复合式深层雨水湿地系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术涉及一种复合式深层雨水湿地系统及其运行方法，所属城市雨洪管理技术领域，包括由表面流反应区、下向垂直流反应区、水平潜流反应区、上向垂直流反应区和出水区5个区组成，表面流反应区自上而下由种植了水生植物的沙土和隔水层构成，表面流反应区下端设有由大粒径石英砂填充的水平潜流反应区，一侧通过溢流堰板沿流程方向设有下向垂直流反应区，另一侧通过穿孔花墙设有上向垂直流反应区和出水区，上向垂直流反应区内部装有小粒径石英砂，小粒径石英砂上方设有由V型槽和出水管组成的出水区，上向垂直流反应区上部设有与表面流反应区相连通的进水穿孔管。具有占地面积较小和功能分区明确的特点。提高出水处理效果和抗击环境变化的能力。环境变化的能力。环境变化的能力。

【技术实现步骤摘要】
复合式深层雨水湿地系统及其运行方法


[0001]本专利技术涉及城市雨洪管理
，具体涉及一种复合式深层雨水湿地系统及其运行方法。

技术介绍

[0002]雨水湿地是海绵城市建设应用领域中利用物理、水生植物及微生物等作用净化雨水，是一种较为高效的径流污染控制设施，雨水湿地分为雨水表流湿地和雨水潜流湿地，一般设计成防渗型以便维持雨水湿地植物所需要的水量，雨水湿地常与湿塘合建并设计一定的调蓄容积。
[0003]一般借助湿地系统内的基质
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植物
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微生物三者协同作用而去除。基质通过吸附、沉淀、过滤等物理、化学作用去除水体污染物，同时为微生物附着和水生植物生长提供适宜条件。水生植物通过吸附与同化作用吸收去除水体污染物。硝化细菌与反硝化细菌等微生物通过硝化
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反硝化作用去除水体氮素污染物。
[0004]虽然雨水湿地凭借以上优势不断地应用于水环境修复，但雨水湿地存在的应用局限阻碍了其进一步发展，主要表现在：
[0005](1)低温条件下降低植根系吸附作用，影响微生物的生态位：冬季水生植物枯萎，根系的作用大打折扣，对污染物质的吸附作用和输送氧气能力大大降低，同时，低温会影响系统内硝化细菌、反硝化细菌等功能菌的活性，从而降低系统对污染物质的去除效率。因此，如何做到稳定维持湿地系统温度，成为冬雨季条件下，雨水湿地正常发挥功能的主要研究方向。
[0006](2)溶解氧垂直方向存在浓度梯度，复氧条件的不充分，影响微生物代谢能力：由于雨水湿地系统对于氮素的转化与去除依靠硝化作用进行，而溶解氧是影响硝化强度的重要控制因素，潜流湿地系统由于湿地系统结构的差异，影响了大气复氧作用，加之冬季植物萎缩致使根系氧传输作用减弱后，系统内溶解氧不足，致使生物脱氮效果降低。
[0007](3)堵塞问题：由于降雨过程存在着短历时、进水的水质多裹挟路面杂质，传统雨水湿地系统进行人工排泥的可能性较小，系统运行过程中不断出现悬浮物质的堆积，使得系统孔隙率逐渐降低，影响系统的蓄水空间。

技术实现思路

[0008]本专利技术主要解决现有技术中存在的不足，提供了一种复合式深层雨水湿地系统及其运行方法，其具有占地面积较小和功能分区明确的特点。节省了湿地系统占地面积，促进系统保温以及简化湿地系统的管道系统。提高出水处理效果和抗击环境变化的能力。
[0009]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0010]一种复合式深层雨水湿地系统，包括由表面流反应区、下向垂直流反应区、水平潜流反应区、上向垂直流反应区和出水区5个区组成，所述的表面流反应区自上而下由种植了水生植物的沙土和隔水层构成，所述的表面流反应区下端设有由大粒径石英砂填充的水平
潜流反应区，所述的表面流反应区和水平潜流反应区的一侧通过溢流堰板沿流程方向设有下向垂直流反应区，所述的下向垂直流反应区内部装填砾石，所述的表面流反应区和水平潜流反应区的另一侧通过穿孔花墙设有上向垂直流反应区和出水区，所述的水平潜流反应区与溢流堰板间、水平潜流反应区与穿孔花墙间均设有分别与下向垂直流反应区、上向垂直流反应区相连通的穿墙孔，所述的上向垂直流反应区内部装有小粒径石英砂，所述的小粒径石英砂上方设有由V型槽和出水管组成的出水区，所述的上向垂直流反应区上部设有与表面流反应区相连通的进水穿孔管，通过进水穿孔管将待处理原水引入表面流反应区，进行净化处理。
[0011]作为优选，所述的大粒径石英砂下端、大粒径石英砂与溢流堰板间、大粒径石英砂与穿孔花墙间装填有雨花石，所述的水平潜流反应区底部、下向垂直流反应区底部、上向垂直流反应区底部均设有排泥阀。
[0012]作为优选，所述的表面流反应区中的沙土选用当地表层土，设置厚度为200mm；隔水层选用膨润土+透水土工布形式，设置厚度为150mm。
[0013]作为优选，所述的下向垂直流反应区中装填砾石的厚度为650mm、粒径为Φ10～15mm。
[0014]作为优选，所述的水平潜流反应区中的大粒径石英砂厚度为500mm，粒径为Φ8～10mm。
[0015]作为优选，所述的上向垂直流反应区中的小粒径石英砂厚度为450mm、粒径为Φ6～8mm。
[0016]作为优选，所述的穿墙孔的孔径为Φ25mm。
[0017]一种复合式深层雨水湿地系统的运行方法，包括如下运行步骤：
[0018]第一步：通过进水穿孔管均匀地将待处理水分布于由水生植物及沙土组成的表面流反应区，将待处理水中的悬浮颗粒进行机械拦截，将磷吸附并增强了系统硝化强度。
[0019]第二步：借助隔水层实现分层折流运行，并以推流式连续进水，经过溢流堰板至由砾石组成的下向垂直流反应区，借助跌水作用人工强化大气复氧。
[0020]第三步：借助溢流堰板的穿墙孔均匀布水作用进入装填了大粒径石英砂的水平潜流反应区，增强了系统的反硝化作用，并推动氮素转化。
[0021]第四步：借助穿孔花墙的穿墙孔均匀布水作用进入装填小粒径石英砂的上向垂直流反应区，截留脱落的生物膜，增强系统微生物持留水平后到达出水区。
[0022]第五步：净化处理合格的出水通过出水区内的V型槽集水后由出水管流至天然水体。保证出水均匀，实现汇入河流、湖库等雨水得到原位净化。
[0023]作为优选，当水生植物采用鸢尾时，隔水层通过膨润土和土工布的组合结构。
[0024]作为优选，系统启动/工况优化/稳定运行的三个阶段实施操作如下：
[0025](1)、启动阶段着重于分析水力流态变化，验证其是否存在短流现象及出水稳定性。
[0026](2)、工况优化阶段：基于传统湿地系统及前人所研究复合式深层雨水湿地系统，模拟确定地表径流流量变化梯度为20.8
‑
16.6
‑
12.5
‑
8.3m3/h。
[0027](3)、稳定运行阶段：当设计流量为8.3m3/h，确定复合式深层雨水湿地最佳水力负荷为81.18L/(hm2·
s)。
[0028]复合式深层雨水湿地系统出水效果对比如下表1所示：
[0029]表1复合式深层雨水湿地系统出水效果对照表
[0030][0031]相较于传统湿地系统，本专利技术的TN去除率44.17％，相较于传统湿地系统提高了27.88％，有机物去除率为34.3％，相较于传统湿地系统提高了9.8％。所研究指标均满足《地表水环境质量标准》(GB3838
‑
2002)III类水要求，系统对汇流至河湖的雨水径流的原位净化效果增强。此工况条件下，产水量较大，故为本专利技术的最佳运行工况。
[0032]相较于传统湿地系统，本专利技术减少了湿地系统61.43％的占地面积，系统水力负荷提高了62.8％，其技术应用效益较为显著。本系统全程自流，减少了系统运行能耗。系统采用跌水折流式运行，减少了水力流程，减少出现短流及堵塞现象的几率。研究表明相较于传统湿地系统，本系统的防堵塞效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合式深层雨水湿地系统，其特征在于：包括由表面流反应区、下向垂直流反应区、水平潜流反应区、上向垂直流反应区和出水区5个区组成，所述的表面流反应区自上而下由种植了水生植物(2)的沙土(3)和隔水层(6)构成，所述的表面流反应区下端设有由大粒径石英砂(7)填充的水平潜流反应区，所述的表面流反应区和水平潜流反应区的一侧通过溢流堰板(4)沿流程方向设有下向垂直流反应区，所述的下向垂直流反应区内部装填砾石(5)，所述的表面流反应区和水平潜流反应区的另一侧通过穿孔花墙(9)设有上向垂直流反应区和出水区，所述的水平潜流反应区与溢流堰板(4)间、水平潜流反应区与穿孔花墙(9)间均设有分别与下向垂直流反应区、上向垂直流反应区相连通的穿墙孔(14)，所述的上向垂直流反应区内部装有小粒径石英砂(10)，所述的小粒径石英砂(10)上方设有由V型槽(11)和出水管(12)组成的出水区，所述的上向垂直流反应区上部设有与表面流反应区相连通的进水穿孔管(1)，通过进水穿孔管(1)将待处理原水引入表面流反应区，进行净化处理。2.根据权利要求1所述的复合式深层雨水湿地系统，其特征在于：所述的大粒径石英砂(7)下端、大粒径石英砂(7)与溢流堰板(4)间、大粒径石英砂(7)与穿孔花墙(9)间装填有雨花石(8)，所述的水平潜流反应区底部、下向垂直流反应区底部、上向垂直流反应区底部均设有排泥阀(13)。3.根据权利要求1所述的复合式深层雨水湿地系统，其特征在于：所述的表面流反应区中的沙土(3)选用当地表层土，设置厚度为200mm：隔水层(6)选用膨润土+透水土工布形式，设置厚度为150mm。4.根据权利要求1所述的复合式深层雨水湿地系统，其特征在于：所述的下向垂直流反应区中装填砾石(5)的厚度为650mm、粒径为Φ10～15mm。5.根据权利要求1所述的复合式深层雨水湿地系统，其特征在于：所述的水平潜流反应区中的大粒径石英砂(7)厚度为500mm，粒径为Φ8～10mm。6.根据权利要求1所述的复合式深层雨水湿地系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜广萌，孙梦，梁勇，常珊，邹澄昊，
申请(专利权)人：浙江省建筑设计研究院，
类型：发明
国别省市：