專利名稱：城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置的構建方法，屬于城市水體生態凈化工程技術領域。
背景技術：
目前，雨水徑流面源污染已經成為了城市水體污染的重要污染源，據初步估算，城區雨水徑流污染占水體污染負荷的比例，目前在北京和上海約占10%左右，至2010年，城市雨水徑流污染負荷比例在北京將上升到12%以上，上海將上升至20%左右。當前，對城市降雨面源污染的治理多集中于小區和道路的兩側，而對于河岸帶對面源的凈化多應用于農田，因此，在城市河岸帶對城市雨水面源污染的治理前景廣闊
發明內容
城市內河岸帶是城市降雨徑流進入河道前的最后一道屏障，但是出于水力功能設計和城市建設的需要，城市河流用大量鋼筋混凝土擋墻或漿砌石的岸坡代替天然泥土和植被，且河岸帶很窄，坡度過大，植被類型單一，生態環境功能降低。本發明所述的城市自然型岸帶對降雨徑流地下滲濾凈化系統通過對城市自然型岸帶進行生態化改造，在不破壞其原有社會功能前提下增加強其環境功能；同時該系統不需要大面積的儲水區，也不需要外動力對其進行驅動，僅依靠降雨徑流在模型內以下滲流和水平流的流動方式對其進行凈化；模型自帶的下凹部分能夠顯著增加徑流水力停留時引間和增強徑流的下滲；另外，通過對下滲徑流分層出水水質的監測，可以隨時掌握各層介質的凈化情況，有利于整套系統性能的維護工作。為提供適合于不同水力負荷條件下岸帶滲濾系統所采用的技術方案，包括岸帶滲濾系統的構型、水力負荷的模擬、滲濾系統的填裝比例及方法以及不同坡度模型凈化的模擬等，本發明提出一種城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，包括底座與安放于底座上的主體部分；其中，主體部分包括從上往下依次排列的表面徑流收集槽、布水防派板、布水套件、表層植被及其生長土壤層、5 : I 土壤煤洛混合層、鋸末層、3 : 7沸石麥飯石濾料層、5 I土壤鋸末混合層、原土層、以及位于上述各層中每兩層之間的介質滲濾液采樣口 ；并且，底座包括鋼筋水泥基座和設置于鋼筋水泥基座內的底層滲濾液收集槽。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，裝置進一步包括多個分層取樣器，多個分層取樣器設置于主體部分內，并且多個分層取樣器在主體部分內設置于上下方向的不同位置；其中，每個分層取樣器具有滲濾層和儲水層，滲濾層和儲水層中間以多孔透水板分隔，并且每個分層取樣器通過連通管與對應的介質滲濾液采樣口連通。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，裝置表面具有下凹部分。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，表層植被及其生長土壤層的表層具有IOcm厚度。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，5 I 土壤煤渣混合層由IOcm厚度、具有較大粒徑顆粒組成。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，鋸末層具有O. 5cm厚度。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，3 7沸石麥飯石濾料層具有30cm厚度；并且3 7沸石麥飯石濾料層9包括沸石和麥飯石，二者的體積比為3 7，其中，顆粒較細的麥飯石在下，顆粒較粗的沸石在上。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，5 I 土壤鋸末混合層具有IOcm厚度。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，原土層具有上游60cm、下游20cm的厚度。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，布水套件包括流量控制閥，通過調節流量控制閥來模擬不同徑流負荷條件下不同類型城市岸帶對降雨徑流的凈化過程。本發明實現了加強城市自然型岸帶對城市降雨徑流的阻控能力，本發明主要由表面徑流集水槽、分層取樣器、防濺板、布水套件、表層植被及其生長土壤層、土壤煤渣混合層、鋸末層、濾料層、土壤鋸末混合層、原土層、底層集水槽以及基座等組成。其主體部分主要由煤渣、鋸末、本地土壤、沸石以及麥飯石等來源廣泛、價格低廉的濾料組成。本發明裝置運行時無需任何外部動力，流經該系統的城市降雨徑流在重力的作用下，沿坡度形成表面徑流和依次經過各介質結構層形成下滲徑流。在自然條件下，本發明裝置對順4+、TN、TP和C0D&具有良好的去除效果。本發明結合國內外的研究現狀，考慮我國河岸帶不同水力負荷模擬的實際需求，開發了適合于模擬不同坡度不同水力負荷條件下岸帶地下滲濾凈化裝置。其有益效果是
(I)提供適合不同水力負荷條件下滲濾凈化裝置，可模擬城市河岸帶不同坡度以及不同降雨徑流負荷條件下滲濾系統對徑流的凈化過程；(2)實際應用中，不需要附加任何額外動力，完全依靠重力作用來完成整套系統的工作過程，其結構簡單、成本較低且使用方便，能夠有效模擬城市實際岸帶對降雨徑流的凈化過程；(3)采用滲濾系統與下凹部分滯留相結合的方法，延緩了表面徑流的產流，增加了下滲率。
附圖I為城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置的主視示意圖；圖2(a)為分層采樣器主視圖和俯視圖；圖2 (b)為圖2 (a)的A-A剖面圖。附圖標號I表面徑流收集槽；2介質滲濾液采樣口 ；3底層滲濾液收集槽；4布水防濺板；5布水套件；6表層植被及其生長土壤層；75 : I 土壤煤洛混合層；8鋸末層；93 : 7沸石麥飯石濾料層；105 I 土壤鋸末混合層；11原土層；3底層滲濾液收集槽；12鋼筋水泥基座；13滲濾層；14多孔透水板；15儲水層；16連通管。
具體實施例方式結合以下各實施例，進一步詳細說明本發明。具體來說根據本發明的較佳實施例，本發明提出一種城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，包括底座與安放于底座上的主體部分；其中，主體部分包括從上往下依次排列的表面徑流收集槽I、布水防派板4、布水套件5、表層植被及其生長土壤層6、5 : I 土壤煤洛混合層7、鋸末層8、3 : 7沸石麥飯石濾料層9、5 I 土壤鋸末混合層10、原土層11、以及位于上述各層中每兩層之間的介質滲濾液采樣口 2 ;并且，底座包括鋼筋水泥基座12和設置于鋼筋水泥基座12內的底層滲濾液收集槽3。進一步，根據本發明提供的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，裝置進一步包括多個分層取樣器，多個分層取樣器設置于主體部分內，并且多個分層取樣器在主體部分內設置于上下方向的不同位置；其中，每個分層取樣器具有滲濾層13和儲水層15，滲濾層13和儲水層15中間以多孔透水板14分隔，并且每個分層取樣器通過連通管16與對應的介質滲濾液采樣口 2連通。更為具體地，如說明書附圖I、說明書附圖2 (a)及說明書附圖2 (b)所示，根據本發明較佳實施例的裝置具有如下構造(I)多介質滲濾凈化系統的構型該滲濾系統主體部分為無蓋長方體有機玻璃槽，主體部分外表面上附有表面徑流收集槽1，布水防濺板4，布水套件5，表層植被及其生長土壤層6,5: I 土壤煤洛混合層7,鋸末層8,3:7沸石麥飯石濾料層9,5: I 土壤鋸末混合層10，原土層11，以及設置于各層之間的介質滲濾液采樣口 2。進一步，整個主體部分坐落在底層滲濾液收集槽3以及鋼筋水泥基座12上面(其結構如圖I所示)。系統主體內部還依不同深度設有若干分層取樣器，其由滲濾層13和儲水層15組成，中間以多孔透水板14分隔，通過連通管16與分層取樣口 2相連接(其結構如圖2(a)和圖2(b)所示)。(2)水力負荷的模擬通過安裝在布水套件5上水端的球閥流量計和回水管可以控制其出水的流速，進而實現對不同水力負荷的模擬；(3)系統介質的填裝比例及方法首先在裝置底部鋪設原土層11，原土層11在模型水流流動方向上的下端厚度為20cm、上端厚度為50cm，坡度為5°，并在模型上端1/3處形成20cm深、20cm寬的下凹；然后在其上鋪設厚度同樣為IOcm的5 : I 土壤鋸末混合層10，其上為厚度是30cm的3 : 7沸石和麥飯石濾料層9，沸石和麥飯石濾料層上面為O. 5cm厚度的鋸末層8，鋸末層8上面為IOcm厚度的5 I 土壤煤渣混合層7，其上為表層植被及IOcm厚的生長土壤層。各層均與原土層11 一致形成下凹部分。為保證該系統盡可能的模擬天然沉積環境，各層材料填充時皆采用分步填充法，即每次均勻填充每層介質材料，填埋上一層滲濾液的分層采樣器，后澆水淤實沉積，再繼續填充上一層介質材料，然后埋設上一層滲濾液的分層采樣器，同樣澆水淤實，周而復始直至達到填充厚度要求；填充完畢后，自然沉積15天后即可正常運行。分層采樣器埋設時，采樣器滲濾層的上沿與兩層介質交界線平行，滲濾層內為石英砂；(4)入水的配置方法以潛水泵抽取河水進入儲水桶，再用潛水泵抽取儲水桶內河水至布水管，潛水泵和布水管中間用流量計和回流管控制入水量。本發明中，布水套件5為一套。
本發明中，布水防濺板4為一套。本發明中，表面徑流收集槽I為一組。本發明中，分層取樣器為八套。本發明中，底層滲濾液收集槽3為兩組。實驗過程中以潛水泵抽取河水進入儲水桶,再用潛水泵抽取儲水桶內河水至布水管，潛水泵和布水管中間用流量計和回流管控制入水量。入水進入模型后，下滲和側滲并在下凹部分形成積水，下凹部分匯水飽和后沿模型表面流動，形成表面徑流，同時入水在模型內形成下滲流；在各分層采樣器2和表層徑流收集槽I采集各層滲濾液和表層徑流；在不同來水中氮磷濃度下，模型對NH4+、TN、TP和C0D&的去除能力分別為1114. 53,633. 89、 100. 47 和 2220. 84mg · τα2 · IT1。以上實施例可看出，本發明中城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置的主視示意圖可模擬城市自然岸帶對降雨徑流的凈化過程，并且具有良好的去除效果。本發明的上述實施例并不是對本發明的限制。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中。
權利要求
1.一種城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，包括底座與安放于所述底座上的主體部分；其中，所述主體部分包括從上往下依次排列的表面徑流收集槽(I)、布水防濺板(4)、布水套件(5)、表層植被及其生長土壤層出)、5 I 土壤煤渣混合層(7)、鋸末層(8)、3 7沸石麥飯石濾料層(9)、5 I 土壤鋸末混合層(10)、原土層(11)、以及位于上述各層中每兩層之間的介質滲濾液采樣口(2);并且所述底座包括鋼筋水泥基座(12)和設置于鋼筋水泥基座(12)內的底層滲濾液收集槽(3)。
2.如權利要求I所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述裝置進一步包括多個分層取樣器，所述多個分層取樣器設置于所述主體部分內，并且所述多個分層取樣器在所述主體部分內設置于上下方向的不同位置；其中，每個所述分層取樣器具有滲濾層(13)和儲水層(15)，所述滲濾層(13)和所述儲水層(15)中間以多孔透水板(14)分隔，并且每個分層取樣器通過連通管(16)與對應的介質滲濾液采樣口(2)連通。
3.根據權利要求2所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述裝置表面具有下凹部分。
4.根據權利要求2所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述表層植被及其生長土壤層(6)包括表層植被和該表層植被的生長土壤層,所述生長土壤層具有IOcm厚度。
5.根據權利要求2所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述5 I 土壤煤渣混合層(7)由IOcm厚度、具有較大粒徑顆粒組成。
6.根據權利要求2所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述鋸末層(8)具有O. 5cm厚度。
7.根據權利要求2所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述3 7沸石麥飯石濾料層(9)具有30cm厚度；并且所述3 7沸石麥飯石濾料層(9)包括沸石和麥飯石，二者的體積比為3 7，其中，顆粒較細的麥飯石在下，顆粒較粗的沸石在上。
8.根據權利要求2所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述5 I 土壤鋸末混合層(10)具有IOcm厚度。
9.根據權利要求2所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述原土層(11)具有上游60cm、下游20cm的厚度。
10.根據權利要求I所述的城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，其特征在于，所述布水套件(5)包括流量控制閥，通過調節所述流量控制閥來模擬不同徑流負荷條件下不同類型城市岸帶對降雨徑流的凈化過程。
全文摘要
本發明公開了一種城市自然型岸帶降雨徑流地下滲濾凈化模擬裝置，包括底座與安放于底座上的主體部分；其中，主體部分包括從上往下依次排列的表面徑流收集槽、布水防濺板、布水套件、表層植被及其生長土壤層、5∶1土壤煤渣混合層、鋸末層、3∶7沸石麥飯石濾料層、5∶1土壤鋸末混合層、原土層、以及位于上述各層中每兩層之間的介質滲濾液采樣口；并且底座包括鋼筋水泥基座和設置于鋼筋水泥基座內的底層滲濾液收集槽。本發明裝置易于實現、成本低廉，實現了良好的凈化效果。
文檔編號C02F9/14GK102976557SQ20121051444
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者陳振樓, 王東啟, 鄧煥廣, 畢春娟, 周棟 申請人:華東師范大學