透水混凝土路面_人工湿地雨水收集处理系统的设计_图文

1、第27卷第18期2011年9月中国给水排水CHINA WATER WASTEWATER Vol27No18Sep2011透水混凝土路面/人工湿地雨水收集处理系统的设计吴文伶，宋中南，石云兴，罗兰，王珂，戢文占，张冯建华，李艳稳（中国建筑工程总公司技术中心材料工程研究中心，北京101300）北京市顺义区李遂镇某雨水收集利用工程采用透水混凝土路面收集雨水并应用人工湿地进行雨水处理，详细介绍了透水混凝土路面、调节池、人工湿地的设计方法，并对该技术的优工艺流程、结构设计等进行了详细探讨。势、关键词：透水混凝土路面；人工湿地；中图分类号：TU991文献标识码：C雨水收集处理文章编号：10004602（2

2、011）18004605摘要：涛，Design of Pervious Concrete Pavement and Constructed Wetland Systemfor Rainwater Collection and TreatmentWU Wen-ling ，SONG Zhong-nan ，SHI Yun-xing ，LUO Lan ，WANG Ke ，JI Wen-zhan ，ZHANG Tao ，FENG Jian-hua ，LI Yan-wen（Material Engineering Research Center ，Technology Center of China St

3、ate ConstructionEngineering Corporation ，Beijing 101300，China ）Abstract ：Pervious concrete pavement for rainwater collection and constructed wetland for rainwa-ter treatment are used in a rainwater collection and utilization project in Lisui town of Shunyi District ，Beijing CityThe design methods of

4、 pervious concrete pavement ，detention tank and constructed wetland are introducedFurthermore ，the technology advantages ，process flow and structure design are dis-cussedKey words ：ment北京市顺义区李遂镇某雨水收集利用工程占地23约500m ，处理雨水量为10m /d。由透水混凝土pervious concrete pavement ；constructed wetland ；rainwater collecti

5、on and treat-到下分别为透水混凝土面层、透水垫层、密实混凝土基层、土基（见图1），密实混凝土基层也可由防渗土工膜代替。透水垫层为普通石头或透水混凝土结构层。密实混凝土基层和土工膜具有一定坡度坡向用于蓄水的调节池，在邻近调节池的混凝土基层上方布有水管，将透水混凝土路面收集的雨水导入调节池（见图2）。当降雨强度小于透水混凝土路面的渗透能力时，雨水下渗进入透水混凝土面层和结构层，此时若透水混凝土结构层的导水能力大于降雨强度，则结构层中的雨水将沿坡流向雨水调节池；若混凝土结构层的导水率低于降雨强度，那么雨水将在经调节池存储和调节后进入人工路面收集的雨水，湿地进行净化处理，出水用于喷灌绿化、

6、道路喷洒、养鱼和冲厕。1雨水收集处理系统的设计透水混凝土路面/人工湿地雨水收集处理系统的工艺流程为雨水透水混凝土路面调节池人工湿地出水回收利用。1. 1用于雨水收集的透水混凝土路面的设计用于雨水收集的透水混凝土路面的结构，从上wwwwatergasheatcom 吴文伶，等：透水混凝土路面/人工湿地雨水收集处理系统的设计第27卷第18期透水混凝土中蓄积，直至蓄满产生表面径流 。透水路面表观孔隙率F 汇水面积，m 2另外，如果透水混凝土面层下方铺设有透水垫则透水垫层也有一定的蓄水能力。普通石头的层，孔隙率一般为40%，细集料含量高的混凝土结构层的孔隙率约为20%。若孔隙率为15%、厚度为100m

7、m 的透水混凝土面层下方铺设150mm 厚的透水垫层，则路面的额定存储雨水量将是75mm 的降水图1Fig1雨水收集路面结构（即：15% 100mm +40% 150mm =75mm ）。2透水混凝土的渗流量计算公式为：Q =kiA i =式中+i z hStructure of pavement for rainwater collection（2）（3）Q 纵向每米透水混凝土面层的排水量，m 3/sk 透水混凝土路面的透水系数，m /si 渗流路径的平均坡度，若有纵坡，按式（3）计算i z 、i h 分别为纵坡、横坡图2Fig2透水混凝土路面收集雨水设计collectionA 纵向每米透水

8、面层过水断面面积，若若无则A =h 有纵坡则为A =h （i h /i ），透水混凝土路面有一定的储水能力，并且透水混凝土面层中的雨水以一定的渗透速率沿坡流向雨水调节池，但雨水量很大时，雨水将从透水混凝土层中溢出而形成径流，所以对于降雨强度高的地区，必雨水经边沟或排水管流要时需设置边沟或排水管，入蓄水池中。透水混凝土道路的雨水口一般可按照城市道路设计规范要求的距离设置，由于透水混凝土路面有很强的储水能力，故设置的雨水口数量可适当减少。该工程透水混凝土路面面层厚为30mm ，横坡和纵坡均为05%，计算得到每延米透水面层过水2断面面积A 为002m ，自主研发施工的透水混凝3每米透水混凝土面土路面

9、的透水系数10m /s，73层的排水量为14 10m /s，因此当降雨量14 107m 3/s时，即12h 内降雨量302mm （特大暴Design of pervious concrete pavement for rainwater当降雨强度很大，超过透水混凝土路面的渗透能力时，雨水亦会产生表面径流。因此，对于降雨强将形成度大的地区可以考虑设置雨水口和排水管，的表面径流外排（见图3） 。图3Fig3透水混凝土路面两侧雨水井设计concrete pavementDesign of rainwater well on two sides of pervious雨）时，雨水将会在透水混凝土表面形

10、成径流，经过雨水口进入雨水收集系统。1. 2用于蓄水的雨水调节池的设计调节池的尺寸依据雨水流量和设计雨水处理量确定。雨水流量计算公式由降雨量和汇水面积确定3透水混凝土的渗水能力主要是由透水混凝土面1，2：层的孔隙率决定的，计算公式为V =hF 式中V 透水路面面层中缓存水的体积，m 3h 透水面层厚度，m（1）：W =10c H y F（4）第27卷第18期中国给水排水1. 3. 2水力学参数计算水力负荷：=Q /A s式中wwwwatergasheatcom式中W 雨水流量，m 3雨量径流系数c H y 设计降雨量，mm（9）8月份降雨北京多年平均年降水量为595mm ，量最大，平均为243

11、mm 。本工程中透水混凝土路面2约280m ，以雨量最大的8月份降雨量计算，由式（4）计算得到一天雨水量为23m 3。设计调节池长3为35m ，宽为2m ，深为15m ，容积约10m ，可以为人工湿地一天容纳8月份连续46d 的降雨量，的设计雨水处理流量。为保证系统的安全，调节池Q 设计处理雨水流量，m 3/d欧美人少地多，其水力负荷大都低于01m /d，而我国土地资源短缺，一般水力负荷高于02m /d。由于雨水污染负荷低，可适当提高水力负荷，但不能8否则流速过快，危害湿地植物生长。超过1m /d，水力停留时间：t =A s he /Q 式中40% 50%国外人工湿地的水力停留时间一般在5 1

12、5d ，我国土地资源宝贵，一般水力停留时间为1 3d 9。对于雨水人工湿地系统，水力停留时间可低于1d ，但也要保证暴雨期至少有30min 的水力停8留时间。1. 3. 3湿地植物选择由于雨水的水量和水质变化大，在选择湿地植物时需要考虑适应性强的品种，一般应具有以下特点：能忍受较大变化范围的水位、含盐量；在本地适应性好的植物，最好是本地的原有植物；经证实对污染物有较好的去除效果；有广泛用途或经济价值高。人工湿地中使用最多的水生植物为芦苇和宽叶香蒲。1. 3. 4填料选择人工湿地雨水处理系统一般采用砾石作为填料，由于砾石和雨水中都缺少有机质，所以必要时在进行厌氧反硝化阶段需添加有机质补充碳源，常

13、用的碳源有生活污水、葡萄糖等。有研究表明沸石对但由于其价格相对昂氮磷有更好的净化效果，贵，目前的湿地系统一般仍采用碎石作为填料。25（10）设有溢流口，过多的雨水可以通过溢流排向市政管道。1. 3用于雨水净化的人工湿地的设计1. 3. 1人工湿地尺寸计算一些专家建议，计算湿地表面积不需要考虑它的收集容积，而是用汇水面积的百分数来计算。通4常是支流汇水面积的15% 30%。湿地的最佳储存容积应当是使汇水区达到13mm 水位的容e 填料孔隙率，砾石的孔隙率一般为积。有效去除的最小储存容积是使汇水区达到6mm 水位的容积。储存容积可用下式计算5：V =CyA式中V 暴雨湿地的储存容积，m 3C 系数

14、，取10y 汇水区的设计水位，mm A 汇水区的表面积，hm2（5）对于由土壤、砾石等基质组成的潜流人工湿地，在充满污水而处于饱和状态且流速较低时，水力特征为层流状态，其横截面积可以由达西定律表6达：Q ' =K s AS （6）式中Q ' 渗流量，m 3/dK s 渗透系数，m 3/（m 2·d ）S 水力坡度湿地的宽度W ' 由横截面积和深度确定：W' =A /h式中h 湿地深度，m（7）工程案例以李遂镇雨水收集利用工程为例，人工湿地由一级水平流人工湿地、垂直流人工湿地和二级水平每一级人工湿地又由两个池流人工湿地串联构成，体并联构成。一级水平流人工

15、湿地主要去除雨水中的悬浮颗粒物（SS ）和有机污染物，垂直流人工湿地的溶解氧含量比水平流湿地高，其主要作用为氨氮的硝化，二级水平流人工湿地主要作用为氮的反硝化以及悬浮颗粒物的进一步去除，而磷主要通过基质的吸附去除。共有6个人工湿地池，每个长为6一般人工湿地的深度根据所栽种植物种类及根系的生长深度确定，为了保证必要的好氧条件，建议湿地深度为40 60cm7。湿地的长度为湿地表面积与湿地宽度之比：L =A s /W ' （8）式中A s 湿地面积，m 2wwwwatergasheatcom 吴文伶，等：透水混凝土路面/人工湿地雨水收集处理系统的设计第27卷第18期m ，宽为3m ，深为12

16、5m ，基质厚为1m ，各级人工湿地之间设有调节池（见图4） 。图4人工湿地剖面Fig4Section drawing of constructed wetland设计雨水流量为10m 3/d，由式（9）和（10）计算总占地面积约为500m 2，透水混凝土路面及雨水调得到，人工湿地的水力负荷为009m /d，水力停留节池占地约300m 2，人工湿地占地面积为108m 2，时间为54d ，可见本工程设计中的水力学参数符合绿地、厕所及鱼池等雨水回用设施占地约100m 2 。国外标准，优于国内一般人工湿地。本工程案例中选择广泛应用的芦苇作为人工湿地植物，填料为不同粒径的碎石。在水平流人工湿地的进水端

17、和出水端分别有布水区和集水区，采用30 40mm 大粒径碎石，以有利于水的均匀分布。基质填料表层为8 10mm 粒径的细碎石，以便于湿地植物的种植。一级水平流人工湿地的主体填料为20 30mm 的碎石，二级水平流人工湿地的主体填料为10 20mm 的碎石，垂直流人工湿地的主体填料从上到下分别为10 20mm 碎石、高炉渣、20 30mm 碎石。每一级人工湿地落差为300mm ，布水管和集水管为穿孔花管，出水管上装有旋转弯头，以控制水位。经人工湿地净化的雨水进入清水池，池中设有潜水泵，清水经管道进入雨水回用系统，包括鱼池、图5透水混凝土/人工湿地雨水收集处理系统厕所、绿地喷灌等。经透水混凝土路面

18、收集的天然Fig5Schematic diagram of pervious concrete pavement降雨进入人工湿地净化处理后，设计出水达到城镇and constructed wetland system污水排放一级A 标准和生活杂用水标准。调查显示北京地区天然降水pH 值、硫酸盐、COD 等指标均满足生活杂用水水质要求，除氨氮、总磷为劣类外，天然降水的其他指标皆能达到地表类水质标准。天然雨水中COD 为6mg /L，氨氮为59mg /L，磷含量最高可达08mg /L，悬浮颗粒物含量为85mg /L10。该工程设计出水水质可达到城镇污水排放一级A 标准和生活杂用水标准，COD 50

19、mg /L，图6透水混凝土/人工湿地雨水收集处理系统三维示意氨氮5mg /L，总磷05mg /L，悬浮颗粒物10Fig6Three-dimensional diagram of pervious concretemg /L，符合养鱼、冲厕和绿化要求。pavement and constructed wetland system in rainwater透水混凝土路面/人工湿地系统示意见图5、6，collection and purification第27卷第18期中国给水排水wwwwatergasheatcom3结语5Reed S C ，Crites R W ，Middlebrooks E J

20、Natural Sys-tems for Waste Management and Treatment M Eng-land ：A McGraw Hill Special Reprint Edition ，19956诸惠昌，人工湿地的胡纪萃新型废水处理工艺J 环境科学，1993，14（2）：3943设计方法7Tanner C C ，Sukias J PA ccumulation of organic solidsin gravel bed sonstructed wetlands J Water Sci Tech-nol ，1995，32（3）：2292398徐丽花，周琪暴雨径流人工湿地处理系

21、统设计的几J 给水排水，2001，27（8）：3234个问题9汪俊三植物碎石床人工湿地污水处理技术和我的M 北京：中国环境科学出版社，2009工程案例10侯立柱，丁跃元，冯绍元，等北京城区不同下垫面的中国给水排水，2006，22雨水径流水质比较J （23）：3538E mail ：wuwenling8314163com 收稿日期：20110308透水混凝土路面/人工湿地雨水收集处理工程，可以有效去除雨水中的悬浮颗粒物、有机污染物、氮具有建设运行费用低、管理磷以及重金属等污染物，维护简单等优点，适用于雨水的净化处理。参考文献：1车武我国缺水城市雨水利用技术的探讨J 中国1999，15（3）：22

22、23给水排水，2王波透水性硬化路面及铺地的应用前景J 建筑2002，33（9）：659660技术，3孙慧修排水工程M 北京：中国建筑工业出版1999社，4Ben Urbonas ，Peter SStormwater ：Best ManagementPractices and Detention for Water Quality ，Drainage ，and CSO Management M Englewood Cliffs ，NJ：PTR 1993Prentice Hall ，櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵櫵（上接第35页）人工湿地通用图设计参数见表4。表4Tab43人工湿地设计参数数值02