專利名稱：暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理裝置及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢水處理技術(shù)領(lǐng)域的裝置及其方法，具體是一種暴雨過程初期雨 水棄流無占地就地處理及其處理方法。
背景技術(shù)：
我國目前很多城市由于合流制原因，使得雨水進(jìn)入了污水處理管道，這其中帶來 的一個主要問題是污水中的泥沙量非常高，嚴(yán)重影響了污水廠污泥的最終處理，而且對于 輸水管道和污泥的機械設(shè)備等具有嚴(yán)重的磨損作用。同時，隨著我國節(jié)能減排的推進(jìn)，要求 對于雨水盡量的進(jìn)行中水回用，而初期雨水由于攜帶了大量的泥沙和污染物，如果與后期 雨水混合進(jìn)行處理，則會嚴(yán)重影響其中的雨水中水回用目的，并增加雨水處理負(fù)荷。因此， 非常有必要對初期雨水進(jìn)行分流棄置，或進(jìn)行單獨處理。城市的不透水面積，如屋頂、街道、停車場等的增加，使相當(dāng)?shù)膮R水區(qū)域為不透水 的硬化表面所覆蓋，因此致使雨(雪)水無法直接滲入地下，增大了地表徑流的流量。同 時，城市化對城市水文環(huán)境的影響導(dǎo)致了雨水徑流水質(zhì)的下降，其原因主要在于城市化對 排水系統(tǒng)的改造立足于使雨水徑流盡快排走的目的，雨水徑流流速和流量的增大，使得徑 流對屋頂、路面的沖刷作用顯著增加，城市下墊面沉積的污染物質(zhì)被雨水溶解或攜帶，造成 污染的擴(kuò)散；由于我國絕大部分城市排水系統(tǒng)采用合流制，雨水徑流進(jìn)入污水管網(wǎng)，增大了 處理設(shè)施的負(fù)荷。如果能夠?qū)崿F(xiàn)雨水的利用，將有效解決城市污水的處理負(fù)荷。而其中最 為關(guān)鍵的是實現(xiàn)城市污水初期棄流水的高效處理目標(biāo)，從而使后期雨水收集后可直接進(jìn)行 應(yīng)用，這樣則可以有效降低雨水的處理量。雨水的使用除了可以作為街廁沖洗用水外，也可作為其它用水如空調(diào)冷卻水、消 防用水、洗車用水、花草澆灌、景觀用水、道路清洗等，用途較廣。我國城市雨水利用的研究 與應(yīng)用開始于20世紀(jì)80年代，發(fā)展于90年代。2007年4月1日施行的《建筑與小區(qū)雨水 利用工程技術(shù)規(guī)范》對城市雨水利用起著積極的推動作用。目前雨水的處理過程，與一般的 水處理過程相似，主要采用物理化學(xué)方法。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利授權(quán)公告號為CN101220603(公告日 2008. 07. 16)的專利說明書披露了如下內(nèi)容提供了一種中水回用及雨水污水分流集中處 理裝置，包括粗濾沉淀池，含污水分解池的生化處理池，分別與粗濾沉淀池和生化處理池連 通的緩沖池和與緩沖池連通的含活動濾床的細(xì)濾池，中水處理回用控制室，中水貯水水池， 中水處理回用控制室中有中心控制盤，受中心控制盤控制的與細(xì)濾池連通的超濾分離機， 集中排污井通過管道分別與生化處理池、粗濾沉淀池、緩沖池、細(xì)濾池連通。既解決了污水 雨水分流集中處理問題，又獲得了再生水。該專利工藝流程較長，且需要較長的停留時間。 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是暴雨過程初期雨水棄流污水，其含沙量較高，且含油較多的復(fù) 雜污染物，經(jīng)本工藝處置后滿足中水回用標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種暴雨過程初期雨水棄流無占地 就地處理及其處理方法。初期棄流雨水經(jīng)過棄流裝置后進(jìn)入沉砂池沉淀，后進(jìn)入進(jìn)水機 構(gòu)配水，自流入污水凈化土壤溝槽進(jìn)行土地處理，通過特殊結(jié)構(gòu)，解決土壤法處理污水堵 塞問題，能夠使初期棄置雨水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn) (GB18918-2002)，并可以有效防止系統(tǒng)發(fā)生堵塞的問題。本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及的暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理，包括進(jìn)水機構(gòu)、覆土層、 混合層、土壤層、礫石層、細(xì)砂層、基礎(chǔ)層和排水機構(gòu)，其中覆土層、混合層、土壤層、礫石 層、細(xì)砂層和基礎(chǔ)層由上而下依次設(shè)置，進(jìn)水機構(gòu)與混合層相連接，排水機構(gòu)與礫石層以及 細(xì)砂層相連接。所述的進(jìn)水機構(gòu)包括進(jìn)水池、若干個配水槽，其中進(jìn)水池出口與配水槽相連 接，配水槽設(shè)置于混合層內(nèi)，將初期雨水依靠重力自流進(jìn)入溝槽中，配水槽寬度為200mm，其 布設(shè)數(shù)量計算依據(jù)為測算與其垂直的橫向?qū)挾?，?. 5m的橫向?qū)挾仍O(shè)置一個溝槽。所述的排水機構(gòu)包括集水管、儲水池、抽水泵，其中集水管的一端置于礫石層 與細(xì)砂層中，另一端與內(nèi)置抽水泵的儲水池相連接；抽水泵設(shè)置在儲水池內(nèi)。本發(fā)明涉及的暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理方法，包括以下步驟第一步，在選定的位置，包括小區(qū)綠化區(qū)以及道路交通旁邊的綠化區(qū)，開挖沉砂 池，底部添加粘土層0.6m以上，并夯實。水進(jìn)入沉砂池沉砂一段時間后，去除部分沙粒物 質(zhì)。第二步，沉砂池出水進(jìn)入污水就地處理系統(tǒng)，其中污水就地處理系統(tǒng)，包括進(jìn)水 機構(gòu)、覆土層、混合層、土壤層、礫石層、細(xì)砂層、基礎(chǔ)層和排水機構(gòu)，其中覆土層、混合層、 土壤層、礫石層、細(xì)砂層和基礎(chǔ)層由上而下依次設(shè)置，進(jìn)水機構(gòu)與混合層相連接，排水機構(gòu) 與礫石層以及細(xì)砂層相連接。第三步、在選定的位置，包括小區(qū)綠化區(qū)以及道路交通旁邊的綠化區(qū)，開挖溝槽 體，底部添加粘土層0. 6m以上，并夯實，然后在上方依次鋪設(shè)細(xì)砂層和礫石層，并在底部鋪 設(shè)集水管，并將集水管以5%。的坡度向出水方向鋪設(shè)，并使其連接儲水池，儲水池中設(shè)置抽 水泵用于排出處理水；所述的溝槽體在不包含覆土層時其深度為700-900mm，面積為2. 5Q_5Qm2其中，Q 為的以立方米為單位的日處理水量。第四步、在溝槽體的土壤層上方以木制網(wǎng)格作為生物填料的安裝固定架，然后將 生物填料懸吊在網(wǎng)格狀固定架上，使生物填料垂直懸掛并在下端與溝槽體的礫石層接觸。第五步、將開挖的土壤由上往下逐步傾入槽體中，直至土壤添加到能夠滿足夯實 后達(dá)到450-500mm的土壤層厚度后，將懸掛在固定架上的生物填料沿著土壤平面剪下，將 網(wǎng)格固定架拆除，然后夯實土壤層，保證雨水凈化土壤溝槽結(jié)構(gòu)的剛度。第六步、在土壤層上鋪設(shè)混合層，并沿著進(jìn)水方向?qū)⒒旌蠈影?%。的坡度向集水井 方向傾斜，配水槽設(shè)置在混合層前端，利用混合層對系統(tǒng)均勻配水。最后在混合層上加覆土 層，覆土層厚度也應(yīng)保持在IOOmm以上，從而能夠滿足植物生長需求。初期雨水經(jīng)過污水就 地處理系統(tǒng)后，達(dá)標(biāo)排放。
步驟四中，所述的生物填料為聚烯烴類和聚酰胺構(gòu)成，結(jié)構(gòu)為類試管刷毛刷狀，所 述的生物填料設(shè)計加入量按以下方式確定當(dāng)土壤層內(nèi)的土壤滲透系數(shù)小于10_6cm/s時，生物填料裝填密度為每立方米土壤 均勻裝填表面積不少于40m2的填料；當(dāng)土壤層內(nèi)的土壤滲透系數(shù)在10_5-10_6cm/s時，生物填料裝填密度為每立方土壤 均勻裝填表面積為20-40m2的填料；當(dāng)土壤層內(nèi)的土壤滲透系數(shù)大于l(T5Cm/S時，生物填料裝填密度為每立方米土壤 均勻裝填表面積為10-20m2的填料。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)在采用普通土壤做土壤溝槽介質(zhì)的 系統(tǒng)中，不需要在土壤中混入砂石和鐵屑等介質(zhì)；(2)經(jīng)過去除沙粒等預(yù)處理后的初期雨 水進(jìn)入該系統(tǒng)后，不會因為土壤性質(zhì)變化而出現(xiàn)系統(tǒng)堵塞問題，利用聚烯烴類和聚酰胺材 質(zhì)構(gòu)成的市售刷狀生物填料的導(dǎo)水性能，使得土壤的滲透性大大提高，擺脫了傳統(tǒng)土壤溝 槽對土壤選型的依賴，擴(kuò)大了初期雨水以及污水凈化土壤溝槽使用的地域范圍；(3)能夠 承受更大的水力負(fù)荷，當(dāng)水力負(fù)荷高達(dá)20-40cm/d時，初期雨污水經(jīng)過該系統(tǒng)處理后，依然 可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)和GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)；(4)不占用地面面積，保持地面的綠化和 其他，如停車場等需求。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為生物填料安裝示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程， 但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。一、對暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理裝置的實施例如圖1所示，本實施例包括進(jìn)水機構(gòu)、覆土層1、混合層2、土壤層3、礫石層4、細(xì) 砂層5、基礎(chǔ)層6和排水機構(gòu)，其中覆土層1、混合層2、土壤層3、礫石層4、細(xì)砂層5和基 礎(chǔ)層6由上而下依次設(shè)置，進(jìn)水機構(gòu)與混合層3相連接，排水機構(gòu)與礫石層4以及細(xì)砂層5 相連接。所述的進(jìn)水機構(gòu)包括進(jìn)水池7、若干個配水槽8，其中進(jìn)水池出口與配水槽相連 接，配水槽設(shè)置于混合層內(nèi)，將初期雨水依靠重力自流進(jìn)入溝槽中，配水槽寬度為200mm，其 布設(shè)數(shù)量為測算與其垂直的橫向?qū)挾?，?. 5m的橫向?qū)挾仍O(shè)置一個溝槽。所述的排水機構(gòu)包括集水管9、儲水池10、抽水泵11，其中集水管的一端置于礫 石層與細(xì)砂層中，另一端與內(nèi)置抽水泵的儲水池相連接；抽水泵設(shè)置在儲水池內(nèi)。所述的覆土層1包括地表硬化層或植被層，覆土層厚度也應(yīng)保持在IOOmm以上；所述的混合層2由體積比為1 1的礫石和粗砂混合而成，其厚度為100-150mm， 其中礫石粒徑6-10mm，粗砂直徑0. 5-2. Omm ；
所述的土壤層3厚度為350_500mm，由開挖出的土壤與生物填料構(gòu)成；所述的礫石層4厚度為50-100mm，由6_10mm的礫石構(gòu)成所述的細(xì)砂層5厚度為100-150mm，由0. 5-1. Omm的細(xì)砂構(gòu)成；所述的基礎(chǔ)層6為粘土層，厚度> 0. 6mm，作為工藝處置的基礎(chǔ)支撐層。如圖2所示，土壤層中生物填料的安裝過程需要網(wǎng)格狀固定架A，主要用于在土壤 溝槽構(gòu)建過程中對土壤層的生物填料進(jìn)行固定。生物填料B懸吊在固定架上，土壤通過固 定架和生物填料中的空隙填入。當(dāng)土壤添加到能夠滿足夯實后達(dá)到450-500mm的土壤層 厚度后，將生物填料與固定架分離，撤去固定架，生物填料依靠土壤的內(nèi)摩擦固定在土壤層 中。如圖3所示為土壤層的工作示意圖，生物填料起到導(dǎo)水作用，增加了土壤的縱向 透水性能，使得污水流向的主要為縱向重力流，增大土壤滲透率，從而避免了處置過程中堵 塞問題發(fā)生。二、以下實施例為對暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理方法的實施情況實施例1取上海市崇明縣某小區(qū)內(nèi)滲透系數(shù)為6.2X10_4cm/s的土壤，構(gòu)建一個按每立方 米土壤中裝填表面積為IOm2生物填料的雨水凈化土壤溝槽，不包含覆土層時的溝槽深度為 700mm,覆土后溝槽的深度為800mm，面積為2. Om2,設(shè)計處理水量為0. 3-0. 9m3/d,即水力負(fù) 荷為15-45cm/d。同時建一個沒有生物填料的相同大小的凈化土壤溝槽作為對比。人工配 水，投配到試驗裝置中進(jìn)行試驗。進(jìn)水CODcr 為 50. 4-180. 6mg/L、SS 為 18_52mg/L、總磷為 1. 9-2. 7mg/L、氨氮為 13. 4-38. 7mg/L、pH為5. 8-6. 5，以40cm/d的水力負(fù)荷投配到試驗裝置中，經(jīng)過裝置后，出水 的 CODcr 為 11. 1-27. 8mg/L, SS 為 5. 5-7. lmg/L，總磷為 0. 05-0. 06mg/L，氨氮為 4. 5-5. Img/ L，出水效果達(dá)到了城市污水處理廠一級A標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市 雜用水水質(zhì)。實施例2取某高校校園內(nèi)滲透系數(shù)為2.9X10_7cm/s的土壤，構(gòu)建一個按每立方米土壤中 裝填表面積為20m2生物填料的初期雨水棄流凈化工藝。不包含覆土層時的溝槽深度為 700mm,覆土后溝槽的深度為800mm，面積為2m2，設(shè)計處理水量為0. 4-0. 8m3/d,即水力負(fù)荷 為20-40cm/d。同時建一個沒有生物填料的同大小的生活污水凈化土壤溝槽作為對比。模 擬路面的初期雨水，投配到試驗裝置中進(jìn)行試驗。進(jìn)水模擬路面徑流C0D為 186-312mg/L，SS 為 25_106mg/L，總磷為 0. 4-1. 3mg/L, 氨氮為1. 6-4. 9mg/L,總氮為2. 3-7. 4mg/L, pH為5. 3-6. 5，以40cm/d的水力負(fù)荷投配到兩 個土壤溝槽中，經(jīng)過裝載了生物填料的土壤溝槽處理后，出水的C0D&為18. 2-32. 8mg/L，SS 為 3. 2-6. 3mg/L，總磷為 0. 03-0. llmg/L，氨氮為 7. 6-9. 7mg/L，總氮為 15. 6-18. 5mg/L，出水 達(dá)到了城市污水處理廠一級B標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市雜用水水 質(zhì)，連續(xù)運行3年，不出現(xiàn)堵塞問題。而經(jīng)過沒有裝載生物填料的土壤溝槽處理后，雖然能 夠達(dá)到相同的污水凈化效果，但16天后即發(fā)生堵塞、出現(xiàn)污水不能下滲的問題。
權(quán)利要求
一種暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理裝置，其特征在于，本發(fā)明涉及的暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理，包括進(jìn)水機構(gòu)、覆土層、混合層、土壤層、礫石層、細(xì)砂層、基礎(chǔ)層和排水機構(gòu)，其中覆土層、混合層、土壤層、礫石層、細(xì)砂層和基礎(chǔ)層由上而下依次設(shè)置，進(jìn)水機構(gòu)與混合層相連接，排水機構(gòu)與礫石層以及細(xì)砂層相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理裝置，其特征是，所 述的進(jìn)水機構(gòu)包括進(jìn)水池、若干個配水槽，其中進(jìn)水池出口與配水槽相連接，配水槽設(shè) 置于混合層內(nèi)，將初期雨水依靠重力自流進(jìn)入溝槽中，配水槽寬度為200mm，其布設(shè)數(shù)量為 測算與其垂直的橫向?qū)挾?，?.5m的橫向?qū)挾仍O(shè)置一個溝槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理裝置，其特征是，所 述的排水機構(gòu)包括集水管、儲水池、抽水泵，其中集水管的一端置于礫石層與細(xì)砂層中， 另一端與內(nèi)置抽水泵的儲水池相連接；抽水泵設(shè)置在儲水池內(nèi)。
4.一種暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理裝置的處理方法，其特征在于，包括以 下步驟第一步，在選定的位置，包括小區(qū)綠化區(qū)以及道路交通旁邊的綠化區(qū)，開挖沉砂池，底 部添加粘土層0. 6m以上，并夯實，水進(jìn)入沉砂池沉砂一段時間后，去除部分沙粒物質(zhì)；第二步，沉砂池出水進(jìn)入污水就地處理裝置的覆土層、混合層、土壤層、礫石層、細(xì)砂層 和基礎(chǔ)層由上而下依次設(shè)置，進(jìn)水機構(gòu)與混合層相連接，排水機構(gòu)與礫石層以及細(xì)砂層相 連接；第三步、在選定的位置，包括小區(qū)綠化區(qū)以及道路交通旁邊的綠化區(qū)，開挖溝槽體，底 部添加粘土層0. 6m以上，并夯實，然后在上方依次鋪設(shè)細(xì)砂層和礫石層，并在底部鋪設(shè)集 水管，并將集水管以5%。的坡度向出水方向鋪設(shè)，并使其連接儲水池，儲水池中設(shè)置抽水泵 用于排出處理水；第四步、在溝槽體的土壤層上方以木制網(wǎng)格作為生物填料的安裝固定架，然后將生物 填料懸吊在網(wǎng)格狀固定架上，使生物填料垂直懸掛并在下端與溝槽體的礫石層接觸；第五步、將開挖的土壤由上往下逐步傾入槽體中，直至土壤添加到能夠滿足夯實后達(dá) 到450-500mm的土壤層厚度后，將懸掛在固定架上的生物填料沿著土壤平面剪下，將網(wǎng)格 固定架拆除，然后夯實土壤層，保證雨水凈化土壤溝槽結(jié)構(gòu)的剛度；第六步、在土壤層上鋪設(shè)混合層，并沿著進(jìn)水方向?qū)⒒旌蠈影?%。的坡度向集水井方向 傾斜，配水槽設(shè)置在混合層前端，利用混合層對系統(tǒng)均勻配水，最后在混合層上加覆土層， 覆土層厚度也應(yīng)保持在IOOmm以上，從而能夠滿足植物生長需求，初期雨水經(jīng)過污水就地 處理系統(tǒng)后，達(dá)標(biāo)排放。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的暴雨過程初期雨水棄流無占地就地的處理方法，其特征是， 步驟四中，所述的生物填料為聚烯烴類和聚酰胺構(gòu)成，加入量按以下方式確定當(dāng)土壤層內(nèi)的土壤滲透系數(shù)小于lO—cm/s時，生物填料裝填密度為每立方米土壤均勻 裝填表面積不少于40m2的填料；當(dāng)土壤層內(nèi)的土壤滲透系數(shù)在10_5-10_6cm/s時，生物填料裝填密度為每立方土壤均勻 裝填表面積為20-40m2的填料；當(dāng)土壤層內(nèi)的土壤滲透系數(shù)大于10-5cm/s時，生物填料裝填密度為每立方米土壤均勻 裝填表面積為10-20m2的填料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的暴雨過程初期雨水棄流無占地就地的處理方法，其特征是， 第三步中所述的溝槽體深度為700-900mm，面積為2. 5Q-5Qm2其中，Q為的以立方米為單位的日處理水量。
全文摘要
環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域的一種暴雨過程初期雨水棄流無占地就地處理工藝，包括進(jìn)水機構(gòu)、覆土層、混合層、土壤層、礫石層、細(xì)砂層、基礎(chǔ)層和排水機構(gòu)，其中覆土層、混合層、土壤層、礫石層、細(xì)砂層和基礎(chǔ)層由上而下依次設(shè)置，進(jìn)水機構(gòu)與混合層相連接，排水機構(gòu)與礫石層以及細(xì)砂層相連接。本發(fā)明不僅能使包括暴雨過程初期雨水棄流達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)和GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)，而且還能有效防止溝槽處理系統(tǒng)發(fā)生堵塞問題。
文檔編號E03F1/00GK101892702SQ20101024573
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者朱南文, 樓紫陽, 沈后起, 聶俊英, 袁海平 申請人:上海交通大學(xué)