雨水花园循环系统

技术领域

本发明涉及雨水循环系统，特别是涉及雨水花园循环系统。

背景技术

海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”，其中的雨水花园是海绵城市中最较为典型的产物，雨水花园是自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地，被用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水，通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化，并使之逐渐渗入土壤，涵养地下水，或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水，是一种生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施。海绵城市像海绵一样，在应对自然灾害、适应环境变化等方面具有良好的调节能力，重点解决城市涝灾与城市水环境恶化等问题，实现饮用水水源、污水、生态用水、自然降水、地表水、地下水等保护与利用，充分考虑水资源、水环境、水生态、水安全，确保社会水循环能与自然水循环相互贯通。

近几年，海绵城市理念的提高解决了城市化建设中存在的很多问题，但并没有完全解决。国外的海绵理念大多为以解决城市暴雨涝灾的雨水径流管理、雨水收集，以及景观美化等为主的城市开发设计。常见的黑臭水体、水资源短缺的现象还是存在的，这些问题对城市化建设有一定阻碍，同时影响人们生活质量。目前，我国面临特定发展时期，海绵城市建设应符合我国国情。为了能提供更好的居住环境，研究海绵城市理念提出的根本意义，并将其完全融入到城市建设中，才能实现城市建设快速发展。

当前，海绵城市建设面临很多问题，例如，统筹协调不够系统海绵城市建设并不是一个小范围的施工建设，涉及到的场地有小区、路面、园林绿化以及水系方面。对于水资源的过滤不够彻底，达不到相应的标准等；海绵城市建设并不是一个单一的设计理念，其综合性比较强而且具有一定的创新性。对于技术标准不完善的体系应废除，因为不完善的技术体系影响着海绵城市建设的施工过程，并且还会因为技术支撑不充足影响施工建设的质量，这些问题均需要在未来的发展中不断完善和改进。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提供了雨水花园循环系统，该系统不仅能有效的过滤和吸附地表雨水径流中的垃圾杂物、有机污染物及重金属，净化雨水，而且能够对雨水资源、固废资源以及可再生资源重复利用。减少建筑垃圾，节能环保，安全可靠，施工方便，能够有效的收集多余积水，充分利用水资源。

为解决上述存在的技术问题，本发明采用的技术方案如下：

雨水花园循环系统，包括净水储水室、雨水花园体系和中心水池体系三大部分；中心水池体系设置在系统中间，在中心水池体系两侧分别设置有净水储水室，净水储水室的顶端端面通过固废透水混凝土砌筑而成，其上方设置有雨水花园体系，净水储水室底部设置有吸附过滤管；位于一侧的净水储水室的侧面设置有溢流孔并通过溢流孔与市政管道连通；所述中心水池体系的主体是由固废透水混凝土砌筑而成的H型结构，在固废透水混凝土砌筑的水平平台上自上而下依次设置有水生植物、种植土层、碎石排水层和净化过滤层，固废透水混凝土砌筑而成的H型主体下部形成净水储水室；所述雨水花园体系主要包括：地表植物、植物灌溉喷头、固废透水砖、营养土层、净化过滤层、太阳能路灯、太阳能休息亭、集水装置和集水动力设备室；集水动力设备室和净化过滤层均设置在净水储水室顶端端面上，集水动力设备室位于外侧，净化过滤层位于内侧，雨水花园体系的净化过滤层的上方由下至上依次设置有固废透水砖和营养土层，在固废透水砖表面喷涂光触媒材料，在营养土层上种植地表植物，所述太阳能路灯和太阳能休息亭的底端均固定在固废透水砖上；所述集水装置的中下部位于净水储水室内，集水装置的上部穿过集水动力设备室后，其顶部位于地面上并与植物灌溉喷头相连。

进一步地，所述吸附过滤管主要包括截面为圆环形的除杂过滤腔，除杂过滤腔上均匀设置有若干个贯通滤孔；除杂过滤腔内部填充有沸石、石英砂、活性炭、铁矿石、改性纤维球中的一种或几种。

进一步地，所述太阳能休息亭主要包括太阳能电池板、休息遮挡棚、立柱挡板、连接扣件；休息遮挡棚为弧形，其底面中部设置有连接杆，连接杆与立柱挡板的顶端通过连接扣件装配式连接；太阳能电池板安装在休息遮挡棚的顶端，太阳能电池板通过线路与休息遮挡棚内的蓄电池或电网相连接。

进一步地，所述固废透水砖包括以下重量份的原料：钢渣45-50份、煤矸石10-20份、脱硫石膏8-15份、废弃碎地砖10-20份、水8-10份、减水剂1-3份，所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂。

进一步地，所述固废透水混凝土包括以下重量份的原料：铁尾矿碎石35-50份、废弃陶粒10-20份；粉煤灰15-25份、硅灰0.2-0.5份、水泥10-20份、混凝土外加剂1-3份。

进一步地，所述混凝土外加剂是由下述原料按下述重量份数比制成的：引气剂：膨胀剂=1：1；所述引气剂为松香树脂类或者烷基苯磺酸盐类；所述膨胀剂为氧化钙类混凝土膨胀剂。

进一步地，所述净化过滤层是由下述原料按下述重量份数比制成的：无机滤料果壳活性炭：固废滤料=1：1；

所述固废滤料是由下述原料按下述重量份数比制成的：

钢渣：粉煤灰：高炉矿渣：普通硅酸盐水泥：过滤层外加剂=75：10：10：4.6：0.4。

进一步地，所述固废滤料是直径为4-5mm的球形滤料。

进一步地，所述过滤层外加剂是由下述原料按下述重量份数比制成的：

磷渣：碱渣：硅灰：三乙醇胺增强剂：三聚磷酸钠分散剂：水=45：20：15：6：6：8。

本发明所具有的优点和有益效果如下：

本发明雨水花园循环系统，主要分为净水储水室、雨水花园体系、中心水池体系三大部分，中心水池体系中的雨水依次经过水生植物以及种植土层初级过滤雨水中掺树叶、石子等大颗粒杂质；然后流入碎石排水层；经过碎石排水层的进一步二次过滤，流入净化过滤层进一步对雨水进行深度自动吸附净化后得到达到中水水平的净水，经过固废透水混凝土最后流入净水储水室，待于后期雨水的重复利用；净水储水室上方雨水花园体系中的雨水经过地表的地表植物以及固废透水砖对雨水进行初次过滤，然后通过营养土层以及净化过滤层对雨水进行第二次吸附净化，得到最终的净化中水，通过固废混凝土层流入净水储水室；净水储水室内设置有集水装置，集水装置的顶部位于地面上部与植物灌溉喷头相连，向地表植物引水。

所述净化过滤层采用无机滤料果壳活性炭和固废滤料搭配的方式实现其良好的功能。其中固废滤料由钢渣、粉煤灰、高炉矿渣、普通硅酸盐水泥和过滤层外加剂经成粉-烘干-成球-养护等工序制成4-5mm的球形滤料。钢渣、高炉矿渣和粉煤灰表面疏松多孔，比表面积大，具有良好的吸附性功能，三者组合搭配具有原料来源广泛、成本低廉的优势。所使用的过滤层外加剂可以显著提高滤料制品的强度和抗冻性。

所述固废透水混凝土对雨水径流中污染物具有一定的吸附作用，在其中掺入粉煤灰、硅灰代替部分胶凝材料；利用铁矿废石、废弃陶粒等替代透水混凝土中的部分粗骨料；不仅能够加强对二次过滤的雨水资源再次净化，同时生产成本低廉、绿色低碳、节能减排，有效地实现了铁尾矿碎石、粉煤灰工业废料的资源化利用,经济、社会和环境效益显著。在固废透水砖中掺入煤矸石、脱硫石膏代替部分胶凝材料， 利用碎地砖替代透水砖中的部分粗骨料，同时通过涂覆、掺入等方式将光触媒材料引入到固废透水砖中，通过微生物培养的方式使固废透水砖表面形成一层可去除污染物的生物膜；其中，煤矸石和脱硫石膏的加入可以激发钢渣活性，提高透水砖强度和耐磨性。借助光触媒材料的光催化作用主要是降解雨水径流中的有机物，生物膜主要是去除雨水径流中的有机物以及氮类污染物。

所述太阳能休息亭中的太阳能电池板能够将照射在其上的太阳光转化为电能，储存在蓄电池中，或是直接连入电网，用于给植物灌溉提供动力或者为其它用电设备供电，从而使得太阳能休息亭除了传统的遮阴作用之外，还能够起到一定的发电的作用，充分利用了太阳能，大大提高了发电量。一举两得，同时也有利于解决现在能源紧缺的问题。

所述净水储水室的底部设置有吸附过滤管，用于保持净水的纯度，防止水质污染。

所述雨水花园体系中的集水动力设备室位于雨水花园体系的两侧，用与水资源的供给调配。本发明能够有效的收集多余的积水，充分利用水资源，解决城市看海和内涝的问题；固废资源化与海绵城市理念相结合，互相促进；雨水循环系统中的雨水在过滤过程中经过多次自动化过滤，节省了大量的人力、物力、财力；太阳能集水系统主要是采用单晶硅太阳能电池，属于节能型设备，为净水汲取提供动力，不再增加能量消耗。

附图说明

图1为本发明雨水花园循环系统整体结构剖面图；

图2为植物灌溉喷头结构示意图；

图3为太阳能休息亭结构示意图；

图4为吸附过滤管结构示意图。

图中：1.水生植物、2.种植土层、3.碎石排水层、4.净化过滤层、5.固废透水混凝土、6.地表植物、7.植物灌溉喷头、7-1.喷头孔、7-2.喷头调节器、8.固废透水砖、9.营养土层、10.太阳能路灯、11.太阳能休息亭、11-1.太阳能电池板、11-2.休息遮挡棚、11-3.立柱挡板、11-4.连接扣件、12.集水装置；13.集水动力设备室；14.市政管道、15.溢流孔、16. 吸附过滤管、16-1.除杂过滤腔、16-2.滤孔、17.净水储水室。

具体实施方式

为了进一步的说明本发明，下面结合附图及实施案例对本发明进行详细的描述，但不能将他们理解为对本发明保护范围的限定。

如图1所示，本发明雨水花园循环系统，主要包括净水储水室、雨水花园体系和中心水池体系三大部分；中心水池体系设置在系统中间，在中心水池体系两侧分别设置有净水储水室17，净水储水室的顶端端面通过固废透水混凝土砌筑而成，其上方设置有雨水花园体系，净水储水室底部设置有吸附过滤管16；位于一侧的净水储水室的侧面设置有溢流孔15，净水储水室通过溢流孔15与市政管道14连通；所述中心水池体系的主体是由固废透水混凝土砌筑而成的，中心水池体系的主体为H型结构，在固废透水混凝土5砌筑的水平平台上自上而下依次设置有水生植物1、种植土层2、碎石排水层3和净化过滤层4，固废透水混凝土砌筑而成的H型主体的下部形成净水储水室；所述雨水花园体系主要包括：地表植物6、植物灌溉喷头7、固废透水砖8、营养土层9、净化过滤层4、太阳能路灯10、太阳能休息亭11、集水装置12和集水动力设备室13；集水动力设备室13和净化过滤层均设置在净水储水室顶端端面上，集水动力设备室13位于外侧，净化过滤层位于内侧，雨水花园体系的净化过滤层的上方由下至上依次设置有固废透水砖8和营养土层9，所述营养土层上种植地表植物6，所述太阳能路灯10和太阳能休息亭11的底端均固定在固废透水砖8上；所述集水装置12的中下部位于净水储水室内，集水装置12的上部穿过集水动力设备室13后，其顶部位于地面上并与植物灌溉喷头7相连，向地表植物6引水。

如图2所示，所述植物灌溉喷头7主要包括喷头孔7-1和喷头调节器7-2。喷头调节器和喷头孔的端部具有螺纹，两者通过螺纹连接。

如图3所示，所述太阳能休息亭11主要包括太阳能电池板11-1、休息遮挡棚11-2、立柱挡板11-3、连接扣件11-4；休息遮挡棚11-2为弧形，其底面中部设置有连接杆，连接杆与立柱挡板11-3的顶端通过连接扣件11-4装配式连接；太阳能电池板11-1安装在休息遮挡棚的顶端，太阳能电池板通过线路与休息遮挡棚11-2内的蓄电池或电网相连接。太阳能电池板11-1能够将照射在其上的太阳光转化为电能，储存在蓄电池中，或是直接连入电网，用于给植物灌溉提供动力或者为其它用电设备供电，从而使得太阳能休息亭11除了传统的遮阴作用之外，还能够起到一定的发电的作用，充分利用了太阳能，大大提高了发电量。一举两得，同时也有利于解决现在能源紧缺的问题。

如图4所示，所述吸附过滤管16主要包括截面为圆环形的除杂过滤腔16-1，除杂过滤腔上均匀设置有若干个贯通滤孔16-2；除杂过滤腔内部填充有沸石、石英砂、活性炭、铁矿石、改性纤维球中的一种或几种，用于保持净水的纯度，防止水质污染。

所述净化过滤层是由下述原料按下述重量份数比配制：无机滤料果壳活性炭：固废滤料=1：1。

所述固废滤料是由下述原料按下述重量份数比制成的：

钢渣：粉煤灰：高炉矿渣：普通硅酸盐水泥：过滤层外加剂=75：10：10：4.6：0.4。所述固废滤料是采用上述原料经常规方法成粉、烘干、成球、养护制成的直径为4-5mm的球形滤料，其各原料经成粉60-100目，在105-110℃温度下烘干，所述养护工序为常规压蒸养护，蒸汽压力0.8-1.4MPa，温度 120-180℃下，蒸养 5-48 小时。钢渣、高炉矿渣和粉煤灰表面疏松多孔，比表面积大，具有良好的吸附性功能，三者组合搭配具有原料来源广泛、成本低廉的优势。

所述过滤层外加剂是由下述固废原料按下述重量份数比制成的：

磷渣：碱渣：硅灰：三乙醇胺增强剂：三聚磷酸钠分散剂：水=45：20：15：6：6：8。所述过滤层外加剂是用上述原料采用传统方法碱渣除氯、烧制、烘干制作而成的，碱渣除氯采用水洗或电渗的方法均可。烧制过程以50℃/h升温速度加热至1100℃，保持3h左右。烘干是在105－110℃温度下烘干。本外加剂可以显著提高滤料制品的强度和抗冻性。

所述固废透水混凝土5包括以下重量份的原料：铁尾矿碎石35-50份、废弃陶粒10-20份；粉煤灰15-25份、硅灰0.2-0.5份、水泥10-20份、混凝土外加剂1-3份。

所述固废透水混凝土的制备方法采用常规的制备方法，包括以下步骤：（1）首先将粉煤灰进行研磨，颗粒粒径控制在0.075mm以下；

（2）在搅拌机里按比例加入所述铁尾矿碎石、废弃陶粒、粉煤灰、硅灰、水泥、混凝土外加剂进行搅拌，制得混合物料，时间为5～10min；

（3）在步骤（2）制得的混合物料中按水固比为0.65加入水，搅拌10min，得到固废透水混凝土。

所述混凝土外加剂是由下述原料按下述重量份数比混合搅拌制成的：引气剂：膨胀剂=1：1；所述引气剂为松香树脂类或者烷基苯磺酸盐类；所述膨胀剂为氧化钙类混凝土膨胀剂，主要与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石和氢氧化钙的混凝土膨胀剂。

固废透水混凝土5对雨水径流中污染物具有一定的吸附作用，在其中掺入粉煤灰、硅灰代替部分胶凝材料；利用铁矿废石、废弃陶粒替代透水混凝土中的部分粗骨料；不仅能够加强对二次过滤的雨水资源再次净化，同时生产成本低廉、绿色低碳、节能减排，有效地实现了铁尾矿碎石、粉煤灰工业废料的资源化利用。

所述固废透水砖8包括以下重量份的原料：钢渣45-50份、煤矸石10-20份、脱硫石膏8-15份、废弃碎地砖10-20份、水8-10份、减水剂1-3份，所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂。所述固废透水砖采用上述原料经常规工艺原料预处理、压制成型、养护工序制成。所述原料预处理是将所述重量份的钢渣、煤矸石、脱硫石膏研磨至粒径0 .75-2mm；将研磨后的钢渣、煤矸石、脱硫石膏与所述重量份的废弃碎地砖、水、减水剂置入搅拌机里均匀搅拌5～8min。所述压制成型是将制备好的搅拌物添加到带有固废透水砖模具的压力成型机中，成型压力为20-25MPa，静压成型，制成固废透水砖生坯。所述养护工序是将固废透水砖生坯置于温度为20±2℃、湿度为98％的条件下，养护28天，制得固废透水砖成品。在固废透水砖8中掺入煤矸石、脱硫石膏代替部分胶凝材料；利用碎地砖替代透水砖中的部分粗骨料。在固废透水砖表面喷涂光触媒材料TiQ2 光催化剂，借助光的紫外线的辐射，对污染物进行降解。由于固废透水砖上自然存在的微生物进而形成一层生物膜；生物膜上的有氧细菌和真菌 通过代谢作用可改善固废透水砖对污染物的过滤和净化功能。煤矸石和脱硫石膏的加入可以激发钢渣活性，提高透水砖强度和耐磨性。借助光触媒材料的光催化作用主要是降解雨水径流中的有机物; 生物膜主要是去除雨水径流中的有机物以及氮类污染物。

本发明的工作原理如下：

中心水池体系中的雨水依次经过水生植物1以及种植土层2初级过滤雨水中掺树叶、石子等大颗粒杂质；然后流入碎石排水层3；经过碎石排水层3的进一步二次过滤，流入净化过滤层4进一步对雨水进行深度自动吸附净化后得到达到中水水平的净水，经过固废透水混凝土5最后流入净水储水室，待于后期雨水的重复利用；

所述净水储水室上方雨水花园体系中的雨水经过地表的地表植物6以及固废透水砖8对雨水进行初次过滤，然后通过营养土层9以及净化过滤层4对雨水进行第二次吸附净化，得到最终的净化中水，通过固废透水混凝土5流入净水储水室；净水储水室内部多余的水可以通过溢流孔15流入市政管道14。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。