CN111453852B - 一种城市径流雨水湿地智能调控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市径流雨水湿地智能调控***及方法，本发明所涉及的进水为河道周边汇水区域内地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水；智能调控***包括截流单元、湿地单元、进水判断单元、出水判断单元以及调节单元。截流单元用于截流进水；湿地单元对进水进行深度处理；进水判断单元和出水判断单元用于为湿地单元的进出水提供判断依据；调节单元用于对湿地单元在不同来水水质、水量，不同出水水质、水量条件下的调控配合；本发明提供一种对地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水进行处理的雨水湿地智能调控***，可对不同进出水水质、水量进行智能调配，所形成的方法使***具有更高的使用效率，适用于城市、农村、城乡交界处河道周边。

Description

一种城市径流雨水湿地智能调控***及方法

技术领域

本发明涉及人工湿地技术领域，尤其涉及一种城市径流雨水湿地智能调控***及方法。

背景技术

城市化的迅速发展,使城市不透水区域的面积所占比例越来越重,导致雨天特别是暴雨的强降水天气情况，大量的径流通过管道进入市政污水厂和城市河道，造成雨水收纳压力大，若不能及时处理，容易引起内涝。

在降雨过程中，雨水还携带了大量的污染物，如溶解空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体，冲刷屋面、沥青混凝土道路等带来的污染物；其污染物甚至超出普通城市污水的污染程度。如果不做处理随地表径流直接进入城市河道，给水环境造成了一定程度的污染。特别是降雨初期(15分钟内)所形成的地表径流，包含了本次降雨的大部分污染物，如果能分离出来，重点处理，不仅能减轻后期降雨水体的处理负担，还能有效地保护收纳水体。

现有的专利技术，在城市降雨径流处理方面，针对污染水体水质提升的较多，以去除水体中污染物为主要研究对象；在用湿地处理城市降雨径流方面，以研究不同湿地设施为主，如表面流湿地、垂直潜流湿地的升级改造；在湿地的水路控制方面，主要针对湿地排水***进行优化。本发明专利，与现有技术的不同之处为，它是针对不同的降雨情况，特别是强降雨天气的一种城市径流雨水湿地智能调控***和方法。本专利采用科学的管理措施对径流污染进行有效的管理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城市径流雨水湿地智能调控***及方法，以实现对进水和出水的检测判断，并通过***进行智能调配。

为了实现上述发明目的之一，本发明提供一种城市径流雨水湿地智能调控***，包括截流单元、湿地单元、进水判断单元以及出水判断单元、调节单元；

截流单元设置于***最前端，用于收集河道周边汇水区域内地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水作为进水，并输送至湿地单元内；

湿地单元包括垂直流湿地、曝气垂直流湿地以及生态塘，所述的垂直流湿地与曝气垂直流湿地并联后与生态塘串联，对进水进行处理；

所述的调节单元包括出水回流组件和超越组件，保障湿地单元的出水、回流及超越的水流路线；所述的进水判断单元根据截流单元的水质、水量决定输送至垂直流湿地与曝气垂直流湿地中的一个或两个；所述的出水判断单元根据生态塘的出水水质决定，通过出水回流组件实现排水或者回流至进水判断单元重新判断。

进一步的，所述的截流单元由若干截流井并联而成，在每一个所述的截流井内均设置第一水泵。

进一步的，在所述的垂直流湿地的进水端设置第一电动阀门，在所述的曝气垂直流湿地的进水端设置第二电动阀门。

进一步的，所述的进水判断单元与出水判断单元结构一致均包括流量检测设备与水质检测设备，且流量检测设备与水质检测设备为串联结构，所述的流量检测设备为电磁流量计，所述的水质检测设备为光谱探头。

进一步的，所述出水回流组件包括设置于生态塘出口的第二水泵、第三电动阀门、回流管、第四电动阀门，所述的回流管的起点位于第二水泵与第三电动阀门之间，终点位于截流单元与进水判断单元之间，用于回流未达标的生态塘出水。

进一步的，所述超越组件包括超越管、第五电动阀门，所述的超越管的起点位于进水判断单元与湿地单元之间，终点位于并联的垂直流湿地和曝气垂直流湿地后端并在生态塘的前端，用于分流超出设计负荷的进水。

本发明还提供一种城市径流雨水湿地智能调控***的调控方法，该调控方法的步骤为，

S1、截流单元收集河道周边汇水区域内地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水，并通过截流单元送至进水判断单元；

S2、进水判断单元对进水的水量进行判断，当累计来水水量＜第一水量设定阈值时，判定为小水量模式，进入步骤S3；当累计来水水量≥第一水量设定阈值且＜第二水量设定阈值时，判定为大水量模式，进入步骤S4；当累计来水水量≥第二水量设定阈值时，判定为超大水量模式，进入步骤S6；

S3、进水判断单元对进水的COD与NH₄-N进行判断，当COD＜进水COD设定阈值且NH₄-N＜进水NH₄-N设定阈值时，来水通过垂直流湿地处理后进入生态塘；当COD≥进水COD设定阈值或者NH₄-N≥进水NH₄-N设定阈值时，来水通过曝气垂直流湿地处理后进入生态塘，进入步骤S5；

S4、进水直接进入曝气垂直流湿地进行处理，当曝气垂直流湿地达到最大处理水量后，停止向曝气垂直流湿地进水，后续来水进入垂直流湿地进行处理，当垂直流湿地达到最大处理水量后，停止向垂直流湿地进水，生态塘出水进入步骤S5；

S5、生态塘的出水进入出水判断单元，出水判断单元对生态塘出水的COD与NH₄-N进行判断，当COD＜排水COD设定阈值且NH₄-N＜排水NH₄-N设定阈值时，直接自流排出；当COD≥排水COD设定阈值或者NH₄-N≥排水NH₄-N设定阈值时，通过出水回流组件回流至进水判断单元前端重新进水；

S6、进水经过进水判断单元后，通过超越组件直接进入生态塘，生态塘出水通过出水判断单元时不做判断，直接进行快速排水。

进一步的，所述的第一水量设定阈值为该***汇水区雨水截流量的10％；所述的第二水量设定阈值为曝气垂直流湿地的3天最大设计水量与垂直流湿地的3天最大设计水量的总和；所述的进水COD设定阈值为50mg/L，所述的排水COD设定阈值为30mg/L，所述的进水NH₄-N设定阈值为5mg/L，所述的排水NH₄-N设定阈值为1.5mg/L。

进一步的，该***配套安装小型雨量计用于监测降雨事件，当监测到降雨事件发生，以一次降雨事件发生至结束为一次降雨循环周期，在一次降雨事件结束时，流量检测设备的累计来水水量值归零；当未监测到降雨事件，以日为循环单位作为晴天循环周期，在一次晴天循环周期结束时，流量检测设备的累计来水水量值归零。

进一步的，在所述的截流单元内设置保护低液位及启动液位，当截流单元内水位超过启动液位时，截流单元向***进水,当截流单元内水位降低至保护低液位时，截流单元停止进水。

本发明的有益效果：解决了在降雨期间，大量的径流通过管道进入市政污水厂和城市河道，造成雨水收纳压力大，引起的内涝问题；对降雨初期和未降雨天气有可能出现的混流污水进行集中处理，对降雨中后期进行分散处理；可以对进水和出水进行检测判断，并通过***进行智能调配，***使用效率更高、维护更方便，而且降低了成本。

附图说明

图1是本发明的城市径流雨水湿地智能调控***的结构示意图；

图中：1、截流单元；11、截流井；12、第一水泵；2、进水判断单元；21、流量检测设备、22、水质检测设备；3、湿地单元；31、第一电动阀门；32、第二电动阀门；33、垂直流湿地、34、曝气垂直流湿地、35、生态塘；；4、出水判断单元；5、第二水泵；6、第三电动阀门；7、回流管；71、第四电动阀门；8、超越管；81、第五电动阀门。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。

如图1所示一种城市径流雨水湿地智能调控***，包括截流单元1、湿地单元3、进水判断单元2、出水判断单元4以及调节单元。

截流单元1可以由若干截流井11并联组合而成，用于收集河道周边汇水区域内地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水作为进水；每个截流井11内均设置一台第一水泵12，通过控制第一水泵12的开启或关闭实现水流输送；若考虑来水的范围比较大的地区，若干截流井11也可同时采用串联和串并联的组合；在本方案中，截流单元1由若干截流井11并联而成。

湿地单元3包括垂直流湿地33、曝气垂直流湿地34以及生态塘35，所述的垂直流湿地33与曝气垂直流湿地34并联后与生态塘35串联，对截流单元1收集到的进水进行处理。

进水判断单元2设置于截流单元1与湿地单元3之间，用于对来水的水量与水质进行判断控制，包括一个流量检测设备21以及一个水质检测设备22，流量检测设备21与水质检测设备22为串联结构，流量检测设备21通常采用电磁流量计检测进水的水量大小，水质检测设备22通常采用光谱探头检测来水的水质状态，流量检测设备21与水质检测设备22将检测到的水量信号及水质信号进行判断控制；流量检测设备21和水质检测设备22，可根据不同项目的需求选择不同的监测设备，本方案中，流量检测设备21主要记录累加水量，水质检测设备22主要检测指标为COD与NH₄-N。

出水判断单元4设置于湿地单元3与出水回流组件之间，用于对生态塘35处理后的出水水质判断，进行出水或回流进行判断控制；出水判断单元4与进水判断单元2结构相同。调节单元包括出水回流组件和超越组件，保障湿地单元3的出水、回流及超越的水流路线；所述的进水判断单元2根据截流单元1的水质、水量决定输送至垂直流湿地33与曝气垂直流湿地34中的一个或两个；所述的出水判断单元4根据生态塘35的出水水质决定，通过出水回流组件实现排水或者回流至进水判断单元2重新判断。

所述的出水回流组件位于生态塘35的后端，由第二水泵5、第三电动阀门6、回流管7、第四电动阀门71组成，所述的回流管7的起点位于第二水泵5与第三电动阀门6之间，终点位于截流单元1与进水判断单元2之间，用于回流未达标的生态塘35出水。所述的超越组件，起点位于进水判断单元2与湿地单元3之间，终点位于并联的垂直流湿地33和曝气垂直流湿地34后端并在生态塘35的前端，由超越管8、第五电动阀门81组成，用于分流超出设计负荷的进水。更具体地，当来水水量过大且超过垂直流湿地33和曝气垂直流湿地34的最大处理水量总和时，来水通过超越管8直接进入生态塘35内，减少垂直流湿地34与曝气垂直流湿地34的负荷；基于上述结构为了方便控制，在垂直流湿地33的进水端处设置第一电动阀门31，在曝气垂直流湿地34的进水端处设置第二电动阀门32，在超越管8上设置第五电动阀门81。

基于上述***，对该城市径流雨水湿地智能调控***设计一调控方法，在进入该调控方法之前，需要根据各个城市河道周边汇水区域面积、降水量、径流系数的状况来计算汇水区雨水截流量Q(即：Q＝汇水区域面积*降雨量*径流系数)；此处降水量取值建议为20mm，但根据不同的区域的降雨情况，不限于20mm。本专利所涉及的处理量Q单位为m³。本专利涉及专有名词“3天最大设计水量”，特别指出，本专利的湿地单元3用于河道周边汇水区域内地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水，降雨期间雨水瞬时水量大，按照多天最大水量和年最大水量设计，本方案中，使用3天最大设计水量为单个湿地平均设计水量3天累加值的130％。

实施例

在该实施例中，针对具体实施项目时，Q也可根据当地暴雨强度计算公式等其它计算方式，得到某个固定值。

第一水量设定阈值为该汇水区雨水截流量Q的10％，即10％Q；第二水量设定阈值为垂直流湿地33的3天最大设计水量与曝气垂直流湿地34的3天最大设计水量的总和，即130％Q；垂直流湿地33的3天最大设计水量为垂直流湿地33平均设计水量3天累加的130％，曝气垂直流湿地34的3天最大设计水量为曝气垂直流湿地34平均设计水量3天累加的130％；进水COD设定阈值为50mg/L；排水COD设定阈值为30mg/L；进水NH₄-N设定阈值为5mg/L；排水NH₄-N设定阈值为1.5mg/L。

S1、截流单元1的截流井11收集河道周边汇水区域内地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水，接收到处理信号后，第一水泵12将来水送至进水判断单元2内。第一水泵12通常为常开状态，当达到启动液位时自动开启，当到达保护低液位时自动停泵。当垂直流湿地33和曝气垂直流湿地34需要休床时，可分别关闭第一电动阀门31、第二电动阀门32实现。

S2、进水判断单元2内的电磁流量计21对累计来水的水量进行判断，此时计算累计来水水量Q1，当Q1＜10％Q时，判定为小水量模式，进入步骤S3对水质进行判断；当10％Q≤Q1＜130％Q时，判定为大水量模式，进入步骤S4进行相应处理；当Q1≥130％Q时，判定为超大水量模式，进入步骤S6进行相应处理。

S3、当为小水量模式时，表示处理降雨初期的地表径流或未降雨天气有可能出现的混流污水，进水判断单元2内的光谱探头22对来水的COD与NH₄-N进行判断，当COD＜50mg/L且NH₄-N＜5mg/L时，湿地单元3内的第一电动阀门31打开且第二电动阀门32保持关闭状态，此时来水进入垂直流湿地33进行处理，处理后进入生态塘35；当COD≥50mg/L或者NH₄-N≥5mg/L时，湿地单元3内第二电动阀门32打开且第一电动阀门31保持关闭，此时进水进入曝气垂直流湿地34进行处理，处理后进入生态塘35，在生态塘35内对来水继续处理，之后进入步骤S5。

S4、当为大水量模式时，表示降雨中后期，湿地单元3内的第二电动阀门32打开且第一电动阀门31保持关闭，使得来水首先进入曝气垂直流湿地34进行处理，通过电磁流量计21记录进水水量，当曝气垂直流湿地34达到最大处理水量后，湿地单元3内的第一电动阀门31打开且第二电动阀门32关闭，使得后续来水不再进入曝气垂直流湿地34，直接进入垂直流生态湿地33，当垂直流生态湿地33达到最大处理水量后，第一电动阀门3也关闭；曝气垂直流湿地34、垂直流生态湿地33的出水均进入生态塘35，生态塘35对来水继续处理，之后进入步骤S5。

S5、生态塘35的出水进入排水判断单元4，排水判断单元4对生态塘35出水的COD与NH₄-N进行判断，当COD＜30mg/L且NH₄-N＜1.5mg/L时，通过第二水泵5、第三电动阀门6直接自流排出或者对出水进行其他方面的利用；当COD≥30mg/L或者NH₄-N≥1.5mg/L时，通过出水回流组件的回流管7、第四电动阀门71回流至进水判断单元2前端重新进水。

S6、当超大水量模式时，表示强降雨后期，来水水质较好，此时垂直流湿地33、曝气垂直流湿地34以及生态塘35均已处于高负荷状态，为防止内涝的发生，需要湿地单元2将进水快速排出；因此，进水经过进水判断单元2时，只通过进水判断单元2的电磁流量计21进行水量累计，不做水质判断，通过超越组件的超越管8、第五电动阀门81直接进入生态塘35，生态塘35此时的主要功能为调蓄水量，超出调蓄水量部分通过出水判断单元4时不再对水质进行检测，只通过出水判断单元4的电磁流量计21记录水量，直接通过排水组件5、第三电动阀门6进行快速排水。

在整套***启动初始状态下，由于进水判断单元2内的电磁流量计21及光谱探头22需要给予启动反应时间，故开始时进水默认直接进入曝气垂直流湿地34处理，待电磁流量计21及光谱探头22监测数据稳定后，再进入判断模式。

该***配套安装的小型雨量计监测降雨事件是否发生，上述步骤S2中判断模式主要分为两种，为雨天模式以及晴天模式。

第一种雨天模式，当监测到降雨事件发生，以一次降雨事件发生至结束为一次降雨循环周期，在一次降雨事件结束时，流量检测设备21的累计来水水量值归零。

第二种为晴天模式，在该模式下以日为循环单位作为晴天循环周期，在一次晴天循环周期结束时，流量检测设备21的累计来水水量值归零，在下一次晴天循环周期开始时重新累计来水水量；在晴天模式下，会有水量特别少的情况出现，在这种情况下，在截流井11内设置保护低液位及启动液位，保护低液位的值一般为第一水泵12的保护低液位值相同，按照汇水区计算的地表径流处理量设置启动液位，当截流井11内水位超过启动液位时，第一水泵12开启向湿地供应污水,当截流井11内水位降低至保护低液位时，第一水泵12停止工作。

后续根据具体的情况选择进入晴天模式或雨天模式。

综上，通过上述***及控制方式，可以适用于针对不同地区的实施项目，通过本***进行智能调配，***使用效率更高、维护更方便，使用成本更低，适用于城市、农村、城乡交界处河道周边。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种城市径流雨水湿地智能调控***的调控方法，其特征在于，所述城市径流雨水湿地智能调控***，包括截流单元（1）、湿地单元（3）、进水判断单元（2）以及出水判断单元（4）、调节单元；

截流单元（1）设置于***最前端，用于收集河道周边汇水区域内地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水作为进水，并输送至湿地单元（3）内；

湿地单元（3）包括垂直流湿地（33）、曝气垂直流湿地（34）以及生态塘（35），所述的垂直流湿地（33）与曝气垂直流湿地（34）并联后与生态塘（35）串联，对进水进行处理；

进水判断单元（2）设置于截流单元（1）与湿地单元（3）之间，用于对进水的水质、水量进行判断；出水判断单元（4），设置于湿地单元（3）与出水回流组件之间，用于对生态塘（35）的出水水质进行判断；

所述的调节单元包括出水回流组件和超越组件，保障湿地单元（3）的出水、回流及超越的水流路线；所述的进水判断单元（2）根据截流单元（1）的水质、水量决定输送至垂直流湿地（33）与曝气垂直流湿地（34）中的一个或两个；所述的出水判断单元（4）根据生态塘（35）的出水水质决定，通过出水回流组件实现排水或者回流至进水判断单元（2）重新判断；

该调控方法的步骤为，

S1、截流单元（1）收集河道周边汇水区域内地表径流和未降雨天气有可能出现的混流污水，并通过截流单元（1）送至进水判断单元（2）；

S2、进水判断单元（2）对进水的水量进行判断，当累计来水水量＜第一水量设定阈值时，判定为小水量模式，进入步骤S3；当累计来水水量≥第一水量设定阈值且＜第二水量设定阈值时，判定为大水量模式，进入步骤S4；当累计来水水量≥第二水量设定阈值时，判定为超大水量模式，进入步骤S6；所述的第一水量设定阈值为该***汇水区雨水截流量的10%；所述的第二水量设定阈值为曝气垂直流湿地（34）的3天最大设计水量与垂直流湿地（33）的3天最大设计水量的总和；

S3、进水判断单元（2）对进水的COD与NH₄-N进行判断，当COD＜进水COD设定阈值且NH₄-N＜进水NH₄-N设定阈值时，来水通过垂直流湿地（33）处理后进入生态塘（35）；当COD≥进水COD设定阈值或者NH₄-N≥进水NH₄-N设定阈值时，来水通过曝气垂直流湿地（34）处理后进入生态塘（35），进入步骤S5，所述的进水COD设定阈值为50mg/L，所述的进水NH₄-N设定阈值为5mg/L；

S4、进水直接进入曝气垂直流湿地（34）进行处理，当曝气垂直流湿地（34）达到最大处理水量后，停止向曝气垂直流湿地（34）进水，后续来水进入垂直流湿地（33）进行处理，当垂直流湿地（33）达到最大处理水量后，停止向垂直流湿地（33）进水，生态塘（35）出水进入步骤S5；

S5、生态塘的出水进入出水判断单元（4），出水判断单元（4）对生态塘（35）出水的COD与NH₄-N进行判断，当COD＜排水COD设定阈值且NH₄-N＜排水NH₄-N设定阈值时，直接自流排出；当COD≥排水COD设定阈值或者NH₄-N≥排水NH₄-N设定阈值时，通过出水回流组件回流至进水判断单元（2）前端重新进水，所述的排水COD设定阈值为30mg/L，所述的排水NH₄-N设定阈值为1.5mg/L；

S6、进水经过进水判断单元（2）后，通过超越组件直接进入生态塘（35），生态塘出水通过出水判断单元（4）时不做判断，直接进行快速排水。

2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，该***配套安装小型雨量计用于监测降雨事件，当监测到降雨事件发生，以一次降雨事件发生至结束为一次降雨循环周期，在一次降雨事件结束时，流量检测设备（21）的累计来水水量值归零；当未监测到降雨事件，以日为循环单位作为晴天循环周期，在一次晴天循环周期结束时，流量检测设备（21）的累计来水水量值归零。

3.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，在所述的截流单元（1）内设置保护低液位及启动液位，当截流单元（1）内水位超过启动液位时，截流单元（1）向***进水,当截流单元（1）内水位降低至保护低液位时，截流单元（1）停止进水。

4.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述的截流单元（1）由若干截流井（11）并联而成，在每一个所述的截流井（11）内均设置第一水泵（12）。

5.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，在所述的垂直流湿地（33）的进水端设置第一电动阀门（31），在所述的曝气垂直流湿地（34）的进水端设置第二电动阀门（32）。

6.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述的进水判断单元（2）与出水判断单元（4）结构一致均包括流量检测设备（21）与水质检测设备（22），且流量检测设备（21）与水质检测设备（22）为串联结构，所述的流量检测设备（21）为电磁流量计，所述的水质检测设备（22）为光谱探头。

7.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述出水回流组件包括设置于生态塘出口的第二水泵（5）、第三电动阀门（6）、回流管（7）、第四电动阀门（71），所述的回流管（7）的起点位于第二水泵（5）与第三电动阀门（6）之间，终点位于截流单元（1）与进水判断单元（2）之间，用于回流未达标的生态塘（35）出水。

8.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述超越组件包括超越管（8）、第五电动阀门（81），所述的超越管（8）的起点位于进水判断单元（2）与湿地单元（3）之间，终点位于并联的垂直流湿地（33）和曝气垂直流湿地（34）后端并在生态塘（35）的前端，用于分流超出设计负荷的进水。

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