一种基于火山石的城市雨水资源化再利用系统

摘要

本发明涉及一种基于火山石的城市雨水资源化再利用系统，该系统设置在建筑物的平面屋顶上，所述的系统包括复合植被区、由内而外依次环绕设置在复合植被区周围的雨水汇流区、挡墙及行人区、通过屋面集水管与雨水汇流区相连通的集水区，所述的复合植被区包括由下而上依次设置的隔水层、排水层、粗滤层、蓄水层、种植基质层以及植被层，所述的排水层通过屋面排水管与集水区相连通。与现有技术相比，本发明系统整体结构简单，施工便捷，兼顾城市建筑的防洪排涝和雨水的净化与利用，能有效提高建筑屋顶绿化植被的存活率，具有明显的经济效益和环境效益。

说明书

技术领域

本发明属于无机材料应用技术领域，涉及一种基于火山石的城市雨水资源化 再利用系统。

背景技术

随着全球气候变暖和与水资源分配不足加剧，城市降水类型中短时间的强降 水所占比重不断上升，在城市排水系统不够完善的情况下极容易造成短期内城市内 涝灾害，对人们正常生活造成诸多不便。由此可见，解决内涝灾害迫在眉睫，然而 城市排水系统在短时间内难以完善。

火山石是一种在自然界蕴藏量丰富的建筑材料。在中国的封建王朝时期被广 泛运用于花园布景，在当今社会则大量运用于花卉种植，室内外景观设计等。火山 石具有孔隙率大、耐酸碱、耐腐蚀、保温、吸声等良好的特性。

当前，屋顶绿化作为一股热潮在我国兴起，这一技术可一定程度上起到防洪 排涝的作用，并能有效降低城市热岛效应，提高居民生活舒适度。但目前屋顶绿化 结构在实际设计使用过程中主要存在以下问题：1)屋顶植物存活率低，尤其在旱 季需要大量精力打理；2)绝大部分的雨水难以在少量的土壤中存储，大部分通过 管道排到地下而流失；3)现有的一些雨水存储系统由于储水时间长、雨水质量差、 储水水质过差而难以供给到盥洗室的冲洗等对水质要求最低的室内生活用水；4) 鲜有将屋顶绿化技术与雨水收集技术相结合的综合系统。

申请号为201410603517.X的中国发明专利公布了一种城市屋顶绿化防洪结 构，包括设置在屋顶板上方由上至下层叠设置的泥土层、蓄水层、隔水层，其中所 述蓄水层由若干蓄水砖拼接构成，其中所述蓄水砖由火山石通过胶水黏粘而成，所 述蓄水砖的厚度为5cm、8cm或10cm，所述蓄水砖由3-6cm与6-12cm粒径石子数 量按1:3的比例进行组合。该专利公布的技术方案是以火山石为原料建设屋顶防涝 绿化工程的蓄水层，通过在屋顶绿化中加设火山石蓄水层以减轻城市内涝影响，虽 然能够实现屋顶绿化的防洪排涝功能，但其技术效果有限，并不能实现雨水的过滤 和收集再利用，有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够兼顾城 市建筑的防洪排涝和雨水的净化与利用，并提高建筑屋顶绿化植被的存活率的基于 火山石的城市雨水资源化再利用系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于火山石的城市雨水资源化再利用系统，该系统设置在建筑物的平面屋 顶上，所述的系统包括复合植被区、由内而外依次环绕设置在复合植被区周围的雨 水汇流区、挡墙及行人区、通过屋面集水管与雨水汇流区相连通的集水区，所述的 复合植被区包括由下而上依次设置的隔水层、排水层、粗滤层、蓄水层、种植基质 层以及植被层，所述的排水层通过屋面排水管与集水区相连通。

所述的蓄水层由粒径为3-6mm的火山石与粒径为6-12mm的火山石按体积比 为3-5:2混合而成。

所述的蓄水层的厚度为80-120mm。

所述的粗滤层由粒径为3-6mm的火山石与粒径为6-12mm的火山石按体积比 为2-3:1混合而成。

所述的粗滤层的厚度为40-60mm。

所述的粗滤层主要是过滤掉雨水中的小颗粒，防止堵塞屋面排水管的排水口， 达到初步净化雨水水质的作用。

所述的排水层由粒径为12-20mm的陶粒铺设而成。

所述的陶粒为碎石形陶粒或圆球形陶粒中的一种。

所述的排水层主要作用是保证雨水顺利进入屋面排水管的排水口，进而流入集 水区，防止屋面积水。

所述的隔水层为防水卷材，防止屋面产生裂缝后雨水下渗影响居住效果。

所述的集水区中设有精滤层，该精滤层由粒径为3-6mm的酸处理火山石铺设 而成。

作为优选的技术方案，所述的集水区由与屋面排水管相连的蓄水箱构成，收集 后的雨水贮存在集水区中，供居民生活所用。

所述的酸处理火山石的处理条件为：选取粒径为3-6mm的火山石，用水反复 清洗，去除杂质，再置于0.1-0.5mol/L的盐酸溶液中浸泡处理10-24小时，然后滤 除酸液，用蒸馏水洗涤至中性即可。

作为优选的技术方案，所述的复合植被区的坡度为2-3％。

所述的种植基质层由包含以下组分及重量份含量的组分拌合而成：有机质 20-30份、园土40-50份、粗砂15-20份。

所述的种植基质层还含有保水剂，保水剂的用量为30-50g/m²。

其中，有机质为东北草炭土，园土为绿化种植土，园土颗粒直径小于等于2cm； 粗砂为粗粒土，粗粒土的颗粒最大粒径小于50mm，且其中粒径小于40mm的颗粒 含量不少于85％，粗砂选用河沙或山沙；保水剂为高吸水性聚丙烯酸钠或聚丙烯 酸。

本发明系统中，复合植被区是屋顶绿化的主要功能层，实现屋顶绿化的生态、 景观等各项功能，同时提高建筑物俯视的视觉效果，其中，种植基质层为植物的生 长提供空间，同时能够吸收部分雨水，为植物提供水分和养分。在种植基质层中种 植绿色植物，并由复合植被区蓄集雨水。在实际建造时，复合植被区须用水泥砂浆 进行找坡，坡度为2-3％，保证雨水全部汇集，不产生积水。雨水汇流区通过屋面 集水管与集水区相连通，雨水在雨水汇流区汇流后，通过屋面集水管进入集水区中； 而行人区的设置主要是为维持屋面正常功能以及屋面设备维修提供交通空间；收集 后的雨水贮存在集水区供居民生活所用。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)复合植被区中的蓄水层、粗滤层采用火山石，由于火山石的孔隙率高，保 温性能好，一方面在屋顶起到隔热的作用，有利于建筑的节能环保，另一方面蓄水 层位于植物的根部，在冬季有利于保持植物根部的温度，提高了屋顶绿化植物的存 活率；

2)由于在集水区中设置精滤层，并与复合植被区的粗滤层相结合，能够实现 对雨水的双重过滤除杂，进一步提高雨水的净化效果，保证净化后的雨水能够满足 生活杂用水的基本要求，进而实现雨水的收集、净化、再利用；

3)系统整体结构简单，施工便捷，兼顾城市建筑的防洪排涝和雨水的净化与 利用，能有效提高建筑屋顶绿化植被的存活率，具有明显的经济效益和环境效益。

附图说明

图1为本发明系统整体结构示意图；

图2为本发明系统中复合植被区的剖面结构示意图；

图3为本发明系统中集水区的剖面结构示意图；

图中标记说明：

1—复合植被区、2—雨水汇流区、3—挡墙、4—行人区、5—隔水层、6—排 水层、7—粗滤层、8—蓄水层、9—种植基质层、10—植被层、11—集水区、12— 精滤层、13—入水口、14—出水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种基于火山石的城市雨水资源化再利用系统，该系统设置在建 筑物的平面屋顶上，系统包括复合植被区1、由内而外依次环绕设置在复合植被区 1周围的雨水汇流区2、挡墙3及行人区4、通过屋面集水管与雨水汇流区2相连 通的集水区11。如图2所示，复合植被区1包括由下而上依次设置的隔水层5、排 水层6、粗滤层7、蓄水层8、种植基质层9以及植被层10，排水层6通过屋面排 水管与集水区11相连通。

其中，蓄水层8由粒径为3mm的火山石与粒径为6mm的火山石按体积比为 3:2混合而成，蓄水层8的厚度为100mm；粗滤层7由粒径为6mm的火山石与粒 径为12mm的火山石按体积比为2:1混合而成，粗滤层7的厚度为50mm；排水层 6由粒径为12mm的陶粒铺设而成。陶粒为圆球形陶粒。隔水层5为防水卷材。

如图3所示，集水区11中设有精滤层12，该精滤层12由粒径为3mm的酸处 理火山石铺设而成。其中，集水区11还设有与排水层6相连通的入水口13以及与 生活杂用水的水管相连通的出水口14。

酸处理火山石的处理条件为：选取粒径为3mm的火山石，用水反复清洗，去 除杂质，再置于0.2mol/L的盐酸溶液中浸泡处理24小时，然后滤除酸液，用蒸馏 水洗涤至中性即可。

种植基质层9由包含以下组分及重量份含量的组分拌合而成：有机质30份、 园土50份、粗砂20份。种植基质层9还含有保水剂，保水剂的用量为50g/m²。 其中，有机质为东北草炭土，园土为绿化种植土，园土颗粒直径小于等于2cm；粗 砂为粗粒土，粗粒土的颗粒最大粒径小于50mm，且其中粒径小于40mm的颗粒含 量不少于85％，粗砂选用河沙；保水剂为高吸水性聚丙烯酸钠。

发生降雨时，雨水在复合植被区1中的种植基质层9被初步吸收后，下渗到蓄 水层8中，雨水被火山石充分吸收，蓄水层8吸水达到饱和之后，火山石被雨水填 满，多余的雨水透过蓄水层8到达粗滤层7。在粗滤层7中，依靠火山石中的孔隙 将雨水中的难溶性杂质去除，有效地过滤掉雨水中的小颗粒，此时水质中难溶性杂 质含量显著降低，满足了生活杂用水的基本要求。当雨水透过粗滤层7之后，在排 水层6中不能被蓄水层8保持的雨水汇流到屋面排水系统，通过屋面排水管汇集到 集水区11中。在集水区11中被初步过滤的雨水得到酸处理火山石的进一步净化， 水中大部分杂质被其吸附。净化后的雨水贮存在集水区11中作为居民的生活杂用 水。

降雨停止后，种植基质层9中吸收的雨水被植被层10中的植物利用，供给植 物的正常生命活动。种植基质层9接近干燥后，蓄水层8中火山石吸收的雨水收到 日光照射进入到种植基质层9中，补给了种植基质层9中的水分，为植物的生长提 供了充足的水分和适宜的土壤环境。同时，由于火山石的孔隙率高，保温性能好， 一方面在屋顶起到隔热的作用，有利于建筑的节能环保，另一方面蓄水层8位于植 物的根部，在冬季有利于保持植物根部的温度，提高了屋顶绿化植物的存活率。

实施例2：

本实施例中，蓄水层8由粒径为6mm的火山石与粒径为12mm的火山石按体 积比为5:2混合而成，蓄水层8的厚度为120mm；粗滤层7由粒径为6mm的火山 石与粒径为12mm的火山石按体积比为3:1混合而成，粗滤层7的厚度为60mm； 排水层6由粒径为20mm的陶粒铺设而成。

集水区11中精滤层12由粒径为6mm的酸处理火山石铺设而成。其中，酸处 理火山石的处理条件为：选取粒径为6mm的火山石，用水反复清洗，去除杂质， 再置于0.1mol/L的盐酸溶液中浸泡处理24小时，然后滤除酸液，用蒸馏水洗涤至 中性即可。

种植基质层9由包含以下组分及重量份含量的组分拌合而成：有机质20份、 园土40份、粗砂15份。种植基质层9还含有保水剂，保水剂的用量为30g/m²。 其中，有机质为东北草炭土，园土为绿化种植土，园土颗粒直径小于等于2cm；粗 砂为粗粒土，粗粒土的颗粒最大粒径小于50mm，且其中粒径小于40mm的颗粒含 量不少于85％，粗砂选用山沙；保水剂为聚丙烯酸。

其余同实施例1。

实施例3：

本实施例中，蓄水层8由粒径为5mm的火山石与粒径为8mm的火山石按体 积比为4:2混合而成，蓄水层8的厚度为80mm；粗滤层7由粒径为4mm的火山 石与粒径为10mm的火山石按体积比为2:1混合而成，粗滤层7的厚度为40mm； 排水层6由粒径为15mm的陶粒铺设而成。陶粒为碎石形陶粒。

集水区11中精滤层12由粒径为4mm的酸处理火山石铺设而成。其中，酸处 理火山石的处理条件为：选取粒径为4mm的火山石，用水反复清洗，去除杂质， 再置于0.5mol/L的盐酸溶液中浸泡处理10小时，然后滤除酸液，用蒸馏水洗涤至 中性即可。

种植基质层9由包含以下组分及重量份含量的组分拌合而成：有机质24份、 园土48份、粗砂18份。种植基质层还含有保水剂，保水剂的用量为42g/m²。

其中，有机质为东北草炭土，园土为绿化种植土，园土颗粒直径小于等于2cm； 粗砂为粗粒土，粗粒土的颗粒最大粒径小于50mm，且其中粒径小于40mm的颗粒 含量不少于85％，粗砂选用河沙；保水剂为聚丙烯酸。

其余同实施例1。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此 说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限 于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改 进和修改都应该在本发明的保护范围之内。