一种防堵塞型生物滞留池系统及其工作方法

1.本发明涉及一种用于初期雨水截留与处理的防堵塞型生物滞留池系统及其工作方法。
2.

背景技术：

3.生物滞留池作为广泛应用的海绵城市建设技术，具有削减径流总量、控制径流污染等功能。基质堵塞是降低生物滞留池性能的主要因素之一，直接影响其使用寿命。目前，生物滞留池研究多聚焦在通过改进水力条件或填料种类以提高污染物的去除效果方面。改进水力条件以改变水流方向和增加接触时间为主，如采用阶梯式设计、将水流从下向流改为上下混合流等；但这些改进方式不仅增大生物滞留池的体积或占地面积、增加成本，而且因其结构复杂而导致堵塞后清理困难。改进填料种类的方式，也多以强化污染物去除为目的，如以硫铁矿、贝壳粉和生物炭等混合形成新型基质等。
4.研究表明，生物滞留池基质堵塞主要有以下几点原因：（1）进水悬浮物ss导致物理堵塞，一般发生在滞留池上层，可在池前端设置植物滤床，通过植物网状根系形成的截留层对进水ss进行截留过滤，形成的积泥最终沉降于滤床底部进行清理；（2）有机物过量造成微生物在滞留池上层好氧区过量繁殖，从而导致生物堵塞，可通过干湿交替运行增强基质的复氧效果，并设置渗透型通气管改善池体内的氧环境，促进好氧生物均匀分布并降解过量有机物；（3）植物种类和根系特征也会影响生物滞留池的堵塞程度，不同植物的根系对基质的穿透能力不同，因此植物选取也是生物滞留池防堵塞设计中的重要一部分。

技术实现要素：

5.针对传统生物滞留池易堵塞的问题，本发明提出一种防堵塞型生物滞留池系统及其工作方法，用于初期雨水截留与处理，该系统可以实现径流量削减功能的同时提升截污能力。
6.为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术手段：一种防堵塞型生物滞留池系统，包括脉冲植物滤床和透气型生物滞留池，其中，所述脉冲植物滤床用于截留过滤悬浮固体颗粒，并为所述透气型生物滞留池提供脉冲式进水，所述脉冲植物滤床内安装有调节水位的阀门，当所述脉冲植物滤床水位上升到设定排水水位时，阀门开启，为透气型生物滞留池提供进水；当所述脉冲植物滤床水位下降到设定蓄水水位时，阀门关闭，所述脉冲植物滤床开始蓄水并发挥截留过滤效果，为所述透气型生物滞留池的脉冲式进水做准备；所述脉冲植物滤床的底部设有挡泥堰，以拦截被截留过滤并沉降到床底的积泥以便收集处理；
所述透气型生物滞留池包括池体、以及在所述池体内由上至下依次设置的蓄水层、基质层以及碎石垫层；渗透型通气管，底端插入所述基质层，上端露出所述蓄水层，所述渗透型通气管的管壁开有通气孔，为生物滞留池中的微生物提供好氧-缺氧-厌氧的环境；溢流井，竖向设置在所述透气型生物滞留池的中部；穿孔排水管，设置在所述碎石垫层内，雨水进入池体后分别经过蓄水层、含有植物根系和微生物的基质层，最终由生物滞留池底部的穿孔排水管收集至溢流井内，通过溢流井下层设置可调节高度的伸缩式排水管排入市政雨水管网或受纳水体；所述可调节高度的伸缩式排水管的高度可以调节，以根据污染物处理要求和季节变化调整滞留池的淹没深度。
7.所述脉冲植物滤床为长1.0~2.0 m，宽0.6~0.8 m，有效水深0.4~0.5 m，超高0.1 m的混凝土结构。
8.所述脉冲植物滤床中的植物选择黑麦草、风车草。
9.所述挡泥堰的高度为0.10~0.15 m。
10.所述透气型生物滞留池的上端四周设有环形进水槽实现池体四周均匀布水。
11.其中，所述蓄水层高度为150~250 mm；所述基质层高度为600~1000 mm，基质层种植植物，植物根系用于截留颗粒态污染物，根系表面及基质中的微生物用于降解进水中的污染物；所述碎石垫层高度为300 mm。
12.所述渗透型通气管的底端插入距基质层底部150~200 mm处。
13.所述渗透型通气管内部可填充粒径为10~20 mm的碎石或过氧化钙基释氧材料。
14.所述调节水位的阀门为浮球阀。
15.本发明进一步提出一种基于所述防堵塞型生物滞留池系统的工作方法，初期雨水经收集后进入所述脉冲植物滤床并暂时储存在脉冲植物滤床内，经过植物根系拦截和沉淀分离颗粒污染物并沉降至滤床底部，积泥被挡泥堰拦截并定期处理；脉冲植物滤床通过调节水位的阀门实现其脉冲特性，当滤床水位上升设定排水水位时，阀门开启，滤床将经过截留过滤处理的雨水排放至生物滞留池；当水位下降到设定蓄水水位时，阀门关闭，滤床开始蓄水并进行下一阶段的初期雨水预处理，蓄排水水位可根据当地的降雨特性进行设定；经脉冲植物滤床调节后的雨水进入池体，雨水进入池体后分别经过蓄水层、含有植物根系和微生物的基质层，最终由生物滞留池底部的穿孔排水管按照处理需求收集，通过溢流井下层设置的可调节高度的伸缩式排水管排入市政雨水管网或受纳水体；可调节高度的伸缩式排水管可调整高度，以调节生物滞留池中的淹没层深度，淹没层的设置可实现氮污染物的强化去除，并在降雨较少的旱季为滞留池中的植物提供生长所需的水分；透气型生物滞留池中的渗透型通气管用于为池体内部提供所需的氧环境条件，加强有机物和氮磷污染物的去除。
16.有益效果：
第一．本发明所述的防堵塞型生物滞留池系统包括脉冲植物滤床和透气型生物滞留池等部分。脉冲植物滤床安装在透气型生物滞留池进水前端，其中包含浮球阀。透气型生物滞留池从上到下依次为蓄水层、基质层、透水土工布和碎石垫层；池体中垂直安装侧壁开孔的渗透型通气管；池体中部设置溢流井，底部安装穿孔排水管，通过可调节高度的伸缩式排水管连接市政雨水管网或直接排入受纳水体。
17.第二．本发明旱季可实现干湿交替式进水，以改善上层填料的供氧条件、增强微生物代谢活性和基质对氮磷污染物的吸附能力。适当的干期可提供较好的通风供氧条件，从而加速生物滞留池基质层中堵塞有机物的降解以缓解堵塞问题。再次降雨时，脉冲植物滤床可利用初期雨水的流速流量特性，对生物滞留池形成水力冲刷，能有效冲刷基质层中的残留污染物，减轻堵塞。
18.第三．本发明雨季可实现时间序列上的淹没和非淹没交替式进水，以改善基质内微生物的供氧条件，增强其代谢活性和吸附处理能力，并强化脱氮能力，从而提升基质对污染物的分解处理能力和效率，同时缓解堵塞问题。
19.第四．本发明雨水进入生物滞留池前需经过脉冲植物滤床进行预处理，可有效截留过滤初期雨水中的悬浮固体颗粒，降低生物滞留池的进水悬浮固体和有机负荷，从而缓解进水颗粒物对池体基质层的物理堵塞和有机物导致的生物堵塞。脉冲植物滤床主要选择根系呈茂密网状结构的植物，例如黑麦草、风车草等。
20.第五．本发明脉冲植物滤床通过浮球阀控制液位，实现生物滞留池脉冲式进水。当滤床水位上升到设定排水水位时，浮球阀开启，滤床将经过截留过滤处理的雨水排放至滞留池中；当水位下降到设定蓄水水位时，浮球阀关闭，滤床开始蓄水并进行下一阶段的初期雨水预处理，蓄排水水位可根据当地的降雨特性进行设定。在进行预处理的同时，滤床变动的水位可为植物根部的呼吸作用创造良好条件，促进植物生长。
21.第六．本发明透气型生物滞留池中竖直安装侧壁开孔的渗透型通气管，通气管中可填充粒径为10~20 mm的碎石或过氧化钙基释氧材料，以加强池体内部的供氧条件，从而加强基质中堵塞的进水有机物和微生物分泌物的好氧降解，并在内部形成好氧-缺氧-厌氧微环境以增强系统的脱氮除磷效果，缓解堵塞问题。
22.第七．本发明透气型生物滞留池的溢流井中安装有可调节高度的伸缩式排水管，以此接入市政雨水管网或排入受纳水体。通过调节可调节高度的伸缩式排水管的高度，调整生物滞留池中淹没层的深度，从而根据进水污染特性与污染物去除要求选择不同的运行方式。也可通过设置一定深度的淹没层以满足植物在旱季生长的水分要求。
附图说明
23.图1为本发明一种防堵塞型生物滞留池系统主视剖面图；图2为本发明一种防堵塞型生物滞留池系统脉冲植物滤床俯视图；图3为本发明一种防堵塞型生物滞留池系统透气型生物滞留池俯视图；图4为本发明一种防堵塞型生物滞留池系统渗透型通气管示意图；其中，1为脉冲植物滤床；1-1为浮球阀；1-2为挡泥堰；2为透气型生物滞留池；2-1为蓄水层；2-2为基质层；2-3为碎石垫层；2-4为溢流井；2-5为环形进水槽；2-6为穿孔排水管；2-7为渗透型通气管；2-8为可调节高度的伸缩式
排水管；2-9为透水土工布；2-7-1为渗透孔；2-7-2为基质。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。
25.本发明所述的防堵塞型生物滞留池系统包括脉冲植物滤床，安装在透气型生物滞留池进水前端，其中包含有浮球阀；透气型生物滞留池，从上到下依次为蓄水层、基质层、透水土工布和碎石垫层；池体中部安装溢流井，底部设有穿孔排水管，通过可调节高度的伸缩式排水管连接雨水管渠，排入市政雨水管网或受纳水体。
26.初期雨水经收集后进入脉冲植物滤床并暂时储存在滤床内，经过植物根系拦截和沉淀分离颗粒污染物并沉降至滤床底部，积泥被挡泥堰拦截并定期处理。脉冲植物滤床通过浮球阀实现其脉冲特性，当滤床水位上升设定排水水位时，浮球阀开启，滤床将经过截留过滤处理的雨水排放至生物滞留池。当水位下降到设定蓄水水位时，浮球阀关闭，滤床开始蓄水并进行下一阶段的初期雨水预处理。蓄排水水位可根据当地的降雨特性进行设定。
27.经脉冲植物滤床调节后的雨水，通过布置在生物滞留池顶端的进水槽，采用四周布水的方式均匀进入池体。雨水进入池体后分别经过蓄水层、含有植物根系和微生物的基质层，最终由滤床底部的穿孔排水管按照处理需求收集，通过溢流井下层设置的可调节高度的伸缩式排水管，排入市政雨水管网或受纳水体。可调节高度的伸缩式排水管可调整高度，以调节生物滞留池中的淹没层深度。淹没层的设置可实现氮污染物的强化去除，并在降雨较少的旱季为滞留池中的植物提供生长所需的水分。透气型生物滞留池中的渗透型通气管可为池体内部提供所需的氧环境条件，加强有机物和氮磷污染物的去除。
28.实施例1：一种防堵塞型生物滞留池系统，应用于华东地区雨季，以苏州市某新城为例。苏州市多年平均年降水量约1093 mm，4~9月降水量约占全年降水量的70%，道路径流污染物以ss和cod为主。根据苏州降雨变化曲线图和径流污染物变化曲线图，将脉冲植物滤床的排水水位和蓄水水位分别设置为0.4 m和0.2 m，滞留池底部通过穿孔排水管连接雨水管。
29.降雨初期，经收集后的初期雨水首先进入脉冲植物滤床。脉冲植物滤床蓄水至0.4 m后进入排水状态，直至水位下降至0.2 m，滤床排水停止并再次开始蓄水。雨水经进水槽布水进入生物滞留池，分别经过蓄水层和含有植物根系和微生物的基质层。此时将生物滞留池中的可调节高度的伸缩式排水管设置为低水位，经处理后的雨水由穿孔排水管收集排入雨水管。
30.随着降雨历时增加，脉冲植物滤床再次被初期雨水充满，进入下一周期的雨水收集处理。降雨结束后生物滞留池中无雨水进入，基质层属于非淹没状态，供氧充足，其截留的有机污染物可在此阶段被微生物等进一步降解。
31.实施例2：一种脉冲防堵塞型透气型生物滞留池系统，应用于华东地区旱季，以苏州市某新城商业区为例。苏州市多年平均年降水量约1093 mm，10~12月降水量约占全年降水量的10%，商业区径流污染物以cod和tn为主。根据苏州降雨变化曲线图和径流污染物变化曲线图，将脉冲植物滤床的排水水位和蓄水水位分别设置为0.4 m和0.15 m，滞留池底部通过穿
孔排水管连接雨水管。
32.降雨初期，经收集后的初期雨水首先进入脉冲植物滤床。脉冲植物滤床蓄水至0.4 m后进入排水状态，直至水位下降至0.15 m，滤床排水停止并再次开始蓄水。雨水经进水槽布水进入生物滞留池，分别经过蓄水层和含有植物根系和微生物的基质层。此时将生物滞留池中的可调节高度的伸缩式排水管拉伸至高水位，经处理后的雨水由穿孔排水管收集排入雨水管。
33.随着降雨历时增加，脉冲植物滤床再次被初期雨水充满，进入下一周期的雨水收集处理。降雨结束后生物滞留池中无雨水进入，由于可调节高度的伸缩式排水管设置在高水位，基质层中存在一定深度的缺氧淹没层，基质层中截留的氮污染物可在此阶段被基质中的微生物降解。同时，淹没层的设置能为植物提供在旱季生长所需的水分。

技术特征：

1.一种防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，包括脉冲植物滤床（1）和透气型生物滞留池（2），其中，所述脉冲植物滤床（1）用于截留过滤悬浮固体颗粒，并为所述透气型生物滞留池（2）提供脉冲式进水，所述脉冲植物滤床（1）内安装有调节水位的阀门，当所述脉冲植物滤床水位上升到设定排水水位时，阀门开启，为透气型生物滞留池提供进水；当所述脉冲植物滤床水位下降到设定蓄水水位时，阀门关闭，所述脉冲植物滤床开始蓄水并发挥截留过滤效果，为所述透气型生物滞留池的脉冲式进水做准备；所述脉冲植物滤床（1）的底部设有挡泥堰，以拦截被截留过滤并沉降到床底的积泥以便收集处理；所述透气型生物滞留池（2）包括池体、以及在所述池体内由上至下依次设置的蓄水层、基质层以及碎石垫层；渗透型通气管，底端插入所述基质层，上端露出所述蓄水层，所述渗透型通气管的管壁开有通气孔，为生物滞留池中的微生物提供好氧-缺氧-厌氧的环境；溢流井，竖向设置在所述透气型生物滞留池（2）的中部；穿孔排水管，设置在所述碎石垫层内，雨水进入池体后分别经过蓄水层、含有植物根系和微生物的基质层，最终由生物滞留池底部的穿孔排水管收集至溢流井内，通过溢流井下层设置可调节高度的伸缩式排水管排入市政雨水管网或受纳水体；所述可调节高度的伸缩式排水管的高度可以调节，以根据污染物处理要求和季节变化调整滞留池的淹没深度。2.根据权利要求1所述的防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，所述脉冲植物滤床（1）为长1.0~2.0 m，宽0.6~0.8 m，有效水深0.4~0.5 m，超高0.1 m的混凝土结构。3.根据权利要求1所述的防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，所述脉冲植物滤床（1）中的植物选择黑麦草、风车草。4.根据权利要求1所述的防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，所述脉冲植物滤床底部的挡泥堰高度为0.10~0.15 m。5.根据权利要求1所述的防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，所述透气型生物滞留池（2）的上端四周设有环形进水槽实现池体四周均匀布水。6.根据权利要求1所述的防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，其中，所述蓄水层高度为150~250 mm；所述基质层高度为600~1000 mm，基质层种植植物，植物根系及基质用于截留颗粒态污染物，根系表面及基质中的微生物用于降解进水中的污染物；所述碎石垫层高度为300 mm。7.根据权利要求6所述的防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，所述渗透型通气管的底端插入距基质层底部150~200 mm处。8.根据权利要求6所述的防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，所述渗透型通气管内部可填充粒径为10~20 mm的碎石或过氧化钙基释氧材料。9.根据权利要求1所述的防堵塞型生物滞留池系统，其特征在于，所述脉冲植物滤床中调节水位的阀门为浮球阀。10.一种基于权利要求1~9中任一所述防堵塞型生物滞留池系统的工作方法，其特征在
于，初期雨水经收集后进入所述脉冲植物滤床并暂时储存在脉冲植物滤床内，经过植物根系拦截和沉淀分离颗粒污染物并沉降至滤床底部，积泥被挡泥堰拦截并定期处理；脉冲植物滤床通过调节水位的阀门实现其脉冲特性，当滤床水位上升设定排水水位时，阀门开启，滤床将经过截留过滤处理的雨水排放至生物滞留池；当水位下降到设定蓄水水位时，阀门关闭，滤床开始蓄水并进行下一阶段的初期雨水预处理，蓄排水水位可根据当地的降雨特性进行设定；经脉冲植物滤床调节后的雨水进入池体，雨水进入池体后分别经过蓄水层、含有植物根系和微生物的基质层，最终由生物滞留池底部的穿孔排水管按照处理需求收集，通过溢流井下层设置的可调节高度的伸缩式排水管排入市政雨水管网或受纳水体；可调节高度的伸缩式排水管可调整高度，以调节生物滞留池中的淹没层深度，淹没层的设置可实现氮污染物的强化去除，并在降雨较少的旱季为滞留池中的植物提供生长所需的水分；透气型生物滞留池中的渗透型通气管用于为池体内部提供所需的氧环境条件，加强有机物和氮磷污染物的去除。

技术总结

本发明公开了一种防堵塞型生物滞留池系统及其工作方法，系统包括脉冲植物滤床：脉冲式运行，出口处安装有浮球阀；透气型生物滞留池：从上至下依次为蓄水层、基质层、透水土工布和碎石垫层，池体中垂直安装侧壁开孔的渗透型通气管，池体正中设置溢流井，碎石垫层布设穿孔排水管，通过可调节高度的伸缩式排水管接入雨水管渠。本发明可通过植物滤床预处理、安装通气管以及采用脉冲进水等方式有效防止生物滞留池的基质堵塞，在增强初期雨水滞蓄与净化效果的同时延长使用寿命。效果的同时延长使用寿命。效果的同时延长使用寿命。