一种可保护底部反硝化厌氧区的雨水花园系统

摘要

本发明公开了一种可保护底部反硝化厌氧区的雨水花园系统，包括前置池，前置池包含沉降区、过渡区，沉降区底部设有污泥泵，污泥泵与压力排泥管道连接，沉降区通过滤料区与过渡区连接，过渡区通过前置池排出管与雨水滞留区连接，在雨水滞留区内依次设有第一蓄水区、土壤层、沙砾层和复合反渗层，砾石层中设有集水管，雨水滞留区外设有外部池体，外部池体设有第二蓄水区，第一蓄水区设有第四溢流管，雨水通过第四溢流管溢流进入到外部池体内，在外部池体设有第二溢流管，将溢流的雨水排入到市政污水管网中。本发明结构合理，可收集小区内的地表径流雨水并对其进行深度处理，既可以提升其滞洪效果又可以实现对径流雨水污染控制的强化。

说明书

技术领域

本发明涉及可保护底部反硝化厌氧区的雨水花园系统，属于城市生态领域。

背景技术

近几年，我国的环境问题受到越来越多的关注，生态文明建设也成为我国新城区和居住小区建设的重要纲领，由于混凝土和沥青路面的大量使用，地面不透水性急剧增加，从而导致的城市内涝问题已经严重影响了我国居民的正常生活和出行，为国民的生命和财产安全埋下了严重隐患。为了解决这个问题，我国在近几年先后出台了多项相关政策和规定，大力发展海绵城市的建设。

在新城区的建设中，对于径流雨水的收集和深度处理尤为重要，而在雨水花园系统中，对于雨水起到收集和处理作用的关键设施就是生物滞留设施。对于传统生物滞留池而言，传统的滞留池结构因为底部在长期干旱下孔隙水的大量蒸发，导致底部厌氧环境遭到了破坏，反硝化作用受到了抑制，在此之后研究出了改进工艺——底部集水管设置淹没区，使问题得到了阶段性解决，但是该淹没区也只是在单次降雨的雨水下渗过程中才能存在，一次降雨结束，雨水全部处理排放完之后，淹没区又处于静止状态，长期干旱下同样会出现水分大量蒸发的问题，无法长期保持底部的厌氧环境，这又会削减滞留池的除污效果。

比如专利(申请号：201420025661.5)：一种增强暴雨径流中氮去除效果的生物滞留池，该专利想法新颖，但是其中的反滤回流附件也只是在单次降雨期间才能正常运作，干旱状态下无法保证集水管的持续出水，使得底部产生死水区，影响下一次降雨的出水水质。而本装置可以很好的解决这个问题，第二蓄水区内的雨水可以在干旱期间通过反渗作用对滞留区底部的厌氧环境进行保护，同时保证集水管的持续出水，整个反渗过程依靠自然水位的高度差自动进行，无需人工干预也不需要外部额外的动力设施，节能环保，在增强了去污效果的同时也增加了滞洪能力，对于新小区的建设具有积极的指导意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可保护底部反硝化厌氧区的雨水花园系统，结构合理，可收集小区内的地表径流雨水并对其进行深度处理，既可以提升其滞洪效果又可以实现对径流雨水污染控制的强化。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种可保护底部反硝化厌氧区的雨水花园系统，包括前置池，前置池包含沉降区、过渡区，所述沉降区与和市政雨水管网相连接的进水管连接，沉降区底部设有污泥泵，污泥泵与压力排泥管道连接，沉降区通过滤料区与过渡区连接，过渡区通过前置池排出管与雨水滞留区连接，在雨水滞留区内依次设有第一蓄水区、土壤层、沙砾层、砾石层和复合反渗层，砾石层中设有集水管，雨水滞留区外设有外部池体，外部池体设有第二蓄水区，第一蓄水区设有第四溢流管，雨水通过第四溢流管溢流进入到外部池体内的第二蓄水区，在外部池体设有第二溢流管，将溢流的雨水排入到市政污水管网中。

作为优选，所述外部池体为圆形，雨水滞留区包含四个滞留单元，分别为两个前滞留单元和两个后滞留单元，每个滞留单元为扇形，每个滞留单元从上到下依次为第一蓄水区、土壤层、沙砾层、砾石层和复合反渗层，每个砾石层中均设有集水管，前置池排出管与两个前滞留单元的第一蓄水区连接，两个后滞留单元通过第三溢流管与前滞留单元连通，第四溢流管位于后滞留单元上。

作为优选，前置池排出管的管顶标高不得高于前置池进水管的管底标高，所述沉降区设有第一溢流管，第一溢流管的管底标高要高出前置池排出管管顶标高至少100mm；前置池的底部呈倾坡设置，污泥泵安设处的底部标高为前置池内部的最低标高，以保证进水中颗粒物、淤泥等的顺利收集；滤料区为可拆卸式滤料，外部为整体框架，内部装设的滤料由三层滤料组成，由左至右分别为砾石层、砂滤层和砾石层。

作为优选，所述复合反渗层使用由渗透速率为0.071-0.075m/d的复合无机可降解材料制成，且土壤层的渗透速率为0.500-0.55m/d，约为反渗层的7倍，以保证第一蓄水区内的水经过土壤层的渗流过程仅维持1天，而第二蓄水区内的水通过复合反渗层反渗的过程可以维持7天左右，从而保证该系统的正常运行。

作为优选，所述前滞留单元的土壤层内种植的植物为耐淹性能好的挺水植物(如：窄叶香蒲等)，后滞留单元的土壤层内种植的植物为耐旱性好的草本植物(如：金鱼草等)，使得系统对于不同强度的降雨均有良好的自适应性，保证了系统在不同雨量大小情况下均可正常运作。

作为优选，所述前滞留单元的蓄水区最高水深至少高于后滞留单元的第一蓄水区最高水深100mm，四个区其余的物理高度的设置均互相相同；第二蓄水区的最高水位低于滞留三、四区的最高水位150mm左右；同时第二蓄水区的溢流高度比集水管淹没高度高出500mm以上，以保证系统的正常运作。

作为优选，所述第二蓄水区内设有环状空气管路，环状空气管路与空气加压设备连接，第二蓄水区上设有清水管路。

作为优选，所述环状空气管路包含外圈管路和内圈管路，内圈管路与外圈管路通过内外圈连接管连通，在外圈管路和内圈管路上均匀设有若干个排气孔口，内外两圈上设置的排气孔口的开孔方向均为竖直向下且在内外两圈上均匀布置，以保证系统布气的均匀性。

在本发明中，降雨时，雨水通过前置池的滤料区初步过滤，之后通过前置池排出管进入雨水花园主体的滞留区，其中排出管在进入雨水花园后水平分为两根支管分别连入滞留一区和滞留二区，雨水通过排出管同时进入前滞留单元，待前滞留单元满水之后，才通过两组第三溢流管同时进入后滞留单元，当后滞留单元满水之后，雨水就会通过两组第四溢流管进入雨水花园的第二蓄水区，第二蓄水区蓄满之后，多出的雨水就通过第二溢流管排出雨水花园系统，排入市政污水管网。

在本发明中，所述换水清淤设备为人工开启或关闭，开启之前需结合当地天气预报进行估算，若前后两场降雨的时间间隔在14d之内，为防止第二蓄水区底部淤泥的过度沉积，换水清淤设备应当至少每个月于干旱时期完全开启一次(即清水管路和空气加压设备同时开启)；若降雨时间间隔超过14d，则每七天左右完全开启此设备一次，对第二蓄水区进行换水清淤，以保证此部分的水在结束反渗之后，不会停留太长时间而变成死水，同时保护雨水滞留区底部的厌氧环境不受破坏，维持滞留区处理雨水的稳定性。

在本发明中，雨水花园的顶部为观赏区域，包括游客人行道和安全护栏，其中人行道依靠雨水花园主体形状设置，人行道为双行道设计，宽度为2m以上，可根据设置小区的地理情况具体考虑；安全护栏高度为1.2m左右，以保证游客的人身安全。

有益效果：本发明的可保护底部反硝化厌氧区的雨水花园系统，四个滞留区的梯度进水方式使得雨水花园可适应不同强度的降雨，增加的第二蓄水区可增加雨水花园整体的蓄水量，提升了雨水花园的滞洪能力；同时，由于土壤层和复合反渗层孔隙率相差较大，使得第二蓄水区内的水在干旱期仍然可以继续向上反渗，并维持7天左右的反渗过程；若干旱时间超过14天，为避免第二蓄水区底部剩余的雨水由于长时间滞留而变为死水，本发明又设置有换水清淤设备并定期人工运作，以保证第二蓄水区内的存水的定期更新，同时也可以防止底泥淤积而影响系统运行的稳定性；从生态环境友好性角度来看，能够大规模的应用于生态居住小区的建设当中，具有兼容性好的特点。

附图说明

图1是本发明前置池的立面结构主视图。

图2是本发明前置池的平面布置示意图。

图3是本发明前置池的立面结构左视图。

图4是本发明雨水花园主体的立面结构示意图。

图5是本发明雨水花园主体的平面俯视图。

图6是本发明雨水花园主体的A-A断面剖面图。

图7是本发明雨水花园主体的B-B断面剖面图。

图8是本发明的立面高程布置图。

图9是本发明的平面布置示意图。

附图标记：1-进水管、2-第一溢流管、3-前置池沉降区、4-污泥泵、5-前置池滤料区(5.1-砾石层、5.2-砂滤层)、6-前置池过渡区、7-压力排泥管道、8-前置池排出管、9-第二溢流管、10-第二蓄水区、11-安全护栏、12-土壤层、13-复合反渗层、14-第三溢流管、15-第四溢流管、16-环状空气管路(16.1-外圈管路、16.2-内圈管路、16.3-内外圈连接管、16.4-排气孔口)、17-空气加压设备、18-清水管路、19-集水管(19.1-集水管集水孔)、20-人行道、21-第一蓄水区、22-滞留区沙砾层、23-滞留区砾石层、24-雨水滞留区。

具体实施方式

如图1至图9所示，本发明的一种可保护底部反硝化厌氧区的雨水花园系统，包括前置池，前置池包含沉降区3、过渡区6，所述沉降区3与和市政雨水管网相连接的进水管1连接，沉降区3底部设有污泥泵4，污泥泵4与压力排泥管道7连接，沉降区3通过滤料区5与过渡区6连接，过渡区6通过前置池排出管8与雨水滞留区连接，在雨水滞留区内依次设有第一蓄水区21、土壤层12、沙砾层22、砾石层23和复合反渗层13，砾石层23中设有集水管19，雨水滞留区外设有外部池体，外部池体设有第二蓄水区10，第一蓄水区21设有第四溢流管15，雨水通过第四溢流管15溢流进入到外部池体内的第二蓄水区10，在外部池体设有第二溢流管9，将溢流的雨水排入到市政污水管网中。

在本发明中，所述外部池体为圆形，雨水滞留区24包含四个滞留单元24.1、24.2、24.3、24.4，分别为两个前滞留单元24.1、24.2和两个后滞留单元24.3、24.4，每个滞留单元为扇形，每个滞留单元从上到下依次为第一蓄水区21.1或21.2或21.3或21.4、土壤层12、沙砾层22、砾石层23和复合反渗层13，每个砾石层23中均设有集水管19，前置池排出管8与两个前滞留单元24.1、24.2的第一蓄水区连接，两个后滞留单元24.3、24.4通过第三溢流管14与前滞留单元24.1、24.2连通，第四溢流管15位于后滞留单元24.3、24.4上。

在本发明中，前置池排出管8的管顶标高不得高于前置池进水管1的管底标高，所述沉降区3设有第一溢流管2，第一溢流管2的管底标高要高出前置池排出管8管顶标高至少100mm；前置池的底部呈倾坡设置，污泥泵安设处的底部标高为前置池内部的最低标高，以保证进水中颗粒物、淤泥等的顺利收集；滤料区5为可拆卸式滤料，外部为整体框架，内部装设的滤料由三层滤料组成，由左至右分别为砾石层5.1、砂滤层5.2和砾石层5.1。

在本发明中，所述复合反渗层13使用孔隙率很小(渗透速率为0.071-0.075m/d)的复合无机可降解材料制成，且土壤层12的孔隙率(渗透速率为0.500-0.55m/d)要明显大于复合反渗层13的孔隙率。所述前滞留单元的土壤层12内种植的植物为耐淹性能好的挺水植物(如：窄叶香蒲等)，后滞留单元的土壤层12内种植的植物为耐旱性好的草本植物(如：金鱼草等)，以保证系统在不同雨量大小情况下均可正常运作。

在本发明中，所述前滞留单元24.1、24.2的第一蓄水区最高水深至少高于后滞留单元24.3、24.4的第一蓄水区最高水深100mm，四个区其余的物理高度的设置均互相相同；第二蓄水区10的最高水位低于后滞留单元24.3、24.4的最高水位150mm左右；同时第二蓄水区10的溢流高度比集水管19淹没高度高出500mm以上，以保证系统的正常运作。

在本发明中，所述第二蓄水区10内设有环状空气管路16，环状空气管路16与空气加压设备17连接，第二蓄水区10上设有清水管路18。所述环状空气管路16包含外圈管路16.1和内圈管路16.2，内圈管路16.2与外圈管路16.1通过内外圈连接管16.3连通，在外圈管路16.1和内圈管路16.2上均匀设有若干个排气孔口16.4，内外两圈上设置的排气孔口16.4的开孔方向均为竖直向下且在内外两圈上均匀布置，以保证系统布气的均匀性。

本系统包括两种不同的工况，分别为运行工况和维护工况。

运行工况下，市政雨水管网收集的地表径流雨水通过进水管1进入前置池的沉降区3，经前置池滤料区5初步过滤后进入前置池过渡区6，之后通过排出管8同时进入雨水花园的雨水滞留一区和雨水滞留二区。在小雨量时，雨水只会蓄在滞留一区和滞留二区；大雨量时，雨水会先灌满滞留一区和滞留二区，之后通过两组第三溢流管14溢流进入滞留三区和滞留四区，待四个雨水滞留区都满水之后，多出的雨水才会通过两组第四溢流管15进入第二蓄水区10，若第二蓄水区10满水之后，雨水则通过第二溢流管9直接排入市政污水管网。

第一蓄水区21内的雨水在重力作用下，通过土壤层12慢慢下渗并通过集水管19排出雨水花园系统，此过程持续时间约为1天；第二蓄水区10内的雨水在水位高差作用下，通过复合反渗层13反渗到滞留区并通过集水管19排出系统，此过程持续时间为7天左右。

维护工况下，人工开启换水清淤设备，待第二蓄水区10水位退回集水管19淹没区高度时，开启空气加压设备17，对第二蓄水区10内的余水进行曝气，同时使得底部沉降物在高压气体的冲刷下重新悬浮起来并和余水高度混合，曝气时间约为10min，之后通过清水管路18向第二蓄水区10内注入常压清水，注水过程中保持空气加压设备17的开启以使得第二蓄水区10内的水随时保持高度紊动状态，待水位上升到第四溢流管9的溢流高度时，继续灌水约20min，使得第二蓄水区10内的沉积物全部通过第四溢流管9快速的排出系统，之后，关闭换水清淤设备。至此，第二蓄水区10内的水换成了无污染的清水，在内外水位高度差下，开始又一次的反渗过程，以保持滞留区底部厌氧区随时处在淹没且流动的状态。另外，前置池内的可拆卸式滤料区5在维护工况下时应该整体取出，对滤料进行冲洗或更换；同时人工开启污泥泵4，将沉积下来的底泥排出系统，以保证前置池的正常运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。