，因其良好的性能可降低维护成本，并可进一步实现模块化批量生产。本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了本发明的结构示意图。图2示出了候选介质的粒径分布曲线示意图。图3示出实施例一中，五次连续自然降雨事件前后固体悬浮物TSS浓度对比曲线。图4示出实施例一中，五次连续自然降雨事件前后总氮TN浓度对比曲线。图5示出实施例一中，五次连续自然降雨事件前后总磷TP浓度对比曲线。图6示出实施例二中，十二次降雨事件进水前后固体悬浮物TSS浓度对比曲线。图7示出实施例二中，十二次降雨事件进水前后总氮TN浓度对比曲线。图8示出实施例二中，十二次降雨事件进水前后总磷TP浓度对比曲线。图9示出实施例三中，六次连续自然降雨事件前后固体悬浮物TSS浓度对比曲线。图10示出实施例三中，六次连续自然降雨事件前后总氮TN浓度对比曲线。图11示出实施例三中，六次连续自然降雨事件前后总磷TP浓度对比曲线。图中：1、滞留层；2、过滤层；3、过渡层；4、排水层；5、淹没层；6、防渗层；7、鹅卵石；8、绿地；9、第一溢流口；10、集水管；11、雨水收集井；12、第二溢流口；13、水泵；14、放空阀；15、观测管。具体实施方式下面将描述本发明的优选实施方式，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。一种带有淹没层的雨水生物滞留池结构，该滞留池内从上至下依次设置为：滞留层1、过滤层2、过渡层3和排水层4，前述过渡层3和排水层4作为淹没层5；所述的滞留层1用于降雨事件时短期蓄存雨水，过滤层2、过渡层3和排水层4中均填充介质原料，所选用的介质原料满足下述筛选条件,D15表示使15％质量的介质滞留的滤网的尺寸，D85表示使85％质量的介质滞留的滤网的尺寸；过滤层2和过渡层3所选用的介质原料满足下述筛选条件：D15(过渡层)≤5×D85(过滤层)；过渡层3和排水层4所选用的介质原料满足下述筛选条件：D15(排水层)≤5×D85(过渡层)。进一步地，滞留层1上方的滞留池侧壁上设有第一溢流口9，所述第一溢流口9通过管路连接至市政雨水管网，排水层4的下方通过穿孔集水管10连通至雨水收集井1；淹没层5包括排水层4和过渡层3，高度通过集水管10的出水口高度设置实现；集水管10分为两部分，分布在池体底部的部分设计为穿孔管，池体外部分为非穿孔管；排水层4的下方通过集水管10连通至雨水收集井11，雨水收集井11内收集存蓄的雨水通过水泵13抽取回用；所述的集水管10出水口的高度与淹没层5的上表面相齐，前述集水管10的直管段设有放空阀14；滞留层1上方的滞留池侧壁上设有第一溢流口9，所述第一溢流口9通过管路连接至市政雨水管网；雨水收集井11的侧壁设置第二溢流口12，前述第二溢流口12通过管路连接至市政雨水管网；第二溢流口12的下表面不高于淹没层5的上表面。池体中，滞留层1高度为200-300mm；过滤层2高度为400-600mm；过渡层3高度为200-300mm；排水层4高度为100-200mm。本发明的雨水生物滞留池设置周围不可渗水外壁，保证生物滞留池内部为全封闭空间；排水管出水口设置在距底部400mm左右高处，这样可以保证生物滞留池底部一定高度处持续有水；介质长期淹没至水中可以保证厌氧微生物的生长，增加硝化和反硝化作用，提升除氮能力。此外，通过设置淹没层5，可以使生物滞留池在旱期内储备水分，保证植物在旱期内可以持续生长，避免因为缺水导致的枯萎甚至死亡。一种带有淹没层的雨水生物滞留池结构的构建方法，该方法包括以下步骤：S1、构建池体，池体侧壁设置防渗层6，池体内从从下到上依次布置为排水层4、过渡层3、过滤层2、滞留层1高度分别为：100-200mm；200-300mm、400-600mm、200-300mm；S2、取介质原料进行编号，采用多层筛网对若干种介质原料进行过筛处理，得到各种介质原料的粒度分布曲线；多层筛网层数不少于6层，从上至下，孔径依次减小；其中，最大孔径的筛网约为3400微米，最小孔径的筛网约为50微米；S3、根据前述粒径分布曲线分别获取各介质原料过筛处理时，能够使15％和85％质量的介质滞留的滤网尺寸D15i和D85i,i表示介质原料的编号；S4、按照表1的的粒径分布配置过滤层2的介质；S5、根据各介质原料的D15i和D85i筛选能够填充过渡层3和排水层4的介质原料，过渡层3和排水层4所选用的介质原料分别满足下述筛选条件：D15(过渡层)≤5×D85(过滤层)；D15(排水层)≤5×D85(过渡层)其中：D15表示使15％质量的介质滞留的滤网的尺寸；D85表示使85％质量的介质滞留的滤网的尺寸；S6、在符合排水层4的介质原料中选择至少一种作为对应的排水层4，进行排水层4填充；S7、在符合过渡层3的介质原料中选择至少一种作为对应的过渡层3，以进行过渡层3填充；在过渡层3填料中添加缓释性碳源和复合微生物制剂或者由复合微生物制剂、缓释性碳源以及壳聚糖制备的多层包埋颗粒。多层包埋颗粒制备方法为将微生物制剂与缓释性碳源混合在一起，外层包裹壳聚糖制成多层包埋颗粒；前述缓释性碳源为制成颗粒的玉米芯、稻壳、木屑或者秸秆；复合微生物制剂采用陶厄氏菌剂、枯草芽孢杆菌剂和/或假单胞菌剂，当采用三种菌剂时，按3:2:1进行均匀混合，缓释性碳源、微生物制剂和壳聚糖的质量比分别为500:1:10，多层包埋颗粒用量在每立方米300～500g。S8、过滤层2中，自上表面至下的0～100mm深度处添加供植物生长的肥料；每100m2表面积的填料中添加0～82kg供植物生长的肥料；所述的供植物生长的肥料中含有如下成分：动物有机粪肥61％，过磷酸钙2.4％，硫酸镁3.7％，硫酸钾2.4％，微量元素1.2％，氮磷钾肥4.9％，生石灰24.4％；过滤层2填料中层添加吸附颗粒，优选活性炭和零价铁混合物，或者沸石和零价铁混合物；二者质量比为5:1，混合物质量为过滤层填料质量的3％～5％，完成雨水生物滞留池的构建。实施例1在某城市道路旁，建立5m2小型生物滞留池以过滤净化来自两侧道路的雨水径流，净化后排至雨水管道。其中：滞留池总体高度1m，滞留层1高度200mm，过滤层高度为400mm，过渡层高度为300mm，排水层高度为100mm，最大渗透速率不超过360mm/hr，化学物质含量及粒径分布性质均符合要求参数；其中，在过滤层的0～100mm填料中增加3kg有机肥料，供植物生长存活；过滤层添加活性炭和零价铁混合物70kg；过渡层添加复合微生物包埋颗粒填料36kg。待该设施运行稳定后，对5次连续自然降雨事件测试净化前后雨水径流主要的污染物进行测试分析，如图3-5所示，主要污染物去除效率分别为TSS>99％，TN>75％，TP>70％，数据详见表2。表2实施例2在某公园建立300m2大型生物滞留池，净化周边绿地、道路、停车场汇集的雨水径流，同时进水中混合周边小区部分漫流径流，净化后排入河道中。其中：滞留池总体高度1.35m，滞留层1高度250mm，过滤层高度为600mm，过渡层高度为300mm，排水层高度为200mm，最大渗透速率不超过500mm/hr，化学物质含量及粒径分布性质均符合文中所载要求参数，其中，在过滤层的0～100mm填料中均匀增加100kg有机肥料；过滤层添加沸石和零价铁混合物1000kg；过渡层添加复合微生物包埋颗粒填料100kg。待该设施运行稳定后，对12次降雨事件系统进水前后主要的污染物进行测试分析，如图6-8所示，主要污染物去除效率分别为TSS>99％，TN>70％，TP>70％，数据详见表3。表3实施例3在某大型停车场，建立20m2净化的生物滞留池，用于净化来自于停车场汇集的径流，净化后排入景观水池中。其中：滞留池总体高度1.2m，滞留层1高度300mm，过滤层高度为500mm，过渡层高度为300mm，排水层高度为100mm，最大渗透速率不超过500mm/hr，化学物质含量及粒径分布性质均符合文中所载要求参数，其中在0～100mm填料中增加12kg有机肥料；过滤层添加活性炭和零价铁混合物200kg；过渡层添加复合微生物包埋颗粒填料100kg。待该设施运行稳定后，对6次连续自然降雨事件测试净化前后雨水径流主要的污染物进行测试分析，如图9-11所示，主要污染物去除效率分别为TSS>99％，TN>75％，TP>70％，数据详见表4。表4本发明所述雨水生物滞留池，增加了淹没层的设置，一方面，为增加硝化反硝化反应提供了厌氧环境，增强了系统脱氮除磷的功效；另一方面，为系统中生长的功能性植物提供了水源，保证旱期对水的需求。同时，生物滞留池各层填料之间存在着内在的联系，并且对于填料有明确的粒径分布要求，细化至不同粒径范围内介质的百分比；同时还规定了介质中化学物质的具体含量、pH值的范围，以及介质的渗透系数，保证了系统长期、稳定运行。此外，强化复合型填料混合活性炭或沸石、零价铁、天然有机碳源以及复合微生物制剂等，保证生物滞留池能够高效地处理雨水中的污染物质，尤其是对去除固体悬浮物、脱氮除磷有着显著的效果。根据试验结果证实，本发明的生物滞留池对输入性面源径流污染物去除效果明显。本发明所述带有淹没层的雨水生物滞留池，能够有效降低雨水径流峰值和体积，分散短时暴雨汇集水流，并提高对输入径流的处理效率，增强物理处理能力(吸附作用)，化学处理能力(氧化还原反应)，生物处理能力(微生物生化反应)，提高脱氮除磷效率；同时，有效去除悬浮物、重金属、有机质、病原菌、碳氢化合物和一些微量有机污染物，净化径流雨水，实现水的回用；由于植物的作用增加了生物多样性，提供了景观效益，并改善当地微观气候，降低热岛效应。由于系统能够长时间保持良好使用性能，故可降低维护成本，并可实现模块化批量生产。以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。当前第1页1 2 3