CN111894212B - 一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置及方法，包括设置于多层建筑顶部的滞蓄削峰池、多根无动力自启闭初雨弃流立管、一体式立管、低位水池、电动连杆耦合启闭阀门，连通一体式立管出水口与低位水池雨水收集进水口的连通管；通过设置具有浑水出水口和清水出水口的一体化立管，具有在浑水出水口相对应的浑水阀板以及与清水出水口相对应的清水阀板的电动连杆耦合启闭调节阀，以及在浑水出水口的一体化立管竖直方向设置过滤器，通过不同的浑水出水或关闭状态与清水出水或关闭状态，能够实现单独的死端过滤，或者单独的高速错流冲洗，或者过滤与高速错流冲洗同时进行的多种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗方式。
Description
技术领域
本发明属于雨水资源净化及收集技术领域，具体涉及一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置及方法。
背景技术
近些年来，超高层建筑在各城市层出不穷，高度超过300m的超高层建筑越来越多，500m以上的超高层建筑也屡见不鲜。超高层建筑的雨水系统设计与一般建筑不同，主要有以下几个特点：(1)雨水管内部流态复杂，压力变化剧烈；(2)屋面溢流口设置困难；(3)雨水排放势能大、流速快，对管道本体、管道接口、固定支架产生的冲击力大；(4)雨水在接入小市政检查井时，高速气水混合流产生正压冲击，严重时可顶起检查井盖，对周边行人和建筑物安全构成安全威胁。
但是现有技术中的雨水净化收集装置均需要过一段时间就更换过滤膜，且雨水收集立管不能有效的进行污泥和污水的分离，如201910664657.0、201920473815.X等，因此急需可以免除更换过滤器中的膜的多层建筑雨水资源收集净化一体化装置及技术。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种能够有效进行雨水消能、并清洁过滤雨水进行净化收集的同时，可以免除更换过滤器中的膜的多层建筑雨水资源收集净化一体化装置及技术。
本发明提供如下技术方案：一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，包括设置于多层建筑顶部的滞蓄削峰池，所述装置还包括用于雨水消能的多根无动力自启闭初雨弃流立管、用于雨水收集净化自冲洗的一体式立管、与所述一体式立管相连通用于收集净化后雨水的低位水池、设置于所述一体式立管出水口处的电动连杆耦合启闭阀门，连通所述一体式立管出水口与所述低位水池雨水收集进水口的连通管，所述低位水池雨水收集进水口的高度高于所述一体式立管出水口的高度；
所述一体式立管顶部设置有电动阀，所述电动阀前部设置有第一格栅，所述一体式立管出水口包括浑水出水口和清水出水口，所述清水出水口与所述低位水池连通，所述电动连杆耦合启闭阀门包括浑水阀板和清水阀板；所述浑水阀板与所述浑水出水口相对应，所述清水阀板与所述清水出水口相对应；所述一体式立管于所述出水口上部设置有过滤器，所述过滤器的浑水出水口的竖直方向内设置有单根螺旋轴剪切流柱式膜；
所述无动力自启闭初雨弃流立管与所述滞蓄削峰池水平面相接的弃流立管进水口处设置有止水膨胀球。
进一步地，所述浑水阀板与所述清水阀板铰接于所述电动连杆耦合启闭阀门的固定块上。
进一步地，所述止水膨胀球前设置有用于筛除雨水中杂物的格栅。
进一步地，所述无动力自启闭初雨弃流立管于所述止水膨胀球后、与所述多层建筑贴合竖直面的顶部设置有用于承接蓄水的雨水斗。
进一步地，所述过滤器上部设置有检修阀。
进一步地，所述电动连杆耦合启闭阀门为蝶阀、闸阀或球阀中的一种。
进一步地，所述一体式立管的内壁上设置有轴向间隔设置的若干个第一半球形凸起、轴向间隔设置的若干个第二半球形凸起，所述第一半球形凸起与所述第二半球形凸起于所述一体式立管的径向截面上径向相对。
进一步地，所述第一半球形凸起位于所述第二半球形凸起的轴向间隔之间。
本发明还提供以上采用上述装置的雨水资源收集净化自冲洗方法，包括以下步骤：
1)降雨开始时，所述止水膨胀球逐渐缓慢膨胀，膨胀过程中，将初期不清洁雨水通过所述无动力自启闭初雨弃流立管排走的同时逐渐阻断雨水，将清洁雨水蓄积于所述滞蓄削峰池内；
2)当屋顶的滞蓄削峰池达到一定液位后，打开所述一体式立管顶部的电动阀，开启过滤模式；
3)开启所述清水阀板的同时关闭所述浑水阀板，进行死端过滤模式，所述滞蓄削峰池内蓄积的雨水经过所述螺旋轴剪切流柱式膜过滤，雨水中的污泥和杂物滞留于所述膜上，雨水被过滤后，通过所述清水出水口进入到所述低位水池内进行储存；
4)当所述螺旋轴剪切流柱式膜表面淤积过多污泥和杂物后，开启所述浑水阀板的同时关闭所述清水阀板，进行高速错流冲洗模式，所述滞蓄削峰池(1)内蓄积的雨水正冲洗所述过滤器的螺旋轴剪切流柱式膜表面，对所述步骤3)中死端过滤模式下螺旋轴剪切流柱式膜表面过滤所沉积的污泥等杂物进行冲洗，清洁所述螺旋轴剪切流柱式膜表面，使螺旋轴剪切流柱式膜能够重复使用。
进一步地，所述步骤3)中开启所述清水阀板的同时开启所述浑水阀板，所述步骤3)和所述步骤4)同时进行，同时对所述螺旋轴剪切流柱式膜进行高速错流冲洗的同时，利用所述螺旋轴剪切流柱式膜进行雨水清洁。
本发明的有益效果为：
1、通过设置具有浑水出水口和清水出水口的一体化立管，具有在浑水出水口相对应的浑水阀板以及与清水出水口相对应的清水阀板的电动连杆耦合启闭调节阀，以及在浑水出水口的一体化立管竖直方向设置过滤器，通过不同的浑水出水或关闭状态与清水出水或关闭状态，能够实现单独的死端过滤，进而获得低位水池内贮存清水，或者单独的高速错流冲洗，将螺旋轴剪切流柱式膜上所截留的污泥和杂物清除，或者过滤与高速错流冲洗同时进行的多种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗方式。
2、通过设置具一体化立管内有径向横截面相对的半球形凸起，可以使立管里有一定的旋流固液分离效果，通过一体化立管下部过滤器内的螺旋轴剪切流柱式膜所具有的旋流效果，进一步提高了错流冲洗的效果，能够提高低位水池内所回收的雨水的清洁度。
3、产生的清水可储存在单层建筑的屋顶，充分利用雨水的势能，用于垃圾分类垃圾桶、垃圾压缩站的冲洗。当再生水量不足以满足使用需求时，可以将多做多层建筑的再生水均引至单一单层建筑屋顶使用。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置带有无动力自启闭初雨弃流立管的侧视图；
图2为本发明提供的多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置带有一体式立管的侧视图
图3为本发明提供的多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置的一体式立管出水口与电动连杆耦合启闭阀门部位的结构示意图
图4为本发明提供的多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置的正视图；
图5为本发明提供的一体式立管的轴向剖面图；
图6为本发明提供的一体式立管的径向剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，本实施例提供一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，包括设置于多层建筑顶部的滞蓄削峰池1，其特征在于，装置还包括用于雨水消能的2根无动力自启闭初雨弃流立管2、用于雨水收集净化自冲洗的一体式立管3、与一体式立管3相连通用于收集净化后雨水的低位水池4、设置于一体式立管出水口3-1处的电动连杆耦合启闭阀门5，连通一体式立管出水口3-1与低位水池雨水收集进水口4-1的连通管6，低位水池雨水收集进水口4-1的高度高于一体式立管出水口3-1的高度；本实施例中的无动力自启闭初雨弃流立管2为2根，可以根据实际的雨量大小以及多层建筑的宽度来设置无动力自启闭初雨弃流立管2的数量。
一体式立管3顶部设置有电动阀3-3，电动阀3-3前部设置有第一格栅3-4，电动阀门启闭、以及控制电动阀3-3和电动连杆耦合启闭阀门5所需要的电力极少，可以采用太阳能面板及蓄电池供给也可以采用常规供电供给。
如图3所示，一体式立管出水口3-1包括浑水出水口3-11和清水出水口3-12，清水出水口3-12与低位水池4连通，电动连杆耦合启闭阀门5包括浑水阀板5-1和清水阀板5-2；浑水阀板5-1与浑水出水口3-11相对应，清水阀板5-2与清水出水口3-11相对应；一体式立管3于出水口3-1上部设置有过滤器3-2，过滤器3-2的浑水出水口3-11的竖直方向内设置有单根螺旋轴剪切流柱式膜3-0；浑水出水口3-11延伸至地面以下，将一体式立管3中过滤得到的浑水直接排至地面以下，避免了排至地面以上对窨井所造成的排水压力，以及对地面以上的环境污染。
如图1所示，无动力自启闭初雨弃流立管2与滞蓄削峰池1水平面相接的弃流立管进水口2-1处设置有止水膨胀球2-2，无动力自启闭初雨弃流立管2的出水口2-5位于地面以下，可以将初雨直接排入地下，不会造成地面窨井的排水压力。通过设置遇水自动膨胀球2-2，可以利用常规雨水立管实现雨水立管的无动力自启闭。下雨时，自动止水膨胀球遇水缓慢膨胀，不会马上阻断雨水管，允许水质较差的初期雨水排泄；当雨量较大的清期雨水来临时，膨胀球膨胀体积足够大，可以阻断常规雨水管的排水。使得建筑屋顶形成滞蓄削峰池，储存大量清洁雨水。雨过天晴后，膨胀球水分慢慢蒸发，体积收缩，重新允许雨水泄流。
浑水阀板5-1与清水阀板5-2铰接于电动连杆耦合启闭阀门5的固定块5-3上。
止水膨胀球2-2前设置有用于筛除雨水中杂物的格栅2-3，用于截留初步雨水中的杂草、树枝、大颗粒碎石等杂物以及初步清除一部分淤泥。
无动力自启闭初雨弃流立管2于止水膨胀球2-2后、与多层建筑贴合竖直面的顶部设置有用于承接蓄水的雨水斗2-4，用于抵消部分通过无动力自启闭初雨弃流立管2排泄到地面的雨水，并进行部分的初步雨水的存储。
过滤器3-2上部设置有检修阀3-21，过滤器前设置检修阀，可用于人工拆洗，更换滤芯。滤芯的孔径和过流通道直径可以根据再生水实际使用途径调整参数。
电动连杆耦合启闭阀门5为蝶阀。
如图5-6所示，一体式立管3的内壁上设置有轴向间隔设置的若干个第一半球形凸起3-5、轴向间隔设置的若干个第二半球形凸起3-6，第一半球形凸起3-5与第二半球形凸起3-6于一体式立管3的径向截面上径向相对。第一半球形凸起3-5位于第二半球形凸起3-6的轴向间隔之间。当雨水通过一体式立管3时，会在轴向间隔相对设置的第一半球形凸起3-5以及第二半球形凸起3-6的作用下，形成内螺旋的流体下流方式，进而提高了一体式立管3内的固液分离效果，能够使雨水中的固体沿一体式立管3的侧壁上的第一半球形凸起3-5和第二半球形凸起3-6下沉，而液体则沿着中央的流体进行流动，并形成内螺旋的剪切力，带动两侧壁的固体下沉，进而在出水口1-3形成了分明的固液分离，即中央为液体而出口的两侧壁为固体污泥。
将雨水净化设备与一体化立管3设备合二为一，成为一体化设备。当屋顶滞蓄削峰池1达到一定液位后，打开一体化立管3顶部电阀门3-3，开启过滤模式。过滤器3-2安装于一体化立管3底部，可以利用一体化立管3中的水柱压力进行快速过滤，过滤器3-2内置单根螺旋轴剪切流柱式膜3-0，将水分为浑水和清水。浑水出水口3-11和清水出水口3-2处设置电动连杆耦合启闭调节阀5，阀门采用蝶阀结构，也可采用闸阀、球阀等其他结构形式，耦合阀门呈90度交叉，当浑水出水口3-11关闭时，清水出水口3-12自动开启，形成死端过滤模式；当浑水出水口3-11打开时，清水出水口3-12自动关闭，形成高速错流冲洗模式，从而达到自清洗的目的。在实际运行时，也可以调节阀门5的开度，调配清水出水口3-12与浑水出口3-11的水量，达到既错流冲洗又同时过滤的目的。
实施例2
一种采用如实施例1提供的装置的雨水资源收集净化自冲洗方法，包括以下步骤：
1)降雨开始时，止水膨胀球2-2逐渐缓慢膨胀，膨胀过程中，将初期不清洁雨水通过无动力自启闭初雨弃流立管2排走的同时逐渐阻断雨水，将清洁雨水蓄积于滞蓄削峰池内；
2)当屋顶的滞蓄削峰池1达到一定液位后，打开一体式立管3顶部的电动阀3-3，开启过滤模式；
3)开启清水阀板5-2的同时关闭浑水阀板5-1，进行死端过滤模式，滞蓄削峰池1内蓄积的雨水经过螺旋轴剪切流柱式膜3-0过滤，雨水中的污泥和杂物滞留于膜3-0上，雨水被过滤后，通过清水出水口3-12进入到低位水池4内进行储存；例如社区垃圾厢房，或者需要进行园林浇灌、社区洗车的较清洁用水区域，对雨水进行利用的同时，可以通过此装置和方法对超高层以及多层建筑的雨水储存过程中的瞬间过大能量进行抵消，一举两得；
4)当螺旋轴剪切流柱式膜表面淤积过多污泥和杂物后，开启浑水阀板5-1的同时关闭清水阀板5-2，进行高速错流冲洗模式，滞蓄削峰池1内蓄积的雨水正冲洗过滤器3-2的螺旋轴剪切流柱式膜表面，对步骤3中死端过滤模式下螺旋轴剪切流柱式膜表面过滤所沉积的污泥等杂物进行冲洗，清洁螺旋轴剪切流柱式膜表面，使螺旋轴剪切流柱式膜能够重复使用。
实施例3
本实施例与实施例2的区别仅在于，步骤3)中开启所述清水阀板5-2的同时开启所述浑水阀板5-1，步骤3)和步骤4)同时进行，同时对螺旋轴剪切流柱式膜进行高速错流冲洗的同时，利用螺旋轴剪切流柱式膜进行雨水清洁。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，包括设置于多层建筑顶部的滞蓄削峰池(1)，其特征在于，所述装置还包括用于雨水消能的多根无动力自启闭初雨弃流立管(2)、用于雨水收集净化自冲洗的一体式立管(3)、与所述一体式立管(3)相连通用于收集净化后雨水的低位水池(4)、设置于一体式立管出水口(3-1)处的电动连杆耦合启闭阀门(5)，连通所述一体式立管出水口(3-1)与低位水池雨水收集进水口(4-1)的连通管(6)，所述低位水池雨水收集进水口(4-1)的高度高于所述一体式立管出水口(3-1)的高度；
所述一体式立管(3)顶部设置有电动阀(3-3)，所述电动阀(3-3)前部设置有第一格栅(3-4)，所述一体式立管出水口(3-1)包括浑水出水口(3-11)和清水出水口(3-12)，所述清水出水口(3-12)与所述低位水池(4)连通，所述电动连杆耦合启闭阀门(5)包括浑水阀板(5-1)和清水阀板(5-2)；所述浑水阀板(5-1)与所述浑水出水口(3-11)相对应，所述清水阀板(5-2)与所述清水出水口(3-11)相对应；所述一体式立管(3)于所述出水口(3-1)上部设置有过滤器(3-2)，所述过滤器(3-2)的浑水出水口(3-11)的竖直方向内设置有单根螺旋轴剪切流柱式膜(3-0)；
所述无动力自启闭初雨弃流立管(2)与所述滞蓄削峰池(1)水平面相接的弃流立管进水口(2-1)处设置有止水膨胀球(2-2)。
2.根据权利要求1所述的一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，其特征在于，所述浑水阀板与所述清水阀板(5-2)铰接于所述电动连杆耦合启闭阀门(5)的固定块(5-3)上。
3.根据权利要求1所述的一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，其特征在于，所述止水膨胀球(2-2)前设置有用于筛除雨水中杂物的第二格栅(2-3)。
4.根据权利要求1所述的一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，其特征在于，所述无动力自启闭初雨弃流立管(2)于所述止水膨胀球(2-2)后、与所述多层建筑贴合竖直面的顶部设置有用于承接蓄水的雨水斗(2-4)。
5.根据权利要求1所述的一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，其特征在于，所述过滤器(3-2)上部设置有检修阀(3-21)。
6.根据权利要求1所述的一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，其特征在于，所述电动连杆耦合启闭阀门(5)为蝶阀、闸阀或球阀中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，其特征在于，所述一体式立管(3)的内壁上设置有轴向间隔设置的若干个第一半球形凸起(3-5)、轴向间隔设置的若干个第二半球形凸起(3-6)，所述第一半球形凸起(3-5)与所述第二半球形凸起(3-6)于所述一体式立管(3)的径向截面上径向相对。
8.根据权利要求7所述的一种多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置，其特征在于，所述第一半球形凸起(3-5)位于所述第二半球形凸起(3-6)的轴向间隔之间。
9.一种采用如权利要求1-8任一所述多层建筑雨水资源收集净化自冲洗一体化装置的雨水资源收集净化自冲洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)降雨开始时，所述止水膨胀球(2-2)逐渐缓慢膨胀，膨胀过程中，将初期不清洁雨水通过所述无动力自启闭初雨弃流立管(2)排走的同时逐渐阻断雨水，将清洁雨水蓄积于所述滞蓄削峰池内；
2)当屋顶的滞蓄削峰池(1)达到一定液位后，打开所述一体式立管(3)顶部的电动阀(3-3)，开启过滤模式；
3)开启所述清水阀板(5-2)的同时关闭所述浑水阀板(5-1)，进行死端过滤模式，所述滞蓄削峰池(1)内蓄积的雨水经过所述螺旋轴剪切流柱式膜过滤，雨水中的污泥和杂物滞留于所述膜上，雨水被过滤后，通过所述清水出水口(3-12)进入到所述低位水池(4)内进行储存；
4)当所述螺旋轴剪切流柱式膜表面淤积过多污泥和杂物后，开启所述浑水阀板(5-1)的同时关闭所述清水阀板(5-2)，进行高速错流冲洗模式，所述滞蓄削峰池(1)内蓄积的雨水正冲洗所述过滤器(3-2)的螺旋轴剪切流柱式膜表面，对所述步骤3)中死端过滤模式下螺旋轴剪切流柱式膜表面过滤所沉积的污泥进行冲洗，清洁所述螺旋轴剪切流柱式膜表面。
10.根据权利要求9所述的雨水资源收集净化自冲洗方法，其特征在于，所述步骤3)中开启所述清水阀板(5-2)的同时开启所述浑水阀板(5-1)，所述步骤3)和所述步骤4)同时进行，同时对所述螺旋轴剪切流柱式膜进行高速错流冲洗的同时，利用所述螺旋轴剪切流柱式膜进行雨水清洁。
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