CN105544694B - 一种海绵化雨水收集资源化综合利用系统 - Google Patents

一种海绵化雨水收集资源化综合利用系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种海绵化雨水收集资源化综合利用系统,包括相连通的前置系统装置和后置系统装置,前置系统装置包括三通管、弃流槽、重力过滤槽、布水槽和重力沉清槽,所述后置系统装置包括渗水井和控制装置,其中三通管用于收集雨水并先后导入弃流槽和布水槽,弃流槽和布水槽的雨水经过重力过滤槽过滤后流入重力沉清槽,重力沉清槽的雨水流入渗水井,并通过控制装置净化回收利用。本发明通过综合利用雨水可有效降低城市能源消耗,提升城镇公共生态功能与利用效能。

Description

一种海绵化雨水收集资源化综合利用系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种雨水回收资源净化系统,具体涉及一种海绵化雨水收集资源化综 合利用系统。
背景技术
[0002]当前我国正进行高速城镇化进程中,不足1%的土地面积却要承载54%以上的人 口负荷,并产出84%左右GDP;粗广的城镇化导致高强度大面积硬化地表,改变了原有自然 生态和水土水文特征,破坏了土地土壤自然生态渗滞补充地下水功能;造成可回渗涵养地 表、地下的70-S0%的降雨形成地表径流危害城镇低洼环境,破坏了自然“海绵体”效用,从 而致使“逢雨必涝、雨后必旱”;影响城市健康发展,带来城市水资源的浪费,水环境污染及 洪涝灾害等安全风险问题。
[0003] 现有的技术设备只是解决部分区域回渗一小部分问题,而没有从源头上解决高效 低成本的深度净化可持续资源化综合回收利用问题;而可持续长效的回收综合利用雨水是 建立在低成本、高效率、施工及维护简便、可靠安全、绿色环保基础之上。
发明内容
[0004] 城镇地表雨水收集由于大规模城镇化造成大面积地面硬化,因此只有在建筑物四 周的绿地、行道和公路绿化带、街道绿化带、公园广场绿化带可供设置新型一体化雨水收集 与生态净化储存综合利用设备;通过分散设置于建筑物硬化地表四周,可彻底解决现代城 镇化建筑导致地表硬化过度造成的雨水无法充分渗灌补充地表、地下水,通过修复地表滞 渗海绵体功能,削减并缓解暴雨雨水带来的地表径流造成低洼洪涝等城镇排洪风险及洪涝 安全隐患问题。同时通过雨水回收渗灌补充地表、地下水降低城镇地表热岛效应,通过综合 利用雨水可有效降低城市能源消耗,提升城镇公共生态功能与利用效能。
[0005] 为此,本发明要解决的技术问题,在于提供一种海绵化雨水收集资源化综合利用 系统,解决雨水回收利用问题,达到雨水回收利用目的。
[0006] 本发明是这样实现的:
[0007] 一种海绵化雨水收集资源化综合利用系统,包括前置系统装置和后置系统装置,
[0008] 所述前置系统装置包括三通管、弃流槽和布水槽,所述三通管设有进水端、第一出 水端和第二出水端,所述进水端用于流进雨水,所述第一出水端设置在所述弃流槽中,所述 第一出水端设置有浮球开关且该第一出水端的出水口低于所述第二出水端的出水口,所述 第二出水端设置在所述布水槽中,所述布水槽的溢水沿端设置有斜置的过滤板,所述过滤 板远离所述布水槽的一端倾斜向下,所述过滤板下方设置有重力过滤槽,所述重力过滤槽 内设置有过滤层,所述重力过滤槽在所述过滤层下方设置有重力过滤槽出水口,所述重力 过滤槽出水口与所述重力沉清槽连接,所述重力沉清槽内设置有滤元模块,所述重力沉清 槽在与重力过滤槽出水口的相对一侧上设置有重力沉清槽出水口;
[0009] 所述后置系统装置包括渗水井和控制装置,其渗水井壁上设置有进水口,所述进 水口与所述重力沉清槽出水口连通,所述渗水井壁表面沉积或涂布有光触媒,所述渗水井 中间设置有催化光源装置,所述渗水井底部设置有生态滤料层,所述生态滤料层下设置有 回渗过滤层,所述渗水井中设置有水泵和与该水栗连接的管网,所述管网中设置有单向阀, 其管网通道上设置有压力传感器,所述渗水井中还设置有水位控制器,所述水泵、所述压力 传感器、所述水位控制器和所述催化光源装置分别与所述控制装置连接。
[0010] 进一步地,所述弃流槽设置有溢流管,所述溢流管与一排水管连通。
[0011] 进一步地,所述滤元模块包括氨氮滤元模块、除磷滤元模块和重金属滤元模块的 一种或一种以上。
[0012] 进一步地,所述滤元模块为陶瓷基体且孔径为15-200纳米。
[0013] 进一步地,所述重力沉清槽的侧壁设置有回渗管。
[0014] 进一步地,所述弃流槽、重力过滤槽和重力沉清槽中的一种或一种以上的槽壁为 HDra:材质槽壁。
[0015] 进一步地,渗水井外周设置有粗过滤层,所述粗过滤层外周设置有预过滤层,所述 粗过滤层包括有土壤,预过滤层包括有砂石。
[0016] 进一步地,所述光触媒为纳米二氧化钛光触媒,所述催化光源装置包括紫外灯与 激光灯中的一种或组合。
[0017] 本发明具有如下优点:通过分散式均匀布置现代城镇化建筑四周,可以有效削减 城镇化导致的地表过度硬化造成的暴雨地表径流洪涝危害,通过无动力、低成本洁净回收 地表径流雨水,可以通过滞渗雨水削减暴雨地表径流危害,修复并实现早期地表土壤生态 ‘海绵体’功能,通过生态净化回收洁净雨水回渗补充地表、地下水,以及通过脱附再生技术 充分回收附着于滤元上的雨水中的资源;除了洁净收集雨水还能通过分散布置本系统,实 现并解决城市过度硬化地面失去调节地表下土壤湿度,降低城镇地表热岛效应。通过综合 利用雨水可有效降低城市能源消耗,提升城镇公共生态功能与利用效能。
附图说明
[0018] 图1为本发明的结构原理框图。
[0019]图2为图1中前置系统装置的的结构示意图。
[0020]图3为图1中后置系统装置的的结构示意图。
具体实施方式
[0021]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,以下结合实施方式 并配合附图详予说明。
[00J2]请参阅图1,本发明提供一种海绵化雨水收集资源化综合利用系统,属于分散式雨 水前置回收净化系统,本发明是集成了雨水初期弃流、斜板过滤、物化生态净化、入渗调节 排放功能于一体的综合系统。通过科学分散式设置于城镇行道花圃、花坛内或城镇广场市 政雨水排水口附近;还可高效分布于城市硬化过度的建筑物屋面排水口以及低洼易涝雨水 收集渗井、渗塘附近区域,通过串、并联设置重构无忧雨水收集生态净化系统完善生态海绵 城镇雨水收集架构,通过联通低成本集雨水收集、回渗调节、生态净化效能的无忧大、中、小 型雨水收集渗井组成高效、绿色、低碳、生态、节能、环保的无忧海绵式城镇雨水收集综合资 源化利用系统。
[0023] 本发明海绵化雨水收集资源化综合利用系统包括前置系统装置和后置系统装置, 前置系统装置包括三通管11,三通管11的进水端1用于流进雨水,三通管的一个出水端13设 置在弃流槽2中,该出水端13设置有浮球开关12且该出水端13的出水口低于三通管另一个 出水端14的出水口,三通管的另一个出水端14设置在布水槽29中,布水槽的溢水沿端设置 有斜置的过滤板23,过滤板远离布水槽的一端倾斜向下,过滤板下方设置有重力过滤槽24, 重力过滤槽24内设置有过滤层25,重力过滤槽24在过滤层下方设置有重力过滤槽出水口 26,重力过滤槽出水口 26与重力沉清槽3连接,重力沉清槽3内设置有滤元模块,如图2所示 的除氨氮滤元模块4和除磷滤元模块5以及重金属滤元模块6,重力沉清槽在相对重力过滤 槽出水口的一侧上设置有重力沉清槽出水口 32。
[0024] 后置系统装置包括渗水井101,渗水井壁113上设置有进水口 121,进水口 121与重 力沉清槽出水口 32连接,可以通过出水管102连接。渗水井壁表面气相沉积二氧化钛光触媒 105,渗水井底部设置有生态滤料层116,生态滤料层下设置有回渗过滤层117,渗水井中设 置有水栗103和与水栗连接的管网132,管网用于接到水箱或者喷淋管等地方。管网中设置 有单向阀131,管网通道上设置有压力传感器161,渗水井中设置有水位控制器162和催化光 源装置163,其中水位控制器可以是如图3的浮球式水位控制器。水泵、压力传感器、水位控 制器、催化光源装置(包括紫外灯和/或激光灯)分别与控制装置106连接。控制装置用于接 收压力传感器检测的水压并控制水栗抽出恒定压力的水,并在水位过低时,关闭水泵,避免 水泵空烧损坏。
[0025] 如图1至图3所示,本发明的工作原理是:由屋面、地表雨水通过渗管、渗沟、渗渠1 联通导入无忧雨水生态净化弃流槽2。三通管11进水口把雨水通过三通下接浮球开关12再 通过弃流槽中的出水口 13把初期雨水导入弃流槽。可以依据周围地表面积、污染源设置弃 流槽大小。当初期雨水收集满浮球开关关闭弃流进水口,随之雨水通过三通管另外出水口 14把雨水导入U型布水槽29。雨水通过U型布水槽下沿形成水帘,水帘均匀分布于U型布水槽 下端斜置不锈钢过滤板23,提高雨水过滤面积,滤除雨水中大小颗粒。可以依据斜板水力、 重力作用把颗粒污染物带入弃流槽,即过滤板下端置于弃流槽中,提高过滤效果方便污物 集中收集与排放。再后雨水注入下边的重力过滤槽24,随后进入重力过滤槽下边的吸油过 滤层25。过滤层25可以滤除雨水中油脂,再通过重力过滤槽出水口 26进入重力沉清槽3。经 过在重力过滤槽设置的除氨氮滤元模块4和除磷滤元模块5以及重金属滤元模块6等,通过 这些纵深设置(也可以横向设置)的滤元模块组成的单分子材料吸附净化、物化过滤作用把 雨水滤清至本系统雨水出水口 32,即可实现雨水的回收利用和过滤。
[0026] 而后雨水会由前置净化系统装置的出水管流经后导入到渗水井进水口,净化的雨 水在渗水井中会由井壁表面沉积的纳米二氧化钛光触媒,以及通过催化光源紫外灯、激光 等控制装置控制光催化媒介实现光化学净化处理过程,可以实现雨水长效持续的灭杀、削 减水体残留污染物质。而后通过设置于渗水井内的水栗把收集于渗水井内的洁净雨水出水 通过单向阀和管网以恒压稳定的方式抽出,用于园林浇灌、环卫清洁,或者作为消防应急水 源,实现了雨水的回收利用,以及通过回渗过滤层还可以用于补充地下水和洪涝排水。
[0027] 本发明的使用,可以有效避免现代城镇化建筑导致地表硬化造成的雨水无法便捷 有效回收再生利用,以及无法充分低成本高效回收雨水渗灌补充地表、地下水问题。由于渗 水井可以通过收集屋面、地表径流雨水生态回灌补充地下水,还具备通过回渗地下富集含 水层回收地下丰水层水量,实现双向生态收集地表水、地下水效能,弥补无雨水时期的设施 利用问题;通过本系统设备不仅能生态、环保、绿色、低耗、高效收集雨水,还能通过城市硬 化地面下泥土湿度的调节,降低城镇热岛效应。
[0028]由于本发明在渗水井内壁表面采用纳米光催化净化材料,可以通过光化学作用削 减雨水中有机、无机等污染物质。当光触媒二氧化钛结构趋向纳米数量级时,作为半导体材 料与纳米材料交叉领域的新材料,具有很多与众不同的特异性。由于它是n型半导体氧化 物,其能带是不连续的,在纳米数量级结构尺度下,很容易在光能作用下发生电子跃迀;从 而从表面吸附的〇2与H2〇分子形成活性很强的轻基自由基,过氧轻基自由基,过氧离子等等 活性基团,诱发光化学反应。这强氧化作用在光催化下可持续发生的,足以破环有机物中〇 C,C-H,C-N,C-0,N-H等化学健,使之降解矿化,也可以使无机CN-,N02-等基团分解为无毒物 质。因此可以低成本实现自我净化功能。
[0029]由于本发明采用源头自我净化与自我调蓄可比常规雨水调蓄净化系统节约能耗, 通过光催化杀菌机理,使细菌表面酶失活,进而使微生物死亡。而ti〇2材料表面的超亲水 性,因此它有广泛的用途;可以降解水体中有毒的有机物与无机物,达到去污、除臭、解毒、 灭菌、脱色的目的。并且还是一个低成本、低能耗、低维护、长寿命的治理污染物长效机制。
[0030] 本发明能高效弥补传统及常规的水井、渗水井等雨水收集系统的长效洁净维持的 不足,因此无须建构其他雨水二次净化设施,能节省项目建设投资、维护、运营成本,高度可 靠长效实现可持续雨水回收高效再生综合利用目标。本发明的构建从根本上彻底解决从雨 水收集、渗滤到储存二次净化再生综合回用整个海绵城市雨水回收系统过程的最关键最后 ‘一里路’,长效、低成本实现生态安全补水、回渗及生态综合利用雨水问题。
[0031] 本系统还在四周设置回渗管31,通过单向回渗孔及回渗管壁细小出水孔实现单向 生态补水功能,通过回渗管实现调节周围土壤水分和返哺周围地下水构成生态补水功能。 本系统还可以在弃流槽底部设置排污口 21和缓渗水层15经过缓渗层解决部分初期弃流的 雨水截污问题。本系统还巧妙在排污口上插接溢流管22巧妙实现排污和溢流问题。该溢流 管22与一排水管连通,该排水管可连接市政排污管。
[0032] 它是通过源头治理原则把屋面、地表雨水通过渗管、渗沟、渗渠联通导入无忧分散 式雨水前置生态净化装置;该装置采用初期雨水弃流技术装置,斜置板式过滤分离技术装 置,重力沉清技术和单分子材料吸附净化、物化过滤技术装置以及回渗调节技术设备回灌 周围土壤和返哺回渗地下水等技术功能。整个技术过程,首先把初期收集的雨水通过弃流 槽排至市政污水或雨水管网,再经由斜板过滤和布置于沉清槽内具有吸油、除磷、除氨氮、 除重金属离子、除C0D净化功能的雨水通过重力物化净化装置把雨水从源头经过深度净化 后,通过收集管网导入附近雨水收集渗井或渗潭完成前置净化收集问题。
[0033] 在某些实施例中,本发明的滤元模块为陶瓷基体且孔径为15-200纳米。由于采用 陶瓷基体纳米过滤材料作为本装备的过滤净化雨水介质,通过单分子纳米的密集有序可控 多孔纳米开孔技术(孔径被控制在15-200纳米之间,它的比表面积高达900m2/g),使得其物 理稳定性高同时耐酸碱、高温且强度大,独特的分子高空吸附率能具备极好的分子识别能 力保证其灵敏度,通过气相沉积不同纳米级催化材料,因此可轻松将雨水中ppm级别的目标 污染物降低到国家雨水排放再生利用标准以下。陶瓷基体纳米过滤材料不仅可以净化水 质,而且还能通过采用脱附手段回收吸附于材料表面油脂、重金属等可兹资源化回用的材 料,并且该材料可以重复多次再生2-3年,从而可实现低成本价值回收自然资源,促进现代 城镇生态建设的可持续。
[0034] 优选地,所述弃流槽和/或重力过滤槽和/或重力沉清槽的槽壁为HDPE材质槽壁。 其中HDPE为高密度聚乙稀(High Density Polyethylene),是一种结晶度高、非极性的热塑 性树脂。由于本发明系统采用HDPE材质,因此结构不仅具备高强度和可靠的性价比,而且具 有非常好的30-50年以上安全长期使用寿命。
[0035] 本发明的使用,可以有效修复并避免现代城镇化建筑导致地表硬化造成的雨水无 法便捷有效回收再生利用,以及无法引导解决净化雨水回渗补充地表、地下水问题。通过雨 水收集生态回渗补充地下水、同时削减暴雨造成的地表径流危害;除了收集雨水还能调节 城市硬化地表下土壤湿度,降低城镇地表热岛效应。
[0036]由于本发明采用无动力重力净化从源头上比常规回收净化系统节约能耗,采用脱 附技术可资源化回收利用雨水中高价值油脂或重金属等物质建立可持续再生利用循环经 济标杆(零成本解决生态污染成为可能);不仅高效收集雨水还可利用经过净化处理的雨水 直接、间接对周围公共设施及绿建景观用于浇灌、冲厕、环卫清洁削减城市公共用水负荷。 [0037]由于本发明配置有可重复再生单分子滤元,通过再生装置可回收油脂、重金属、有 机磷等污染物质,因此无需费心彻底解决后期烦脑的长效维护问题,节约雨水净化费用同 时还可通过再生回收雨水中有价值物质节省维护成本。比普通雨水回收装置更可靠、更节 能、更环保。
[0038] 在某些实施例中,为了实现渗水井周边土壤的渗水,渗水井外周设置有粗过滤层 112,粗过滤层外周设置有预过滤层111,粗过滤层包括有土壤,预过滤层包括有砂石。
[0039]为了解决渗水井安全问题,渗水井的井口设置有安全尼龙网装置118。在某些实施 例中,渗水井上设置有装饰渗水井盖126。
[0040]由于本发明渗水井内配置有可重复再生的光触媒(即纳米二氧化钛光触媒),通过 在渗水井内壁表面分布(气相沉积或涂布)光触媒材料,在渗水井水体中部设置包括紫外灯 和/或激光灯的催化光源装置实现自我净化,通过低成本、长寿命光源催化作用,因此无需 费心后期维护烦脑的长期使用问题,节约雨水净化费用同时还具备比普通雨水回收装置更 可靠、更节能、更环保。通过自我净化与自我调蓄作用不仅高效收集雨水还可利用经过净化 处理的雨水直接、间接对周围公共设施及绿建景观用于浇灌、冲厕、环卫清洁削减城市公共 用水负荷。可以构成空气与水质过滤模块,兼用于太阳光催化与紫外光、激光催化。
[0041] 为了实现渗水和高强度,所述渗水井的井壁113为水泥钢砼构件。由渗水水泥钢砼 构件构成的精密过滤层组成渗水井主体,可以通过气压有序可控乳化开孔技术(孔径被控 制在15_3〇0微米之间,它的比表面积高达WOm'g),使得其物理稳定性高同时耐酸碱、高温 且强度大、吸附率高,因此具备极好的过滤效能,通过表面气相沉积不同纳米级催化材料, 因此可轻松将雨水、地下水中ppm级别的目标污染物降低到国家雨水排放再生利用标准以 下。而且具有非常好的安全长期使用寿命。
[0042] 以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技 术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1. 一种海绵化雨水收集资源化综合利用系统,其特征在于:包括前置系统装置和后置 系统装置, 所述前置系统装置包括三通管、弃流槽和布水槽,所述三通管设有进水端、第一出水端 和第二出水端,所述进水端用于流进雨水,所述第一出水端设置在所述弃流槽中,所述第一 出水端设置有浮球开关且该第一出水端的出水口低于所述第二出水端的出水口,所述第二 出水端设置在所述布水槽中,所述布水槽的溢水沿端设置有斜置的过滤板,所述过滤板远 离所述布水槽的一端倾斜向下,所述过滤板下方设置有重力过滤槽,所述重力过滤槽内设 置有过滤层,所述重力过滤槽在所述过滤层下方设置有重力过滤槽出水口,所述重力过滤 槽出水口与所述重力沉清槽连接,所述重力沉清槽内设置有滤元模块,所述重力沉清槽在 与重力过滤槽出水口的相对一侧上设置有重力沉清槽出水口; 所述后置系统装置包括渗水井和控制装置,其渗水井壁上设置有进水口,所述进水口 与所述重力沉清槽出水口连通,所述渗水井壁表面沉积或涂布有光触媒,所述渗水井中间 设置有催化光源装置,所述渗水井底部设置有生态滤料层,所述生态滤料层下设置有回渗 过滤层,所述渗水井中设置有水栗和与该水栗连接的管网,所述管网中设置有单向阀,其管 网通道上设置有压力传感器,所述渗水井中还设置有水位控制器,所述水泵、所述压力传感 器、所述水位控制器和所述催化光源装置分别与所述控制装置连接。
2. 根据权利要求1所述的海绵化雨水收集资源化综合利用系统,其特征在于:所述弃流 槽设置有溢流管,所述溢流管与一排水管连通。
3. 根据权利要求1所述的海绵化雨水收集资源化综合利用系统,其特征在于:所述滤元 模块包括氨氮滤元模块、除鱗滤元模块和重金属滤元模块的一种以上。
4. 根据权利要求1所述的海绵化雨水收集资源化综合利用系统,其特征在于:所述滤元 模块为陶瓷基体且孔径为15-200纳米。
5. 根据权利要求1所述的海绵化雨水收集资源化综合利用系统,其特征在于:所述重力 沉清槽的侧壁设置有回渗管。
6. 根据权利要求1所述的海绵化雨水收集资源化综合利用系统,其特征在于:所述弃流 槽、重力过滤槽和重力沉清槽中的一种以上的槽壁为K)PE材质槽壁。
7. 根据权利要求1所述的海绵化雨水收集资源化综合利用系统,其特征在于:渗水井外 周设置有粗过滤层,所述粗过滤层外周设置有预过滤层,所述粗过滤层包括有土壤,预过滤 层包括有砂石。
8. 根据权利要求1所述的海绵化雨水收集资源化综合利用系统,其特征在于:所述光触 媒为纳米二氧化钛光触媒,所述催化光源装置包括紫外灯与激光灯中的一种或组合。
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