一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，在城市的綠化帶中構(gòu)建生態(tài)濾溝，在生態(tài)濾溝前接布水槽和消能板；所述的生態(tài)濾溝從下到上依次為礫石層、陶粒層、沸石層、石英砂層和土壤層，并在土壤層栽植灌木和草本。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用土壤、大粒徑石英砂、中粒徑沸石、小粒徑陶粒、大顆粒礫石這樣的配置方式，既能保證植物的良好生長，又能有效地截留地表徑流污染物，同時生態(tài)濾溝上采用灌草搭配種植，草皮覆蓋土壤層的形式，這些植被根系發(fā)達(dá)、對氮、磷吸收作用好，且對城市景觀具有美化作用，可產(chǎn)生良好的景觀效益。本發(fā)明通過構(gòu)建生態(tài)濾溝來消減城市徑流污染，具有操作簡便、成本低、易管理等優(yōu)點。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，以實現(xiàn)徑流洪峰削減， 徑流污染物的有效攔截和去除。屬于生態(tài)工程【技術(shù)領(lǐng)域】。 一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法

【背景技術(shù)】
[0002] 城市化過程不斷加速，建筑物密度增加和硬化道路的比例提高，改變了原有自然 生態(tài)環(huán)境條件下的徑流產(chǎn)生和匯集規(guī)律，地表徑流系數(shù)降低，洪峰到來時間更短，洪峰流量 更大。同時徑流中的懸浮固體（TSS)、總氮（TN)、總磷（TP)、化學(xué)需氧量（C0D)、微生物以及 重金屬等，通過城市雨洪排水系統(tǒng)進入受納水體，造成水體富營養(yǎng)化，威脅了水生態(tài)系統(tǒng)安 全。在我國太湖、滇池、巢湖等重點流域，城市面源污染已成為湖泊水質(zhì)惡化的原因之一。
[0003] 目前，面源污染控制主要包括三個環(huán)節(jié)：源控制、遷移過程控制、匯控制。這三個環(huán) 節(jié)中，源控制技術(shù)主要包括地表綠化促滲和控污技術(shù)、透水路面技術(shù)等；遷移控制技術(shù)主要 包括亞表層滲濾技術(shù)、人工濕地凈化技術(shù)等；匯控制主要包括岸邊凈化的生態(tài)混凝土技術(shù)、 控污型岸邊帶系統(tǒng)等。生態(tài)濾溝技術(shù)在生態(tài)系統(tǒng)既可以應(yīng)用在源頭，也可以應(yīng)用在污染物 傳輸途徑和就地處理系統(tǒng)，在許多發(fā)達(dá)國家，它被廣泛應(yīng)用于處理城市徑流污染。
[0004] 生態(tài)濾溝是在小塊凹地上回填土壤和高滲透性介質(zhì)，填充的介質(zhì)應(yīng)使系統(tǒng)的入滲 性良好，并支持植物生長。地表徑流以較低流速經(jīng)生態(tài)濾溝持留，延遲和削減洪峰流量降低 出流體積、同時提高下滲水量，能夠有效消解因不透水路面引發(fā)的強地表徑流。通過過濾、 吸附以及生物等作用，城市徑流中的多數(shù)懸浮顆粒污染物和部分溶解態(tài)污染物有效去除。
[0005] 填料在生態(tài)濾溝中有著十分重要的作用。不僅能夠保證生態(tài)濾溝良好的水力性 能，同時也能夠截留污染物，為微生物的生長提供營養(yǎng)環(huán)境。
[0006] 中國專利CN102992486A公布了一種用于阻滯凈化入河徑流污染物的小型生態(tài)廊 道，由阻截與收集系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)組成；阻截與收集系統(tǒng)由阻截與收集廊道框架（1)及阻 截與收集填充基質(zhì)（2)組成；凈化系統(tǒng)由凈化基質(zhì)（3)和凈化植物（4)組成。
[0007] 中國專利CN103351081A公布了一種凈化農(nóng)田徑流污染的生態(tài)濾岸的構(gòu)建方法， 該方法是在農(nóng)田和河道之間選擇離河道15?20米距離的區(qū)域構(gòu)建一種新型濾岸，即在選 定的區(qū)域上種植根系發(fā)達(dá)、生長量大、對氮、磷吸收作用好的草本和灌木；同時在選定區(qū)域 前端開設(shè)布水溝和布水槽，在選定區(qū)域后端修建滲濾池，滲濾池底部布設(shè)集水管。該發(fā)明可 將農(nóng)田徑流水先經(jīng)農(nóng)田排水溝和其它自然形成的排水溝引到布水溝和布水槽中，經(jīng)濾岸上 的草本和灌木植物吸附、攔截、吸收后通過滲濾池中不同填料多層滲濾凈化后排至河道。
[0008] 上述兩篇專利對徑流污染均具有一定的凈化效果，但是對徑流污染物的有效攔截 和去除方面均效果一般，且對于城市徑流污染的處理效果較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的就是為了克服城市徑流污染的問題，而提供一種削減城市徑流污染 的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法。
[0010] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0011] 一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，在城市的學(xué)校、居民區(qū)、停車場和公 路附近綠化帶中構(gòu)建生態(tài)濾溝，在生態(tài)濾溝前接布水槽和消能板；所述的生態(tài)濾溝從下到 上依次為礫石層、陶粒層、沸石層、石英砂層和土壤層，并在土壤層栽植灌木和草本。
[0012] 所述的生態(tài)濾溝的總深度為85?135cm，礫石層厚度為5-15cm，陶粒層厚度為 20-30cm，沸石層厚度為20-30cm，石英砂層厚度為20-30cm，土壤層厚度為20-30cm。
[0013] 所述的礫石層中礫石的粒徑為3-12_，所述的陶粒層中陶瓷的粒徑為2-5_，所 述的沸石層中沸石的粒徑為5-10_，所述的石英砂層中石英砂的粒徑為9-12_。
[0014] 土壤層中栽植的灌木包括石楠或木槿，土壤層中栽植的草本包括菖蒲、香蒲或鳶 尾，灌木的種植密度為2?3株/m2,草本的種植密度為20?60株/m2。
[0015] 所述的土壤層表面覆蓋有馬尼拉草。
[0016] 所述的生態(tài)濾溝設(shè)有出水口，該出水口距離礫石層底面的高度為10?30cm。
[0017] 所述的布水槽在土壤層的上方，在布水槽和土壤層之間通過消能板過渡連接。
[0018] 所述的消能板為傾斜放置的平板。
[0019] 本發(fā)明中，生態(tài)濾溝土壤層可有效截留顆粒態(tài)污染物，為微生物的生長提供養(yǎng)分， 并支持植物生長。水生植物的根系可以為微生物的生長提供適當(dāng)?shù)难?，并對水體中磷酸鹽 和硝酸鹽具有較好的吸收作用。填料改善了生態(tài)濾溝系統(tǒng)的入滲性，其孔隙也為微生物的 生長提供了介質(zhì)。
[0020] 本發(fā)明采用土壤-大粒徑石英砂-中粒徑沸石-小粒徑陶粒-大顆粒礫石這樣的 配置方式，既能保證植物的良好生長，又能有效地截留地表徑流污染物，大粒徑石英砂在土 壤下層，能夠避免堵塞的發(fā)生。沸石具有孔隙度高、比表面積大等特性，因而具有吸附、離子 交換等優(yōu)異性能。沸石常用來吸附去除NH/-N及重金屬。陶粒結(jié)構(gòu)疏松，孔隙度高，能截留 no3-n，為反硝化提供足夠的水力停留時間。礫石層起到均勻布水的作用。
[0021] 植被的存在是生態(tài)濾溝的特點所在。植物通過自身吸收、輸送溶解氧、為微生物提 供棲息地、疏松土壤、滯緩徑流、調(diào)節(jié)微氣候等功能來實現(xiàn)其在生態(tài)濾溝中的作用。然而不 同植物的污染物去除效果差異很大。不同植物具有相異的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理機能，對污染的 吸收不同，同時也導(dǎo)致對土壤物化作用及微生物群落影響的不同。生態(tài)濾溝上采用灌草搭 配種植，草皮覆蓋土壤層的形式，對城市景觀具有美化作用，可產(chǎn)生良好的景觀效益。本發(fā) 明具有操作簡便、成本低、易管理等優(yōu)點。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：
[0023] (1) 土壤層能保證較低的滲透速率，同時能為植物根區(qū)微生物固定營養(yǎng)物質(zhì)植物 創(chuàng)造時間。
[0024] (2)生態(tài)濾溝中的填料不僅能夠保證系統(tǒng)良好的水力性能，同時也能夠截留污染 物，為微生物的生長提供營養(yǎng)環(huán)境。
[0025] (3)本發(fā)明采用土壤-大粒徑石英砂-中粒徑沸石-小粒徑陶粒-大顆粒礫石這 樣的配置方式，既能保證植物的良好生長，又能有效地截留地表徑流污染物。
[0026] (4)生態(tài)濾溝上采用灌草搭配種植，草皮覆蓋土壤層的形式，這些植被根系發(fā)達(dá)、 對氮、磷吸收作用好，且對城市景觀具有美化作用，可產(chǎn)生良好的景觀效益。
[0027] (5)本發(fā)明切斷城市不透水性區(qū)域的連接性，降低徑流的集中性、延長徑流路徑， 增加匯流時間，有效削減徑流污染負(fù)荷。
[0028] (6)本發(fā)明通過過濾、吸附、植物吸收和生物降解等作用，對模擬徑流雨水中TSS、 COD、TN、TP 的去除率分別達(dá)到 80-90%、50-70%、40-60%和 70-90%。
[0029] (7)本發(fā)明通過構(gòu)建生態(tài)濾溝來消減城市徑流污染，具有操作簡便、成本低、易管 理等優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明中削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2為實施例中生態(tài)濾溝系統(tǒng)中TSS的濃度變化圖；
[0032] 圖3為實施例中生態(tài)濾溝系統(tǒng)中C0D的濃度變化圖；
[0033] 圖4為實施例中生態(tài)濾溝系統(tǒng)中TN的濃度變化圖；
[0034] 圖5為實施例中生態(tài)濾溝系統(tǒng)中TP的濃度變化圖。

【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0036] 實施例
[0037] -種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，在城市的綠化帶中構(gòu)建生態(tài)濾溝。 如圖1所示，生態(tài)濾溝從下到上依次為礫石層1、陶粒層2、沸石層3、石英砂層4和土壤層 5,并在土壤層5栽植灌木和草本7。土壤層5表面覆蓋有馬尼拉草6。布水槽8在土壤層5 的上方，在布水槽8和土壤層5之間通過消能板10過渡連接，布水槽8長度方向垂直于徑 流9的流向。消能板10為傾斜放置的平板。生態(tài)濾溝設(shè)有出水口 11，該出水口 11距離礫 石層1底面的高度為10?30cm。
[0038] 土壤層5中栽植的灌木包括石楠或木槿，土壤層中栽植的草本包括菖蒲、香蒲或 鳶尾，灌木的種植密度為2?3株/m 2,草本的種植密度為20?60株/m2。
[0039] 生態(tài)濾溝的總深度為85?135cm，礫石層1厚度為5-15cm，陶粒層2厚度為 20_30cm，沸石層3厚度為20_30cm，石英砂層4厚度為20_30cm，土壤層5厚度為20_30cm。 礫石層1中礫石的粒徑為3-12mm，陶粒層2中陶瓷的粒徑為2-5mm，沸石層3中沸石的粒徑 為5-10mm，石英砂層4中石英砂的粒徑為9-12mm。
[0040] 間歇性向三個由有機玻璃制成的生態(tài)濾溝小試裝置注入徑流雨水。在不同的停留 時間（ld、3d、5d、7d)下，測定出水TSS、COD、TN和TP指標(biāo)。研究在"雨-晴-雨"的變化 中，生態(tài)濾溝對持留的徑流雨水的處理效果以及不同的停留時間對系統(tǒng)出水水質(zhì)的影響。
[0041] 水中TSS、COD、TN和TP指標(biāo)結(jié)果如圖2?圖4所示，結(jié)果表明，本實施例中生態(tài) 濾溝的滲透系數(shù)為l〇6m/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未種植植物的空白組?？瞻捉M的滲透系數(shù)由土壤層決 定，接近于亞粘土的滲透系數(shù)〇. 〇5m/d。對模擬徑流雨水中TSS、COD、TN、TP的去除率分別 達(dá)到 80-90%、50-70%、40-60%和 70-90%。
[〇〇42] 上述的對實施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。 熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般 原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng) 域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，其特征在于，在城市的綠化帶中構(gòu)建 生態(tài)濾溝，在生態(tài)濾溝前接布水槽和消能板； 所述的生態(tài)濾溝從下到上依次為礫石層、陶粒層、沸石層、石英砂層和土壤層，并在土 壤層栽植灌木和草本。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，其特征在于， 所述的生態(tài)濾溝的總深度為85?135cm，礫石層厚度為5-15cm，陶粒層厚度為20-30cm，沸 石層厚度為20-30cm，石英砂層厚度為20-30cm，土壤層厚度為20-30cm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，其特征在于， 所述的礫石層中礫石的粒徑為3-12_，所述的陶粒層中陶瓷的粒徑為2-5_，所述的沸石 層中沸石的粒徑為5-10mm，所述的石英砂層中石英砂的粒徑為9-12mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，其特征在于， 土壤層中栽植的灌木包括石楠或木槿，土壤層中栽植的草本包括菖蒲、香蒲或鳶尾，灌木的 種植密度為2?3株/m 2,草本的種植密度為20?60株/m2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，其特征在 于，所述的土壤層表面覆蓋有馬尼拉草。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，其特征在于， 所述的生態(tài)濾溝設(shè)有出水口，該出水口距離礫石層底面的高度為10?30cm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，其特征在于， 所述的布水槽在土壤層的上方，在布水槽和土壤層之間通過消能板過渡連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種削減城市徑流污染的生態(tài)濾溝構(gòu)建方法，其特征在 于，所述的消能板為傾斜放置的平板。
【文檔編號】E03F5/00GK104110059SQ201410325938
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】成水平, 曹曉艷, 馮玉琴, 吳娟, 代嫣然, 向東方 申請人:同濟大學(xué)