(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810070308.1
(22)申请日 2018.01.24
(71)申请人 广州市环境保护工程设计院有限公
司
地址 510115 广东省广州市越秀区回龙路
增沙街20号
(72)发明人 王文静 阳重阳 曹姝文 刘小平
许嘉辉 李锐敬 冯金河
(74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限
公司 44102
代理人 陈卫
(51)Int.Cl.
C02F 1/00(2006.01)
E03F 5/14(2006.01)
C02F 101/16(2006.01)
C02F 101/10(2006.01)
(54)发明名称一种生物滞留系统(57)摘要本发明公开了一种生物滞留系统，所述生物滞留系统自上而下依次为植土层、第一透水土工布层、填料层、第二透水土工布层和排水层，四周和底部设有土工布，所述填料层含有如下组分：填料基质、亲水生物陶粒，所述生物陶粒包括中空的生物陶粒壳、填充在所述生物陶粒壳内的多孔亲水材料，所述生物陶粒壳设有能够露出所述多孔亲水材料的至少一部分的开口，所述多孔亲水材料由聚乙烯醇聚合发泡制备得到。本发明提供了一种生物滞留系统，通过生物陶粒壳和填充在生物陶粒壳内的多孔亲水材料组成生物陶粒，有效的改善了填料层的氮和磷的去除能 力，同时提升了填料层的渗滤性能，有效防止填料层堵塞，从而提高生物滞留系统的雨水渗滤能力，使
生物滞留系统不容易发生堵塞。权利要求书1页 说明书6页 附图1页CN 108341437 A 2018.07.31
C N 108341437
A
1.一种生物滞留系统，其特征在于，自上而下依次为植土层（1）、第一透水土工布层
（2）、填料层（3）、第二透水土工布层（4）和排水层（5），四周和底部设有土工布（6），所述填料层（3）包括填料基质和生物陶粒，所述生物陶粒包括中空的生物陶粒壳和填充在所述生物陶粒壳内的多孔亲水材料，所述生物陶粒壳设有开口，所述多孔亲水材料由聚乙烯醇聚合发泡制备得到。
2.根据权利要求1所述生物滞留系统，其特征在于，所述生物陶粒壳上设有≥2个开口。
3.根据权利要求1所述生物滞留系统，其特征在于，所述陶粒内多孔亲水材料的填充率为30%~50%。
4.根据权利要求3所述生物滞留系统，其特征在于，所述生物陶粒的体积为0.3~0.7cm 3，所述生物陶粒壳的厚度为1.0~2.0mm，所述生物陶粒质量为所述填料基质质量的1.0%~1.2%。
5.根据权利要求1所述生物滞留系统，其特征在于，所述填料基质由香蒲基质土壤与细砂混合而成。
6.根据权利要求5所述生物滞留系统，其特征在于，所述填料基质中还含有铁粉，所述铁粉质量为所述填料基质质量的2%~4%。
7.根据权利要求1至6任一项所述生物滞留系统，其特征在于，还包括溢流管（7），所述溢流管（7）的上端（71）高出植土层10~100cm，所述溢流管（7）的下端（72）与市政管网连通。
8.根据权利要求1所述生物滞留系统，其特征在于，所述植土层（1）包括覆盖层和土壤层。
9.根据权利要求1所述生物滞留系统，其特征在于，所述排水层（5）为砾石层，砾石粒径为1~3cm。
权 利 要 求 书1/1页CN 108341437 A
一种生物滞留系统
技术领域
[0001]本发明涉及海绵城市雨水处理技术领域，更具体地，涉及一种生物滞留系统。
背景技术
[0002]生物滞留设施是一种新兴的低影响开发原位径流雨水控制设施，有很好的径流污染控制效果、径流体积削减成果和峰值流量控制效果且经济适用，可广泛应用于城市绿化。但由于径流水质、水量变化的随机性和复杂性，现有生物滞留设施对径流雨水中污染物的去除率波动范围较大，对径流中氮、磷的去除效果不甚理想，且填料土容易发生堵塞，渗滤效果下降，制约了该设施的使用时间，使用很短的时间就需要换土。亟需加强对填料的性能的研究，设计出渗滤效果好、不容易发生堵塞的生物滞留设施。
发明内容
[0003]本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种生物滞留系统。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0005]一种生物滞留系统，自上而下依次为植土层、第一透水土工布层、填料层、第二透水土工布层和排水层，四周和底部设有土工布，所述填料层由填料基质和生物陶粒组成，所述生物陶粒包括中空的生物陶粒壳和填充在所述生物陶粒壳内的多孔亲水材料，所述生物陶粒壳设有开口，述多孔亲水材料由聚乙烯醇聚合发泡制备得到。
[0006]由聚乙烯醇聚合发泡得到的多孔亲水材料具有良好的透水性，渗滤性能优良，能显著改善填料
层的渗滤性能。多孔结构还可以提高填料层的含氧量，有利于微生物的粘附和生长，通过微生物的作用强化填料层的脱氮除磷能力，能有效降低雨水COD，多孔结构还有利于雨水流通，能有效防止生物滞留系统的堵塞。
[0007]雨水通过植土层的植物和土壤初步过滤、吸收后之后，渗透到填料层，在填料层中进一步过滤、吸收，进入排水层。底部为透水土工布时，水进入排水层之后能够透过透水土工布排出。
[0008]优选地，所述生物陶粒壳上设有≥2个开口。生物陶粒壳上的开口有利于增加多孔亲水材料对雨水的渗透吸附孔道，也利于吸附雨水的流通，可进一步提升生物滞留系统的渗滤畅通性。
[0009]优选地，所述陶粒内多孔亲水材料的填充率为30％～50％。
[0010]优选地，所述生物陶粒的体积为0.3～0.7cm3，所述生物陶粒壳的厚度为1.0～2.0mm，所述生物陶粒质量为所述填料基质质量的1.0％～1.2％。
[0011]为了保障生物陶粒与土壤等材料能够充分混合均匀，生物陶粒的体积为0.3～0.7cm3。生物陶粒壳需要足够的耐压能力，不致破裂，所以厚度不宜过薄。为了保证填充足够的多孔亲水材料，生物陶粒壳的厚度也不宜过厚。使得生物滞留系统获得合适的渗滤速度，如果生物陶粒用量过低，则有效孔隙率低，防堵塞能力和渗滤速度不够。用量过高，则有效孔隙率过大，可能使雨水渗透速度过快而导致雨水中的污染物来不及被填料层吸附分
解。
[0012]优选地，所述填料基质由香蒲基质土壤与细砂混合而成。
[0013]本领域中，香蒲基质土壤一般为香蒲碎屑与土壤混合而成，一般将香蒲剪成长3cm，宽1cm左右的细条状，与土壤按重量比3:2混合均匀，该土壤的孔隙度一般为35％±5％。香蒲基质土壤与细砂混合作为填料基质时，香蒲基质土壤与细砂的重量比一般为2:1，本领域技术人员可以在此基础上进行合理地调整。香蒲基质土壤在生物滞留系统中使用时，具有强化系统脱氮除磷的能力。
[0014]优选地，所述填料层还含有铁粉，所述铁粉质量为所述填料基质质量的2％～4％。铁粉能够促进雨水中磷的去除，通过在填料层中混合添加铁粉，使得生物滞留系统获得长期除磷的能力，从而进一步提高生物滞留系统的除磷能力。
[0015]优选地，所述填料层的厚度为700～900mm。
[0016]优选地，所述生物滞留系统还包括溢流管，所述溢流管的上端高出植土层10～100cm，所述溢流管的下端与市政管网连通。遭遇暴雨时，生物滞留系统来不及处理的雨水，则通过溢流管流入市政管网，避免生物滞留系统的植物被水淹没。
[0017]优选地，所述植土层包括覆盖层和土壤层。植土层的覆盖层一般为树皮、树叶，覆盖层下是土
壤层。生物滞留系统中的植物种植在土壤层，雨水进入生物滞留系统时，会被土壤和植物初步过滤、吸收之后进入填料层进一步处理。
[0018]优选地，所述植土层的厚度为100～200mm。
[0019]优选地，所述排水层为砾石层，砾石粒径为0.5～3.0cm。砾石层能够使填料层过滤后的雨水快速排走。
[0020]优选地，所述排水层的厚度为200～300mm。
[0021]优选地，所述土工布为透水土工布。在生物滞留系统的四周和底部铺设土工布，能够防止周围原土入侵，该土工布为透水土工布，有利于雨水渗透。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0023]本发明提供了一种生物滞留系统，通过生物陶粒壳和填充在生物陶粒壳内的多孔亲水材料组成生物陶粒，有效的改善了填料层的氮和磷的去除能力，同时提升了填料层的渗滤性能，有效防止填料层堵塞，从而提高生物滞留系统的雨水渗滤能力，使生物滞留系统不容易发生堵塞。
附图说明
[0024]图1为本发明的生物滞留系统的示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
[0026]本发明所以实施例的填料基质和生物陶粒制备如下：
[0027]1、填料基质
[0028]填料基质由香蒲基质土壤与细砂混合而成，香蒲基质土壤可以采用本领域中常用的方法制备而成。本实施例中的香蒲基质土壤采用如下制备方法：将香蒲剪成长3cm，宽1cm 左右的细条状，与土壤按重量比3:2混合均匀，该土壤的孔隙度为35％±5％。细砂采用市售
的普通细砂。香蒲基质土壤和细砂的重量比为2:1，香蒲基质土壤和细砂混合组成填料基质。
[0029]2、生物陶粒的制备方法：
[0030](1)生物陶粒壳制备：
[0031]S1.采用市政干污泥、三氯化铁、粉煤灰和粘土混合得到粉料，三氯化铁为市政干污泥重量的1.0
％，粉煤灰为市政干污泥重量的120％，粘土为市政干污泥重量的50％，粉料的粒径小于等于0.09mm；采用聚苯泡沫颗粒为模板，聚苯泡沫为球体，模板的粒径为2～8mm；市政干污泥的含水率为7.0％～9.0％；
[0032]S2.在模板上浸一层质量浓度为1.2％的羧甲基纤维素溶液；
[0033]S3.然后将S2.的模板放入粉料中，使之表面沾有一层厚度为0.3～0.5mm的粉料；[0034]S4.然后将S3.的模板放入成球盘，并加入粉料，其间需要将粉料喷湿，可以采用质量浓度为1.2％的羧甲基纤维素溶液将粉料喷湿，制备得到内含有模板的湿陶粒壳，厚度为0.5～2.5mm，然后切出两个开口；
[0035]S5.将S4.的设有两个开口的湿陶粒壳在100℃下干燥6min；然后在1000～1100℃下干燥20～25min，冷却得到生物陶粒壳。
[0036](2)生物陶粒制备：
[0037]将改性聚乙烯醇加入水中，加热至70℃，保温搅拌1h，加入微纤化纤维素继续搅拌0.5h，降温至60℃，加入塑化淀粉、烷基苯磺酸盐、甲基纤维素和碳酸钙，搅拌1h得到悬浮液，将所述悬浮液迅速倒入多个(1)中制备的生物陶粒壳中，在室温下放置10分钟后，将发泡箱置于烘箱中熟化；在此之前不能震动发泡箱，特别是泡沫上升过程中；泡沫放入在100℃的烘箱中熟化0.5h，得到的聚乙烯醇泡沫
生物陶粒。可能会有部分聚乙烯醇泡沫从开口处凸出，将从开口处凸出部分切除，即得到聚乙烯醇泡沫生物陶粒。
[0038]实施例1
[0039]一种生物滞留系统，如图1所示，自上而下依次为植土层1、第一透水土工布层2、填料层3、第二透水土工布层4和排水层5，四周和底部设有土工布6，填料层3由填料基质和生物陶粒组成，生物陶粒包括中空的生物陶粒壳和填充在所述生物陶粒壳内的多孔亲水材料。本实施例中填料层3的厚度为800mm，填料层采用填料基质和生物陶粒混合均匀而成，生物陶粒为聚乙烯醇泡沫生物陶粒，生物陶粒壳上设有两个开口，陶粒内聚乙烯醇泡沫的填充率为30％，生物陶粒质量为填料基质质量的1.0％。排水层5为砾石层，砾石层的厚度为250mm，砾石的粒径为2.0cm，植土层1包括覆盖层和土壤层，覆盖层为树皮、树叶，覆盖层下是土壤层，植物种植在土壤层，植土层的厚度为200mm。
[0040]实施例2～6
[0041]一种生物滞留系统，与实施例1基本相同，具体参数见表1。
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