一種具脫氮功能的生態滯留過濾系統的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及一種城市地表徑流污染控制技術，主要利用城市景觀綠地構建具有脫氮功能的生態滯留過濾系統，通過填充滲濾基質，并種植特定的植物對城市地表徑流起到滯留與滲濾的作用，通過滯留區的設置延長地表徑流在系統中的停留時間，從而強化對城市地表徑流的脫氮功能，達到有效控制城市地表徑流氮素污染的作用。
【背景技術】
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[0002]城市地表徑流是影響城市水環境質量的第二大污染源，也是僅次于農業面源污染的第二大非點源污染源。隨著城市工業廢水和生活污水等點源治理力度的加大，城市地表徑流污染問題將越來越突出。城市化進程的加速會帶來城市土地利用/覆蓋的變更，使城市中出現大量不透水地表，在改變區域水文過程同時也增加地表徑流量，也增加了地表徑流對水體帶來污染的風險。城市化進程中大量不透水地表的出現，不僅在量上改變了區域地表徑流，而且在質的方面也對其產生深刻的影響。因此，預防和減少城市發生洪水和污染風險，特別是初期徑流污染已成為城市地表水環境管理的重要組成部分。傳統的以暫時滯留與滲濾為原理的控制技術，由于水力停留時間短，脫氮作用不明顯，通常不能有效去除城市地表徑流中的氮素，甚至產生NO3-N的淋溶輸出，使出水中NO3-N的濃度增加。因此，在能夠滿足處理地表徑流高水力負荷的前提下，如何增加地表徑流的水力停留時間，是有效控制城市地表徑流氮污染的關鍵。
【發明內容】
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[0003]本發明的目的是提供一種具脫氮功能的生態滯留過濾系統，主要利用城市景觀綠地構建具有脫氮功能的生態滯留過濾系統，通過填充滲濾基質，并種植特定的植物對城市地表徑流起到滯留與滲濾的作用，通過滯留區的設置延長地表徑流在系統中的停留時間，從而強化對城市地表徑流的脫氮功能，達到有效控制城市地表徑流氮污染的作用。
[0004]實現本發明的技術方案是:
[0005]生態滯留過濾系統主要由滯留區與過濾區組成。滯留區主要承擔對城市地表徑流初期重污染徑流的過濾與脫氮功能。過濾區主要承擔對后期地表徑流的過濾吸附功能。當不透水地表產生徑流時，首先初期重污染徑流進入生態滯留過濾系統的滯留區，地表徑流通過入滲、過濾、滲透至滯留區的中下部暫時儲存滯留其中，通過底部設置在碎石層的集排水管控制其出水流量，使初期重污染徑流能夠
[0006]得到較長時間的停留，滿足地表徑流中NO3-N還原所需時間。當滯留區初期地表徑流達到飽和，并超過滯留區上部滯水層時，后期地表徑流通過溢流進入過濾區，地表徑流經過入滲、過濾、滲透至過濾區底部碎石層，通過碎石層中開孔集排水管排放至雨水市政管網。生態滯留過濾系統滯留區主要包括滯水層、植物層、種植基質層、滯留層、排水層。
[0007]生態滯留過濾系統主要優點:
[0008](I)生態滯留系統采用分區設計，可更加針對初期重污染地表徑流污染的控制；
[0009](2)生態滯留系統采用分區設計，整體提高系統水力負荷，可應對高強度降雨；
[0010](3)生態滯留系統采用分區設計中的滯留區，可增加地表徑流在系統的停留時間，提高對地表徑流氮素的去除效果。
【附圖說明】
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[0011]圖1:具脫氮功能的生態滯留過濾系統的整體結構示意圖；
[0012]圖中:1_片流進水、2-滯水層、3-植物層、4-種植基質層、5- 土工布、6_滯留層、7-排水層、8-溢流堰、9-溢流井、10-過濾層、11-出水控制管、12-開孔集排水管。
【具體實施方式】
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[0013]為了提高城市地表徑流氮污染的去除效果，本發面提供了一種具脫氮功能的生態滯留過濾系統，所述系統包括:滯留區，主要承擔對城市地表徑流初期重污染徑流的過濾與脫氮功能；過濾區，主要承擔對后期地表徑流污染的過濾吸附功能。當不透水地表產生徑流時，首先初期重污染徑流進入生態滯留過濾系統的滯留區，地表徑流通過入滲、過濾、滲透至滯留區的中下部暫時儲存滯留其中，通過底部設置在碎石層的集排水管控制其出水流量，使初期重污染徑流能夠得到較長時間的停留，滿足地表徑流中NO3-N還原所需時間。當滯留區初期地表徑流達到飽和，并超過滯留區上部滯水層時，后期地表徑流通過溢流進入過濾區，地表徑流經過入滲、過濾、滲透至過濾區底部碎石層，通過碎石層中開孔集排水管排放至雨水市政管網。
[0014](I)生態滯留過濾系統布局與規模:根據城市不透水地表與景觀綠地分布格局，生態滯留過濾系統應該利用城市景觀綠地、就近分散布置在不透水地表周圍。生態滯留過濾系統面積大小根據服務不透水地表面積與區域降雨特征決定。生態滯留過濾系統的面積應該控制在服務不透水地表面積的5-10%。生物促滲減流設施規模面積應小型化，幾十到幾百平方米為宜。同時生物促滲減流系統規模要考慮場地土壤的入滲能力。其中生物滯留過濾系統面積的1/2分別設置為滯留區和過濾區。
[0015](2)城市地表徑流片流進水I設計，防治地表徑流進入生態滯留系統時的侵蝕沖刷，盡量使地表徑流以片流的形式進入或在入口處采用碎石和塊石消能分水。
[0016](3)滯水層:提供地表徑流暫時的儲存滯留與顆粒污染物沉降，同時通過蒸發部分徑流，考慮景觀、功能、安全等因素滯水空間的高度通常設置為15?30cm。根據當地降雨頻率一般需在48?72h滲透完畢。
[0017](4)植物層:不僅對地表徑流水量起著蒸騰的功能，而且對污染物的去除發揮著重要的作用。從鄉土種、根系發達、耐淹耐旱以及景觀性等原則選擇植物。
[0018](5)種植基質層:種植基質要具有足夠的截留入滲城市地表徑流的能力；提供植物生長以及維系根際生物群落從而提高對地表徑流污染的去除以及景觀作用。提供物理、化學截留/過濾/吸附作用去除地表徑流污染物；通常種植基質層為壤質砂土，入滲能力要求在50mm/h以上，深度在25?45cm為宜。
[0019](6)滯留層:滯留層是主要提供對城市地表初期重污染徑流暫時儲存滯留作用，延長城市地表徑流的停留時間，承擔主要脫氮功能，通常滯留層由粒徑在1.0?2.0cm的礫石組成，深度為45?60cm。在滯留層的表面鋪設土工布，防止上部種植基質層土壤顆粒的向下迀移，發生堵塞現象。
[0020](7)排水層:排水層由碎石(Φ20?40mm)組成，深度為15?30cm，排水層主要起著對上層滯留地表徑流排放功能，通過在排水層中布置開孔集排水管以及出口流量控制功能，從而實現延長上層滯留地表徑流排放時間。
[0021](8)過濾層主要對城市地表徑流起過濾、吸附作用，過濾層由粒徑在1.0?2.0cm的礫石組成，深度為45?60cm。
[0022](9)溢流堰:在生態滯留過濾系統滯留區與過濾區中間設置溢流堰，當城市地表徑流量超過滯留區容納能力時，地表徑流可自動溢流至過濾區。
[0023](10)溢流井:溢流井設置在過濾區，當城市地表徑流量超過滯留區與過濾區滯留容納能力時，可直接溢流進入設在排水層中開孔集排水管排放。
[0024](11)出水控制管:出水控制管主要用于控制、延緩滯留區中滯留層地表徑流的排放時間，通過變小排水管直徑進行流量控制，通常使滯留層中的地表徑流排放時間延長至5?7天，能夠達到系統對NO3 N還原所需時間。
[0025](12)開孔集排水管:開孔集排水管布置在排水層中，排放來不及向深層土壤滲透的地表徑流。
[0026](13)植物種植選擇:植物是生態滯留過濾系統的重要組成部分，不僅對地表徑流起著過濾與蒸騰的功能，而且發達根系植物的選擇具有促進地表徑流入滲的能力，另外對污染物的去除也發揮著重要的作用。從鄉土種、根系發達、耐淹耐旱以及景觀性等原則選擇高大禾草類草本植物，如須芒草、細葉芒、柳枝稷、玉帶草等。另外莎草科的風車草、鳶尾科西伯利亞鳶尾和千屈菜科千屈菜根據景觀需要可種植。
【主權項】
1.一種具脫氮功能的生態滯留過濾系統，主要包括滯水層、植物層、種植基質層、滯留層、排水層。2.按照權利要求1所述，其特點在于:當不透水地表產生徑流時，首先初期重污染徑流進入生態滯留過濾系統的滯留區，地表徑流通過入滲、過濾、滲透至滯留區的中下部暫時儲存滯留在滯留區；設置在底部碎石層的集排水管控制徑流出水流量，使初期重污染徑流能夠得到較長時間的停留，滿足地表徑流中NO3-N還原所需時間。3.按照權利I及權利2要求所述，其特點在于:當滯留區初期地表徑流達到飽和，并超過滯留區上部滯水層時，后期地表徑流通過溢流進入過濾區，地表徑流經過入滲、過濾、滲透至過濾區底部碎石層，通過碎石層中開孔集排水管排放至雨水市政管網。4.按照權利1、權利2及權利3要求所述，其特點在于:適合處理初期重污染地表徑流污染；分區設計提高系統水力負荷，可應對高強度降雨；生態滯留系統滯留區可增加地表徑流在系統的停留時間，提高對地表徑流氮素的去除效果。
【專利摘要】本發明涉及一種具脫氮功能的生態滯留過濾系統，該系統主要由滯留區與過濾區組成。主要利用城市景觀綠地構建具有脫氮功能的生態滯留過濾系統，通過填充滲濾基質，并種植特定的植物對城市地表徑流起到滯留與滲濾的作用。當不透水地表產生徑流時，初期重污染徑流首先進入滯留區，通過入滲、過濾、滲透至滯留區的中下部暫時儲存滯留其中，由設置在底部碎石層的集排水管控制出水流量，使初期重污染徑流能夠得到較長時間停留，滿足地表徑流中NO3-N還原所需時間。當滯留區初期地表徑流達到飽和，并超過滯留區上部滯水層時，后期地表徑流通過溢流進入過濾區，并經過入滲、過濾、滲透至過濾區底部碎石層，由碎石層中開孔集排水管排放至雨水市政管網。
【IPC分類】C02F3/32
【公開號】CN105016476
【申請號】CN201510427903
【發明人】單保慶, 張洪, 雷沛
【申請人】中國科學院生態環境研究中心
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月20日