CN108343117A - 一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，安装于建筑物群并接入自来水厂管网、污水处理厂的管网、建筑物内水路管网，包括通过建筑物群中的内部管网连接的空气制水系统和中水回用系统。本发明结合空气制水技术和中水回用技术，大大提高水资源利用率。

Description

一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统。
背景技术
中水这个概念起源于日本，对应给水和排水的而得名，亦称为“再生水”或“再生利用水”。人们平时使用的饮用水被称为上水，生活污水或工业、医疗等废水被称作下水，而中水洁净度介于给水与排水之间，它是将城市和居民生活中产生的杂排水经过适当处理，达到一定的水质标准后，回用于不供饮用，却可以应用在洗车、冲厕、绕灌草坪、道路保洁、城市喷泉等很多方面，保护水资源和合理有效地利用水资源。
《建筑中水设计规范》中将中水定义为各种杂排水经处理后，达到规定的水质标准，可在生活、市政、环境等范围内杂用的非饮用水中水回用则是缓解水资源紧张的重要措施
中水回用系统是分质供水的一种形式，即在供水系统中设立生活饮用水与生活杂用水两套相互独立的供水系统，以中水替换部分生活用水，从而减轻城市供水的负担。一般中水回用系统包括污水收集管、中水处理设备、中水加压泉、及独立的中水配水管网组成。对生活污水进行处理回用主要有两种形式：一种是周围有城市污水厂管网的，生活污水进入城市污水厂管网，由城市污水厂进行处理；另一种是无法进入城市管网的，生活污水就被送入就地建设污水处理设备，处理达标后排放或进一步处理达到中水回用的目的。住宅小区中水回用系统就是后一种循环系统。
另一方面，近些年来，随着淡水资源短缺情况的加剧，科研人员对水资源的未来进行了更深的思考，发现了从空气中获取水资源的新思路，空气作为覆盖在地球表面的物质，携带着大量的水蒸汽，随着气压的不同，空气会产生流动，可以完成水的不同状态的循环，因此我们可以收集空气中的水蒸汽，并进行处理，变成我们的饮用水，这种技术就是空气制水技术。
空气制水的主要原理是采用一定方法收集空气中的水资源并加以利用。空气制水的主要方法又分为：吸附法、聚雾取水法、制冷结露法。
目前，空气制水技术存在一定的局限性，根据空气制水的原理，空气湿度越大，产水量越高，但从另一个角度来说，虽然空气中水分的总量是非常大，但单位质量的含水量却少的可怜。对于人群聚集的建筑群（住宅小区、行政办公区、写字楼林立的商业区等），若引入空气制水技术可以减轻饮用水的供水压力，引入中水回用技术可以减少杂用水的用水压力，将二者结合则能够相辅相成，进一步提高水资源的利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，将空气制水技术和中水回用技术相结合，进一步提高水资源利用率。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，安装于建筑物群并接入自来水厂管网、污水处理厂的管网、建筑物内水路管网，包括通过建筑物群中的内部管网连接的空气制水系统和中水回用系统。
所述内部管网按水源在建筑物群中的流动方向分为给水管、中转水管、排水管，所述给水管包括与自来水厂连接的水厂给水管、与空气制水系统连接的凝水给水管、与中水回用系统连接的杂用水管，来自自来水厂的净水、来自空气制水系统的凝水、来自中水回用系统的杂用水被使用后成为杂排水或污水，所述排水管包括与中水回用系统的中水处理装置连接的杂排水管、与污水处理厂连接的污水排水管，所述中转水管将产生的杂排水引入杂排水管、将产生的污水引入污水排水管。
所述空气制水系统包括依次连接且两两中间设置阀门的风机、太阳能吸附管组件、冷凝器、凝水处理器、储水箱，湿空气从风机进入太阳能吸附管后排出干空气和水蒸汽，水蒸汽进入冷凝器冷却到露点温度以下，以液态水的形式凝结后进入凝水处理器进行净化处理，得到的凝水汇入储水箱待用；所述太阳能吸附管组件分布在建筑物群的天台、空地等闲置空间。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述太阳能吸附管包括位于中心的填充吸水材料的吸水柱和外套于吸水柱的太阳能加热管，所述吸水材料主要由吸收LiCl溶液并干燥至恒重后的γ-Al2O3球组成。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述冷凝器包括具有冷凝室的冷凝壳体，冷凝室内设置有半导体制冷片、散热器，冷凝壳体上安装有与吗半导体制冷片连接的制冷电源模块，所述半导体制冷片的热端与外露于冷凝壳体的散热器连接，半导体制冷片的冷端用于接触太阳能吸附管中排出的水蒸汽。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述散热器包括相互连接的热管、铝质波浪形鳍片，热管与半导体制冷片两者之间涂有导热硅脂。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述空气制水系统由太阳能供电单元供电。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述中水回用系统中包括就近设置在建筑群附近空地的中水处理装置，杂排水管中的杂排水或污水经中水处理装置处理后变成中水，再通过杂用水管回流至建筑物群进行再利用；所述中水处理装置为优质杂排水处理装置、一般杂排水处理装置、轻质污水处理装置中的任意一种。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述优质杂排水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、絮凝沉淀池、过滤器、添加消毒剂的消毒池。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述一般杂排水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、预处理池、膜分离器、添加消毒剂的消毒池。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述轻质污水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、第一预处理池、曝气生物滤池、第二预处理池、膜生物反应器、添加消毒剂的消毒池。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述轻质污水处理装置包括依次连接的格栅、兼氧MBR反应器。
住宅小区中水回用系统，是解决城市水资源危机的重要途径，也是协调城市水资源与水环境的根本出路。将住宅小区中人们生活或生产活动中排放的生活污水、冷却水，经集流、水处理、输配水等技术，回用于住宅小区既是住宅小区中水回用系统。经再生处理后的水可作冲洗便器、淺洒街道、绿化水景、洗车、空调冷却、消防等方面用水。采用建筑中水回用系统使污水处理后回用，有着双重的意义，既可减少污染，又可增加可利用的水资源，有明显的环境效益、社会效益和经济效益。因此在建筑逐步向绿色生态建筑发展的同时，建筑中水回用系统也成为建筑给排水的一个发展方向。
本发明的有益效果：
（1）本发明将空气制水技术和中水回用技术相结合，在用水集中的建筑物群进行安装设置，提高水资源利用率。
（2）首先，本发明提供了第一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，核心是在建筑物群本身形成给排水的循环，同时需要借助自来水厂进行补充供水以及污水处理厂进行污水处理。主要由生态循环系统本身向建筑物群提供给排水，但在给水不足时由自来水厂供水补充，或者在排水处理能力不足时由污水处理厂辅助处理。
（3）其次，本发明提供了第二种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，核心是在建筑物群本身形成给排水的循环，同时仅需要借助自来水厂进行补充供水，而不需要污水处理厂进行污水处理。建筑物群中排出的杂排水、污水可由生态循环系统自行处理后再作为中水回用。
（4）最后，本发明提供了第三种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，核心是在建筑物群本身形成给排水的循环，既不需要借助自来水厂进行补充供水，也不需要污水处理厂进行污水处理。建筑物群的所有供水均来自生态循环系统，所有排水也均由生态循环系统处理，在建筑物群形成一个相对封闭的生态循环。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为空气制水系统的结构示意图。
其中：1、风机，2、太阳能吸附管组件，3、冷凝器，4、凝水处理器，5、储水箱。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，安装于建筑物群并接入自来水厂管网、污水处理厂的管网、建筑物内水路管网，包括通过建筑物群中的内部管网连接的空气制水系统和中水回用系统。
所述内部管网按水源在建筑物群中的流动方向分为给水管、中转水管、排水管，所述给水管包括与自来水厂连接的水厂给水管、与空气制水系统连接的凝水给水管、与中水回用系统连接的杂用水管，来自自来水厂的净水、来自空气制水系统的凝水、来自中水回用系统的杂用水被使用后成为杂排水或污水，所述排水管包括与中水回用系统的中水处理装置连接的杂排水管、与污水处理厂连接的污水排水管，所述中转水管将产生的杂排水引入杂排水管、将产生的污水引入污水排水管。
住宅小区中水回用系统，是解决城市水资源危机的重要途径，也是协调城市水资源与水环境的根本出路。将住宅小区中人们生活或生产活动中排放的生活污水、冷却水，经集流、水处理、输配水等技术，回用于住宅小区既是住宅小区中水回用系统。经再生处理后的水可作冲洗便器、喷洒街道、绿化水景、洗车、空调冷却、消防等方面用水。采用建筑中水回用系统使污水处理后回用，有着双重的意义，既可减少污染，又可增加可利用的水资源，有明显的环境效益、社会效益和经济效益。因此在建筑逐步向绿色生态建筑发展的同时，建筑中水回用系统也成为建筑给排水的一个发展方向。
本实施例是第一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，核心是在建筑物群本身形成给排水的循环，同时需要借助自来水厂进行补充供水以及污水处理厂进行污水处理。主要由生态循环系统本身向建筑物群提供给排水，但在给水不足时由自来水厂供水补充，或者在排水处理能力不足时由污水处理厂辅助处理。
例如住宅小区，给排水的用水量都比较大，供水需求主要是生活用的净水，而排出的废水主要是洗漱、洗菜的杂排水以及洗衣、排泄的轻质污水。在空气制水的供水量不足时，需要引入自来水厂保证供水。通常，在住宅小区空地设置中水处理装置，就近进行生活废水处理，得到的中水用于绿化、冲洗路面、消防用水等等。当然，如果住宅小区距离污水处理厂比较近，则直接将生活废水排放至附近的污水处理厂，由污水处理厂集中进行污水处理即可，而不需要单独设置中水处理装置。此类生态循环系统尤其适用于住户较多的大型住宅区，而不仅限于某一个住宅小区。
又例如聚集餐饮、洗车场、写字楼等商务餐饮娱乐为一体的商业综合体，不仅用水量大且要求不同，其排出的废水有的可以通过中水处理装置简单处理后就再回用，而有些废水则必须深度处理才满足中水回用或者排放标准。此时，通常根据废水的性质及回用情况接入不同的排水管而分类排放至中水处理装置或污水处理厂。
实施例2：
一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，安装于建筑物群，仅接入自来水厂管网、建筑物内水路管网，包括通过建筑物群中的内部管网连接的空气制水系统和中水回用系统。
本实施例是第二种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，核心是在建筑物群本身形成给排水的循环，同时仅需要借助自来水厂进行补充供水，而不需要污水处理厂进行污水处理。建筑物群中排出的杂排水、污水可由生态循环系统自行处理后再作为中水回用。
比如：食品加工厂集中区，原材料清洗、加工过程等多个环节都需要大量净水，而排出的水多为含有泥沙、残叶的优质杂排水，此时只需要在空气制水的供水不足时由自来水厂补充供水即可，而自身排出的优质杂排水进过中水回用系统的中水回用装置进行处理后就可以用于厂区内绿化用水、消防用水、生产冷却用水、马桶冲洗等等。
实施例3：
一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，安装于建筑物群，仅接入建筑物内水路管网，不接入自来水厂管网、污水处理厂管网，包括通过建筑物群中的内部管网连接的空气制水系统和中水回用系统。
本实施例是第三种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，核心是在建筑物群本身形成给排水的循环，既不需要借助自来水厂进行补充供水，也不需要污水处理厂进行污水处理。建筑物群的所有供水均来自生态循环系统，所有排水也均由生态循环系统处理，在建筑物群形成一个相对封闭的生态循环。
比如：写字楼，通常主要是公共区域卫生间用水，配置生态循环系统后，即可形成内部用水循环。
实施例4：
本实施例在实施例1-3任一项的基础上，进行优化设计。
如图2所示，所述空气制水系统包括依次连接且两两中间设置阀门的风机1、太阳能吸附管组件2、冷凝器3、凝水处理器4、储水箱5，湿空气从风机1进入太阳能吸附管后排出干空气和水蒸汽，水蒸汽进入冷凝器3冷却到露点温度以下，以液态水的形式凝结后进入凝水处理器4进行净化处理，得到的凝水汇入储水箱5待用；所述太阳能吸附管组件2分布在建筑物群的天台、空地等闲置空间。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述太阳能吸附管包括位于中心的填充吸水材料的吸水柱和外套于吸水柱的太阳能加热管，所述吸水材料主要由吸收LiCl溶液并干燥至恒重后的γ-Al2O3球组成。
所述吸水材料时需要采购5mm 的负载型γ- Al2O3球、分析纯LiCl、二次蒸馏水备用。
需要使用的设备有：干燥箱、浸泡设备、超声波振荡器、电子天平、搅拌棒。
所述吸水材料的体制备方法如下：
步骤S100：外径为5mm的负载型γ- Al2O3球，清洗后将其装到烘干托盘中，放入具有通风功能的干燥箱内加热烘干，加热温度设为120℃，干燥时间为4h。
步骤S200：Al2O3球在密闭干燥箱内自然降温到常温，得到干净无吸附杂质的γ-Al2O3球。
步骤S300：按照 70∶30 的比例准确称量去二次蒸馏水和分析纯氯化锂的重量，将去离子水放入浸泡设备中，底部对容器进行加热保持其 80℃的溶液温度，将称好的分析纯氯化锂粉体缓慢加入到温度 80℃的二次蒸馏水中进行搅拌均匀。
步骤S400：将已降温后的负载型γ- Al2O3球加入到用去离子水配制的30%LiCl水溶液中浸泡4h，然后用超声波振荡10min，再次进行浸泡4h，接着超声波振荡10min。
步骤S500：将吸收了LiCl溶液的γ- Al2O3球从浸泡设备中取出，将其装到烘干托盘中并放入干燥箱内加热烘干，加热温度为120℃。
步骤S600：干燥或烘干至恒重，得到最终的吸水材料。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述冷凝器3包括具有冷凝室的冷凝壳体，冷凝室内设置有半导体制冷片、散热器，冷凝壳体上安装有与吗半导体制冷片连接的制冷电源模块，所述半导体制冷片的热端与外露于冷凝壳体的散热器连接，半导体制冷片的冷端用于接触太阳能吸附管中排出的水蒸汽。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述散热器包括相互连接的热管、铝质波浪形鳍片，热管与半导体制冷片两者之间涂有导热硅脂。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述空气制水系统由太阳能供电单元供电。太阳能供电单元与制冷电源模块连接进行按需供电。
实施例5：
本实施例在实施例1-4任一项的基础上，为了更好的实现本发明，进一步的，所述中水回用系统中包括就近设置在建筑群附近空地的中水处理装置，杂排水管中的杂排水或污水经中水处理装置处理后变成中水，再通过杂用水管回流至建筑物群进行再利用；所述中水处理装置为优质杂排水处理装置、一般杂排水处理装置、轻质污水处理装置中的任意一种。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述优质杂排水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、絮凝沉淀池、过滤器、添加消毒剂的消毒池。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述一般杂排水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、预处理池、膜分离器、添加消毒剂的消毒池。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述轻质污水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、第一预处理池、曝气生物滤池、第二预处理池、膜生物反应器、添加消毒剂的消毒池。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述轻质污水处理装置包括依次连接的格栅、兼氧MBR反应器。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，安装于建筑物群并接入自来水厂管网、污水处理厂的管网、建筑物内水路管网，其特征在于，包括通过建筑物群中的内部管网连接的空气制水系统和中水回用系统；
所述内部管网按水源在建筑物群中的流动方向分为给水管、中转水管、排水管，所述给水管包括与自来水厂连接的水厂给水管、与空气制水系统连接的凝水给水管、与中水回用系统连接的杂用水管，来自自来水厂的净水、来自空气制水系统的凝水、来自中水回用系统的杂用水被使用后成为杂排水或污水，所述排水管包括与中水回用系统的中水处理装置连接的杂排水管、与污水处理厂连接的污水排水管，所述中转水管将产生的杂排水引入杂排水管、将产生的污水引入污水排水管；
所述空气制水系统包括依次连接且两两中间设置阀门的风机、太阳能吸附管组件、冷凝器、凝水处理器、储水箱，湿空气从风机进入太阳能吸附管后排出干空气和水蒸汽，水蒸汽进入冷凝器冷却到露点温度以下，以液态水的形式凝结后进入凝水处理器进行净化处理，得到的凝水汇入储水箱待用；所述太阳能吸附管组件分布在建筑物群的天台、空地等闲置空间。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述太阳能吸附管包括位于中心的填充吸水材料的吸水柱和外套于吸水柱的太阳能加热管，所述吸水材料主要由吸收LiCl溶液并干燥至恒重后的γ-Al2O3球组成。
3.根据权利要求2所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述冷凝器包括具有冷凝室的冷凝壳体，冷凝室内设置有半导体制冷片、散热器，冷凝壳体上安装有与吗半导体制冷片连接的制冷电源模块，所述半导体制冷片的热端与外露于冷凝壳体的散热器连接，半导体制冷片的冷端用于接触太阳能吸附管中排出的水蒸汽。
4.根据权利要求3所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述散热器包括相互连接的热管、铝质波浪形鳍片，热管与半导体制冷片两者之间涂有导热硅脂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述空气制水系统由太阳能供电单元供电。
6.根据权利要求1所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述中水回用系统中包括就近设置在建筑群附近空地的中水处理装置，杂排水管中的杂排水或污水经中水处理装置处理后变成中水，再通过杂用水管回流至建筑物群进行再利用；所述中水处理装置为优质杂排水处理装置、一般杂排水处理装置、轻质污水处理装置中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述优质杂排水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、絮凝沉淀池、过滤器、添加消毒剂的消毒池；
所述一般杂排水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、预处理池、膜分离器、添加消毒剂的消毒池。
8.根据权利要求6所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述轻质污水处理装置包括依次连接的格栅、添加混凝剂的调节池、第一预处理池、曝气生物滤池、第二预处理池、膜生物反应器、添加消毒剂的消毒池；或者，所述轻质污水处理装置包括依次连接的格栅、兼氧MBR反应器。
9.根据权利要求1所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述生态循环系统安装于建筑物群，仅接入自来水厂管网、建筑物内水路管网而不接入污水处理厂的管网。
10.根据权利要求1所述的一种基于空气制水和中水回用技术的生态循环系统，其特征在于，所述生态循环系统安装于建筑物群，仅接入建筑物内水路管网而不接入自来水厂管网、污水处理厂的管网。
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