CN108773897B - 单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置。其结构包括弃流模块、净化模块和保育模块。在初雨弃流阶段，通过弃流箱内弃流雨水的蒸发量来对实现对弃流量的调节，避免了弃流量一定造成的弃流不彻底或雨水资源浪费的问题。在水质净化方面，运用生物慢滤技术克服了传统吸附净化方式滤料吸附能力随时间快速减弱的缺点；水质净化模块采用廉价滤料，与传统生物慢滤相比，依靠廉价滤料的吸附保障生物膜成熟前的水质，而生物膜成熟后则主要依靠生物膜净化水体。水体保育采用地下埋藏式的保育方式，避免水量蒸发、外界污染，以及水温过高、阳光照射等问题使微生物快速繁殖，保证在枯水期水质不发生显著劣化，满足饮水安全的要求。

Description

单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体地说是一种单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置。

背景技术

在一些缺水地区，当地居民以收集雨水作为饮用水源。根据集雨面的不同一般可以分为屋顶集雨、地面集雨、坡面集雨等方式。这些集雨方式中，一般屋顶集雨的水质相对最好，因此在缺水地区被广泛采用。在雨水收集的初期，雨水的冲刷和溶解，使其携带集雨面上存留的诸如鸟粪、树叶、灰尘等污染物。如果初期雨水进入集雨池，会影响收集雨水的水质，威胁以雨水为饮用水源的缺水地区居民的饮水安全。因此，需要将降雨初期所收集的雨水抛弃，这个过程称为初雨弃流。研究发现水质较差的初期雨水水量与干旱持续的时间有着极大的相关关系，当长期没有降雨时，初期雨水的水量较大，相应的弃流量也应该增大，以保证收集雨水的水质安全；而当降雨频率较高时期，初期雨水的水量较小，弃流量也应该减小，以减少雨水资源的浪费。经过初雨弃流的雨水其水质会得到极大的改善，但其水质尤其是微生物指标仍难达到饮用水的要求，因此有必要进行进一步净化以保障饮水安全。对于缺水地区，一般其条件相对贫困，居民的饮水安全意识薄弱，采用单纯的物理、化学净化方法一方面成本较高，另一方面运行维护的操作要求相对较高，不适合缺水地区使用。

现有技术针对集雨水作为饮用水源的收集、净化、储存的一体技术很少，现有技术主要是从两个方面着手：一是雨水收集包括初期雨水弃流的相关技术，二是雨水净化的相关技术。其主要的缺点有以下几个方面：

1、没有针对屋顶集雨水的初雨弃流、雨水净化、雨水保育的一体技术。

2、已有的初期雨水弃流装置，其中一部分装置弃流量为固定的，即：不能根据降雨频率对其流量进行调节，使得雨水频繁时弃流量过大，造成雨水资源浪费；另一部分为了实现弃流量根据降雨频度的调节，采用了包括水质传感器、水质检测仪和伺服电机等电气化元件，这些元件购置、安装、运行、维护成本高，影响了其推广；另一方面电子元件的失效损坏，甚至发生漏电现象，影响了其使用的适应性、可靠性和安全性。

3、已有的雨水净化装置，大多利用物理化学的净化消毒方法对雨水水质进行净化，成本较高，且需要相对专业的人员操作。

4、目前部分雨水净化专利利用了生物慢滤技术，但由于生物慢滤中，生物膜的成熟需要一定的时间，这些方法大多没有考虑生物膜成熟前的水质如何保证，且部分生物慢滤采用的滤料造价较高不能就地取材，并不利于贫困缺水地区的推广。

5、已有的为数不多的雨水净化及储存一体技术，一般实施规模较大不适合单户式的集雨水水质修复和储存。

6、此外上述技术均未考虑净化后水体的水质保育问题，即：除了净化后水体的储存外，还应使水体在储存过程中不发生显著的水质劣化，在解决雨量不均地区枯水期的用水问题的同时，保障枯水期的饮水安全。

发明内容

本发明的目的就是提供一种单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，以填补现在没有针对单户式屋顶集雨水的初雨弃流、水质净化以及水质保育的一体技术的空白。

本发明的目的是这样实现的：一种单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，包括弃流模块、净化模块和保育模块；

所述弃流模块包括呈敞口结构的弃流箱，在所述弃流箱内靠近顶端部位设置有横向的过水管，所述过水管的两端分别穿过所述弃流箱相对的两个侧壁并分别与单户式屋顶的集雨水管和净化模块相接；在所述过水管的底部设置有若干弃流口，在每一弃流口的下方设有一个浮球阀；当弃流箱内的弃流雨水达到设定高度后，所述浮球阀可将对应的弃流口堵住；在所述弃流箱的上方还设置有挡雨板；

所述净化模块包括并列设置的粗滤筒和慢滤筒；所述粗滤筒的下端口通过入流管与所述弃流模块中过水管穿过弃流箱的一端相接；在所述粗滤筒内底部位置处设有粗滤滤料，所述粗滤滤料为25~50目石英砂；所述慢滤筒的下端口通过出流管与所述保育模块相接，在所述慢滤筒内底部位置处设有慢滤滤料，所述慢滤滤料为制生物炭黏土和10~20目石英砂的混合料；在所述粗滤筒和所述慢滤筒的侧壁之间设有用于使所述粗滤筒和所述慢滤筒相连通的连接管，所述连接管的高度高于粗滤滤料和慢滤滤料的高度；

所述保育模块包括位于地下的保育池，在所述保育池上设有盖板，避免水量蒸发并杜绝外界污染，同时避免水温过高、阳光照射等问题使藻类、细菌等快速繁殖，保证在枯水期水体水质不发生显著劣化，满足饮水安全的要求。

本发明是集初雨弃流、水质净化和水体保育为一体的装置。在初雨弃流阶段，通过弃流箱内弃流雨水的蒸发量来对实现对初期雨水弃流量的调节，避免了因弃流量一定而造成的弃流不彻底或雨水资源浪费的问题。 在水质净化方面，采用粗滤和慢滤相结合的方式，在生物慢滤前进行粗滤，避免生物慢滤层的快速堵塞。生物慢滤是一种比较常用的水质净化方法，本发明在以往生物慢滤的基础上，结合物理化学吸附的方式，对生物慢滤的滤料进行改进，保障了慢滤膜未成熟期的净化效果；同时运用生物慢滤技术克服了传统吸附净化方式的滤料净化效果随时间快速减弱的缺点；再有，所选滤料价格低廉，可就地取材，使得本发明在保证水质净化效果的同时，降低了装置维护、滤料更新等成本。对于缺水地区降雨一般存在显著的季节性，枯水期水量明显不足，且水质劣化严重。地下埋藏式的保育池可以更好的避免水量的蒸发，杜绝外界污染，同时避免阳光照射和水温过高等问题导致的藻类、细菌等快速繁殖，使得在丰水期净化后的水体能够及时的储存以保证当地居民枯水期的用水需求，同时保证在整个枯水期储水设施中水体水质不发生显著劣化，满足饮水安全的要求。

初期雨水的弃流量通过弃流箱内弃流雨水的蒸发量控制，弃流箱的体积与集雨面（指屋顶）的面积大小相关，弃流箱的体积应为集雨面面积与初期雨水量（按照5~10mm计）的乘积，弃流箱体积的变化应通过其横截面积控制，其高度应控制在50cm~60cm，保证在长期无雨情况下，弃流箱内弃流雨水可以被完全蒸发。

优选的，所述过水管具有0.8°-1.5°的倾斜角度，且所述过水管较高的一端穿过弃流箱的一个侧壁与单户式屋顶的集雨水管相接，所述过水管较低的一端穿过弃流箱的另一相对的侧壁与净化模块中的入流管相接。

在所述弃流箱外部设置有与所述过水管较高的一端相连通的第一弯管以及与所述过水管较低的一端相连通的第二弯管；所述第一弯管通过漏斗形第一变径管与单户式屋顶的集雨水管相连通，且漏斗形第一变径管的大口径端连接第一弯管，其小口径的细管连接单户式屋顶的集雨水管；所述第二弯管通过漏斗形第二变径管与净化模块中的入流管相连通，且漏斗形第二变径管的大口径端连接第二弯管，其小口径的细管连接净化模块中的入流管。所述第一弯管呈S型结构，所述第二弯管呈向下弯曲的弧形结构。所述第一弯管和所述第二弯管的内径为10cm-15cm，所述第一变径管和所述第二变径管中的小口径细管的内径为4cm-5cm。

在所述弃流箱内靠近顶部设有竖向的限位板，所述过水管和若干浮球阀位于限位板与弃流箱的一侧壁之间的空间内，所述限位板用于防止所述浮球阀向弃流箱的另一相对的侧壁移动；相邻浮球阀之间通过连接杆进行连接，两端的浮球阀也连接有指向弃流箱侧壁的连接杆，且两端浮球阀所连接的两个连接杆的自由端分别与过水管的两端相对应；在所述限位板的下部设有用于防止浮球阀无限制向下移动的倾斜板。

所述慢滤筒、粗滤筒的横截面积不应小于集雨面面积的1.67‰，以保证慢滤筒处理能力可以满足中雨以下的降雨。在所述粗滤筒的下端口处设有第一承托架，在所述第一承托架上置有100目尼龙滤布，粗滤滤料置于所述100目尼龙滤布上；所述第一承托架通过漏斗式进水口与入流管相接；在所述慢滤筒的下端口处设有第二承托架，在所述第二承托架上置有200目尼龙滤布，在所述200目尼龙滤布上设有25-50目石英砂承托层，慢滤滤料置于所述25-50目石英砂承托层上；所述第二承托架通过漏斗式出水口与出流管相接。

出流管与保育模块连接，出流管应弯曲抬升至低于慢滤筒进水口且略高于慢滤滤料上表面处，保证慢滤筒合适的水头差，并使慢滤筒在缺水期仍保有一定的上覆水的高度，为生物膜提供相对稳定的环境。

在慢滤筒内进水口的上方位置处设置浮球阀，目的是缓慢进水并控制慢滤滤料上覆水高度，为生物膜生长提供稳定环境。

所述慢滤滤料中黏土为经过300℃绝氧加热4小时制生物炭的黏土，黏土与10~20目石英砂的体积比为1:2，将黏土与10~20目石英砂混合均匀并压实后用作慢滤滤料，避免黏土内的土著微生物污染水体，同时强化慢滤层的吸附能力并保证慢滤层滤料的渗透性。使得生物慢滤中，滤料吸附性能和生物膜净化能力更好互补，保证生物膜成熟前的净化效果，同时减少经常更换滤料的成本和工作量。

所述粗滤滤料的高度为10~20cm，所述慢滤滤料的高度为20~30cm。

在所述粗滤筒和所述慢滤筒靠近顶端的侧壁均开有排气口，所述粗滤筒顶端侧壁的排气口连接溢流管，所述溢流管的下端伸入到保育模块的保育池内；当大雨以上的降雨发生较长时间，降雨强度超过慢滤筒处理能力，且已将粗滤筒滤料以上的储水空间装满时，此时的降水水质已较好，可经粗滤后从溢流管直接进入水质保育模块。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明为集雨水的初雨弃流、雨水净化、雨水保育的一体装置，克服了以往装置功能单一的特点；一方面通过初雨弃流、粗滤、生物慢滤，对雨水实现了净化；另一方面通过保育模块，避免了水体在蓄存过程中的水质 “二次劣化”。而且，本发明占地少，施工容易，适合单户式的集雨水水质修复和保育。

2、本发明的初期雨水弃流模块，其弃流量可以变化，避免了弃流量一定造成的弃流不彻底或雨水资源浪费。

3、本发明的水质净化模块采用生物慢滤技术，不同于传统的生物慢滤技术，本发明粗滤、慢滤阶段均采用廉价滤料，容易就地取材。生物慢滤中采用石英砂对黏土的渗透能力进行改性，并将黏土经过300℃绝氧加热4小时制生物炭，保证了较好的慢滤滤速的同时，杜绝了滤料本身的微生物污染并强化滤料的吸附能力，保证了生物膜未成熟以前水质净化的效果。而且在本发明中，滤料的吸附只是辅助作用，不需频繁更新滤料，降低了运行成本，也减少了频繁更换滤料的不便。

4、本发明的慢滤过程，采用浮球阀（即实施例中的第二浮球阀）和抬升出流管来保证上覆水的高度，为生物膜提供稳定的环境，保证生物慢滤的水质净化效果。

5、本发明的水质保育模块模拟地下水的储存条件，将净化后水体蓄存在封闭的地下空间中，由于杜绝了外界污染，同时避免阳光照射、温度过高等原因，水体在储存过程中仍具有较好的水质保障。

6、本发明未采用电气化的弃流量控制元件，未采用投放药品的净化方法，安装、运行、维护成本较低，除取水过程外实现了零能耗，利用重力势能引导水体的流动，总体上能耗很低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中弃流模块的结构示意图。

图3是沿图1竖向中心线的截面图。

图4是本发明中净化模块的结构示意图。

图中：1、弃流模块，2、净化模块，3、保育模块，4、保育池，5、水泵，6、盖板，7、弃流箱，8、过水管，9、弃流口，10、第一浮球阀，11、第一弯管，12、第一变径管，13、第二弯管，14、第二变径管，15、连接杆，16、排污口，17、挡雨板，18、限位板，19、倾斜板，20、粗滤筒，21、慢滤筒，22、入流管，23、出流管，24、粗滤滤料，25、慢滤滤料，26、连接管，27、第二浮球阀，28、排气口，29、溢流管，30、钢脚架，31、漏斗式进水口，32、漏斗式出水口，33、第一承托层，34、第二承托层，35、石英砂承托层。

具体实施方式

如图1所示，本发明所提供的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置包括弃流模块1、净化模块2和保育模块3。弃流模块1用于将降雨初期的水质较差的雨水抛弃，降雨初期的雨水被抛弃后，其余的水质相对较好的雨水经弃流模块1的过水管8（见图2）流入净化模块2，净化模块2用于对雨水进行净化，经净化模块2净化后的雨水流入保育模块3进行储存、保育，保育模块3在对净化后的雨水进行储存的同时，还能使水体在储存的过程中不发生显著的水质劣化，从而可以保证居民在枯水期的用水安全。

结合图2和图3，弃流模块1包括呈敞口结构的弃流箱7，弃流箱7例如可以设置为长方体的箱体结构，降雨初期的雨水被抛弃流入弃流箱7内，同时，弃流箱7的另一重要作用是根据上次降雨与本次降雨间隔期间弃流箱7内的弃流雨水蒸发量来调节本次降雨时初期雨水的弃流量。弃流箱7优选不锈钢焊制而成，其体积应为集雨面面积与初期雨水量（按照5~10mm计）的乘积，弃流箱7的体积变化应由其横截面积变化控制，其高度应控制在50~60cm，保证在长期无雨情况下，弃流箱7内弃流的雨水可以被完全蒸发。在弃流箱7内靠近顶端部位设置有横向的过水管8，过水管8是沿弃流箱7的长边设置，且过水管8靠近弃流箱7的一个长边侧壁。过水管8的两端穿接在弃流箱7相对的两个短边侧壁上。过水管8稍微有一定的倾斜角度，以利于雨水在其内的流动。一般设置过水管8与水平方向的夹角为0.8°-1.5°即可，优选的，可以设置过水管8具有1°的倾斜角。弃流管8优选PPR管制作。

在弃流箱7的两个短边侧壁的外部分别设有第一弯管11和第二弯管13。第一弯管11呈S型结构，且第一弯管11通过弃流箱7的侧壁与过水管8较高的一端相连通。第一弯管11通过漏斗形第一变径管12与单户式屋顶的集雨水管相连通，且漏斗形第一变径管12的大口径端连接第一弯管11，其小口径的细管连接单户式屋顶的集雨水管。与第一变径管12相接的第一弯管11的一端高于与过水管8相接的第一弯管11的一端。第二弯管13呈向下弯曲的弧形结构，例如可以设计为具有圆弧形倒角的90°弯管结构。第二弯管13的一端通过弃流箱7的侧壁与过水管8较低的一端相连通，第二弯管13的另一端通过漏斗式第二变径管14与净化模块2中的入流管22相连通（结合图1和图4），且漏斗形第二变径管14的大口径端连接第二弯管13，其小口径的细管连接净化模块2中的入流管22。与第二变径管14相接的第二弯管13的一端低于与过水管8相接的第二弯管13的一端。

第一弯管11和第二弯管13的内径为10cm-15cm，第一变径管12和第二变径管14中的小口径细管的内径为4cm-5cm。第一弯管11和第一变径管12的结构设计能够减缓雨水的流速，避免暴雨时流速过大污染物越过弃流口9进入并堵塞净化模块2。

本实施例中在过水管8的底部依序均布有三个弃流口9，降雨初期的雨水自第一弯管11流入过水管8后，会经过第一个弃流口流入弃流箱7内，倘若有部分雨水继续沿过水管8前行，那么也会在第二个弃流口或第三个弃流口流入弃流箱7内，而不会经第二弯管13流入净化模块2。

由于只需要将降雨初期的雨水抛弃即可，因此当弃流箱7内的水达到一定量时就不需要再继续弃流了，故本发明中在每一弃流口9的下方均设有一个第一浮球阀10。随着弃流箱7内水位的升高，第一浮球阀10逐渐升高，待弃流箱7内的弃流雨水达到设定高度后，第一浮球阀10可将对应的弃流口9堵住，从而使得由单户式屋顶的集雨水管收集的雨水经过水管8后直接流入净化模块2，而不再进行弃流。

弃流口9可以设计成三通结构。为了使得与弃流口9对应的第一浮球阀10只能在水的浮力的作用下上移，因此需要对第一浮球阀10进行限位。如图3所示，在弃流箱7内靠近顶部设有竖向的限位板18，过水管和三个第一浮球阀10位于限位板18与弃流箱7的一长边侧壁之间的空间内，通过限位板18可以防止第一浮球阀10向弃流箱7的另一相对的长边侧壁移动。如图2所示，相邻第一浮球阀10之间通过连接杆15进行连接，两端的第一浮球阀也连接有指向弃流箱7短边侧壁的连接杆15，且两端第一浮球阀所连接的两个连接杆的自由端分别与过水管8的两端相对应，两端第一浮球阀所连接的两个连接杆的自由端可分别与对应的弃流箱7短边侧壁之间存在一定的缝隙。所有连接杆15连成一条直线，该直线对应位于过水管8的下方。连接杆15的设置可以使得三个第一浮球阀10被限制在对应的弃流口9下方。第一浮球阀10及连接杆15优选不锈钢焊制而成。

在限位板18的下部设有倾斜板19，倾斜板19由限位板18底部指向过水管8所靠近的弃流箱7长边侧壁方向，且倾斜板19底部和弃流箱7长边侧壁之间的空隙不足以使第一浮球阀10继续下移，即：第一浮球阀10被限制在限位板18、倾斜板19、弃流口9和弃流箱7长边侧壁之间的空间内，第一浮球阀10相对对应的弃流口9不能前后移动，不能左右移动，只能上下移动，但上下移动的空间也是有限的，即不能无限制地向下移动。

本发明中弃流模块1的作用即是在降雨初期对雨水进行抛弃，当降雨持续一定时间，雨水水质明显好转时，第一浮球阀10在弃流雨水的浮力作用下堵住弃流口9，开始收集雨水。

每次降雨时所要抛弃的雨水量跟弃流箱7内所蒸发的雨水量相同，上次降雨至本次降雨之间所蒸发的雨水量即是本次降雨所要抛弃的雨水量，因此，本发明中的初雨弃流量是可变的，这也符合雨水水质较差的初期雨水的水量和干旱持续时间之间的相关关系。由于弃流箱7会吸收太阳辐射加热弃流雨水的水温，因此弃流箱7内弃流雨水的蒸发量大于当地的水面蒸发量，弃流箱7体积的变化应通过横截面积控制，其高度应控制在50~60cm，保证在长期无雨的情况下，弃流箱7内弃流的雨水可以被完全蒸发。本发明通过弃流箱7的蒸发量来实现对降雨时的初期雨水弃流量的调节，保证收集雨水的水质安全的同时，避免了雨水资源浪费。由于不需要电气化元件，大大降低了成本；另外由于不需要耗电，本装置也节约了能源，并使操作更加简单，运行更加可靠、安全。

为了避免雨水进入弃流箱7影响弃流量，本发明在弃流箱7的上方还设置有挡雨板17，挡雨板17应位于弃流箱7上方10cm以上，优选透明塑料板，避免遮挡光照、阻碍空气流通，进而影响弃流箱7内弃流雨水的蒸发。同时在弃流箱7的底部侧壁还设置有排污口16，通过排污口16可在对弃流箱7进行清洗后，将弃流箱7内的清洗污水全部排空。一般在每年的雨季来临前应对弃流箱7进行一次清洗，并通过排污口16将弃流箱7内的清洗污水排空；或者在干旱持续较长时间情况下，通过排污口16对弃流箱7进行清洗并排空。通常情况下，雨季来临前或干旱持续很长情况下，弃流箱7内的雨水应为蒸发完全状态。

初期雨水弃流后，剩余的水质相对较好的雨水经过水管8流入净化模块2进行净化。本发明中的净化模块不同于以往水质净化采用的物理吸附、化学消毒的方法，本发明采用了适用于贫困缺水地区的生物慢滤技术，生物慢滤技术具有投资少、运行稳定、自耗水量少、制水成本低、污染物去除效果好、管理简单、易于小型化等优势，适合缺水地区集雨水的水质净化。生物慢滤对污染物的去除是通过包括物理吸附截留、沉淀，生物物理的凝聚、吸附，生物化学的降解、离子交换等一系列作用共同完成的，生物作用在慢滤中的作用极为重要，在修复材料的表层会形成一层厚约2cm左右的生物膜，生物膜中有大量的微生物包括：细菌、藻类和原生动物等，这层生物膜是慢滤池中去除污染物最主要的部分，即只有当滤膜形成完整的有机物→细菌→原生动物的食物链，生物慢滤才可以最大程度地发挥净化作用。本发明的生物慢滤采用的滤料可以为生物膜提供较好的着床，同时具有较强的吸附性能可以在生物膜未成熟以前保障修复后的水质。

如图4所示，净化模块2包括并列设置的粗滤筒20和慢滤筒21。粗滤筒20和慢滤筒21均为圆筒形结构，粗滤筒20和慢滤筒21的横截面积均不应小于集雨面面积的1.67‰，以保证慢滤筒21处理能力可以满足中雨以下的降雨，同时使粗滤筒20粗滤滤料24以上的空间可以储存尽量多的雨水。两者的底端均为开口结构，顶端为封闭结构，两者的高度可在1-1.5m之间。粗滤筒20和慢滤筒21的下端均设有用作支撑的钢脚架30。

在粗滤筒20的下端口处设有第一承托层33，第一承托层33包括第一承托架以及设置在第一承托架上的100目尼龙滤布。粗滤滤料24即放置在100目尼龙滤布，本发明中粗滤滤料24是25~50目石英砂，粗滤滤料24的高度约为10~20cm。第一承托层33通过漏斗式进水口31与入流管22的下端相接，入流管22的上端连接弃流模块1中的第二变径管14。由弃流模块1流出的雨水经入流管22、漏斗式进水口31和第一承托层33进入粗滤筒20内，入流管22、漏斗式进水口31和第一承托层33的设置可以保证全断面进水。漏斗式进水口31、钢脚架30以及粗滤筒20三者之间通过法兰连接。

在粗滤筒20和慢滤筒21高度的1/3处的侧壁设有开口，两者的开口之间设有连接管26，连接管26所在高度高于粗滤滤料24和慢滤滤料25的高度，通过连接管26可以使经粗滤筒20粗滤后的雨水进入慢滤筒21内。在粗滤筒20和慢滤筒21靠近顶端的侧壁均开有排气口28，以便进行排气。而且，粗滤筒20顶端侧壁的排气口28连接溢流管29，溢流管29的下端伸入到保育模块3的保育池4内（见图1）。当大雨以上的降雨发生较长时间，降雨强度超过慢滤筒21的处理能力，且已将粗滤筒20粗滤滤料24以上的储水空间装满时，此时过剩的降水水质已较好，可经粗滤后从溢流管29直接进入水质保育模块3。

粗滤筒20可以由有机玻璃制作而成，其外应缠有隔热膜，目的是避光并减少装置内的温度变化；入流管22、连接管26、溢流管29优选硅胶管制作。

在慢滤筒21的下端口处设有第二承托层34，第二承托层34包括第二承托架以及设置在第二承托架上的200目尼龙滤布。在200目尼龙滤布上设有25-50目石英砂承托层35，石英砂承托层35的厚度约为2cm，慢滤滤料25即置于25-50目石英砂承托层35上。慢滤滤料25是黏土与10~20目石英砂的混合物，将黏土与10~20目石英砂按照1:2的体积比混合并轻微压实，这样可以保证慢滤滤速在0.1~0.5m/h的合理范围内；黏土为经过300℃绝氧加热4小时制生物炭的黏土，目的是进一步增强其吸附能力并避免黏土内土著细菌污染水体。慢滤滤料25的高度优选为20~30cm，其外应缠有隔热膜，目的是一定程度避光避免藻类过速生长阻塞慢滤层，并减少装置内的温度变化，为生物膜中微生物生长提供较稳定的环境。

第二承托层34通过漏斗式出水口32与出流管23的一端相接，出流管23的另一端伸入到保育模块3的保育池4内（见图1）。出流管23应自漏斗式出水口32处弯曲然后向上抬升，抬升至低于慢滤筒21进水口（慢滤筒21进水口即连接管26）且略高于慢滤滤料25的上表面处，保证慢滤筒21合适的水头差，并使慢滤筒21在缺水期仍保有一定的上覆水的高度，为生物膜提供相对稳定的环境。出流管23弯曲并抬升至设定高度后再弯曲向下伸入到保育模块3的保育池4内（见图1）。

在慢滤筒21靠近顶端的侧壁设排气口28，以便慢滤层（即慢滤滤料25）饱水时排气，装置使用前，慢滤层应用纯净水由下而上缓慢饱水。在慢滤筒21内与连接管26相接的进水口的略靠上位置处，通过连接杆设有第二浮球阀27，通过设置第二浮球阀27可以保证缓慢进水并控制慢滤层上覆水高度，以便将慢滤滤速控制在合理范围，并为生物膜生长提供稳定环境。

漏斗式出水口32配以第二承托架、200目尼龙滤布、25~50目石英砂承托层35，可以保证全断面过水。

如图1所示，本发明除了弃流模块1和净化模块2外，保育模块3也是一个主要特征，不同于以往的修复后水体储存，考虑到缺水地区的降雨集中性，雨季雨水净化后往往要蓄存一年，由于蓄存时间过长，容易发生水质的“二次劣化”，威胁当地居民的饮水安全；本发明水质保育的总体思路是受地下水在不受污染时水质几乎不发生劣变的启发，将修复净化后的水体蓄存在封闭、避光、绝热的地下空间中，使得水体在储存过程中不发生显著劣化。

具体地，保育模块3包括位于地下的保育池4，保育池4的大小应根据具体地区的日用水量标准及家庭人数，平均枯水季天数来确定，保育池4的底部和四壁优选采用混凝土内衬瓷砖，其目的是防渗，尽量避免细菌的附着和滋生。在保育池4上设有盖板6。盖板6埋深在10~20cm以上，其目的在于模拟地下水的避光，近似恒温，隔绝污染源的条件；盖板6应不透水且具有较好的强度，优选为水泥钢筋板。取水时在地上优选水泵5取水，避免水桶取水的方式污染保育池4内的水体；保育池4底部应有一定的坡度，以便于水泵5取水。

Claims (10)

1.一种单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，包括弃流模块、净化模块和保育模块；

所述弃流模块包括呈敞口结构的弃流箱，在所述弃流箱内靠近顶端部位设置有横向的过水管，所述过水管的两端分别穿过所述弃流箱相对的两个侧壁并分别与单户式屋顶的集雨水管和净化模块相接；在所述过水管的底部设置有若干弃流口，在每一弃流口的下方设有一个浮球阀；当弃流箱内的弃流雨水达到设定高度后，所述浮球阀可将对应的弃流口堵住；在所述弃流箱的上方还设置有挡雨板；在初雨弃流阶段，通过弃流箱内弃流雨水的蒸发量来实现对初期雨水弃流量的调节；

所述净化模块包括并列设置的粗滤筒和慢滤筒；所述粗滤筒的下端口通过入流管与所述弃流模块中过水管穿过弃流箱的一端相接；在所述粗滤筒内底部位置处设有粗滤滤料，所述粗滤滤料为25~50目石英砂；所述慢滤筒的下端口通过出流管与所述保育模块相接，在所述慢滤筒内底部位置处设有慢滤滤料，所述慢滤滤料为制生物炭黏土和10~20目石英砂的混合料；在所述粗滤筒和所述慢滤筒的侧壁之间设有用于使所述粗滤筒和所述慢滤筒相连通的连接管，所述连接管的高度高于粗滤滤料和慢滤滤料的高度；

所述保育模块包括位于地下的保育池，在所述保育池上设有盖板。

2.根据权利要求1所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，所述过水管具有0.8°-1.5°的倾斜角度，且所述过水管较高的一端穿过弃流箱的一个侧壁与单户式屋顶的集雨水管相接，所述过水管较低的一端穿过弃流箱的另一相对的侧壁与净化模块中的入流管相接。

3.根据权利要求2所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，在所述弃流箱外部设置有与所述过水管较高的一端相连通的第一弯管以及与所述过水管较低的一端相连通的第二弯管；所述第一弯管通过漏斗形第一变径管与单户式屋顶的集雨水管相连通，且漏斗形第一变径管的大口径端连接第一弯管，其小口径的细管连接单户式屋顶的集雨水管；所述第二弯管通过漏斗形第二变径管与净化模块中的入流管相连通，且漏斗形第二变径管的大口径端连接第二弯管，其小口径的细管连接净化模块中的入流管。

4.根据权利要求3所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，所述第一弯管呈S型结构，所述第二弯管呈向下弯曲的弧形结构。

5.根据权利要求3或4所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，所述第一弯管和所述第二弯管的内径为10cm-15cm，所述第一变径管和所述第二变径管中的小口径细管的内径为4cm-5cm。

6.根据权利要求1所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，在所述弃流箱内靠近顶部设有竖向的限位板，所述过水管和若干浮球阀位于限位板与弃流箱的一侧壁之间的空间内，所述限位板用于防止所述浮球阀向弃流箱的另一相对的侧壁移动；相邻浮球阀之间通过连接杆进行连接，两端的浮球阀也连接有指向弃流箱侧壁的连接杆，且两端浮球阀所连接的两个连接杆的自由端分别与过水管的两端相对应；在所述限位板的下部设有用于防止浮球阀无限制向下移动的倾斜板。

7.根据权利要求1所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，在所述粗滤筒的下端口处设有第一承托架，在所述第一承托架上置有100目尼龙滤布，粗滤滤料置于所述100目尼龙滤布上；所述第一承托架通过漏斗式进水口与入流管相接；在所述慢滤筒的下端口处设有第二承托架，在所述第二承托架上置有200目尼龙滤布，在所述200目尼龙滤布上设有25-50目石英砂承托层，慢滤滤料置于所述25-50目石英砂承托层上；所述第二承托架通过漏斗式出水口与出流管相接。

8.根据权利要求1所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，所述慢滤滤料中制生物炭黏土为经过300℃绝氧加热4小时制生物炭的黏土，制生物炭黏土与10~20目石英砂的体积比为1:2，将制生物炭黏土与10~20目石英砂混合均匀并压实后用作慢滤滤料。

9.根据权利要求1所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，所述粗滤滤料的高度为10~20cm，所述慢滤滤料的高度为20~30cm。

10.根据权利要求1所述的单户式屋顶集雨水初雨弃流及水质净化保育一体装置，其特征是，在所述粗滤筒和所述慢滤筒靠近顶端的侧壁均开有排气口，所述粗滤筒顶端侧壁的排气口连接溢流管，所述溢流管的下端伸入到保育模块的保育池内。

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