暴雨过程初期雨水弃流无占地就地处理装置及其处理方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理技术领域的装置及其方法，具体是一种暴雨过程初期雨水弃流无占地就地处理及其处理方法。
背景技术
我国目前很多城市由于合流制原因，使得雨水进入了污水处理管道，这其中带来的一个主要问题是污水中的泥沙量非常高，严重影响了污水厂污泥的最终处理，而且对于输水管道和污泥的机械设备等具有严重的磨损作用。同时，随着我国节能减排的推进，要求对于雨水尽量的进行中水回用，而初期雨水由于携带了大量的泥沙和污染物，如果与后期雨水混合进行处理，则会严重影响其中的雨水中水回用目的，并增加雨水处理负荷。因此，非常有必要对初期雨水进行分流弃置，或进行单独处理。
城市的不透水面积，如屋顶、街道、停车场等的增加，使相当的汇水区域为不透水的硬化表面所覆盖，因此致使雨(雪)水无法直接渗入地下，增大了地表径流的流量。同时，城市化对城市水文环境的影响导致了雨水径流水质的下降，其原因主要在于城市化对排水系统的改造立足于使雨水径流尽快排走的目的，雨水径流流速和流量的增大，使得径流对屋顶、路面的冲刷作用显著增加，城市下垫面沉积的污染物质被雨水溶解或携带，造成污染的扩散；由于我国绝大部分城市排水系统采用合流制，雨水径流进入污水管网，增大了处理设施的负荷。如果能够实现雨水的利用，将有效解决城市污水的处理负荷。而其中最为关键的是实现城市污水初期弃流水的高效处理目标，从而使后期雨水收集后可直接进行应用，这样则可以有效降低雨水的处理量。
雨水的使用除了可以作为街厕冲洗用水外，也可作为其它用水如空调冷却水、消防用水、洗车用水、花草浇灌、景观用水、道路清洗等，用途较广。我国城市雨水利用的研究与应用开始于20世纪80年代，发展于90年代。2007年4月1日施行的《建筑与小区雨水利用工程技术规范》对城市雨水利用起着积极的推动作用。目前雨水的处理过程，与一般的水处理过程相似，主要采用物理化学方法。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利授权公告号为CN101220603(公告日：2008.07.16)的专利说明书披露了如下内容：提供了一种中水回用及雨水污水分流集中处理装置，包括粗滤沉淀池，含污水分解池的生化处理池，分别与粗滤沉淀池和生化处理池连通的缓冲池和与缓冲池连通的含活动滤床的细滤池，中水处理回用控制室，中水贮水水池，中水处理回用控制室中有中心控制盘，受中心控制盘控制的与细滤池连通的超滤分离机，集中排污井通过管道分别与生化处理池、粗滤沉淀池、缓冲池、细滤池连通。既解决了污水雨水分流集中处理问题，又获得了再生水。该专利工艺流程较长，且需要较长的停留时间。本发明要解决的技术问题是：暴雨过程初期雨水弃流污水，其含沙量较高，且含油较多的复杂污染物，经本工艺处置后满足中水回用标准。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种暴雨过程初期雨水弃流无占地就地处理及其处理方法。初期弃流雨水经过弃流装置后进入沉砂池沉淀，后进入进水机构配水，自流入污水净化土壤沟槽进行土地处理，通过特殊结构，解决土壤法处理污水堵塞问题，能够使初期弃置雨水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级排放标准(GB18918-2002)，并可以有效防止系统发生堵塞的问题。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
本发明涉及的暴雨过程初期雨水弃流无占地就地处理，包括：进水机构、覆土层、混合层、土壤层、砾石层、细砂层、基础层和排水机构，其中：覆土层、混合层、土壤层、砾石层、细砂层和基础层由上而下依次设置，进水机构与混合层相连接，排水机构与砾石层以及细砂层相连接。
所述的进水机构包括：进水池、若干个配水槽，其中：进水池出口与配水槽相连接，配水槽设置于混合层内，将初期雨水依靠重力自流进入沟槽中，配水槽宽度为200mm，其布设数量计算依据为：测算与其垂直的横向宽度，每1.5m的横向宽度设置一个沟槽。
所述的排水机构包括：集水管、储水池、抽水泵，其中：集水管的一端置于砾石层与细砂层中，另一端与内置抽水泵的储水池相连接；抽水泵设置在储水池内。
本发明涉及的暴雨过程初期雨水弃流无占地就地处理方法，包括以下步骤：
第一步，在选定的位置，包括小区绿化区以及道路交通旁边的绿化区，开挖沉砂池，底部添加粘土层0.6m以上，并夯实。水进入沉砂池沉砂一段时间后，去除部分沙粒物质。
第二步，沉砂池出水进入污水就地处理系统，其中污水就地处理系统，包括：进水机构、覆土层、混合层、土壤层、砾石层、细砂层、基础层和排水机构，其中：覆土层、混合层、土壤层、砾石层、细砂层和基础层由上而下依次设置，进水机构与混合层相连接，排水机构与砾石层以及细砂层相连接。
第三步、在选定的位置，包括小区绿化区以及道路交通旁边的绿化区，开挖沟槽体，底部添加粘土层0.6m以上，并夯实，然后在上方依次铺设细砂层和砾石层，并在底部铺设集水管，并将集水管以5‰的坡度向出水方向铺设，并使其连接储水池，储水池中设置抽水泵用于排出处理水；
所述的沟槽体在不包含覆土层时其深度为700-900mm，面积为2.5Q-5Qm2其中，Q为的以立方米为单位的日处理水量。
第四步、在沟槽体的土壤层上方以木制网格作为生物填料的安装固定架，然后将生物填料悬吊在网格状固定架上，使生物填料垂直悬挂并在下端与沟槽体的砾石层接触。
第五步、将开挖的土壤由上往下逐步倾入槽体中，直至土壤添加到能够满足夯实后达到450-500mm的土壤层厚度后，将悬挂在固定架上的生物填料沿着土壤平面剪下，将网格固定架拆除，然后夯实土壤层，保证雨水净化土壤沟槽结构的刚度。
第六步、在土壤层上铺设混合层，并沿着进水方向将混合层按5‰的坡度向集水井方向倾斜，配水槽设置在混合层前端，利用混合层对系统均匀配水。最后在混合层上加覆土层，覆土层厚度也应保持在100mm以上，从而能够满足植物生长需求。初期雨水经过污水就地处理系统后，达标排放。
步骤四中，所述的生物填料为聚烯烃类和聚酰胺构成，结构为类试管刷毛刷状，所述的生物填料设计加入量按以下方式确定：
当土壤层内的土壤渗透系数小于10-6cm/s时，生物填料装填密度为每立方米土壤均匀装填表面积不少于40m2的填料；
当土壤层内的土壤渗透系数在10-5-10-6cm/s时，生物填料装填密度为每立方土壤均匀装填表面积为20-40m2的填料；
当土壤层内的土壤渗透系数大于10-5cm/s时，生物填料装填密度为每立方米土壤均匀装填表面积为10-20m2的填料。
与已有技术相比，本发明具有如下优点：(1)在采用普通土壤做土壤沟槽介质的系统中，不需要在土壤中混入砂石和铁屑等介质；(2)经过去除沙粒等预处理后的初期雨水进入该系统后，不会因为土壤性质变化而出现系统堵塞问题，利用聚烯烃类和聚酰胺材质构成的市售刷状生物填料的导水性能，使得土壤的渗透性大大提高，摆脱了传统土壤沟槽对土壤选型的依赖，扩大了初期雨水以及污水净化土壤沟槽使用的地域范围；(3)能够承受更大的水力负荷，当水力负荷高达20-40cm/d时，初期雨污水经过该系统处理后，依然可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级排放标准(GB18918-2002)和GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市杂用水水质；(4)不占用地面面积，保持地面的绿化和其他，如停车场等需求。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明结构示意图；
图3为生物填料安装示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一、对暴雨过程初期雨水弃流无占地就地处理装置的实施例
如图1所示，本实施例包括：进水机构、覆土层1、混合层2、土壤层3、砾石层4、细砂层5、基础层6和排水机构，其中：覆土层1、混合层2、土壤层3、砾石层4、细砂层5和基础层6由上而下依次设置，进水机构与混合层3相连接，排水机构与砾石层4以及细砂层5相连接。
所述的进水机构包括：进水池7、若干个配水槽8，其中：进水池出口与配水槽相连接，配水槽设置于混合层内，将初期雨水依靠重力自流进入沟槽中，配水槽宽度为200mm，其布设数量为：测算与其垂直的横向宽度，每1.5m的横向宽度设置一个沟槽。
所述的排水机构包括：集水管9、储水池10、抽水泵11，其中：集水管的一端置于砾石层与细砂层中，另一端与内置抽水泵的储水池相连接；抽水泵设置在储水池内。
所述的覆土层1包括：地表硬化层或植被层，覆土层厚度也应保持在100mm以上；
所述的混合层2由体积比为1∶1的砾石和粗砂混合而成，其厚度为100-150mm，其中：砾石粒径6-10mm，粗砂直径0.5-2.0mm；
所述的土壤层3厚度为350-500mm，由开挖出的土壤与生物填料构成；
所述的砾石层4厚度为50-100mm，由6-10mm的砾石构成
所述的细砂层5厚度为100-150mm，由0.5-1.0mm的细砂构成；
所述的基础层6为粘土层，厚度＞0.6mm，作为工艺处置的基础支撑层。
如图2所示，土壤层中生物填料的安装过程需要网格状固定架A，主要用于在土壤沟槽构建过程中对土壤层的生物填料进行固定。生物填料B悬吊在固定架上，土壤通过固定架和生物填料中的空隙填入。当土壤添加到能够满足夯实后达到450-500mm的土壤层厚度后，将生物填料与固定架分离，撤去固定架，生物填料依靠土壤的内摩擦固定在土壤层中。
如图3所示为土壤层的工作示意图，生物填料起到导水作用，增加了土壤的纵向透水性能，使得污水流向的主要为纵向重力流，增大土壤渗透率，从而避免了处置过程中堵塞问题发生。
二、以下实施例为对暴雨过程初期雨水弃流无占地就地处理方法的实施情况
实施例1
取上海市崇明县某小区内渗透系数为6.2×10-4cm/s的土壤，构建一个按每立方米土壤中装填表面积为10m2生物填料的雨水净化土壤沟槽，不包含覆土层时的沟槽深度为700mm，覆土后沟槽的深度为800mm，面积为2.0m2，设计处理水量为0.3-0.9m3/d，即水力负荷为15-45cm/d。同时建一个没有生物填料的相同大小的净化土壤沟槽作为对比。人工配水，投配到试验装置中进行试验。
进水CODCr为50.4-180.6mg/L、SS为18-52mg/L、总磷为1.9-2.7mg/L、氨氮为13.4-38.7mg/L、pH为5.8-6.5，以40cm/d的水力负荷投配到试验装置中，经过装置后，出水的CODCr为11.1-27.8mg/L，SS为5.5-7.1mg/L，总磷为0.05-0.06mg/L，氨氮为4.5-5.1mg/L，出水效果达到了城市污水处理厂一级A标准和GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市杂用水水质。
实施例2
取某高校校园内渗透系数为2.9×10-7cm/s的土壤，构建一个按每立方米土壤中装填表面积为20m2生物填料的初期雨水弃流净化工艺。不包含覆土层时的沟槽深度为700mm，覆土后沟槽的深度为800mm，面积为2m2，设计处理水量为0.4-0.8m3/d，即水力负荷为20-40cm/d。同时建一个没有生物填料的同大小的生活污水净化土壤沟槽作为对比。模拟路面的初期雨水，投配到试验装置中进行试验。
进水模拟路面径流：COD为186-312mg/L，SS为25-106mg/L，总磷为0.4-1.3mg/L，氨氮为1.6-4.9mg/L，总氮为2.3-7.4mg/L，pH为5.3-6.5，以40cm/d的水力负荷投配到两个土壤沟槽中，经过装载了生物填料的土壤沟槽处理后，出水的CODCr为18.2-32.8mg/L，SS为3.2-6.3mg/L，总磷为0.03-0.11mg/L，氨氮为7.6-9.7mg/L，总氮为15.6-18.5mg/L，出水达到了城市污水处理厂一级B标准和GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市杂用水水质，连续运行3年，不出现堵塞问题。而经过没有装载生物填料的土壤沟槽处理后，虽然能够达到相同的污水净化效果，但16天后即发生堵塞、出现污水不能下渗的问题。