CN111424776B - 一种智能雨水净化处理系统及其控制方法 - Google Patents

一种智能雨水净化处理系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能雨水净化处理系统及其控制方法。本发明设备直接连接至市政雨水井内，净化后的水可供小区建筑物、道路冲洗和绿化等使用。本发明采用一体化结构，其中的各个功能模块分开加工、同时组装，这种模块化的结构设计更加便于制造及安装。传统的雨水净化处理设备一般都是采用先存贮后净化处理的模式，本发明采用先净化处理后存贮的模式，可以有效避免雨水存贮池内累积大量杂质，提升原水存贮池的水质并减少清淤工作量。本发明通过在线监测来水量和处理后清水量实现强制过滤水泵的启停以及过滤模式的选择。通过监测过滤器进水侧的压力变化达到控制反冲洗系统精确启停目的。

Description

一种智能雨水净化处理系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及雨水净化处理技术领域，尤其涉及一种智能雨水净化处理系统及其控制方法。
背景技术
我国是一个干旱缺水的国家，人均水资源量仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。并且随着我国城市化进程的加快，水资源匮乏、生态环境恶化等问题的出现，将城市雨水作为水资源利用已经在世界各地得到迅速发展与推广。
我国对雨水的利用率很低，与发达国家相比，可开发利用的潜力很大，通过雨水的合理收集、处理、利用对缓解水资源紧张有重要意义。居民区对于雨水的利用率较低主要是通过蓄水池的方式集水用于花木的灌溉或者从雨水井引流至雨水处理设备处理后进行使用以及其他粗放型的利用。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种智能雨水净化处理系统及其控制方法。
1、本发明能够对雨水进行高效净化处理。
2、本发明采用雨水处理系统与存储一体化结构，其中的各个功能模块分开加工、同时组装，这种模块化的结构设计更加便于加工以及安装。
3、传统的雨水净化装备都是先收集雨水原水再处理，导致雨水储水模块存在大量的杂质，本发明先对雨水原水进行高效处理再贮存，可以有效避免雨水存贮池内累积大量杂质，提升原水存贮池的水质并减少清淤工作量。
4、本发明自动化控制能力强，可通过设备参数的控制设置能够实现设备的自动启停。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种智能雨水净化处理系统，包括有雨水井、原水井、回用井和清水池，雨水井下部与原水井上部通过原水来水管连通，原水井和回用井的下端部分位于清水池内，在所述的原水井内安装有截污挂篮，在原水井内壁上位于截污挂篮上方安装有浮球阀一，在原水井内壁上位于截污挂篮下方分别固定安装有设备平台和限位块，所述的设备平台与限位块位于同一高度且位于对立面上，在设备平台上安装有水泵一，在设备平台与限位块之间安装有膨胀止回器一，在原水井内还安装有多介质过滤器，当膨胀止回器一完全膨胀时，设备平台下侧面、膨胀止回器一、限位块的下侧面和多介质过滤器的上侧面共同构成空间一，所述的水泵一的出水口与膨胀止回器一的进水口连接，膨胀止回器一的出水口与空间一连通；在原水井的下部开有清水出口，在清水出口处通过膨胀止回管托安装有膨胀止回器二，当膨胀止回器二完全膨胀时，膨胀止回管托、膨胀止回器二多介质过滤器的下侧面以及原水井内壁共同构成空间二；在所述的回用井内安装有四通电磁阀、水泵二、池底反冲洗水管、清水提升水管、滤料反冲洗水管和滤料反冲洗气管，所述的膨胀止回器二的进口与四通电磁阀的第一端口连通，膨胀止回器二的出口与空间二连通，所述的滤料反冲洗气管的一端与四通电磁阀的第二端口连接，另一端通过第四电磁阀与设在回用井外侧的气泵连接，所述的滤料反冲洗水管的一端连接四通电磁阀的第三端口，另一端通过第一电磁阀连接用水点出水管，用水点出水管上设有第三电磁阀，用水点出水管的另一端伸出回用井连到用水点，四通电磁阀的第四端口连接有反冲洗管，反冲洗管的另一端伸出回用井进入清水池内，且位于清水池内的反冲洗管上设有反冲洗喷口，所述的池底反冲洗水管的一端连接通过第二电磁阀连接用水点出水管，另一端连接反冲洗管，所述的清水提升水管的一端连接水泵二，另一端连接用水点出水管，在回用井内壁上安装有浮球阀二，浮球阀二的高度位于清水池顶端下方，具体位置根据实际情况确定。
在所述的回用井的上端侧壁上设有溢流管。
在所述的空间一内安装有压力传感器，用于判断过滤器是否脏堵，用于决定是否触发冲洗控制流程；在所述的空间二内安装有SS在线监测仪和COD在线监测仪。
所述的水泵一、水泵二、压力传感器、SS在线监测仪、COD在线监测仪、浮球阀一、浮球阀二、气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀均与外部控制柜连接。
所述的膨胀止回器一和膨胀止回器二的结构设计均采用出水管管径小于进水管管径的结构。
一种智能雨水净化处理系统的控制方法，包括有雨水引流过滤动作、清水池底反冲洗动作和多介质过滤器反冲洗动作，具体如下：
（1）雨水引流过滤动作
原水来水管将雨水井内的雨水引流至原水井内，雨水首先通过截污挂篮将大的杂质进行预过滤处理，预过滤处理后，原水有两个模式进入多介质过滤器：
当原水井液位未达到浮球阀一位置且清水池内液位未达浮球阀二位置时，雨水原水经过截污挂篮后依靠自身重力进入多介质过滤器内进行过滤，过滤后经由空间二流入清水池；
当雨水原水流量较大，原水井液位达到浮球阀一位置且清水池内液位未达浮球阀二位置时，此时依靠重力作用无法满足雨水过滤量的要求，控制柜控制水泵一启动，水泵一将原水井内的原水输送至膨胀止回器一，膨胀止回器一在水压的作用下由原始状态横向膨胀至完全膨胀状态，膨胀止回器内原水由于水泵压力作用进入空间一，高压原水经由空间一流入多介质过滤器内进行过滤，过滤后经由空间二流入水池；
原水井液位达到浮球阀一位置时且清水池内液位未达到浮球阀二时，清水池内的清水通过水泵二经由清水提升水管和用水点出水管提升至用水点；当回用井内的液位达到浮球阀二的位置或者达到预设的每次过滤时间时，则水泵一停止工作，此次过滤动作完成；当回用井内的水位超过浮球阀二位置，达到溢流管液位时，水流通过预先设置的溢流管进行流出；
（2）清水池底反冲洗动作：池底反冲洗涉及到两个步骤：定期启动气泵经由滤料反冲洗气管通过开启第四电磁阀以及切换四通电磁阀至反冲洗管的运行方向先对清水池进行曝气搅动池底，气体由反冲洗喷口喷出，设置运行时间T1；然后水泵二启动将清水经由池底反冲洗水管泵至池底，同样经由反冲洗喷口喷出，曝气和水洗同时持续运行时间设置为T2；通过曝气和清水反冲洗搅动池内的水，搅动后的污水通过清水池的排污管排出去；
（3）多介质过滤器滤料反冲洗动作：当监测到空间一内的压力大于或等于系统预设值pmax触发反冲洗动作，此时水泵一停止工作，整个反冲洗动作由三部分构成：气洗、气水洗以及水洗；当反冲洗动作开始时，第四电磁阀打开，气泵工作，空气经由滤料反冲洗气管通过四通电磁阀的切换进入膨胀止回器二，再进入空间二，膨胀止回器二完全膨胀导致空间二内的压力急剧增大，空间二内的空气对滤料进行反冲洗；气泵运行t1时间后水洗启动，第三电磁阀打开清水经由滤料反冲洗水管与空气同时进入空间二，空间二内的水、气对滤料进行反冲洗，反冲洗后的污水由于水压的作用从原水来水管反流进入雨水井；水气反冲洗运行时间t2后关闭气洗，水洗继续运行，直至达到系统预设运行时间t3，反冲洗动作停止。
通过所述的SS在线监测仪和COD在线监测仪在线监测过滤后的出水SS以及出水COD，用于监测出水水质，以判断过滤介质是否需要更换。
本发明的优点是：本发明设备直接连接至市政雨水井内，净化后的水可供小区建筑物、道路冲洗和绿化等使用。
本发明采用雨水处理系统与存储一体化结构，其中的各个功能模块分开加工、同时组装，这种模块化的结构设计更加便于制造及安装。
传统的雨水净化处理设备一般都是采用先存贮后净化处理的模式，本发明采用先净化处理后存贮的模式，可以有效避免雨水存贮池内累积大量杂质，提升原水存贮池的水质并减少清淤工作量。
本发明强制过滤模式以及反冲洗模式均采用了膨胀止回阀的结构设计。这种创新结构设计通过内部流体压力的变化实现自身的压缩以及膨胀的形变达到控制管道单向流通的目的，避免了类似电磁阀等易损易耗品过量的淹没式使用，降低了设备系统的故障率。
本发明通过在线监测来水量和处理后清水量实现强制过滤水泵的启停以及过滤模式的选择。通过监测过滤器进水侧的压力变化达到控制反冲洗系统精确启停目的。
附图说明
图1为本发明系统结构图。
图2为本发明系统工作流程图。
图3为原水井内结构示意图。
具体实施方式
如图1、3所示，一种智能雨水净化处理系统，包括有雨水井1、原水井2、回用井3和清水池4，雨水井1下部与原水井2上部通过原水来水管5连通，原水井2和回用井3的下端部分位于清水池4内，在所述的原水井2内安装有截污挂篮6，在原水井2内壁上位于截污挂篮6上方安装有浮球阀一7，在原水井2内壁上位于截污挂篮6下方分别固定安装有设备平台8和限位块9，所述的设备平台8与限位块9位于同一高度且位于对立面上，在设备平台8上安装有水泵一10，在设备平台8与限位块9之间安装有膨胀止回器一11，在原水井2内还安装有多介质过滤器12，当膨胀止回器一11完全膨胀时，设备平台8下侧面、膨胀止回器一11、限位块9的下侧面和多介质过滤器12的上侧面共同构成空间一13，所述的水泵一10的出水口与膨胀止回器一11的进水口连接，膨胀止回器一11的出水口与空间一13连通；在原水井2的下部开有清水出口，在清水出口处通过膨胀止回管托14安装有膨胀止回器二15，当膨胀止回器二15完全膨胀时，膨胀止回管托14、膨胀止回器二15、多介质过滤器12的下侧面以及原水井2内壁共同构成空间二16；在所述的回用井3内安装有四通电磁阀17、水泵二18、池底反冲洗水管19、清水提升水管20、滤料反冲洗水管21和滤料反冲洗气管22，所述的膨胀止回器二15的进口与四通电磁阀17的第一端口连通，膨胀止回器二15的出口与空间二16连通，所述的滤料反冲洗气管22的一端与四通电磁阀17的第二端口连接，另一端通过第四电磁阀23与设在回用井3外侧的气泵24连接，所述的滤料反冲洗水管21的一端连接四通电磁阀17的第三端口，另一端通过第一电磁阀25连接用水点出水管26，用水点出水管26上设有第三电磁阀27，用水点出水管26的另一端伸出回用井3连到用水点，四通电磁阀17的第四端口连接有反冲洗管28，反冲洗管28的另一端伸出回用井3进入清水池4内，且位于清水池4内的反冲洗管28上设有反冲洗喷口29，所述的池底反冲洗水管21的一端连接通过第二电磁阀30连接用水点出水管26，另一端连接反冲洗管28，所述的清水提升水管20的一端连接水泵二18，另一端连接用水点出水管26，在回用井3内壁上安装有浮球阀二31，浮球阀二31的高度位于清水池4顶端下方，具体位置根据实际情况确定。
在所述的回用井3的上端侧壁上设有溢流管32。
在所述的空间一13内安装有压力传感器33，用于判断过滤器是否脏堵，用于决定是否触发冲洗控制流程；在所述的空间二内安装有SS在线监测仪34和COD在线监测仪35。
所述的水泵一10、水泵二18、压力传感器33、SS在线监测仪34、COD在线监测仪35、浮球阀一7、浮球阀二31、气泵24、第一电磁阀25、第二电磁阀30、第三电磁阀27和第四电磁阀23均与外部控制柜36连接。
所述的膨胀止回器一11和膨胀止回器二15的结构设计均采用出水管管径小于进水管管径的结构。
如图2所示，一种智能雨水净化处理系统的控制方法，包括有雨水引流过滤动作、清水池底反冲洗动作和多介质过滤器反冲洗动作，具体如下：
（1）雨水引流过滤动作
雨水降落在屋面、地面通过雨水管网进入雨水井1。原水来水管5将雨水井1内的雨水引流至原水井2内，雨水首先通过截污挂篮6将大的杂质（例如树叶、塑料袋、砂石等大的颗粒物）进行预过滤处理，预过滤处理后，原水有两个模式进入多介质过滤器12，本发明专利通过监测膨胀止回器完全膨胀时所形成的空间一的压力表征多介质过滤器过滤介质的污染程度。
当原水井2液位未达到浮球阀一7位置且清水池4内液位未达浮球阀二31位置时，雨水原水经过截污挂篮6后依靠自身重力进入多介质过滤器12内进行过滤，过滤后经由空间二流入清水池4；即图2所示的模式一（自重力过滤）运行模式。雨水具体过滤路径如图1所示的自重力水流路径。
当雨季来临或者其他情况导致雨水原水流量较大，原水井2液位达到浮球阀一7位置且清水池内液位未达浮球阀二31位置时，此时依靠重力作用无法满足雨水过滤量的要求，控制系统启动模式二（强制过滤）运行模式，具体动作如下：浮球阀一控制水泵一10启动，水泵一10将原水井内的原水输送至膨胀止回器一11，膨胀止回器一11在水压的作用下由原始状态横向膨胀至完全膨胀状态，膨胀止回器一11内原水由于水泵压力作用进入空间一13，高压原水经由空间一13流入多介质过滤器12内进行过滤，过滤后经由空间二16流入水池；具体流动路径如图1所示强制过滤水流路径。为了进一步增大止回器一内出水压力，本专利中膨胀止回器结构设计均采用出水管管径＜进水管管径的结构设计。
当回用井3内的液位达到浮球阀二31的位置或者达到预设的每次过滤时间（例如：预设时间设定为6h、12h或者其他时间，这个预设时间根据实际运行情况设置）时，则水泵一10停止工作，此次过滤动作完成；当回用井3内的水位超过浮球阀二31位置，达到溢流管32液位时，水流通过预先设置的溢流管32进行流出；
（2）清水池底反冲洗动作：池底反冲洗涉及到两个步骤：定期（根据工程实际需要进行设置，例如2~6个月一次）启动气泵24经由滤料反冲洗气管22通过开启第四电磁阀23以及切换四通电磁阀17至反冲洗管28的运行方向先对清水池进行曝气搅动池底，气体由反冲洗喷口29喷出，设置运行时间T1；然后水泵二18启动将清水经由池底反冲洗水管泵至池底，同样经由反冲洗喷口29喷出，曝气和水洗同时持续运行时间设置为T2；通过曝气和清水反冲洗搅动池内的水，搅动后的污水通过清水池的排污管排出去；
（3）多介质过滤器滤料反冲洗动作：当监测到空间一13内的压力大于或等于系统预设值pmax触发反冲洗动作，此时水泵一10停止工作，整个反冲洗动作由三部分构成：气洗、气水洗以及水洗；当反冲洗动作开始时，第四电磁阀23打开，气泵24工作，空气经由滤料反冲洗气管22通过四通电磁阀17的切换进入膨胀止回器二15，再进入空间二16，膨胀止回器二15完全膨胀导致空间二16内的压力急剧增大，空间二16内的空气对滤料进行反冲洗；气泵运行t1时间后水洗启动，第三电磁阀27打开清水经由滤料反冲洗水管21与空气同时进入空间二16，空间二16内的水、气对滤料进行反冲洗，反冲洗后的污水由于水压的作用从原水来水管反流进入雨水井；水气反冲洗运行时间t2后关闭气洗，水洗继续运行，直至达到系统预设运行时间t3，反冲洗动作停止。
通过所述的SS在线监测仪和COD在线监测仪在线监测过滤后的出水SS以及出水COD，用于监测出水水质，以判断过滤介质是否需要更换。
膨胀止回器主要由内部膨胀水囊组成，该水囊有弹性可伸缩，水囊两端开孔，开孔可与管道连接，并安装固定在其连接的管道上，在压力的作用下可进行横向或者纵向膨胀。
膨胀止回器二在雨水过滤后进入回用井的阶段都处于收缩状态，因此可以从膨胀止回器的膨胀囊上下往回用井内流入，清水池和回用井都是一体的，并且模块化码放时会留出空隙。
设备平台以平板为基础；限位块：是平板上面加工一个弧形洞，膨胀止回装置膨胀后与该弧形洞边缘密闭后形成空间一，或者在这个弧形洞上加一个管子卡上去，更能增强密封效果。

Claims (7)

1.一种智能雨水净化处理系统，其特征在于：包括有雨水井、原水井、回用井和清水池，雨水井下部与原水井上部通过原水来水管连通，原水井和回用井的下端部分位于清水池内，在所述的原水井内安装有截污挂篮，在原水井内壁上位于截污挂篮上方安装有浮球阀一，在原水井内壁上位于截污挂篮下方分别固定安装有设备平台和限位块，所述的设备平台与限位块位于同一高度且位于对立面上，在设备平台上安装有水泵一，在设备平台与限位块之间安装有膨胀止回器一，在原水井内还安装有多介质过滤器，当膨胀止回器一完全膨胀时，设备平台下侧面、膨胀止回器一、限位块的下侧面和多介质过滤器的上侧面共同构成空间一，所述的水泵一的出水口与膨胀止回器一的进水口连接，膨胀止回器一的出水口与空间一连通；在原水井的下部开有清水出口，在清水出口处通过膨胀止回管托安装有膨胀止回器二，当膨胀止回器二完全膨胀时，膨胀止回管托、膨胀止回器二、多介质过滤器的下侧面以及原水井内壁共同构成空间二；在所述的回用井内安装有四通电磁阀、水泵二、池底反冲洗水管、清水提升水管、滤料反冲洗水管和滤料反冲洗气管，所述的膨胀止回器二的进口与四通电磁阀的第一端口连通，膨胀止回器二的出口与空间二连通，所述的滤料反冲洗气管的一端与四通电磁阀的第二端口连接，另一端通过第四电磁阀与设在回用井外侧的气泵连接，所述的滤料反冲洗水管的一端连接四通电磁阀的第三端口，另一端通过第一电磁阀连接用水点出水管，用水点出水管上设有第三电磁阀，用水点出水管的另一端伸出回用井连到用水点，四通电磁阀的第四端口连接有反冲洗管，反冲洗管的另一端伸出回用井进入清水池内，且位于清水池内的反冲洗管上设有反冲洗喷口，所述的池底反冲洗水管的一端连接通过第二电磁阀连接用水点出水管，另一端连接反冲洗管，所述的清水提升水管的一端连接水泵二，另一端连接用水点出水管，在回用井内壁上安装有浮球阀二，浮球阀二的高度位于清水池顶端下方。
2.根据权利要求1所述的一种智能雨水净化处理系统，其特征在于：在所述的回用井的上端侧壁上设有溢流管。
3.根据权利要求1所述的一种智能雨水净化处理系统，其特征在于：在所述的空间一内安装有压力传感器；在所述的空间二内安装有SS在线监测仪和COD在线监测仪。
4.根据权利要求3所述的一种智能雨水净化处理系统，其特征在于：所述的水泵一、水泵二、压力传感器、SS在线监测仪、COD在线监测仪、浮球阀一、浮球阀二、气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀均与外部控制柜连接。
5.根据权利要求4所述的一种智能雨水净化处理系统，其特征在于：所述的膨胀止回器一和膨胀止回器二的结构设计均采用出水管管径小于进水管管径的结构。
6.一种基于权利要求1所述的智能雨水净化处理系统的控制方法，其特征在于：包括有雨水引流过滤动作、清水池底反冲洗动作和多介质过滤器反冲洗动作，具体如下：
（1）雨水引流过滤动作
原水来水管将雨水井内的雨水引流至原水井内，雨水首先通过截污挂篮将大的杂质进行预过滤处理，预过滤处理后，原水有两个模式进入多介质过滤器：
当原水井液位未达到浮球阀一位置且清水池内液位未达浮球阀二位置时，雨水原水经过截污挂篮后依靠自身重力进入多介质过滤器内进行过滤，过滤后经由空间二流入清水池；
当雨水原水流量较大，原水井液位达到浮球阀一位置且清水池内液位未达浮球阀二位置时，此时依靠重力作用无法满足雨水过滤量的要求，控制柜控制水泵一启动，水泵一将原水井内的原水输送至膨胀止回器一，膨胀止回器一在水压的作用下由原始状态横向膨胀至完全膨胀状态，膨胀止回器一内原水由于水泵压力作用进入空间一，高压原水经由空间一流入多介质过滤器内进行过滤，过滤后经由空间二流入水池；
原水井液位达到浮球阀一位置时且清水池内液位未达到浮球阀二时，清水池内的清水通过水泵二经由清水提升水管和用水点出水管提升至用水点；当回用井内的液位达到浮球阀二的位置或者达到预设的每次过滤时间时，则水泵一停止工作，此次过滤动作完成；当回用井内的水位超过浮球阀二位置，达到溢流管液位时，水流通过预先设置的溢流管进行流出；
（2）清水池底反冲洗动作：池底反冲洗涉及到两个步骤：定期启动气泵经由滤料反冲洗气管通过开启第四电磁阀以及切换四通电磁阀至反冲洗管的运行方向先对清水池进行曝气搅动池底，气体由反冲洗喷口喷出，设置运行时间T1；然后水泵二启动将清水经由池底反冲洗水管泵至池底，同样经由反冲洗喷口喷出，曝气和水洗同时持续运行时间设置为T2；通过曝气和清水反冲洗搅动池内的水，搅动后的污水通过清水池的排污管排出去；
（3）多介质过滤器滤料反冲洗动作：当监测到空间一内的压力大于或等于系统预设值pmax触发反冲洗动作，此时水泵一停止工作，整个反冲洗动作由三部分构成：气洗、气水洗以及水洗；当反冲洗动作开始时，第四电磁阀打开，气泵工作，空气经由滤料反冲洗气管通过四通电磁阀的切换进入膨胀止回器二，再进入空间二，膨胀止回器二完全膨胀导致空间二内的压力急剧增大，空间二内的空气对滤料进行反冲洗；气泵运行t1时间后水洗启动，第三电磁阀打开清水经由滤料反冲洗水管与空气同时进入空间二，空间二内的水、气对滤料进行反冲洗，反冲洗后的污水由于水压的作用从原水来水管反流进入雨水井；水气反冲洗运行时间t2后关闭气洗，水洗继续运行，直至达到系统预设运行时间t3，反冲洗动作停止。
7.根据权利要求3所述的一种智能雨水净化处理系统的控制方法，其特征在于：通过所述的SS在线监测仪和COD在线监测仪在线监测过滤后的出水SS以及出水COD，用于监测出水水质，以判断过滤介质是否需要更换。
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