CN108975623A - 基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，河道、岸边、护岸，河道设置预处理***和漂浮湿地净化***，岸边设置阶梯式湿地净化***和集水***，阶梯式湿地净化***和预处理***通过布水***连接，阶梯式湿地净化***和漂浮湿地净化***通过集水***连接；阶梯式湿地净化***由三个种植有不同植物的潜流湿地构成，每个潜流湿地均由土质层、煤渣和绿沸石的混合填料层、粘土层构成；漂浮湿地净化***包括种植土层、浮动湿地填料层、轻型蓄积装置、固定装置。本发明既提高了湿地对于污染物的滞留作用，也解决了湿地在自然灾害下净化效果有限的问题，还实现了河道的蓄水和水资源的重复利用功能。

Description

基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***

技术领域

本发明涉及一种属于河道治理技术领域，更具体的说，是涉及一种基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***。

背景技术

海绵城市，指的是城市能够像海绵一样，对环境和自然灾害具有良好的自我调控能力，在下雨时具有“吸水、蓄水、渗水、净水”的功效，需要时将蓄存的水释放加以利用。将自然环境和人工措施相统一，有效保证了城市排水防涝安全，最大限度地实现雨水的积存、渗透和净化，促进了对雨水资源的利用和生态环境的保护，还可以减缓水流，分流河道，改变水流的方向，从而保障建设“渗、滞、蓄、净、用、排”各项措施的发挥。

目前河道滨水湿地目标主要围绕“水环境、水安全、水资源和水生态”四个方面展开。水环境方面，加强污染物的截留效果，控制河水污染；水安全方面主要完善防洪排涝体系，提高防洪排涝标准；水资源方面，增强雨水、再生水的重复利用情况，提高水体环境的承载力；水生态方面，增强和完善水体生态***，提高水体环境的自净能力。目前，人工湿地构建相关技术已经较为成熟，按照补水方式的不同和水流方式的差异可以将人工湿地划分为几类：表面流型人工湿地、水平潜流型人工湿地、垂直潜流型流人工湿地、复合流人工湿地等。但是这些人工湿地的研究较为普遍，没有有效结合“海绵城市”的发展理念，难以适应各种复杂的自然灾害，对污染物的截留效果有限。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有人工湿地对污染物的截留效果有限、难以适应各种复杂的自然灾害的缺陷，提出一种基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，既提高了湿地对于污染物的滞留作用，也解决了湿地在自然灾害下净化效果有限的问题，还实现了河道的蓄水和水资源的重复利用功能，既能高效去除水体中的污染物又适应复杂的生境，在解决上述问题的基础上还能实现水资源的蓄积和循环利用，具有处理效率高、成本低廉、环境效益好等特点

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，包括河道和护岸，所述河道和护岸之间设置为岸边，所述河道设置有预处理***和漂浮湿地净化***，所述岸边设置有阶梯式湿地净化***和集水***，所述阶梯式湿地净化***和预处理***之间通过布水***连接，所述阶梯式湿地净化***和漂浮湿地净化***之间通过集水***连接；

所述阶梯式湿地净化***由三个种植有不同植物的呈阶梯分布的潜流湿地构成，每个潜流湿地均由由上至下依次设置的土质层、煤渣和绿沸石的混合填料层、粘土层构成；

所述漂浮湿地净化***包括由上至下依次设置的种植土层、浮动湿地填料层、轻型蓄积装置、固定装置，所述种植土层种植有浮动式湿地植物，且浮动式湿地植物通过植物框架进行固定。

所述预处理***由混凝土构筑的沉淀池构成，所述沉淀池设置有进水口和出水口。

所述布水***由连接预处理***和阶梯式湿地净化***的管路构成。

所述阶梯式湿地净化***的每个潜流湿地的靠近护岸侧的端面均设置有粘土层，所述阶梯式湿地净化***的三个潜流湿地种植的植物分别为植芦苇、香蒲、千屈菜。

所述集水***由集水槽、进水管路和出水管路构成，所述集水槽通过进水管路与阶梯式湿地净化***的末端潜流湿地连接，所述集水槽通过出水管路与漂浮湿地净化***连接。

所述漂浮湿地净化***的浮动式湿地植物主要为慈姑，所述漂浮湿地净化***的浮动湿地填料层的材质为进口高分子材料纤维，具有孔隙结构。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)阶梯型湿地净化***和漂浮湿地净化***所选择的芦苇、香蒲、千屈菜、慈姑等植物对氮磷具有很好的拦截效果，有效拦截河道中的氮磷，降低出水中氮磷的浓度。

(2)来自预处理***的水体通过布水***管路均匀流入进入煤渣和绿沸石的混合填料层，由于绿沸石和煤渣表层易于生物膜的形成与生长，可以作为生物的载体，生物膜表面的细菌与阶梯式潜流湿地净化***表面的植物的协同作用用于截留水体中的氮磷，溶于水，通过管路流入集水***，随后又进入漂浮湿地净化***中进行深度处理。除此以外，绿沸石本身对氨氮具有很好的拦截效果，煤渣对于磷具有很高的去除效率。

(3)预处理***不仅去除了水体中的悬浮物质，防止对煤渣和绿沸石的混合填料层的堵塞，而且有效减缓了水体的流速，保证在降雨或者河道汛期时水净化处理***的净化作用。

(4)集水***不仅有效的减缓水流速度，防止由于水流过快而导致的对漂浮湿地净化***的冲刷，而且使经过阶梯型的潜流湿地去除过后水体中的悬浮物质继续沉降，防止造成漂浮湿地的高分子材料纤维的堵塞。

(5)漂浮湿地净化***选择高分子纤维作为浮动湿地填料层，具有表面积极大的孔隙结构，为微生物的附着挂膜提供了空间，同时植物根系可以在高分子纤维空隙中穿梭生长，集水***中的水进入漂浮湿地后，污染物在高分子纤维上的微生物和植物根系的共同作用下得到去除。

附图说明

图1为本***结构示意图。

图2为阶梯式湿地示意图。

附图标记:1河道，2护岸，3岸边，301岸边土质层，302岩石层，303岸边绿地，4预处理***，5布水***，6阶梯式湿地净化***，601土质层，602煤渣和绿沸石的混合填料层，603粘土层，604芦苇，605香蒲，606千屈菜，7集水***，8漂浮湿地净化***，801种植土层，802浮动湿地填料层，803轻型蓄积装置，804植物框架，805浮动式湿地植物。

具体实施方式

以下结合实施例和附图，对本发明的技术和方法做进一步详细描述，以下实施例和附图用于说明本发明的构成，但不是用来限定本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明的基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，包括河道1和护岸2，所述河道1和护岸2之间设置为岸边3，岸边3上层为岸边土质层301，下层为岩石层302，岸边土质层301上设置为岸边绿地303。所述河道1设置有预处理***4和漂浮湿地净化***8，所述岸边3设置有阶梯式湿地净化***6和集水***7，所述阶梯式湿地净化***6和预处理***4之间通过布水***5连接，所述阶梯式湿地净化***6和漂浮湿地净化***8之间通过集水***7连接。所述预处理***4主要由混凝土构筑的小型沉淀池构成，所述沉淀池设置有进水口和出水口。所述布水***5主要由连接预处理***4和阶梯式湿地净化***6的管路构成。

所述阶梯式湿地净化***6主要由三个种植有不同植物的呈阶梯分布的潜流湿地构成，每个潜流湿地的上部均为土质层601，中部均为煤渣和绿沸石的混合填料层602，下部均为粘土层603，每个潜流湿地靠近护岸2侧的端面均设置有粘土层，粘土层可作为防渗层，主要目的是防止水流的下渗作用。三个潜流湿地的土质层601分别种植分别为芦苇604、香蒲605、千屈菜606，由于这些植物耐污染能力强、对污水中N、P等营养元素的综合吸收和富集能力强，主要目的是去除水体中的富营养元素。中部的煤渣和绿沸石的混合填料层602，主要是由于绿沸石和煤渣分别对氨氮和磷具有较强的吸附效果，除此以外，绿沸石和煤渣表面可以有效的附着一些微生物，主要目的是协同植物作用有效的去除水中的富营养元素。

所述集水***7由集水槽、进水管路和出水管路构成，所述集水槽通过进水管路与阶梯式湿地净化***6的末端潜流湿地连接，所述集水槽通过出水管路与漂浮湿地净化***8连接。经阶梯式湿地净化***6的水体经进水管路流入集水槽中，待水位达到出水高度限定值时，经出水管路流至漂浮湿地净化***8进一步净化，最后排回至河道1。

所述漂浮湿地净化***8包括由上至下依次设置的种植土层801、浮动湿地填料层802、轻型蓄积装置803、固定装置，所述种植土层801种植有浮动式湿地植物805，主要为慈姑，浮动式湿地植物805通过植物框架804进行固定。所述种植土层801主要是用于慈姑的生长和根系的生长和发育，以更大的植物总量获得更多的通过植物吸收同化作用根系吸附作用实现的污染物的去除量。所述浮动湿地填料层802，其材质为进口高分子材料纤维，具有表面积极大的孔隙结构，主要目的是在气水交界面区域为微生物的附着挂膜生长提供了空间，同时植物根系在标准化模块纤维孔隙中交织穿梭生长，根系分泌物中的小分子有机物易被微生物分解利用，更促进表层基质的生物膜生长，从而污水流经漂浮湿地根系区域时，污染物被基质纤维、植物根系、与微生物的共同作用下得到去除。经过阶梯式湿地净化***6处理后残留的悬浮物被基质和植物根系上附着的生物膜截留；有机污染物通过微生物的呼吸作用分解；氮磷等营养物质被植物吸收同化去除，同时也通过在好氧、缺氧环境中硝化、反硝化、聚磷等微生物过程去除。所述轻型蓄积装置803主要目的是将经过阶梯式湿地净化***6处理的出水经过漂浮湿地净化***8处理过后流入河道1中，延长水体在浮动湿地填料层802中的水力停留时间，防止未经过漂浮湿地净化***8再处理的水体直接进入河道1，造成水体二次污染。所述固定装置用于防止漂浮湿地净化***8移动，影响去除效果。

阶梯式湿地净化***6按照河道的大小尺寸进行修建，河道1中的水流通过管道流进预处理***4，主要目的是去除水中的较大的悬浮物质，可以防止堵塞煤渣和绿沸石的混合填料层602。经过预处理***4的处理后，水流通过布水***5的管路，通入到阶梯式湿地净化***6内部，在管路上每隔一定距离开设开口，保证水流能够均匀流进阶梯式湿地净化***6中，由高至低的流经三个潜流湿地。经过阶梯式湿地净化***6处理后的的水流入集水***7中，主要目的是延长水力停留时间，减缓水流速度；随着液位逐渐升高，达到出水高度限定值后沿出水管路流入漂浮湿地净化***8中。阶梯式湿地净化***6充分发挥了海绵城市的理念，将雨水优先“渗”透，多余的径流通过阶梯式湿地净化***“滞”留湿地中进行净化和利用，再多出的径流会引流至集水***7，集水***7的水可以通过漂浮湿地净化***“净”化后使“用”。保证海绵城市建设“渗、滞、蓄、净、用”各项措施的有效发挥。

漂浮湿地净化***8设置的主要目的是对经过阶梯式湿地净化***6的水进行再处理净化，进而有效的净化水质，最终排入河道1中，使得本发明可适用于降雨或者河流汛期。

实施例一：

布水***5中管路的管径为15-20cm，在湿地内部布水***5的管路长度和潜流湿地的宽相等，在管路上每隔5cm开设一个口径为10cm的圆口，每个潜流湿地的土质层厚度约为20cm左右，煤渣和绿沸石的混合填料层602厚度约为30-40cm，绿沸石和煤渣的填料配比为1:1，保证水流进入潜流湿地中，随地势降低流入集水***7，土质层601上植物的铺设间距为10cm/株。集水***7的进水管路和出水管路的管径均为15-20cm，出水高度限定值约为60-65cm，集水槽的出水口距离漂浮湿地净化***8的种植土层801高度约为120-150cm。在漂浮湿地净化***8中，种植土层801的厚度为10-15cm，浮动湿地填料层802为15-20cm，漂浮湿地填料层802采用进口高分子材料纤维，保证其具有较好的浮力，种植土层801的植物铺设间距为30cm/株，保证浮动式湿地植物805的正常生长。

以无锡市新吴区鸿山镇唐家里桥的河道为例，(1)河水由进水口进入预处理***4，对水中的悬浮物质进行初步的截留，并且有效减缓了水体的流速，保证了阶梯式湿地净化***6的净化作用；(2)水位到达一定高度时，通过布水***5的管路，由高至低依次均匀流入三个潜流湿地中，潜流湿地的底铺设黏土层603，防止水体的渗流作用，护岸2的地表水流通过径流和侧渗作用流入到阶梯式湿地净化***6中，在芦苇604、香蒲605、千屈菜606等水生植物以及煤渣和绿沸石的混合填料层602的协同作用下有效去除水体中N、P等富营养元素，其中绿沸石和煤渣的粒径为2-3cm，混合配比为1:1，绿沸石和煤渣表面附着微生物，主要目的是去除水体当中的磷并且将水中的的氨氮转化为硝酸盐类物质用于植物生长；(3)经过阶梯式湿地净化***6处理后，水体通过进水管路流入集水***7的集水槽中，减缓水流速度，使经过阶梯式湿地净化***6去除后水体中残留的悬浮物质继续沉降，以免造成高分子材料纤维堵塞；(4)当水位达到一定高度时，水流通过出水管路进入漂浮湿地净化***8中，漂浮湿地净化***8通过慈姑和由进口高分子材料纤维制成漂浮湿地填料层802的表面生物膜的协同作用，对于处理水体中残留的富营养元素进行有效去除，在高分子纤维材料会生长大量的反硝化细菌，将经过氨化和硝化处理的水体进行反硝化处理，使水体中的NO₃-N转变为氮气，达到除氮的目的；(5)处理后的水质通过轻型蓄积装置803流入到河水中，同样实现了水资源的循环利用。

本发明可以通过多次植物和填料层的协同作用，对于水体中的氮磷具有显著去除效果，该预处理***4和集水处***7增加了水力停留时间，保证各个处理之间进行充分的生物反应，该滨水湿地处理***在河道治理中将“渗、滞、蓄、净、用”等各项措施发挥和建设，并在氧化还原和微生物降解等方面取得显著效果。相比于原唐家里桥的水质情况，应用该滨水湿地渗滤***氮磷拦截去除率可以提高15％以上。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，包括河道(1)和护岸(2)，所述河道(1)和护岸(2)之间设置为岸边(3)，其特征在于，所述河道(1)设置有预处理***(4)和漂浮湿地净化***(8)，所述岸边(3)设置有阶梯式湿地净化***(6)和集水***(7)，所述阶梯式湿地净化***(6)和预处理***(4)之间通过布水***(5)连接，所述阶梯式湿地净化***(6)和漂浮湿地净化***(8)之间通过集水***(7)连接；

所述阶梯式湿地净化***(6)由三个种植有不同植物的呈阶梯分布的潜流湿地构成，每个潜流湿地均由由上至下依次设置的土质层(601)、煤渣和绿沸石的混合填料层(602)、粘土层(603)构成；

所述漂浮湿地净化***(8)包括由上至下依次设置的种植土层(801)、浮动湿地填料层(802)、轻型蓄积装置(803)、固定装置，所述种植土层(801)种植有浮动式湿地植物(805)，且浮动式湿地植物(805)通过植物框架(804)进行固定。

2.根据权利要求1所述的基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，其特征在于，所述预处理***(4)由混凝土构筑的沉淀池构成，所述沉淀池设置有进水口和出水口。

3.根据权利要求1所述的基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，其特征在于，所述布水***(5)由连接预处理***(4)和阶梯式湿地净化***(5)的管路构成。

4.根据权利要求1所述的基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，其特征在于，所述阶梯式湿地净化***(6)的每个潜流湿地的靠近护岸侧的端面均设置有粘土层，所述阶梯式湿地净化***(6)的三个潜流湿地种植的植物分别为芦苇(604)、香蒲(605)、千屈菜(606)。

5.根据权利要求1所述的基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，其特征在于，所述集水***(7)由集水槽、进水管路和出水管路构成，所述集水槽通过进水管路与阶梯式湿地净化***(6)的末端潜流湿地连接，所述集水槽通过出水管路与漂浮湿地净化***(8)连接。

6.根据权利要求1所述的基于海绵城市的阶梯式河道滨水湿地渗滤***，其特征在于，所述漂浮湿地净化***(8)的浮动式湿地植物(805)主要为慈姑，所述漂浮湿地净化***(8)的浮动湿地填料层(802)的材质为进口高分子材料纤维，具有孔隙结构。