CN108589896A - 一种可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，它包括模块化池体，模块化池体内设有填料单元。模块化池体包括两个侧边模块和与前述侧边模块相连的若干个中间模块，所述的侧边模块为半框结构，顶面和与中间模块相邻的一面敞口，其余面相互围接；中间模块的顶面以及与相邻模块连接的两面敞口，其余面相互围接。填料单元根据池体相应尺寸，制作为预制的介质填料结构，有着单体尺寸小，安装简便，可实现装配式建设等特性，将传统池体现场建设和介质装填过程改变为到工厂内预制生产、现场快速实现安装的方式，既节省了人力成本，又节约了时间成本，并且可以达到预期的雨水污染物处理效果，是一种新型海绵城市绿色设施产品。
Description
技术领域
本发明涉及水环境治理技术领域，尤其是一种可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***。
背景技术
雨水生物滞留设施是一种海绵城市绿色基础设施，可实现对雨水径流的汇集、滞留、过滤和净化，输出洁净水源，是非常重要的雨水处理设施。目前现阶段雨水生物滞留设施的建设还限于应用传统的土工建设方法，建造成本高，施工质量不可控，耗时长，耗费人力物力，且无法满足快速的工期需求。市场上亟需要一种标准化、预制化、模块化的产品进行替代，实现该设施的快速安装，同时性能能够完全满足项目需求。与此同时，3D打印技术在建材领域的成功应用，为模块化产品预制的需求提供了解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现阶段雨水生物滞留设施的建设还依赖于传统的土工建设方法,施工质量不可控，成本高，耗时长，耗费人力物力，且无法满足快速的工期需求等问题，提出一种可快速安装的雨水生物滞留设施的预制模块化***。将生物滞留设施制作为预制的模块化产品，有着单体尺寸小，安装简便，可实现装配式建设等特性，既节省了人力成本又节约了时间成本，并且可以达到预期的雨水污染物处理效果，是一种新型的海绵城市绿色设施产品。
本发明的技术方案是：
一种可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，它包括模块化池体，模块化池体内设有填料单元。前述模块化池体包括两个侧边模块和与前述侧边模块相连的若干个中间模块，所述的侧边模块为半框结构，顶面和与中间模块相邻的一面敞口，其余面相互围接；中间模块的顶面以及与相邻模块连接的两面敞口，其余面相互围接。模块化***内部的管道、介质、植物等，均可单独作为一个处理单元；连接件有防渗条、连接螺栓、管道接头等，可将各标准模块按场地需求拼接成所需要规模大小的生物滞留设施。
优选模块化池体深度为1.2m，平面尺寸灵活，优选标准模块为0.5m×0.5m、1m×1m、1.5m×1.5m三种规格；池体材料不限于混凝土，优选材料为成型后硬度强、温度敏感性低、不变形的，可快速硬化强化的胶凝材料或金属、塑料等。池体尺寸也可根据项目具体需求进行3D打印整体预制。
进一步地，两个侧边模块均包括底板和池体侧壁，其中一个侧边模块池体侧壁上与中间模块相邻的侧边设有凹槽，另一个侧边模块池体侧壁上与中间模块相邻的侧边设有凸起插槽。
进一步地，中间模块包括两个池体侧壁，两池体侧壁上与相邻模块相连的两侧分别设有凹槽和凸起插槽，所述的凹槽和凸起插槽分别与相邻模块的凸起插槽和凹槽插接。
进一步地，所述的凹槽和凸起插槽的对应位置均设有通孔，通过螺栓或者铆钉使相邻模块连接固定。
进一步地，侧边模块和中间模块上，与相邻模块连接的侧壁和底板均设为平面，前述侧壁和底板均具有向外侧延伸的凸边，前述凸边上预留连接口，采用螺栓或者铆钉与相邻模块拼接。
进一步地，所述的侧边模块和中间模块的侧壁设有吊装挂钩；模块化池体的内部和接缝处采用耐水材料粉刷或粘贴防水薄膜。
进一步地，填料单元为与对应的侧边模块、中间模块高度相匹配的预制式柱状介质填充结构；填料单元优选透水性能好的无纺布袋或透水箱体，且侧面和底部留有均匀排布的透水孔，顶面开口。填料单元内从上至下依次设置为：过滤层、过渡层和排水层，过滤层的上表面与池体顶面留有一段空间作为滞留层，前述过渡层和排水层作为淹没层；所述的滞留层用于降雨事件时短期蓄存雨水，过渡层、过滤层和排水层中均填充不同的介质，所选用的介质满足下述筛选条件,D15表示使15％质量的介质滞留的滤网的尺寸，D85表示使85％质量的介质滞留的滤网的尺寸：
过滤层和过渡层所选用的介质原料满足下述筛选条件：
D15(过渡层)≤5×D85(过滤层)；
排水层和过渡层所选用的介质原料满足下述筛选条件：
D15(排水层)≤5×D85(过渡层)。
进一步地，所述的淹没层包括排水层和过渡层，排水层的底部设有穿孔排水管，相邻模块内的穿孔排水管依次连接，末端穿孔排水管设有出水口，安装时通过出水口连接至城市雨水管网排走，或连接至储水***以做回收利用。
进一步地，过滤层自上表面至下的0～100mm深度处添加供植物生长的肥料；每100m2表面积的填料中添加0～82kg供植物生长的肥料；所述的供植物生长的肥料中含有如下成分：动物有机粪肥61％，过磷酸钙2.4％，硫酸镁3.7％，硫酸钾2.4％，微量元素1.2％，氮磷钾肥4.9％，生石灰24.4％；过滤层填料中层添加吸附颗粒，优选活性炭和零价铁混合物，或者沸石和零价铁混合物；二者质量比为5:1，混合物质量为过滤层填料质量的3％～5％。
进一步地，在过渡层中添加缓释性碳源和复合微生物制剂或者由复合微生物制剂、缓释性碳源以及壳聚糖制备的多层包埋颗粒。
本发明的有益效果：
本发明的模块化***，是将生物滞留设施制作为预制的模块化产品，有着单体尺寸小，安装简便，可实现装配式建设的特性。使用预制模块化滞留设施，可以随集水分区的变化灵活设置生物滞留池的表面积，以达到预期的雨水污染物处理效果；采用装配式安装方式，缩短建设工期，既节省了人力成本又节约了时间成本，降低对周围环境的影响，不仅适合新规划区海绵城市项目建设，还特别适合老城区海绵城市改造项目施工，是海绵城市设施的重要组成部分。
本发明的模块化池体侧壁设置凹凸型插槽，或平面外凸型拼接结构，在拼接接口处可使用大型螺栓或铆钉结构固定，可以保证在连接过程中拼接简便，牢固可靠。池体外侧壁设置吊装挂钩，方便安装过程中吊装操作。池体内部和接缝处使用耐水材料粉刷或粘贴防水薄膜以保证生物滞留设施池体的不可渗透效果，进而保证淹没层的存在，尤其适合于地下水位较高的地区。本发明中，池体预制模块可在生产工厂内快速成型，成批量生产，实现快速供应。池体材料具备可实现快速硬化强化，温度敏感性低，不变形等优点。
本发明的池内采用复合介质填料单元，介质填料单元的装填在工厂内以流水线形式完成，填料单元存放方便，结构简单，装配便捷。填料单元中上下各层介质填料之间存在着内在的联系，并且对于填料有明确的粒径分布要求，细化至不同粒径范围内介质的百分比；同时还规定了介质中化学物质的具体含量、pH值的范围，以及介质的渗透系数，保证了***长期、稳定运行；通过增加吸附性填料和缓释性碳源以及微生物制剂，增强物理处理能力(吸附作用)，化学处理能力(氧化还原反应)，生物处理能力(微生物生化反应)，提高对污染物去除的能力，尤其提高脱氮除磷效率；淹没层的设置，一方面，为增加硝化反硝化反应提供了厌氧环境，增强了***脱氮除磷的功效；另一方面，为***中生长的功能性植物提供了水源，保证旱期对水的需求。整体***可长时间保持净化能力，不易堵塞，形成良好的生物净化局部环境。将介质填料加工为标准化预装件，在项目现场可进行快速安装，存放、装配便捷。
综上，本发明所述带有淹没层的雨水生物滞留设施的模块化***，能够有效降低雨水径流峰值和体积，截留短时暴雨汇集水流，并大大提高对输入径流污染物的处理效率；增强脱氮除磷效用的同时，可有效去除固体悬浮物、重金属、有机质、病原菌、碳氢化合物和一些微量有机污染物，净化径流雨水，实现水资源的净化回用；同时，还增加了生物多样性，提供了景观效益，并改善当地微观气候，降低热岛效应。整体安装施工方便，维护简单，运行成本低，产品性能高，保证了项目工程质量。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明的结构示意图之一。
图2示出了本发明的结构示意图之二。
具体实施方式
下面将描述本发明的优选实施方式，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
一种可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，它包括模块化池体，模块化池体内设有填料单元。前述模块化池体包括两个侧边模块1和与前述侧边模块1相连的若干个中间模块2，所述的侧边模块1为半框结构，顶面和与中间模块3相邻的一面敞口，其余面相互围接；中间模块3的顶面以及与相邻模块连接的两面敞口，其余面相互围接。该模块化***池体由标准模块、连接件组成，池体采用钢筋砼、纤维增强混凝土、工程塑料、PE、金属等材质制作，可根据不同应用场景的需求，用连接件将标准模块拼接成一个满足目标场地雨水处理需求的生物滞留***。池体标准件尺寸优选为0.5m×0.5m、1m×1m、1.5m×1.5m三种规格，也可进行整体3D打印。
其中，模块化池体的结构，如图1所示，作为一种方案，两个侧边模块1均包括底板和池体侧壁，其中一个侧边模块1池体侧壁上与中间模块2相邻的侧边设有凹槽3，另一个侧边模块1池体侧壁上与中间模块2相邻的侧边设有凸起插槽4；中间模块3包括两个池体侧壁，两池体侧壁上与相邻模块相连的两侧分别设有凹槽3和凸起插槽4，所述的凹槽3和凸起插槽4分别与相邻模块的凸起插槽4和凹槽3插接；所述的凹槽3和凸起插槽4的对应位置均设有通孔5，通过螺栓或者铆钉结构使相邻模块连接固定。
如图2所示，作为另一种方案，侧边模块1和中间模块2上，与相邻模块连接的侧壁和底板均设为平面，前述侧壁和底板均具有向外侧延伸的凸边6，前述凸边6上预留连接口，采用螺栓或者铆钉与相邻模块拼接。
其中，填料单元可根据不同池体的尺寸，用相应长宽尺寸的长方体型透水无纺布袋或透水箱体等制成介质填料预装结构，表面设置为开口。
进一步地，填料单元内介质从上至下依次设置为：过滤层介质、过渡层介质和排水层介质，过滤层的上表面与池体顶面留有一段空间作为滞留层，前述过渡层和排水层作为淹没层；所述的滞留层用于降雨事件时短期蓄存雨水；过渡层、过滤层和排水层中均填充不同规格介质，所选用的介质满足下述筛选条件,D15表示使15％质量的介质滞留的滤网的尺寸，D85表示使85％质量的介质滞留的滤网的尺寸：
过滤层和过渡层所选用的介质原料满足下述筛选条件：
D15(过渡层)≤5×D85(过滤层)；
排水层(4)和过渡层(3)所选用的介质原料满足下述筛选条件：
D15(排水层)≤5×D85(过渡层)。
其中，过滤层、过渡层和排水层的填料均满足下述条件：pH：5.5～7.5；总氮含量<1000mg/kg；磷酸盐含量<80mg/kg；有机质含量<5％；其中过滤层的粒径分布可以以表1为例：
表1
| 筛网尺寸(μm) | 滞留筛网的百分比 | |
| 泥土 | <50 | <3％ |
| 极细颗粒 | 50-150 | 5-30％ |
| 细颗粒 | 150-250 | 10-30％ |
| 中等细颗粒 | 250-500 | 40-60％ |
| 粗颗粒 | 500-1000 | 25％ |
| 极粗颗粒 | 1000-2000 | 0-10％ |
| 大颗粒 | 2000-3400 | <3％ |
进一步地，填料单元内介质填料从上到下依次，过滤层高度为400-600mm；过渡层高度为200-300mm；排水层高度为100-200mm，过滤层之上为滞留层，高度为200-300mm。
其中，过滤层自上表面至下的0～100mm深度处添加供植物生长的肥料；每100m2表面积的填料中添加0～82kg供植物生长的肥料；所述的供植物生长的肥料中含有如下成分：动物有机粪肥61％，过磷酸钙2.4％，硫酸镁3.7％，硫酸钾2.4％，微量元素1.2％，氮磷钾肥4.9％，生石灰24.4％。
过滤层介质填料中层添加吸附颗粒，优选活性炭和零价铁混合物，或者沸石和零价铁混合物；二者质量比为5:1，混合物质量为过滤层填料质量的3％～5％。
其中，过渡层中添加缓释性碳源和复合微生物制剂或者由复合微生物制剂、缓释性碳源以及壳聚糖制备的多层包埋颗粒。
其中，淹没层包括排水层和过渡层，排水层的底部设有穿孔排水管，相邻模块内的穿孔排水管依次连接，末端穿孔排水管设有出水口，通过出水口连接至城市雨水汇流处排走，或连接至储水结构以做回收利用。填料单元装填时需保证互相之间不留空隙。
具体施工时，项目所用雨水生物滞留设施参数设计完毕后，采用3D打印技术，对池体的不同模块进行预制打印。对在该设施所要安装的区域预挖好稍大于相应尺寸的土坑，周边预留好管路设施；将预制好的池体进行拼接，拼接完成后定位吊装和管道安装，内部涂布防水材料或贴防水膜，最后进行介质的填充和植物的种植。整个过程施工迅速，大大缩短了工时，提高了效率，节约了成本。
根据试验结果证实，本发明的滞留设施对输入性面源径流污染物去除效果明显。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，它包括模块化池体，模块化池体内设有填料单元，前述模块化池体包括两个侧边模块(1)和与前述侧边模块(1)相连的若干个中间模块(2)，所述的侧边模块(1)为半框结构，顶面和与中间模块(3)相邻的一面敞口，其余面相互围接；中间模块(3)的顶面以及与相邻模块连接的两面敞口，其余面相互围接。
2.根据权利要求1所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，两个侧边模块(1)均包括底板和池体侧壁，其中一个侧边模块(1)池体侧壁上与中间模块(2)相邻的侧边设有凹槽(3)，另一个侧边模块(1)池体侧壁上与中间模块(2)相邻的侧边设有凸起插槽(4)。
3.根据权利要求2所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，中间模块(3)包括两个池体侧壁，两池体侧壁上与相邻模块相连的两侧分别设有凹槽(3)和凸起插槽(4)，所述的凹槽(3)和凸起插槽(4)分别与相邻模块的凸起插槽(4)和凹槽(3)插接。
4.根据权利要求2所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，所述的凹槽(3)和凸起插槽(4)的对应位置均设有通孔(5)，通过螺栓或者铆钉使相邻模块连接固定。
5.根据权利要求1所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，侧边模块(1)和中间模块(2)上，与相邻模块连接的侧壁和底板均设为平面，前述侧壁和底板均具有向外侧延伸的凸边(6)，前述凸边(6)上预留连接口，采用螺栓或者铆钉与相邻模块拼接。
6.根据权利要求1-5之一所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，所述的侧边模块(1)和中间模块(2)的侧壁设有吊装挂钩；模块化池体的内部和接缝处采用耐水材料粉刷或粘贴防水薄膜。
7.根据权利要求1所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，所述的填料单元为与对应的侧边模块(1)、中间模块(2)高度相匹配的预制式柱状介质填充结构，填料单元内装填介质从上至下依次设置为：过滤层介质、过渡层介质和排水层介质，过滤层的上表面与池体顶面留有一段空间作为滞留层，前述过渡层和排水层作为淹没层；过渡层、过滤层和排水层中均填充介质，所选用的介质满足下述筛选条件,D15表示使15％质量的介质滞留的滤网的尺寸，D85表示使85％质量的介质滞留的滤网的尺寸：
过滤层和过渡层所选用的介质原料满足下述筛选条件：
D15(过渡层)≤5×D85(过滤层)；
排水层和过渡层所选用的介质原料满足下述筛选条件：
D15(排水层)≤5×D85(过渡层)。
8.根据权利要求7所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，所述的淹没层包括排水层和过渡层，排水层的底部设有穿孔排水管，相邻模块内的穿孔排水管依次连接，末端穿孔排水管设有出水口，安装时通过出水口连接至城市雨水管网排走，或连接至储水***以做回收利用。
9.根据权利要求7所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，过滤层自上表面至下的0～100mm深度处添加供植物生长的肥料；每100m2表面积的填料中添加0～82kg供植物生长的肥料；所述的供植物生长的肥料中含有如下成分：动物有机粪肥61％，过磷酸钙2.4％，硫酸镁3.7％，硫酸钾2.4％，微量元素1.2％，氮磷钾肥4.9％，生石灰24.4％；过滤层填料中层添加吸附颗粒，优选活性炭和零价铁混合物，或者沸石和零价铁混合物；二者质量比为5:1，混合物质量为过滤层填料质量的3％～5％。
10.根据权利要求7所述的可快速安装的雨水生物滞留设施的模块化***，其特征在于，在过渡层中添加缓释性碳源和复合微生物制剂或者由复合微生物制剂、缓释性碳源以及壳聚糖制备的多层包埋颗粒。
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