一种处理公路降雨径流污染的绿化带排水沟人工湿地装置

摘要

本发明公开了一种处理公路降雨径流污染的绿化带排水沟人工湿地装置，包括池体、填料层和种植于填料表层的湿地植物，所述池体的底部设有集水槽，所述填料层置于池体内集水槽的上部，集水槽与填料层之间通过穿孔过滤板分割；所述填料层自上至下依次为砾石层、沙土层、高炉渣和石灰石混合层、细石层和粗石层；所述填料层的表层设有穿孔配水管，穿孔配水管的进水口设有过滤网。本发明湿地装置同时具有绿化带景观功能、植草排水沟排水去污功能、垂直下行流湿地处理功能和储水雨水资源化利用功能等多重功能，湿地池体同时为绿化带和排水沟池体，节约了单独建设的占地面积，减少了建设工程量，经济投入更少。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种处理公路降雨径流污染的绿 化带排水沟人工湿地装置。

背景技术

近年来，公路作为国家发展战略中重点建设的基础设施得到了飞速发展， 截至2009年底，全国公路总里程数达到386万公里，位居世界第二，公路降 雨径流引起的水环境污染防治问题随之成为我国环境污染防治的重要问题之 一。公路降雨径流是指公路表面溢流的雨(雪)水，它能够溶解、冲刷和运移 公路表面积累的大量有机和无机污染物，加上产生的时间上不连续排放地点分 散，并随气候条件的变化而变化，被认为是一个重要的非点源污染源。公路径 流污染物主要包括重金属、固体颗粒物、有机物(油脂、PAHs、营养物、杀 虫剂等)及无机物等，具有污染物类繁多，部分污染物如重金属和多环芳烃 (PAHs)等具有强烈的基因和生态毒性作用的特点。在一些点源污染已经作 二级处理的城市，收纳水体中生化需氧量年负荷的40％～80％来自路面径流， 在暴雨期间，这一比例甚至高达95％。公路降雨径流污染潜力很大，对临近 的环境敏感区水质造成明显的破坏，并影响了水生生态环境，对公路降雨径流 进行污染控制对水环境保护具有极其重要意义。

目前在公路降雨径流污染有绿化植被控制、滞留池、氧化塘、人工湿地和 渗滤系统等污染控制措施。绿化植被控制可分地表漫流和植草沟渠，能在结合 路边绿化带建造但处理效率较低，出水要达到国家标准需要的占地面积较大； 氧化塘处理效率较低，占地面积较大；渗滤系统对氮、磷污染物的去除能力有 限；滞留池不能同时实现绿化效果且需要单独建造处理系统装置，需要另外占 地、建造资金投入较高的问题。人工湿地具有低投资、出水水质好、抗冲击能 力强、操作简单、建造和运行费用低、维护方便的、可使污水处理与环境生态 建设有机结合、在处理污水时创造生态景观等优点，在污染处理中使用较多。 但是，目前人工湿地处理主要采用管道收集装置收集路面降雨径流后，再经单 独建造的人工湿地处理装置进行末端处理，同样需单独修建收集装置和集中处 理设施，也存在占地面积大和建设资金投入高等问题，同时没有针对公路降雨 径流悬浮物含量高、可生化性差、重金属含量高、具有多环芳烃等有毒有害污 染物质等污染特征而设计的切实可行的人工湿地处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有人工湿地处理技术中单独修建湿地床等设施 占地面积大、经济投入高、水力负荷和污染负荷较低、基质单一、植物种类偏 少、公路降雨径流污染特征针对性不强等不足之处，提供一种占地面积小、经 济投入少、水力负荷和污染负荷高、基质针对性强、植物种类丰富、处理效果 好的用于处理公路降雨径流的与路边绿化带和排水沟设施相融合的景观人工 湿地系统。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种处理公路降雨径流污染的绿化带排水沟人工湿地装置，包括池体、填 料层和种植于填料表层的湿地植物，所述池体的底部设有集水槽，所述填料层 置于池体内集水槽的上部，集水槽与填料层之间通过穿孔过滤板分割；所述填 料层自上至下依次为砾石层、沙土层、高炉渣和石灰石混合层、细石层和粗石 层；所述填料层的表层设有穿孔配水管，穿孔配水管的进水口设有过滤网。

优选地，该装置还包括将池体分隔成多个单元床的分割墙，所述池体高于 填料层的表层，所述分割墙超出填料层表层的高度为池体超出填料表层高度的 1/3，分割墙底部紧接穿孔过滤板。

优选地，所述砾石层、沙土层、高炉渣和石灰石混合层、细石层和粗石层 的厚度分别为5～10cm、10～50cm、20～60cm、3～10cm、10～30cm。

优选地，所述砾石粒径为10～15mm，高炉渣粒径为8～15mm，石灰石粒 径为8～15mm，细石层粒径为15～20mm，粗石层粒径为20～30mm。

优选地，所述集水槽宽为填料层宽的1/3～1/5，高度为填料层高度的 1/3～1/5，集水槽上连接有竖直向上的排水管，排水管上设有排水口，排水口 的最高高度为池体高的2/5～4/5。

优选地，所述穿孔过滤板的孔径10～15mm，倾斜角度0～30度。

优选地，所述单元床的长宽比为2∶2～4∶1，高度为0.5～2.0m。

优选地，所述湿地植物为茅草或路边菊与芦苇、美人蕉、风车草、菖蒲和 春芋中的一种或几种的混合(即茅草与路边菊择一与后面几种混合种植)，适 应干旱和积水的生境，适合中国大部分地区，且对氮、磷的降解效果较好，具 有一定的重金属去除效果的湿地植物，平均种植密度为5～50株/m²。

优选地，所述穿孔配水管采用“王”字型分布，配水管单个出水口的配水 面积为0.15～1.0m²，出水口直径8～10mm。

所述公路降雨径流污染为降雨径流冲刷公路路面形成的污染雨水径流引 起的水体污染。利用本发明人工湿地装置处理公路降雨径流污染的方法，包括 以下步骤：

(1)公路降雨径流污水首先经过滤网除去大悬浮物，进入穿孔配水管；

(2)再沿配水降雨管进入所述的绿化带排水沟景观人工湿地系统，绿化 带排水沟景观人工湿地的导流墙将湿地填料床分隔为多个单元床，一般降雨情 景水流沿湿地垂直下流至集水槽，强暴雨时初期雨水沿湿地垂直下流至集水 槽，后期雨水沿湿地表面排水沟水平流动。

本发明要点在于：该绿化带排水沟景观人工湿地系统本体装填于池体例如 有机玻璃容器中，采用对悬浮物过滤效率比较高，对氮、磷去除效果较好，对 重金属具有吸附性能的高炉渣和石灰石为填料主要成分(占填料总体积的40％ 以上，同时添加沙土、碎石等常见人工湿地填料)替代砾石填充床体，根据各 填料的不同级配配置，既能使床体的孔隙率提高，提高功率效率的同时防止湿 地的堵塞问题，又实现污水的快速向下渗透。填料床中设置导流墙，通过导流 墙的设使得污染较严重的初期雨水部分滞留下来，水流垂直下流进入湿地，对 初期雨水进行深度处理；后期超量的雨水溢流，沿湿地水平方向流动，导流墙 的超高溢流设置使得水平方向流动的水流中悬浮物沉淀时间缩短，增强湿地植 物过滤效果，提高了湿地床的利用效率。设集水槽和排水装置，实现雨水收集 和贮存；湿地植物选择对氮、磷去除效果较好，具有重金属吸收效果的茅草或 路边菊与芦苇、美人蕉、风车草、菖蒲和春芋的一种或多种混合。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

(1)该湿地同时具有绿化带景观功能、植草排水沟排水去污功能、垂直 下行流湿地处理功能和储水雨水资源化利用功能等多重功能，湿地池体同时为 绿化带和排水沟池体，节约了单独建设的占地面积，减少了建设工程量，经济 投入更少。

(2)导流墙的设置使得初期径流雨水和后期雨水的水流方式不同，实现 了污染严重的水质深度处理，污染较轻的水质一般快速的效果，提高了湿地的 处理效率。

(3)采用高孔隙率的高炉渣和石灰石、碎石等基质替代传统的砾石填料， 既提高了湿地床的孔隙率，又提高了对氮、磷、重金属和多环芳烃类的去除率。

(4)采用茅草或路边菊与芦苇、美人蕉、风车草、菖蒲和春芋的一种或 多种混合，减少了污水水平流动时对湿地表面的冲刷，同时提高了各种污染物 的去除效率。

附图说明

图1为本发明人工湿地装置处理公路降雨径流污染的流程图；

图2为本发明人工湿地装置的横向剖面示意图；

图3为本发明人工湿地装置的纵向剖面示意图；

图4为本发明人工湿地装置的平面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。

实施例1

本发明人工湿地装置处理公路降雨径流污染的方法，如图1所示，降雨径 流首先经过滤网，除去雨水中较大的悬浮物，再沿穿孔配水管进入绿化带排水 沟景观人工湿地床。

在本实施例中，一种处理公路降雨径流污染的绿化带排水沟人工湿地装 置，包括池体1、填料层、种植于填料表层的湿地植物和将池体1分隔成多个 单元床的分割墙6，池体1的底部设有集水槽9，所述填料层置于池体1内集 水槽9的上部，集水槽9与填料层之间通过穿孔过滤板13分割；所述填料层 自上至下依次为6cm砾石层12、20cm沙土层3、50cm高炉渣和石灰石混合 层4、4cm细石层5和20cm粗石层8；所述砾石粒径为15mm，高炉渣粒径为 15mm，石灰石粒径为15mm，细石层粒径为20mm，粗石层粒径为30mm。所 述池体1高于填料层表层30cm，所述分割墙超出填料表层的高度为10cm，分 割墙底部紧接穿孔过滤板。所述填料层表层设有穿孔配水管11，穿孔过滤板 的孔径10mm，倾斜角度15度，穿孔配水管11的进水口10设有过滤网。所 述穿孔配水管采用“王”字型分布，配水管单个出水口的配水面积为0.17m²， 出水口直径10mm。

所述单元床的长宽比为3∶1，高度为1.55m。所述集水槽9宽为25cm，高 度为填料层高度的25cm，集水槽9上连接有竖直向上的排水管，排水管上设 有排水口7，排水口7的最高高度为池体高的4/5(即124cm)。

所述湿地植物为路边菊与风车草混合种植，平均种植密度为30株/m²。

该绿化带排水沟景观人工湿地在运行中，按照不同的水力停留时间 (HRT＝1、2、3d)运行，期间让系统处于交替的放干和运行期，以模拟雨季 和晴天的运行状况。该系统采用恒定流速进水，水力负荷为0.5～1m³/m²·d。

该绿化带排水沟景观人工湿地对初期径流雨水进行垂直下行流状态处理 时，化学需氧量、总磷和总氮出水水质稳定达到地表水V类水标准，去除率较 常规湿地高5～20％；重金属稳定达地表水III类；对多环芳烃去除效率达到 80.2％～97.8％。采用该湿地水平流态处理时，出水水质稳定达到污水综合排放 标准一级标准。晴天时，该湿地储水时间约为20天，在湿润地区非降雨季节 该湿地不需要额外人工补水，植物可以安全越过干季。因此，该折流式人工湿 地系统在实现绿化和排水功能的同时，实现了公路径流污水的处理和资源化利 用，同时提高了湿地床的利用效率，可大大减少基础建设投入和占地面积。绿 化带景观人工湿地系统进出水各指标及去除率指标如表1所示。

表1

注：1#出水口为集水槽出水口；2#出水口为湿地表层流排水沟出水口。