CN113461210A - 屋面雨水收集净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种屋面雨水收集净化系统，初期雨水滞留在收集管下部的排空管待雨停后排放，降雨初期过后雨水经过不锈钢筛网过滤，在螺旋流的作用下，雨水中的杂质沉积到水力旋流分离装置的底部。待底部杂质积累到一定程度后，压电驱动器将底部阀门打开，排出杂质。在连接消毒装置和高位储水箱的管路上安装上、下电磁阀。上电磁阀用于自动上水和水箱水位满足要求后自动关闭管路；下电磁阀检测到消毒装置内水位较低时关闭管路，以应对雨水供应不足时上电磁阀继续工作对管路、装置造成的危害，最终出水用于城市杂用水。本发明对屋面雨水进行收集、处理和利用，实现雨水资源化利用的目的，具有切实可行的实用价值和广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及非常规水资源处理领域，尤其涉及一种屋面雨水收集净化系统。
背景技术
未来，全球超过40％的人口将会面临缺乏水源的问题。在此背景下，雨水利用作为非传统水资源的一种重要形式，越来越多地受到管理决策者的重视，已成为当今解决水资源危机、改善水环境的重要途径之一。
雨水作为一种轻污染水资源，与生活污水相比处理更经济易行。雨水收集与综合利用是解决城市洪涝灾害、水资源短缺、干旱和半干旱地区农村缺水等问题的有效方法之一。
现有文献资料显示，雨水资源化方面主要采用雨水花园、调蓄池、人工湿地、生物滤池等设施。在初期雨水径流弃除方面，主要采用优先流法弃流、切换式弃流井、旋流分离式初雨弃流设备、自动翻板式初期径流分离器、雨落管弃流和高效初期弃流装置等。经过初期弃流后，主要通过沉淀、过滤等一些物理手段对雨水中的大颗粒物进行去除。进一步地，采用吸附和消毒对雨水中的氮元素、可溶性有机物和致病微生物等进行深度处理。另外，资料显示，有些专利方法还采用入渗净化、湿地、雨水塘和生物滞留等自然手段对雨水进行进一步的处理以满足不同的雨水再利用目的。但其中存在一些问题，如：对雨水中污染物的去除效率不高、耗能大、工程费用高和自动化程度不高等。
发明内容
发明目的：本发明目的是克服现有技术存在的缺陷并提供一种屋面雨水收集净化系统，实现对屋面雨水进行收集、处理和利用，达到雨水资源的可持续利用的目的。
技术方案：一种屋面雨水收集净化系统，包括管道依次连接的用于收集雨水的收集管、用于截留雨水中的漂浮物与悬浮物的筛网过滤装置、用于泄除杂质的水力旋流分离装置、用于净化雨水的吸附装置和消毒装置，利用水泵将消毒装置内的雨水向上抽提至蓄水的高位水箱。
进一步地，收集管下部设有用于初次收集屋面污染物的排空管，在收集管的侧壁设有支管连接至筛网过滤装置，当排空管收集满雨水后，后续雨水从支管进入筛网过滤装置。
进一步地，水力旋流分离装置为空心圆柱体结构，在水流冲击下装置内部形成旋流，密度较大的杂物卷至底部中央的下排口处，下排口设有压电驱动器用于下排口的阀门开合。
进一步地，吸附装置的过滤填料为活性炭。
进一步地，消毒装置的消毒剂为次氯酸钠，剂量为1.5mg/L。
进一步地，消毒装置和高位水箱之间的管路设有上电磁阀，高位水箱中设有感应器和浮标，当用于检测水面的浮标触底时，感应器控制上电磁阀开启并自动上水；当浮标上升触顶时，感应器控制上电磁阀关闭，停止上水。
进一步地，上电磁阀下端还设有下电磁阀，当消毒装置内水位较低时，下电磁阀关闭管路。
进一步地，筛网过滤装置中的筛网为304或者316级别的不锈钢网。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：
(1)本发明水力旋流分离装置利用切向流进入水体在装置内部运转时产生的离心力压向侧壁形成液压，因帕斯卡液体压力传递原理使内部压差由高向低传递产生流动，形成螺旋流。在旋流过程中，颗粒物等杂物由于密度差异被分离至装置底部，最终通过下排口排出。下排口设有压电驱动器(双压电型驱动元件)用于阀门的驱动装置，当有一定沉积量和重量时，阀门自动开启，泄除杂质后，阀门自动关闭。此装置利用以上原理去除雨水中杂质，与其他装置相比耗能小，绿色环保，并且此装置在运行过程中实现了自动化，大大节省了人力、物力。从实验数据可知，该装置对雨水中的TDS和NTU去除效果较好，性能优良；
(2)本发明吸附装置滤芯选用活性炭，活性炭与其他填料相比具有更发达的孔隙结构和巨大的比表面积，且表面可附加特殊官能团。从实验数据可知，该装置对雨水中的TDS、NTU、COD和氨氮去除效果均较好，性能优良。此装置系统对雨水净化效果显著；
(3)本发明在管路上安装上电磁阀可显示水箱内水量，在作业前可先预置加水水位为50％、80％或100％。高位水箱中设置感应器和浮标，当水箱中储水少于15％-20％时，浮标下落，触碰箱底，上电磁阀自动开启，上水；水位到达一定高度后，浮标触碰箱顶，上电磁阀自动关闭，停止上水，进一步实现了此装置系统的自动化。
附图说明
图1是本发明的屋面雨水收集净化系统的结构示意图；
图2是本发明的吸附装置对雨水中污染物的去除效果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明提供了一种屋面雨水收集净化系统，包括收集管1、筛网过滤装置2、水力旋流分离装置3、吸附装置4、消毒装置5、高位储水箱6、下电磁阀7、上电磁阀8。
屋面雨水流入收集管1，因降雨之初，雨水冲刷屋面所含污染物较多，故在收集管1下部设排空管11。刚开始，初期雨水滞留在排空管11内，当排空管11内注满水后，后续雨水从支管进入筛网过滤装置2，等到降雨停止，放出排空管11内的初期雨水。
由于雨水中含有较粗的漂浮物与悬浮物，如树叶、纤维等，为了减轻后续处理负荷，需采用筛网21对其进行截留。筛网21倾斜放置，采用304或316食品级的不锈钢，以防止雨水对筛网的腐蚀生锈。筛网过滤装置2装有泄泥阀，排除筛网拦截下来的杂质。
筛网过滤装置2的水力负荷可以根据各地区的降雨情况确定，以2014年南京市为例，南京市降雨强度设计标准为I取98.106(L/s·ha)，径流系数C取0.9，某地区的屋面径流汇水面积A为400m2，
Q＝CIA＝98.106×0.9×0.04＝3.53(L/s)＝12.708m3/h
其中Q为进水流量；C为径流系数，屋面取0.9；A为屋面径流水体的汇水区面积；I为当地降雨强度，根据当地设计标准确定。
q＝Q/A0＝12.708/0.8＝15.89m/h
其中，q为过滤装置的水力负荷；A0为过滤装置截面积，为0.8m2。
经过滤的雨水流入水力旋流分离装置3，水力旋流分离装置3为空心圆柱体结构，在水流冲击下装置内部形成旋流，将装置内泥沙等颗粒集中到底部，具体原理为：内部旋流形成的离心力压向侧壁形成液压，由于液体和装置底部间的摩擦力，角速度变慢，因液体有粘度，角速度从装置底部到顶部形成递增梯度，离心力产生的压力从上而下递减。而递减梯度以外侧壁最大，向中心趋于0，帕斯卡液体压力传递原理使内部压差由高向低传递产生流动，产生的内部旋流将装置内密度较大的杂物卷至底部中央，最终通过下排口31排出。
下排口31设有压电驱动器(双压电型驱动元件)用于阀门32的驱动。当有一定沉积量和重量时，阀门32自动开启，泄除杂质后，阀门32自动关闭。
水力旋流装置3连接有吸附装置4和消毒装置5，吸附装置4通过对三种不同填料的实验对比最终选用活性炭作为填料，消毒装置5采用次氯酸钠作为消毒剂，其剂量为1.5mg/L。
消毒装置5出水口与高位水箱6连接，利用水泵将处理过的雨水向上抽提，在连接管路上设置一个上电磁阀8，上电磁阀8可显示水箱内水量，在作业前可先预置加水水位为50％、80％或100％。高位水箱6中设置感应器和浮标61，当水箱中储水少于15％-20％时，浮标61下落，触碰箱底，上电磁阀8自动开启，上水；水位到达一定高度后，浮标61触碰箱顶，上电磁阀8自动关闭，停止上水。
在上电磁阀8前还设置了一个下电磁阀7，因为当遇到枯水季时，无雨水供应或者雨水供应不足，上电磁阀8检测到高位水箱里的水位较低时仍会自动上水，而此时又无雨水供应，会对管路、仪器造成伤害，因此在上电磁阀8前设置下电磁阀7。消毒装置5内亦有浮标，当消毒装置5内水量不足时，浮标下落，触碰装置底部，传递电信号至下电磁阀7，管路自动关闭。高位水箱6里储水为1-3t，最终出水用于城市杂用水。
1、水力旋流分离装置3对雨水中污染物的去除效果：
分别在五场降雨中进行雨水水样的采取，水力旋流分离装置3对雨水中的TDS、NTU、COD和氨氮的去除效果如表1所示：
表1水力旋流分离装置3对雨水中污染物的去除效果
由以上数据结果可以看出，水力旋流分离装置3对TDS和NTU的去除效果较好，对TDS的最高去除效率为50.3％，对NTU的最高去除效率为40.1％。
2、吸附装置4填料的选择以及对雨水中污染物的去除效果：
分别在五场降雨中进行雨水水样的采取，吸附装置4中三种不同的填料：活性炭、石英砂和无烟煤对雨水中的TDS、NTU、COD和氨氮的去除效果如图2所示，综合比较这三种填料对TDS、NTU、COD和氨氮这四个指标的去除率，活性炭对TDS、NTU、COD和氨氮均有较好的去除效果，对TDS和NTU的去除效率较其他两种填料稍高，对COD和氨氮的去除效率明显高于其他两种填料，而COD和氨氮是影响雨水储存过程中微生物发生过程等水质发生变化的指标。因此，基于去除雨水中污染物的高效率和雨水长效保存的原则，选用活性炭作为装置的最终填料。
活性炭吸附装置4对TDS的平均去除率为51.5％，对NTU的平均去除率为48.5％，对COD的平均去除率为59.2％，对氨氮的平均去除率为71.1％,处理效果显著。
3、整个系统对雨水中污染物的去除效果：
表2整个系统对雨水中污染物的去除效果
整个系统对TDS、NTU、COD、氨氮和菌落处理效率较高，其中，对TDS的最高去除效率为87.5％，对NTU的最高去除率为82.4％，对COD的最高去除率为87.4％，对氨氮的最高去除率为100％，对菌落的最高去除率为90.0％。并且处理后各水质指标如：TDS≤1000、NTU≤5、氨氮≤10、菌落总数≤3，达到城市杂用水水质标准。可见，此系统对雨水水质净化效果显著。
本发明的具体实施方式中，未涉及到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
Claims (8)
1.一种屋面雨水收集净化系统，其特征在于，包括管道依次连接的用于收集雨水的收集管、用于截留雨水中的漂浮物与悬浮物的筛网过滤装置、用于泄除杂质的水力旋流分离装置、用于净化雨水的吸附装置和消毒装置，利用水泵将消毒装置内的雨水向上抽提至蓄水的高位水箱。
2.根据权利要求1所述的屋面雨水收集净化系统，其特征在于，所述收集管下部设有用于初次收集屋面污染物的排空管，在收集管的侧壁设有支管连接至所述筛网过滤装置，当排空管收集满雨水后，后续雨水从所述支管进入筛网过滤装置。
3.根据权利要求1所述的屋面雨水收集净化系统，其特征在于，所述水力旋流分离装置为空心圆柱体结构，在水流冲击下装置内部形成旋流，密度较大的杂物卷至底部中央的下排口处，所述下排口设有压电驱动器用于下排口的阀门开合。
4.根据权利要求1所述的屋面雨水收集净化系统，其特征在于，所述吸附装置的过滤填料为活性炭。
5.根据权利要求1所述的屋面雨水收集净化系统，其特征在于，所述消毒装置的消毒剂为次氯酸钠，剂量为1.5mg/L。
6.根据权利要求1所述的屋面雨水收集净化系统，其特征在于，所述消毒装置和高位水箱之间的管路设有上电磁阀，高位水箱中设有感应器和浮标，当用于检测水面的浮标触底时，所述感应器控制上电磁阀开启并自动上水；当浮标上升触顶时，感应器控制上电磁阀关闭，停止上水。
7.根据权利要求6所述的屋面雨水收集净化系统，其特征在于，所述上电磁阀下端还设有下电磁阀，当消毒装置内水位较低时，下电磁阀关闭管路。
8.根据权利要求2所述的屋面雨水收集净化系统，其特征在于，所述筛网过滤装置中的筛网为304或者316级别的不锈钢网。
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