一种城市降雨初期径流原位处理系统及方法

摘要

本发明公开了一种城市降雨初期径流原位处理系统及方法。该系统包括依次连接的塘埂、沉淀湾、景观水池和布水系统；塘埂围绕沉淀湾建设在最外围，通过出水管与沉淀湾连接；沉淀湾围绕景观水池建设，通过出水管与景观水池连接；布水系统设置于景观水池中；塘埂、沉淀湾、布水系统和景观水池的底的高度依次下降，塘埂和沉淀湾的底高于景观水池的水面。该系统针对城市降雨初期径流携带的污染物较多且污染负荷较高的特点进行设计，既能规避雨水洪峰，实现雨水的循环利用。运用上述系统实现城市降雨初期径流原位处理的方法，是一种新型城市降雨初期径流原位处理方法，简单易行，有效减轻或避免初期雨水对受纳水体的污染，实现了排水区域有利调度。

说明书

技术领域

本发明属于城市降雨径流处理技术领域，特别涉及一种城市降雨初期径流 原位处理系统及方法。

技术背景

城市降雨径流非点源污染是指土地活动产生的溶解的或固体污染物在降雨 径流的淋洗和冲刷作用下，从非特定的地点通过径流过程汇入受纳水体而引起 的水体污染。城市暴雨径流含有大量的污染物，初期径流产生的污染负荷远高 于城市生活污水，已成为城市水环境污染的重要问题之一。

城市降雨径流污染控制一般分为源头控制和末端处理两种方式，其中，源 头控制适合于对受纳水体非点源污染负荷总量的控制；末端处理则对径流收集 到管网末端对径流污染进行集中处理后排放到受纳水体。目前国内地表径流源 头控制净化措施主要包括雨水滞留池和雨水调节池、快速渗滤系统等，另生态 微污染原水处理工艺则只进行了实验室模拟研究而没有规模应用。

雨水滞留池是季节性充水，水位变化大，一年往往经历干塘和湿塘的交替 变化；有的是终年有水，在滞留池内种植一些水生植物，利用水生植物以及塘 内浮游动物和微生物组成的生态系统对径流雨水中的污染物进行降解消化，提 高蓄水的水质，同时可以有效改善周围的生态环境。雨水调节池是应用较为广 泛的径流控制措施，既能规避雨水洪峰，实现雨水的循环利用，又能避免初期 雨水对承受水体的污染，还能对排水区域调度起到积极作用。

上述处理方法已得到广泛的应用，但仍然存在一些问题和缺陷，如雨水滞 留池的处理效率比较低，净化周期长，还可能滋生蚊蝇，存在潜在的环境卫生 问题；雨水调蓄池虽然处理效率较高，但需要较高的基建费用，另运行维护也 存在着需要专人负责的问题，在实际运用中存在一定的难度。

发明内容

为克服上述现有技术存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种 城市降雨初期径流原位处理系统。

本发明的另一目的在于提供运用上述系统实现城市降雨初期径流原位处理 的方法。该处理方法是利用南方地区多雨、多水面等特征设计的新型城市降雨 初期径流原位处理方法，既能规避雨水洪峰，实现雨水的循环利用，又能减轻 或避免初期雨水对受纳水体的污染，实现排水区域有利调度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种城市降雨初期径流原位处理系 统，包括依次连接的塘埂、沉淀湾、景观水池和布水系统；塘埂围绕沉淀湾建 设在最外围，通过出水管与沉淀湾连接；沉淀湾围绕景观水池建设，通过出水 管与景观水池连接；布水系统设置于景观水池中；所述塘埂、沉淀湾、布水系 统和景观水池的底的高度依次下降，所述塘埂和沉淀湾的底高于景观水池的水 面；

所述塘埂采用以下方法进行建设：沿沉淀湾边缘开挖0.5～1m宽、0.3m深 的沟槽，将过滤性材料填充于沟槽中，得到塘埂；塘埂的功能是阻截初期地表 径流中的悬浮物固体、有机物以及颗粒态氮、磷等污染物质；

所述过滤性材料优选为煤渣、沸石和陶粒中的至少一种；过滤性材料具有 净化水质的功能，用于净化水质；

所述沉淀湾采用以下方法进行建设：沿景观水池边缘开挖0.3～0.6m宽、深 度不超过1m的沟槽，得到沉淀湾；初期雨水经过塘埂净化后通过出水管渗透到 沉淀湾，沉淀湾可以过滤雨水并延长雨水滞留时间，起到安全带的作用；

所述沉淀湾的容积优选为景观水池的15～20%；

所述塘埂与沉淀湾的坡度不超过12%；

所述布水系统由浮球阀与排水管连接组成，排水管的一端连接于区域下水 道，另一端与浮球阀连接；采取浮球阀的形式控制水位，通过水位变化控制管 道阀门的开启与闭合；平时作为景观水池时，浮球阀关闭，当雨水随着初期地 表径流不断汇入，浮球阀打开，将池内原水不断排出以腾出池容来储存初期地 表径流；

所述排水管优选为L型排水管；

所述景观水池优选由小区内原有的景观水池建设而成；平时景观水池作为 水景美化所属区域内的环境，待到出现降雨时，布水系统中的浮球阀随水位的 上升打开阀门，将池水排出，通过池中的布水系统排出池水，以腾出池容接纳 初期雨水，池容按所属区域内的初期地表径流量进行计算，一般按降雨5min计 算初期地表径流（GB50014-2006）；

优选的，所述沉淀湾与景观水池之间设置有用于阻隔的池堤；

优选的，所述景观水池内种植景观植物；

所述景观植物优选为菖蒲（Acorus calamus Linn）、美人蕉（Canna generalis  Bailey）、风车草（Cyperus alternifolius）、水葱（Scirpus tabernaemontani）、纸莎 草（Cyperus papyrus）、花叶芦竹（Arundo donax var.versicolor）和鸢尾（Iris  tectorum）中的至少一种；

优选的，所述景观水池内养殖观赏性鱼类；

所述观赏性鱼类优选为锦鲤（Cyprinus carpio）；

所述城市降雨初期径流原位处理系统优选由小区内原有景观水池改建而 成；小区内原有景观水池由深水区、浅水区和滨水区组成，首先对景观水池的 滨水区进行适当的改造，根据监测初期雨水的水质情况以及水量设定滨水区的 面积，将滨水区开挖后填充陶粒、砾石、煤渣等过滤性材料，并在上面种植湿 地植物以增添景观效果，即为塘埂；若需要的滨水区面积较大时，需要用PVC 板材将滨水区分隔成10～30m²以保证布水的均匀；然后在浅水区开挖出沉淀湾， 建筑池堤，在深水区中设置布水系统，即为景观水池；

运用上述系统实现城市降雨初期径流原位处理的方法，包括以下步骤：

初期地表径流经过塘埂时，填充的过滤性材料将初期地表径流中的悬浮物 固体、有机物、颗粒态氮和磷污染物质进行阻截，得到初期雨水；初期雨水通 过出水管进入沉淀湾，短暂停滞后汇入景观水池；随着初期雨水的不断汇入， 景观水池中布水系统的浮球阀打开，将原池水排出，将池内原水不断排出以腾 出池容来储存初期雨水；

本发明和现有技术相比，具有如下优点和突出效果：

本发明的城市降雨初期径流原位处理系统，是将传统的雨水滞留池、人工 湿地系等技术优点融合为一体的复合系统，具有初期雨水调蓄和净化的功能。 该系统可以充分利用原有景观水池的滨水区进行建设，无需太多的工程措施便 能达到削减洪峰、避免初期地表径流对收纳水体的污染，属于一种城市非点源 原位修复与保持的系统；在无雨期间，利用污水处理厂的尾水进行补充后可作 为景观水池美化所在区域环境。运用上述系统实现城市降雨初期径流原位处理 的方法，是一种新型城市降雨初期径流原位处理方法，既能规避雨水洪峰，实 现雨水的循环利用，又能减轻或避免初期雨水对受纳水体的污染，实现排水区 域有利调度。

附图说明

图1是实施例1的城市降雨初期径流原位处理系统的纵向切面示意图；其 中1-地表径流、2-塘梗、3-沉淀湾、4-浮球阀、5-出水管、6-景观水池、7-排水 管。

图2是实施例1的城市降雨初期径流原位处理系统的横向切面示意图；其 中1-地表径流、2-塘梗、3-沉淀湾、4-布水系统、5-出水管、6-景观水池、7-排 水管。

具体实施方法

下面结合实施例和附图对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方 式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种城市降雨初期径流原位处理系统，包括依次连接的塘埂2、 沉淀湾3、景观水池6和布水系统；塘埂2围绕沉淀湾3建设在最外围，通过出 水管5与沉淀湾3连接；沉淀湾3围绕景观水池6建设，通过出水管与景观水 池连接；布水系统设置于景观水池6中；塘埂2、沉淀湾3、布水系统和景观水 池6的底的高度依次下降，塘埂2和沉淀湾3的底高于景观水池6的水面；

塘埂2采用以下方法进行建设：沿沉淀湾2边缘开挖0.5～1m宽、0.3m深 的沟槽，将煤渣、沸石和陶粒按质量比1：2：1填充于沟槽中，得到塘埂；

沉淀湾3采用以下方法进行建设：沿景观水池6边缘开挖0.3～0.6m宽、深 度不超过1m的沟槽，得到沉淀湾；

沉淀湾3的容积为景观水池6的20%；

塘埂2与沉淀湾3的坡度为8%；

景观水池6由小区内原有的景观水池建设而成；平时景观水池作为水景美 化所属区域内的环境，待到出现降雨时，布水系统中的浮球阀随水位的上升打 开阀门，将池水排出，通过池中的布水系统排出池水，以腾出池容接纳初期雨 水，池容按所属区域内的初期地表径流量进行计算，一般按降雨15mm计算初 期地表径流（GB50014-2006）；

布水系统由浮球阀4与排水管7连接组成，排水管7的一端连接于区域下 水道，另一端与浮球阀4连接；采取浮球阀的形式控制水位，通过水位变化控 制管道阀门的开启与闭合；平时作为景观水池时，浮球阀关闭，当雨水随着初 期地表径流不断汇入，浮球阀打开，将池内原水不断排出以腾出池容来储存初 期地表径流；

排水管7为L型排水管；

沉淀湾3与景观水池6之间设置有用于阻隔的池堤；

景观水池6内种植菖蒲（Acorus calamus Linn）、美人蕉（Canna generalis  Bailey）、风车草（Cyperus alternifolius）、水葱（Scirpus tabernaemontani）、纸莎 草（Cyperus papyrus）、花叶芦竹（Arundo donax var.versicolor）和鸢尾（Iris  tectorum），种植密度为3-9株/m²；

景观水池6内养殖锦鲤（Cyprinus carpio）；

初期地表径流经过塘埂时，填充的过滤性材料将初期地表径流中的悬浮物 固体、有机物、颗粒态氮和磷污染物质进行阻截，得到初期雨水；初期雨水通 过出水管进入沉淀湾，短暂停滞后汇入景观水池；随着初期雨水的不断汇入， 景观水池中布水系统的浮球阀打开，将原池水排出，将池内原水不断排出以腾 出池容来储存初期雨水。

实施例2

某环境研究中心院落面积约为600m²，院内有一景观水池，水面面积约为 20m²，平均水深0.6m，沿自然缓坡分为深水区、浅水区、滨水区，景观水池平 时作为该环境研究中心的景观小品美化中心环境，降雨时，通过布水系统控制， 实现初期地表径流的调蓄；

为削减初期地表径流中的污染物质，根据实施例1的城市降雨初期径流原 位处理系统构造，将该景观水池改造为具有初期雨水调蓄净化功能的景观水池， 其容积根据降雨量公式计算得出；

首先，利用滨水区建基，自滨水区外缘向下开挖至水面超高0.2m处，挖方 外运，坡面夯实，沿景观水池外缘方向平均分为10格，格间用厚120mm、高 600mm砖墙砌筑分隔，单元格内衬350g/m²的土工膜后，填入陶粒、煤渣、沸 石和小石子的混合填料，填料平均厚400mm；用De50钢塑复合管作为单元格 出水管，出水管安装活动弯头以控制水量，为避免短流，在单元格内设两道隔 板导流；滨水区各单元格内种植风车草、菖蒲、美人蕉、梭鱼草和鸢尾，得到 塘埂；

然后，在浅水区开挖出沉淀湾，建筑池堤；在深水区种植水葱、睡莲，得 到景观水池；最后，在深水区设置布水系统，得到城市降雨初期径流原位处理 系统；

为达到调蓄初期雨水的目的，在景观水池内设置排水管；通过浮球阀控制， 当初期雨水汇入景观水池后，浮球随水位上升将排水管阀门打开，将原池水排 出，腾出池容来储存初期地表径流，待水位下降时，浮球将排水管阀门关闭， 以此储存地表径流，规避洪峰；

该改造过的景观水池自2009年12月运行以来，效果显著，某次降雨过程 中初期地表径流取样表明：COD_cr348mg/L（GB/T11914-1989），SS596mg/L （GB/T11901-1989）；经过滨水区填料的拦截和吸附后，取沉淀湾水样检测得 COD_cr112mg/L，SS133mg/L；经沉淀湾短暂沉淀后进入景观水池后，COD_cr93mg/L，SS103mg/L，即COD_cr去除率达到了72.7%，SS去除率达到82.7%； 池内水体清澈，透明度达到0.5m以上，较好的削减初期降雨径流的污染负荷。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。