一种用于收集处理初期雨水且不影响行洪的生态沟渠系统

摘要

本发明公开了一种用于收集处理初期雨水且不影响行洪的生态沟渠系统，渠主体中部由并行的处理渠和分流渠组成，处理渠由湿地坝围成，分流渠通过分流坝隔出，湿地坝和分流坝组合将渠主体横截；湿地坝的高度高于分流坝，位于上游湿地坝坝体底部设有进水口，位于下游湿地坝与进水口水平高度一致处设有出水口，进水口后布置有挡水分流板，处理渠内布置有回廊式人工湿地，当流经渠主体的雨水流量小于进水口最大流量时，雨水经过处理渠内的人工湿地净化后排入渠下游，当流经渠主体的雨水流量大于进水口最大流量时，大部分雨水翻过分流坝经分流渠排入渠下游。本发明具有既能有效净化初期雨水又能在大流量雨水流经沟渠时及时排洪的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及雨水处理的技术领域，具体涉及一种用于收集处理初期雨水且不影响行洪的生态沟渠系统。

背景技术

随着城乡经济的快速发展，城乡空气及地表下垫面污染愈发严重，且随着地表不透水的面积不断增加，由降雨导致的径流面源污染严重威胁周边水体环境。初期雨水在降雨初期溶解裹胁了空气中的酸性气体及污染气溶胶，落地后，进一步冲刷沥青油毡屋面、水泥路面、雨污渠道中存积的污水、污泥及垃圾等，使得初期雨水中含有浓度较高的有机物、病原体、油脂、悬浮物及氮磷等污染物质，其污染程度通常超过了普通生活污水，因此对初期雨水进行拦截、收集、处理，对于减轻河湖径流面源污染负荷具有非常重要的意义。

目前，诸如沉淀池、渗漏坑、多孔透水路面、蓄水池及生态沟渠等技术已被广泛应用于初期雨水拦截和处理，前四种技术由于需要设计施工、投资较大而应用相对有限，生态沟渠技术由于可利用现有排水沟渠，只需对其进行生态化构造而被广泛应用，现有的生态沟渠大多在沟渠渠底、坡面直接构建人工湿地，其对径流污染物具有较好的去除效果，但是由于径流水量特别是夏季具有较大的波动性，生态沟渠系统需承接波动性很大的径流水力负荷，若系统阻力较小往往导致人工湿地被冲毁，若系统阻力较大则会阻碍行洪导致上游被淹没，而沟渠系统积累的污染物大都会被重新冲入下游水体，处理效果大打折扣。实际上空气及地表绝大部分污染物均被初期雨水携带，而后期水量较大的雨水清洁程度较高并不需要处理，因此，如何收集处理初期雨水同时保障后期清洁雨水行洪顺畅对于发挥生态沟渠处理效果具有重要意义。

目前，缺乏一种适合推广使用的用于收集处理初期雨水且不影响行洪的生态沟渠系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供一种既能有效净化初期雨水又能在大流量雨水流经沟渠时及时排洪的生态沟渠系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种用于收集处理初期雨水且不影响行洪的生态沟渠系统，包括渠主体，渠主体具有能使雨水能从渠上游流向渠下游的坡度，其中：渠主体中部由并行的处理渠和分流渠组成，处理渠由湿地坝围成，分流渠通过分流坝隔出，湿地坝和分流坝组合将渠主体横截；湿地坝的高度高于分流坝，位于上游的湿地坝坝体底部设有进水口，位于下游的湿地坝在与进水口水平高度一致处设有出水口，处理渠内布置有回廊式人工湿地，流经处理渠的雨水通过人工湿地净化，当流经渠主体的雨水流量小于进水口最大流量时，雨水经过处理渠内的人工湿地净化后排入渠下游，当流经渠主体的雨水流量大于进水口最大流量时，部分雨水经过处理渠流向渠下游，部分雨水翻过分流坝,经分流渠排入渠下游。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的渠上游设置有用于拦截大块杂物的拦截坝。

上述的拦截坝上设置有栅栏。

上述的人工湿地基质包括有黄铁矿石、沸石、火山岩以及蚌壳，置于尼龙袋中。

上述的人工湿地植物种植于尼龙袋内基质缝隙内，相邻尼龙袋之间设有间隙。

上述的回廊用于增加雨水在处理渠中的行程，尼龙袋均匀放置在回廊中。

上述的拦截坝的坝后侧设置跌水台阶，使流经人工湿地的雨水氧含量上升。

上述的渠主体以水泥层作为渠底板。

上述的进水口和出水口的数量各为三个。

上述的进水口后设置有挡水分流板，数量为三个。

本发明的人工湿地的植被种植在基质上，基质包括有黄铁矿石、沸石、火山岩以及蚌壳，黄铁矿石作为一种硫化物矿物，可以为脱氮硫杆菌提供硫源，通过硫自养反硝化脱氮，同时对磷也有较好的去除效果，沸石的多孔结构可为微生物附着提供场地，火山岩及蚌壳钙含量高，可与磷酸盐结合固定，提升磷去除效果。

人工湿地的基质置于尼龙袋中，相邻尼龙袋之间由于间隙较大可防止人工湿地发生堵塞。

人工湿地植被选择注重四季交替原则，以冬季种西伯利亚鸢尾、夏季种菖蒲、香蒲或芦苇等为主，使处理效率具有季节连续性。

由于初期雨水刚冲刷过屋面、路面、渠道、污泥及垃圾等，雨水污染程度很高，本发明能将这部分雨水有效地收集。当雨量不大时，较脏的雨水能进入本发明的沟渠系统，先经过拦截坝拦截，大块较重的杂物如石块的被拦截坝拦下，树叶等漂浮性杂物被拦截坝之上的栅栏拦截，经初步过滤的雨水流至湿地坝和分流坝组合成的坝体前，由于分流坝具有一定的高度，较小雨量的雨水不能直接漫过，故雨水通过湿地坝底部的进水口流入处理渠中，并在人工湿地中得到净化，处理渠中设置为回廊式，有效增加了雨水在处理渠中的行程，提升了净化效果。人工湿地的基质中会生长大量微生物，这些微生物在净化水体的同时，也会自我繁殖，渐渐堵塞基质间隙，导致处理渠堵塞，通水能力下降，本发明将基质装在尼龙袋中，尼龙袋之间间隙较大，保证了处理渠畅通。本发明的拦截坝的坝后侧设置跌水台阶，使流经人工湿地的雨水氧含量上升，利于后续处理渠人工湿地中微生物生长、提升去污能力。当雨量很大，单位时间内流入本发明生态沟渠的雨量低于处理渠最大进水能力的初期雨水仍会进入处理渠得到净化，而当雨量超过处理渠最大进水能力时，雨水在湿地坝和分流坝组合成的坝体前集聚，最终漫过分流坝，大部分雨水进入分流渠，此时雨水相对清洁，漫过分流坝直接进入分流渠不会对水环境造成负面影响，保障了行洪顺畅，同时在进水口后布置有挡水分流板，在雨量较大时有效降低进水口水力冲击负荷，处理渠的人工湿地系统得到保护。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）收集处理初期雨水，同时保障后期清洁雨水行洪顺畅。当流经渠主体的雨水流量小于进水口最大流量时（主要为初期雨水），雨水经过处理渠内的人工湿地净化后排入渠下游，当流经渠主体的雨水流量大于进水口最大流量时（主要为后期较清洁雨水），大部分雨水翻过分流坝经分流渠排入渠下游，保障了行洪顺畅。

（2）综合利用物理、化学、生物组合技术构建生态沟渠，较现有技术能提升初期雨水污染物质的去除效率。初期雨水中的大块较重的杂物被拦截坝拦下，树叶等漂浮性杂物被拦截坝之上的栅栏拦截；拦截坝的坝后侧设置跌水台阶，使流经人工湿地的雨水氧含量上升，利于后续处理渠人工湿地中微生物生长提升去除污能力；人工湿地基质采用黄铁矿石、沸石、火山岩及蚌壳，黄铁矿石作为一种硫化物矿物，可以为脱氮硫杆菌提供硫源，通过硫自养反硝化脱氮，同时对磷也有较好的去除效果，沸石的多孔结构可为微生物附着提供场地，火山岩及蚌壳钙含量高，可与磷酸盐结合固定，提升磷去除效果，结合搭配四季人工湿地植物的吸收作用，有效提升并保证初期雨水污染物质的去除效率。

（3）基质袋装化解决了生态沟渠常见的易堵问题，处理渠回廊式设计显著增强了处理效果。人工湿地的基质置于尼龙袋中，相邻尼龙袋之间由于间隙较大可防止人工湿地发生堵塞；由于设计了分流渠，无需担心行洪问题，使处理渠设计为回廊式成为可能，该设计显著增加了雨水在处理渠中的行程，极大提升了人工湿地处理效率。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1中A1-A2剖视图；

图3是图1中B1-B2剖视图；

图4是图1中C1-C2剖视图；

    图5是图1中D1-D2剖视图；

其中，附图标记为：渠主体1、渠上游11、渠下游12、处理渠2、湿地坝21、进水口21a、出水口21b、回廊22、挡水分流板23、分流渠3、分流坝31、拦截坝4、栅栏41、跌水台阶42、尼龙袋5。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

一种用于收集处理初期雨水且不影响行洪的生态沟渠系统，包括渠主体1，渠主体1具有能使雨水能从渠上游11流向渠下游12的坡度，其特征是：渠主体1中部由并行的处理渠2和分流渠3组成，处理渠2由湿地坝21围成，分流渠3通过分流坝31隔出，湿地坝21和分流坝31组合将渠主体1横截；湿地坝21的高度高于分流坝31，位于上游湿地坝21坝体底部设有进水口21a，位于下游湿地坝21与进水口21a水平高度一致处设有出水口21b，进水口后布置有挡水分流板23，处理渠2内布置有回廊22式人工湿地，流经处理渠2的雨水通过人工湿地净化，当流经渠主体1的雨水流量小于进水口21a最大流量时（主要为初期雨水），雨水经过处理渠2内的人工湿地净化后排入渠下游12，当流经渠主体1的雨水流量大于进水口21a最大流量时（主要为后期较清洁雨水），小部分雨水经过处理渠2流向渠下游12，大部分雨水翻过分流坝31,经分流渠3排入渠下游12。

实施例中，渠上游11设置有用于拦截大块杂物的拦截坝4。

实施例中，拦截坝4上设置有用于拦截漂浮性杂物的栅栏41。

实施例中，人工湿地的植被种植在基质上，基质包括有黄铁矿石、沸石、火山岩以及蚌壳，黄铁矿石作为一种硫化物矿物，可以为脱氮硫杆菌提供硫源，通过硫自养反硝化脱氮，同时对磷也有较好的去除效果，沸石的多孔结构可为微生物附着提供场地，火山岩及蚌壳钙含量高，可与磷酸盐结合固定，提升磷去除效果。

实施例中，人工湿地的基质置于尼龙袋5中，相邻尼龙袋5之间设有间隙。

实施例中，处理渠2设计为回廊22，回廊22用于增加雨水在处理渠2中的行程，尼龙袋5均匀放置在回廊22中。

实施例中，拦截坝4的坝后侧设置跌水台阶42，使流经人工湿地的雨水氧含量上升。利于后续处理渠人工湿地中微生物生长、提升去污能力。

实施例中，处理渠2具有一定坡度，且上游侧高于下游侧，进水口21a和出水口21b高度齐平。

实施例中，渠主体1以水泥层作为渠底板。

实施例中，进水口21a和出水口21b的数量各为三个。

实施例中，进水口21a内布置有挡水分流板23，挡水分流板23斜靠于进水口21a后，数量为三个。

如表1所示，初期雨水中的各污染物质的分布情况。（单位：mg/L）

                                表1

 交通区商业区住宅区备注化学需氧量 COD40050060010分钟NH₃-N22.54.510分钟SS50060080010分钟TP3.54.05.015分钟

上表中给出的数据是指10分钟时COD 等各指标达到最大值，其中15 分钟时TP 指标达到最大值。由此可见，上述初期雨水中的污染物既构成了对水体的污染，也可视为对植物具有一定营养的有效成分。

考虑到初期雨水的特性，即雨水溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染气体，雨水降落地面后，又冲刷屋面、沥青混凝土道路、屠宰场、菜市场等，使得初期雨水中含有大量有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮物、氮磷等污染物质，研究表明，路面径流初期雨水的主要污染为污水中悬浮物浓度SS，其次为COD 及Pb、Zn 等重金属。因此，构造人工湿地的植物可选用冬季种西伯利亚鸢尾、夏季种菖蒲、小香蒲或芦苇等挺水植物，使处理效率具有季节连续性，此外，还可以根据当地地理和气候条件适当调整。

本发明提供了一种用于收集处理初期雨水且不影响行洪的生态沟渠系统，该系统包括处理渠2和分流渠3，处理渠2和分流渠3上、下游的倾斜角度为3°，

进水口21a和出水口21b各三个，挡水分流板23有三个，进水口21a和出水口21b的直径为30mm，出水口21b和进水口21a水平高度一致；

拦截坝4高5-8cm，栅栏41高5-8cm，湿地坝21高40-50cm，分流坝31高10cm左右；

人工湿地基质为粒径10-20mm的黄铁矿石、沸石、火山岩以及蚌壳，设置于尼龙袋5中；

挺水植物为冬季种西伯利亚鸢尾、夏季种菖蒲、香蒲或芦苇；

挺水植物种植于尼龙袋5内基质缝隙内；

袋装尼龙袋5均匀布置于处理渠2回廊22内。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。