CN105198157B - 一种次净化水的多级利用装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种次净化水的多级利用装置，包括上层净化储水模块、下层净化储水模块和污水发电模块，其中，上层净化储水模块和下层净化储水模块设有带有出水管和进水管的储水箱，上层净化储水模块的储水箱出水管与下层净化储水模块的储水箱进水管连接；污水发电模块设有与下层净化储水模块的储水箱出水管相连的进水管，且污水发电模块为重力发电装置和/或微生物发电装置。本发明通过污水净化再利用、高层污水发电、微生物(沼气)发电，巧妙地多次利用生活污水，缓解了淡水资源紧缺的问题，提高了水的利用效率；储水箱完成既最大化的减少了清水的使用量，又充分利用了生活污水，还实现了节水“自动化”。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水再利用系统，具体的说是一种次净化水的多级利用装置及其使用方法。
背景技术：
在我国海相沉积地带，土壤呈盐碱性，地表水水质不好，缺乏充足的淡水资源，在自然灾害日益频繁暴发的今天，缺水将对居民生活构成严重的威胁，缺水危机常常是我们面临的现实，解决缺水问题的重要途径应该是将城镇生活污水变为城镇供水水源。城镇污水就近可得，来源稳定，容易收集，是可靠且稳定的供水水源。城镇污水经净化后回用主要可作为市政绿化、工业用水、景观用水以及城市二次用水。
经过我们的亲身经历，发现生活用水方面的浪费极大导致全国人均用水量偏高。现如今，许多环保人士都在提倡生活污水再次利用，比如洗菜水用来浇花等等。为此，我们结合了自身的想法以及各种节能减排的金点子设计了此系统，真正的达到了高效节水以及废水发电的效果。
在全球淡水资源极度匮乏的环境下，我们结合了生活中相关的节水措施，设计出了一种次净化水的多级利用装置及其使用方法，将切实有效的缓解淡水资源紧缺的状况，开启了我国节水节能的新时代。传统的节水措施受限于人的主观能动性，节水效率低下。新型节水系统的开发，能实现节水措施的“自动化”，其构造简单、成本低廉、效果显著，对我国“十一五”提出的能源战略、环境保护和自然资源的可持续发展都具有重要的现实意义。在利用污水发电方面，利用高层污水发电能产生大量电能，而沼气燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可 以集中供电，也适合分散供电。将沼气用于燃料电池发电，是有效利用沼气资源的一条重要途。并且，利用微生物燃料电池(或沼气池)技术能减少污水治理能量。
发明内容：
针对上述情况，本发明公开了一种次净化水的多级利用装置及其使用方法，该系统可合理有效的利用废水，解决了上述问题中至少一个方面。
根据本发明的一个方面，提供了一种次净化水的多级利用装置，包括上层净化储水模块、下层净化储水模块和污水发电模块，其中，上层净化储水模块和下层净化储水模块设有带有出水管和进水管的储水箱，上层净化储水模块的储水箱出水管与下层净化储水模块的储水箱进水管连接；污水发电模块设有与下层净化储水模块的储水箱出水管相连的进水管，且污水发电模块为重力发电装置和/或微生物发电装置。
在一些实施方式中，上层净化储水模块的储水箱进水管设有手动阀门，手动阀门下方设有次净化层；储水箱的上端还设有紧急加水管道，紧急加水道与自来水管连通；储水箱的下部设有紧急放水管道和出水管，紧急放水管与下水管道连通；储水箱内部设有两个底端带有单向阀门浮杆，一个与紧急加水管道配合，另一个与紧急放水管道配合，两个浮杆都通过连杆来固定。
在一些实施方式中，下层净化储水模块的储水箱进水管设有手动阀门，手动阀门下方设有次净化层；储水箱的上端还设有紧急加水管道，紧急加水道与自来水管连通。下层净化储水模块储水箱的下端也设有紧急放水管道和出水管，紧急放水管道也与下水管道连通，出水管和卫生间冲厕管道连接，再与下水管道连通；储水箱内也设有两根浮杆，一个与紧急加水管道配合，另一个与紧急放水管道配合。
在一些实施方式中，所述的次净化层分为5层，最上层即第一层为筛网层，用来过滤除去水中大型杂质；第二层为滤网层，用来过滤水中较小的可见杂质；第三层为活性炭层：用来去除水中各种异味以及吸附细小的不可见的杂质；第四层为生物膜层，用来去除以上三层所不能除去的杂质，达到进一步净化的效果；第五层为支撑层，由筛网构成，用来支撑以上4层。
在一些实施方式中，污水的重力发电是利用最终排出的所有污水的重力势能带动水轮机发电；微生物发电是利用楼底的微生物发电池或沼气池发电。
本文还提供了一种次净化的多级利用装置的使用方法，包括以下步骤：
A、上层净化储水模块中，打开手动阀门，废水经过次净化层，得到一定程度的净化后，流入上层净化储水模块的储水箱；
B、上层净化储水模块储水箱内的水位处于两个浮杆最高位与最低位之间时，储水箱内的净化水从出水管流向下层净化模块；
C、，打开下层净化储水模块进水管处的手动阀门，水再次被净化层净化，流入下层净化储水模块的储水箱；
D、下层净化储水模块储水箱内的水位处于两个浮杆最高位与最低位之间时，储水箱内的净化水从出水管流向污水发电模块；
在一些实施方式中，步骤C中还包括：储水箱的出水口与卫生间冲厕管道连接，按下冲水开关，卫生间冲厕后的废水再流入下水管道。
在一些实施方式中，步骤D中的污水发电模块包括重力发电装置和/或微生物发电装置。
本发明的有益效果是：
1、通过污水净化再利用、高层污水发电、微生物(沼气)发电，巧妙地多次利用生活污水，缓解了淡水资源紧缺的问题，提高了水的利用效率；
2、次净化储水箱完成既最大化的减少了清水的使用量，又充分利用了生活污水，还实现了节水“自动化”；
3、利用底层的微生物燃料电池(或沼气池)将废水中的有机质转化成了电能，不仅能量转化效率高、无污染，而且在获得电能的同时可以净化废水废物，削减或消除污染，真正的达到节能减排的效果。
附图说明：
图1是一种次净化水的多级利用装置及其使用方法示意图
图2是上层净化储水模块的原理图
图3是本发明工作流程图
其中，1-下水管道、2-浮杆、3-单向阀、4-紧急放水管、5-污水发电模块、6-进水管、7-手动阀门、8-次净化层、9-储水箱、10-紧急加水管、11-自来水管道、12-连杆、13-出水管、14-卫生间。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
如图1、图2、图3所示，一种次净化水的多级利用装置，包括上层净化储水模块、下层净化储水模块和污水发电模块，其中，上层净化储水模块和下层净化储水模块设有带有出水管和进水管的储水箱，上层净化储水模块的储水箱出水管与下层净化储水模块的储水箱进水管连接；污水发电模块设有与下层净 化储水模块的储水箱出水管相连的进水管，且污水发电模块为重力发电装置和/或微生物发电装置。
如图1所示，上层净化储水模块的储水箱进水管设有手动阀门，手动阀门下方设有次净化层；储水箱的上端还设有紧急加水管道，紧急加水道与自来水管连通；储水箱的下部设有紧急放水管道和出水管，紧急放水管与下水管道连通；储水箱内部设有两个底端带有单向阀门浮杆，一个与紧急加水管道配合，另一个与紧急放水管道配合，两个浮杆都通过连杆来固定。
如图1所示，下层净化储水模块的储水箱进水管设有手动阀门，手动阀门下方设有次净化层；储水箱的上端还设有紧急加水管道，紧急加水道与自来水管连通。下层净化储水模块储水箱的下端也设有紧急放水管道和出水管，紧急放水管道也与下水管道连通，出水管和卫生间冲厕管道连接，再与下水管道连通；储水箱内也设有两根浮杆，一个与紧急加水管道配合，另一个与紧急放水管道配合。
本发明中，所述的次净化层分为5层，最上层即第一层为筛网层，用来过滤除去水中大型杂质；第二层为滤网层，用来过滤水中较小的可见杂质；第三层为活性炭层：用来去除水中各种异味以及吸附细小的不可见的杂质；第四层为生物膜层，用来去除以上三层所不能除去的杂质，达到进一步净化的效果；第五层为支撑层，由筛网构成，用来支撑以上4层。
同时，净化层设计为可抽出的，形状中间凹槽式，以便抽出清洗和存积杂质。要清洗，更滑净化层时，手动关闭净化层上方的阀门，将净化层抽出，清洗筛网、滤网以及生物膜，并更换活性炭。清洗完毕后，将净化层再插回，打开上方手动阀门，系统就能继续工作。
本发明中，当储水箱水位低于最低水位时，紧急加水管道口处的浮球下降，带动连杆单向阀门将紧急加水口打开，补充清水；当储水箱水位高于最高水位时，放水口浮球上升，带动连杆单向阀门将紧急放水口打开放出多余的水，再流入下水管道。
在图1所示的第四实施例中，在污水发电模块中，对于固定高度的排水系统，其高度和水流强度均已确定。所以水轮机的效率和水流落差以及水头动能的关系都已确定，所以要想提高水轮机的效率，只能调节进水口、出水口、叶轮涡流、管道涡流等来实现。
水的通流通道存在摩擦力，会导致水动能的损失，从而影响能量转换效率，流道的入口(即进水口)、管道、出水口都存在摩擦及涡流，从而消耗发电用水的动能。
水流在转弯或绕行障碍物时，会产生脱流现象，脱流部分一般都会产生涡流，涡流是局部紊乱的水流，对水流动能消耗很大，在管道转弯、障碍处水流都会产生涡流，水轮机工作状态偏离设计范围时，叶片、尾水管中都会产生涡流，从而损失能量。
本发明设计的管道一般采用直线形管道，在必须得拐角处使用曲线形拐角，从而减小涡流引发的能量损失。水轮机位于最低的拐角的前端，同时叶片的中心位于管道外面，这样可以尽可能多的避免叶片涡流带来的能量损失。
在污水发电模块中，微生物燃料电池以附着于阳极的微生物作为催化剂，降解有机物(葡萄糖，乳酸盐，醋酸盐等)产生电子和质子。产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；产生的质子通过分隔材料(PEM或盐桥)或直接通过电解液到达阴极，在阴极与电子、氧化物(铁氰化钾、氧气等)发生还原反应，从而完成电池内部电荷的传递。
本文还提供一种次净化的多级利用装置的使用方法，包括以下步骤：
S100、上层净化储水模块中，打开手动阀门，废水经过次净化层，得到一定程度的净化后，流入上层净化储水模块的储水箱；
S200、上层净化储水模块储水箱内的水位处于两个浮杆最高位与最低位之间时，储水箱内的净化水从出水管流向下层净化模块；
S300、，打开下层净化储水模块进水管处的手动阀门，水再次被净化层净化，流入下层净化储水模块的储水箱；
S400、下层净化储水模块储水箱内的水位处于两个浮杆最高位与最低位之间时，储水箱内的净化水从出水管流向污水发电模块。
从经济效益上看，本系统成本低廉、节水发电量显著。以30层的楼房为例，每年可节约清水约5715.9吨，废水发电量一年约为2190千瓦时，产生的经济效益为k＝5715.9×4+2190×0.7＝24396.6元；从可操作性来看，此系统构造简单、使用方便、维护周期长、应用范围极广；从环保的角度来看，此系统每年可大量减少污水排放量。综上所述，一种次净化水的多级利用装置及其使用方法具有节能、减排和环保效应，有着极高的实用价值。
Claims (1)
1.一种次净化水的多级利用装置，包括上层净化储水模块、下层净化储水模块和污水发电模块，其中，上层净化储水模块和下层净化储水模块设有带有出水管和进水管的储水箱，上层净化储水模块的储水箱出水管与下层净化储水模块的储水箱进水管连接；污水发电模块设有与下层净化储水模块的储水箱出水管相连的进水管，且污水发电模块为重力发电装置和/或微生物发电装置；
污水的重力发电是利用最终排出的所有污水的重力势能带动水轮机发电；微生物发电是利用楼底的微生物发电池或沼气池发电；
污水发电模块中，微生物燃料电池以附着于阳极的微生物作为催化剂，降解葡萄糖，乳酸盐，醋酸盐的一种或几种产生电子和质子；产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极，由此产生外电流；产生的质子通过PEM或盐桥，或直接通过电解液到达阴极，在阴极与电子、铁氰化钾和/或氧气发生还原反应，从而完成电池内部电荷的传递；
上层净化储水模块的储水箱进水管设有手动阀门，手动阀门下方设有次净化层；储水箱的上端还设有紧急加水管道，紧急加水道与自来水管连通；储水箱的下部设有紧急放水管道和出水管，紧急放水管与下水管道连通；储水箱内部设有两个底端带有单向阀门浮杆，一个与紧急加水管道配合，另一个与紧急放水管道配合，两个浮杆都通过连杆来固定；
下层净化储水模块的储水箱进水管设有手动阀门，手动阀门下方设有次净化层；储水箱的上端还设有紧急加水管道，紧急加水道与自来水管连通，下层净化储水模块储水箱的下端也设有紧急放水管道和出水管，紧急放水管道也与下水管道连通，出水管和卫生间冲厕管道连接，再与下水管道连通；储水箱内也设有两根浮杆，一个与紧急加水管道配合，另一个与紧急放水管道配合；
所述的次净化层分为5层，最上层即第一层为筛网层，用来过滤除去水中大型杂质；第二层为滤网层，用来过滤水中较小的可见杂质；第三层为活性炭层：用来去除水中各种异味以及吸附细小的不可见的杂质；第四层为生物膜层，用来去除以上三层所不能除去的杂质，达到进一步净化的效果；第五层为支撑层，由筛网构成，用来支撑以上4层。
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