一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法，包括依次通過管路連通的集水井、垂直型生態(tài)過濾池和蓄水池。集水井，用于對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物；在集水井和所述的垂直型生態(tài)過濾池的連通管路上設有用于去除雨水中不易于沉淀的懸浮物質的格柵；垂直型生態(tài)過濾池，包括池體；在所述的池體內(nèi)自下而上依次設有承托層、陶粒層、沸石層和礫石層，所述沸石層和礫石層的兩側設有礫石區(qū)，所述沸石層種植有水生植物，所述池體的上方設有布水器，所述池體的底部設有排水管；蓄水池，包括蓄水池體，所述的蓄水池體上設有一個與所述排水管連通的入水口，在所述的蓄水池體內(nèi)設有曝氣裝置。
【專利說明】
一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種污水的處理技術和方法，具體涉及一種城市雨水生態(tài)處理及利用 的系統(tǒng)及方法，屬于環(huán)保技術領域。
【背景技術】
[0002] 降雨是地面徑流的主要來源，是城市生態(tài)系統(tǒng)中水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，對調節(jié)、補充 地區(qū)水資源和改善城市生態(tài)環(huán)境具有非常重要的作用。然而，近年來城市建筑面積的擴大， 致使地表硬化面積不斷增加，從而使雨水下滲形成土壤水和地下水的機會大大減小，絕大 部分雨水都直接匯集形成地表徑流，引起城市雨水徑流流速、流量和徑流峰值的增大，給城 市的防洪排澇帶來極大的壓力。同時，由于大氣淋洗及地表沖刷作用，雨水徑流中攜帶了大 量的氮磷及有機物等污染物質，后經(jīng)人工興建的排水管道進入河流、湖泊等水環(huán)境中，造成 水體污染加劇。
[0003] 城市雨水處理及利用是緩解我國城市化進程中水資源短缺、排水系統(tǒng)和河道防洪 壓力增大等問題的重要措施。因此，開發(fā)及發(fā)展適合我國城市雨水處理及利用的技術具有 廣泛而深遠的意義。中國發(fā)明專利公布了《一種雨水利用系統(tǒng)及其使用方法》（公告號： CNl 04196179A )，提供了一種雨水利用系統(tǒng)，包括雨水收集儲存系統(tǒng)、雨水處理系統(tǒng)和雨水 回用系統(tǒng)，所述屋頂綠化系統(tǒng)包括土壤和植物，所述植物種植在所述土壤中，所述屋頂景觀 水池內(nèi)種植有水生植物。該雨水利用系統(tǒng)在一定程度上解決了屋頂綠化的用水需求，具有 節(jié)省土地資源、處理成本低等優(yōu)點，但"植物+土壤"系統(tǒng)對雨水處理負荷量小，并且設施在 屋頂，遇到惡劣暴風雨天氣系統(tǒng)容易受到影響，對城市大部分的居民區(qū)和商業(yè)區(qū)而言并不 適合廣泛推廣應用。
[0004] 中國發(fā)明專利《小區(qū)綠化雨水利用裝置》（公開號：CN104452874A)，公開了小區(qū)綠 化雨水利用裝置，包括連接至小區(qū)房屋屋頂?shù)挠晁龑Ч埽鲇晁龑Ч苓B接有地下引 流管，所述地下引流管連接有多支綠地管道，所述綠地管道設有多個分支的雨水下滲管。中 國發(fā)明專利《一種雨水利用生態(tài)池》（公開號:0附02561452六），公開了 一種雨水利用生態(tài)池， 包括沉淀井、滲水井和儲水井，該發(fā)明在一定程度上能緩解市政排水壓力。以上兩個公開專 利針對雨水收集和利用均提出了一定的解決辦法，但均未提到對雨水的處理設施和方法， 收集的雨水的利用受到限制。
[0005] 目前，我國城市雨水的利用處于探索階段，雨水收集和成熟的處理技術存在較大 的缺口。本發(fā)明涉及的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法可有效彌補現(xiàn)有技術的空 缺，建設和運營成本低，并且具有較強的景觀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術上的不足，提供一種城市雨水生態(tài)處理及利用 的系統(tǒng)及方法，通過該系統(tǒng)及方法的實施，可以將收集的雨水通過生態(tài)方法強化處理，實現(xiàn) 了城市雨水的高效凈化，處理后的雨水可用于景觀綠化和沖廁等方面，節(jié)約了大量的水資 源。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，包括依次 通過管路連通的集水井、垂直型生態(tài)過濾池和蓄水池。
[0008] 所述的集水井，用于對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物；
[0009] 在所述的集水井和所述的垂直型生態(tài)過濾池的連通管路上設有用于去除雨水中 不易于沉淀的懸浮物質的格柵；
[0010] 所述的垂直型生態(tài)過濾池，包括池體;在所述的池體內(nèi)自下而上依次設有承托層、 陶粒層、沸石層和礫石層，所述沸石層和礫石層的兩側設有礫石區(qū)，所述沸石層種植有水生 植物，所述池體的上方設有布水器，所述池體的底部設有排水管；
[0011] 所述的蓄水池，包括蓄水池體，所述的蓄水池體上設有一個與所述排水管連通的 入水口，在所述的蓄水池體內(nèi)設有曝氣裝置。
[0012] 進一步的，所述承托層由鵝卵石構成，所述承托層厚度為10~15cm，占整個濾池體 積的3~5%，所述鵝卵石的平均粒徑為5~8cm。
[0013]進一步的，所述輕質陶粒層的厚度為45~60cm，占整個濾池體積的45~55%，所述 輕質陶粒層的陶粒平均粒徑為4~6mm。
[0014]進一步的，所述沸石層的厚度為35~50cm，占整個濾池體積的25~35%，所述沸石 層的沸石的平均粒徑為3~5_。
[0015] 進一步的，所述爍石層的厚度為5~8cm，占整個濾池體積的3~5%，所述爍石層由 粗礫石構成，所述粗礫石的平均直徑為15~25_。
[0016] 進一步的，所述礫石區(qū)的體積占整個濾池體積的1~2 %，所述礫石區(qū)由細礫石構 成，所述細爍石的平均粒徑為2~5mm。
[0017]進一步的，所述水生植物為旱傘草和梭魚草其中的一種或者兩種的組合;所述旱 傘草和梭魚草的種植區(qū)域比例為6:4。
[0018] 進一步的，所述的蓄水池體的岸邊設有植物種植區(qū)，蓄水池體的底部放置有鵝卵 石，其頂部有生態(tài)浮床
[0019] 所述的生態(tài)浮床由種植模塊拼接而成，種植模塊采用椰子草編織而成，種植模塊 為正方形構造，單邊長為1~1.5m，種植模塊上有預留孔，方便栽種植物的橫向發(fā)展繁殖，浮 床植物為美人蕉，梭魚草，旱傘草中的一種或多種組成。
[0020] 所述的鸛卵石的平均粒徑為3~8cm，厚度為5~10cm。所述的曝氣裝置為潛水噴流 式曝氣機，具體功率可根據(jù)池深而定。
[0021] 本發(fā)明專利提供的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)處理方法，如下：
[0022] 經(jīng)過管道收集的城市雨水進入集水井，進行預處理，沉淀其中的部分懸浮顆粒物， 然后經(jīng)過格柵，去除絕大部分懸浮物質，之后經(jīng)過垂直型生態(tài)過濾池的布水器，自上而下， 依次經(jīng)過水生植物、礫石層、沸石層和輕質陶粒層，最終進入承托層的排水區(qū)；經(jīng)過垂直型 過濾池后處理后的雨水進入微型蓄水池儲存，蓄水區(qū)可利于雨水下滲，補充地下水，同時可 儲備水源；同時，蓄水池中的生態(tài)浮床及曝氣裝置可強化污染物質的去除，經(jīng)過一段時間的 停留后，水質達到綠化的要求。
[0023] 其中，水生植物可直接吸收尾水中的氮磷等物質，并且植物發(fā)達的根系可為微生 物的生長提供便利的條件，構建了眾多微環(huán)境，利于污染物的降解，植物的根系可深入沸石 層，甚至可進入輕質陶粒層；同時，濾池中不同粒徑的礫石、沸石和輕質陶粒填料對污染物 質具有吸附和截污作用，并且不同填料的粗糙表面也利于微生物的附著，在污染物的降解 中起到重要作用。
[0024] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法與 現(xiàn)有技術相比具有以下特點：
[0025] 1、采用本專利提供的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)和方法，建筑成本低，占地 面積小，并且，經(jīng)過處理后的雨水可用于道路灑水、綠化灌溉、車輛清洗等用途，節(jié)約了寶貴 的水資。
[0026] 2、本發(fā)明專利對雨水污染物的處理運行成本低，并且可操作性強，市場價值高，同 時美化了周圍環(huán)境，對于解決我國淡水不足的難題具有很好的應用價值。
【附圖說明】
[0027]圖1城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)流程圖；
[0028]圖2垂直型生態(tài)過濾池結構示意圖；
[0029]圖3微型蓄水池結構示意圖；
[0030] 圖中：1池體;2布水器;3水生植物;4礫石區(qū)；5礫石層;6沸石層;7陶粒層;8 承托層;9排水管，10入水口； 11蓄水池體;12鵝卵石；13曝氣裝置;14岸邊植物；15生 態(tài)浮床;16浮床植物。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合具體實施案例，進一步闡明本發(fā)明要點，應理解這些實施案例僅用于說 明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明后，本領域技術人員對本發(fā)明的各 種等價形式的修改均落后于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0032]如圖1所示，一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)及方法包括集水井、格柵、垂直 型生態(tài)過濾池和微型儲水池。其中，所述的格柵采用鐵質材料制成，孔徑為0.5~1.5cm。 [0033] 如圖2所示，為垂直型生態(tài)過濾池，包括濾池池體1;布水器2;水生植物3;礫石區(qū)4; 礫石層5;沸石層6;陶粒層7;承托層8;排水管9。
[0034]如圖3為微型儲水池，包括入水口 10;蓄水池體11;鵝卵石12;曝氣裝置13;岸邊植 物14;生態(tài)浮床15;浮床植物16。
[0035]城市雨水生態(tài)處理系統(tǒng)的具體結構如下：包括依次通過管路連通的集水井、垂直 型生態(tài)過濾池和蓄水池；
[0036] 集水井，可以對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物；
[0037] 格柵采用鐵質材料制成，孔徑為0.5~1.5cm，主要用于去除雨水中不易于沉淀的 懸浮物質。
[0038] 垂直型生態(tài)過濾池，包括池體1;在池體1內(nèi)自下而上依次設有承托層8、陶粒層7、 沸石層6和礫石層5,所述沸石層6和礫石層5的兩側設有礫石區(qū)4,所述沸石層種植有水生植 物3，所述池體的上方設有布水器2，所述池體的底部設有排水管9;
[0039] 布水器為均壓旋轉布水器，由一個封閉腔體進行均壓處理，出水口語圓錐形腔體 的軸線同軸，保證封閉腔體內(nèi)水壓力的均勻性;水生植物由旱傘草和梭魚草中的一種或混 合組成;所述的礫石區(qū)選用的礫石為細礫石，平均粒徑為2~5_，礫石區(qū)的體積占整個濾池 體積的1~2% ;所述的爍石層為粗爍石，平均直徑為15~25mm，爍石層的厚度為5~8cm，占 整個濾池體積的3~5 % ;所述的沸石層，沸石的平均粒徑為3~5 mm，沸石層的厚度為3 5~ 50cm，占整個濾池體積的25~35 %;陶粒層為輕質陶粒層，平均粒徑為4~6mm，陶粒層的厚 度為45~60cm，占整個濾池體積的45~55%;承托層由鵝卵石構成，鵝卵石的平均粒徑為5 ~8cm，厚度為10~15cm，占整個濾池體積的3~5%。
[0040] 微型蓄水池，包括蓄水池體11，岸邊植物14種植區(qū)，生態(tài)浮床15,鵝卵石12和曝氣 裝置13。所述的蓄水池體11外形可根據(jù)實際情況而定，可為橢圓形或長方形，池深為1~2m。 所述的岸邊植物可選擇香蒲、美人蕉、梭魚草和蘆葦中的一種或多種組合;其入水口 10與排 水管9連通，生態(tài)浮床由種植模塊拼接而成，種植模塊采用椰子草編織而成，種植模塊為正 方形構造，單邊長為1~1.5m，種植模塊上有預留孔，方便栽種植物的橫向發(fā)展繁殖，浮床植 物為美人蕉，梭魚草，旱傘草中的一種或多種組成。所述的鵝卵石的平均粒徑為3~8cm，厚 度為5~10cm。
[0041 ]曝氣裝置為潛水噴流式曝氣機，具體功率可根據(jù)池深而定。
[0042]應用本發(fā)明的城市雨水生態(tài)處理系統(tǒng)，包括以下處理步驟：
[0043] 1)雨水預處理
[0044] 首先，集水井可以對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物;其次，格 柵去除絕大部分懸浮物質便于下一步凈化。
[0045] 2)雨水的生態(tài)過濾
[0046] 垂直型生態(tài)過濾池的水生植物可直接吸收尾水中的氮磷等物質，并且植物發(fā)達的 根系可為微生物的生長提供便利的條件，構建了眾多微環(huán)境，利于污染物的降解，植物的根 系可深入沸石層，甚至可進入輕質陶粒層；同時，濾池中不同粒徑的礫石、沸石和輕質陶粒 填料對污染物質具有吸附和截污作用，并且不同填料的粗糙表面也利于微生物的附著，在 污染物的降解中起到重要作用。
[0047] 3)雨水的強化處理
[0048] 蓄水池中的生態(tài)浮床及曝氣裝置可強化污染物質的去除。
[0049] 4)達標使用
[0050] 經(jīng)過2-4天的停留后，水質達標，可用于道路灑水、綠化灌溉、車輛清洗等。
[0051 ] 實施例1
[0052]某商區(qū)采用本發(fā)明專利進行商區(qū)內(nèi)收集雨水的處理及利用，包括集水井、格柵、垂 直型過濾池和微型蓄水池。其中，系統(tǒng)的部分設計參數(shù)如下：
[0053] 垂直型過濾池，礫石區(qū)選用的礫石為細礫石，平均粒徑為4mm，礫石區(qū)的體積占整 個濾池體積的1.2 % ;所述的礫石層為粗礫石，平均直徑為15~20mm，礫石層的厚度為6cm， 占整個濾池體積的5% ;所述的沸石層，沸石的平均粒徑為3~5mm，沸石層的厚度為40cm，占 整個濾池體積的30%。微型蓄水池，池體外形為橢圓形，池深為1.5m。所述的岸邊植物為香 蒲和美人蕉。浮床植物為美人蕉，梭魚草和旱傘草中。
[0054]通過本專利技術的實施，雨水收集后進行了強化處理，污染物得到的高效的去除 和降解(如表1)，微型水庫的儲備水源達到?jīng)_廁用水標準，實現(xiàn)了雨水收集后的零排放，同 時，改善了商業(yè)區(qū)的環(huán)境。
【主權項】
1. 一種城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，包括依次通過管路連通的集水 井、垂直型生態(tài)過濾池和蓄水池。 所述的集水井，用于對收集的雨水進行沉淀預處理，去除部分懸浮顆粒物； 在所述的集水井和所述的垂直型生態(tài)過濾池的連通管路上設有用于去除雨水中不易 于沉淀的懸浮物質的格柵； 所述的垂直型生態(tài)過濾池，包括池體;在所述的池體內(nèi)自下而上依次設有承托層、陶粒 層、沸石層和礫石層，所述沸石層和礫石層的兩側設有礫石區(qū)，所述沸石層種植有水生植 物，所述池體的上方設有布水器，所述池體的底部設有排水管； 所述的蓄水池，包括蓄水池體，所述的蓄水池體上設有一個與所述排水管連通的入水 口，在所述的蓄水池體內(nèi)設有曝氣裝置。2. 如權利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述承托層由鵝 卵石構成，所述承托層厚度為10~15cm，占整個濾池體積的3~5%，所述鵝卵石的平均粒徑 為5~8cm〇3. 如權利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述輕質陶粒層 的厚度為45~60cm，占整個濾池體積的45~55 %，所述輕質陶粒層的陶粒平均粒徑為4~ 6mm 〇4. 如權利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述沸石層的厚 度為35~50cm，占整個濾池體積的25~35%，所述沸石層的沸石的平均粒徑為3~5mm。5. 如權利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述礫石層的厚 度為5~8cm，占整個濾池體積的3~5%，所述礫石層由粗礫石構成，所述粗礫石的平均直徑 為15~25mm 〇6. 如權利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述礫石區(qū)的體 積占整個濾池體積的1~2%，所述礫石區(qū)由細礫石構成，所述細礫石的平均粒徑為2~5_。7. 如權利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述水生植物為 旱傘草和梭魚草其中的一種或者兩種的組合;所述旱傘草和梭魚草的種植區(qū)域比例為6: 4。8. 如權利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述的蓄水池體 的岸邊設有植物種植區(qū)，蓄水池體的底部放置有鵝卵石，其頂部有生態(tài)浮床。9. 如權利要求1所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)，其特征在于，所述的生態(tài)浮床 由種植模塊拼接而成，種植模塊采用椰子草編織而成，，種植模塊上有預留孔，方便栽種植 物的橫向發(fā)展繁殖。10. 如權利要求1-9所述的城市雨水生態(tài)處理及利用的系統(tǒng)的處理方法，其特征在于， 經(jīng)過管道收集的城市雨水進入集水井，進行預處理，沉淀其中的部分懸浮顆粒物，然后 經(jīng)過格柵，去除絕大部分懸浮物質，之后經(jīng)過垂直型生態(tài)過濾池的布水器，自上而下，依次 經(jīng)過水生植物、礫石層、沸石層和輕質陶粒層，最終進入承托層的排水區(qū)；經(jīng)過垂直型過濾 池后處理后的雨水進入蓄水池儲存，蓄水區(qū)可利于雨水下滲，補充地下水，同時可儲備水 源；同時，蓄水池中的生態(tài)浮床及曝氣裝置可強化污染物質的去除，經(jīng)過一段時間的停留 后，水質達到綠化的要求。
【文檔編號】C02F3/32GK106007218SQ201610554657
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】孔范龍, 李紀華, 郗敏, 李悅, 楊玲, 訾園園, 秦培瑞, 李奇霏
【申請人】青島大學