CN114319739A - 一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置及使用方法，该装置主要包括旋风分离装置、集水箱、雨水净化装置及储存装置四大部分,四部分镶嵌为一个一体化装置。其中旋风分离器安装在落水管上，经过旋风分离后雨水进入集水箱；在集水箱内部设置了一个竖向的过滤砂网；集水箱另一端设有进水管与净化装置相连，净化装置下部安放一定高度的填料层，用于雨水净化；在净化装置下端设了输水管，将处理后的雨水导入储水箱中；进入储水箱的输水管安置了一个水力搅拌器，在储水箱的另外一侧安装了自动加氯机。整个装置的动力源自雨水的重力势能。应用本发明能够有效解决目前雨水收集、处理及储存的问题，为雨水利用工程提供参考。
Description
技术领域
本发明属于非常规水资源利用领域，特别是一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置及使用方法。
背景技术
随着我国城市人口的增长和城市化进程的不断加快，城市正面临着越来越严峻的水资源供给压力，现有水资源和预计的城市用水需求之间严重失衡。而丰富的非常规雨水资源加以利用能够有效的缓解城市供水压力，减小城市洪涝灾害发生的频率；具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。因此雨水利用得到越来越多的关注。
现有的屋面雨水收集处理系统在使用过程中，需要对房屋的雨水管道进行改造，以及各处理构建安置零散以及自动化程度不高等问题。对现有的雨水管道的改造，会造成成本的增加；雨水利用装置的零散，对空间的占用以及美观带来影响；自动化程度不高，将花费大量的人力物力。这些都将对我国雨水资源化利用效益带来负面影响，甚至给雨水利用工程可行性的评估带来偏差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置及使用方法，有效解决雨水收集、处理及储存的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，设置于地面上，与落水管连接，其特征在于：包括旋风分离器、壳体、集水箱机构、雨水净化机构和储存机构；落水管竖直设置且内部中空，落水管部分截断，截断后的落水管由上至下分为第一部分和第二部分，旋风分离器的顶端连接于第一部分的底端，壳体为密封结构且竖直设置，壳体内部设有多块隔水板，将壳体由上至下依次分为三个区域；集水箱机构、雨水净化机构和储存机构由上至下依次设置于对应区域内；集水箱机构包括第一进水管和过滤砂网，壳体外壁开设有通孔用于安装第一进水管，旋风分离器的出水口与第一进水管连接，过滤砂网竖直设置于集水箱机构内部用于过滤；集水箱机构由过滤砂网分为A区域和B区域，B区域远离第一进水管；B区域底部开设有通孔用于安装第二进水管；雨水净化机构通过第二进水管与集水箱机构连接，雨水净化机构内部底壁设有雨水净化填料，雨水净化机构底部开设有通孔用于安装第三进水管；储存机构通过第三进水管与雨水净化机构连接，存储机构底部开设有出水口。
作为本发明进一步优选，所述旋风分离器由上至下包括落水管上接口、旋风分离器壳体、旋风分离器出水口和落水管下接口；落水管上接口与落水管的第一部分底端接通，落水管下接口与落水管第二部分的顶端连接；旋风分离器出水口与第一进水管连接；旋风分离器壳体内部设有不锈钢滤网。
作为本发明进一步优选，所述第一进水管、第二进水管与第三进水管处均设有浮球开关。
作为本发明进一步优选，B区域顶部、雨水净化机构顶部和储存机构顶部均设有溢流口。
作为本发明进一步优选，雨水净化机构为C区域，储存机构为D区域；A区域、B区域、C区域和D区域的体积比为：A:B:C:D=2.5:1:1.5:5.5。
作为本发明进一步优选，所述第三进水管下方连接有水力搅拌器。
作为本发明进一步优选，所述存储机构内部设有自动加氯机和加氯管。
作为本发明进一步优选，所述存储机构内部设有监测仪。
作为本发明进一步优选，所述雨水净化填料由上至下分为两层，上层材质为石英砂，下层材料为活性炭；上层与下层的体积比为2：1。
一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置的使用方法：步骤（1）：雨水收集；雨水由屋面流入落水管，旋风分离器产生离心力，将粒径大的颗粒物、树叶、石头等杂物贴合于不锈钢滤网内壁上，雨水由旋风分离器出水口进入集水箱机构；雨水通过过滤砂网，进一步拦截雨水中的颗粒物；在雨水达到一定水位时，浮球开关堵塞第一进水管、第二进水管和第三进水管，阻止雨水继续流入，过多的雨水从溢流口流出；步骤（2）：雨水过滤；雨水由第二进水管流入雨水净化机构，雨水通过雨水净化填料进行过滤；步骤（3）：雨水存储；雨水通过第三进水管流入储存机构，水力搅拌器通过设计的水头带动其旋转来给储存箱内的雨水富氧，溶解氧是影响雨水保质的关键指标，因此通过富氧可以实现雨水长效保质的目的，在储存装置的左上方设置了自动加氯机以及加氯管，来实现储存雨水的消毒自动加氯机采用PLC自动控制,根据进水流量和余氯状况进行自动投加，消毒剂选次氯酸钠，始终维持储水箱有效氯投加量在1 mg/L；最后在存储机构底部设有出水口；出水可以直接利用。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明一体化装置设计新颖合理，结构简单，便于实施，处理效果好，并且对现有建筑屋面不需要进行管道改造，具备良好的应用前景。
（2）本发明通过在集水箱前设计了旋风分离器，通过旋风分离器将大型颗粒物及树叶等杂质截留下来，降低了后续装置运行管道堵塞的风险，保证了装置运行的工作效率。该旋风分离器为可拆卸式的，便于清理维护。
（3）本发明通过设置浮球开关、pH和溶解氧监测仪以及自动加氯机，实现了该一体化系统自动化的目的，有效节约了人力成本。
（4）在储存装置中设有水力搅拌，利用该装置自带的重力势能，实现储存雨水的富氧目的，最终有效实现储存雨水长效保质的目的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明所述旋风分离器的结构示意图；
图3是本发明所述浮球开关的结构示意图；
图4是本发明所述水力搅拌器的结构示意图；
图5是本发明所述自动加氯机的自动进样原理图；
图6为本发明对污染物的去除效果表。
图中：1、落水管；2、旋风分离器；2-1、落水管上接口；2-2、旋风分离器壳体；2-3、不锈钢滤网；2-4、旋风分离器出水口；2-5、落水管下接口；3、第一进水管；4、浮球开关；4-1、浮球；4-2、磁钢；4-3、外壳；4-4、触头；5、过滤砂网；6、溢流口；7、雨水净化填料；8、自动加氯机；9、加氯管；10、水力搅拌器；10-1、进水口；10-2、加压管；10-3、水力搅拌叶；11、出水口；12、监测仪；13、第二进水管；14、第三进水管；15.壳体。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1-6所示，一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，设置于地面上，与落水管1连接，其特征在于：包括旋风分离器2、壳体15、集水箱机构、雨水净化机构和储存机构。落水管1与天台的排水口连接，收集屋顶的雨水。落水管1竖直设置且内部中空，落水管1部分截断，截断后的落水管1由上至下分为第一部分和第二部分，旋风分离器2的顶端连接于第一部分的底端，壳体15为密封结构且竖直设置，壳体15内部设有多块隔水板，将壳体15由上至下依次分为三个区域；集水箱机构、雨水净化机构和储存机构由上至下依次设置于对应区域内。
集水箱机构包括第一进水管3和过滤砂网5，壳体15外壁开设有通孔用于安装第一进水管3，旋风分离器2出水口2-4与第一进水管3连接，过滤砂网5竖直设置于集水箱机构内部用于过滤；集水箱机构由过滤砂网5分为A区域和B区域，B区域远离第一进水管3；B区域底部开设有通孔用于安装第二进水管13；雨水净化机构通过第二进水管13与集水箱机构连接，雨水净化机构内部底壁设有雨水净化填料7，雨水净化机构底部开设有通孔用于安装第三进水管14；储存机构通过第三进水管14与雨水净化机构连接，存储机构底部开设有出水口11，出水口11外部装有水龙头，方便净化后雨水的取用。过滤砂网5进一步拦截雨水中的颗粒物，为后续雨水净化提供保障；设有溢流口6，维持装置安全稳定的运行。集水箱机构设置于雨水净化机构上方，雨水净化机构设置于存储机构上方。
所述旋风分离器2由上至下包括落水管上接口2-1、旋风分离器壳体2-2、旋风分离器出水口2-4和落水管下接口2-5；落水管上接口2-1与落水管1的第一部分底端接通，落水管下接口2-5与落水管1第二部分的顶端连接；旋风分离器出水口2-4与第一进水管3连接；旋风分离器壳体2-2内部设有不锈钢滤网2-3。雨水由屋面流入落水管1，旋风分离器2内产生离心力，将粒径大的颗粒物、树叶、石头等杂物贴合于不锈钢滤网2-3内壁上，雨水由旋风分离器出水口2-4进入集水箱机构。
所述第一进水管3、第二进水管13与第三进水管14处均设有浮球开关4。所述浮球开关4可以为扁浮球液位开关、水银浮球液位开关和干簧管浮球液位开关等。用于对集水箱机构、雨水净化机构和储存机构的液位进行控制。本发明优选的浮球开关4包括浮球4-1、磁钢4-2、外壳4-3及触头4-4；磁钢4-2一端连接触头4-4，一端连接浮球4-1。磁钢4-2与触头4-4的连接处铰接于外壳4-3内部。浮球1和部分磁钢4-2设置于外壳4-3外部。浮球开关4堵塞第一进水管3、第二进水管13和第三进水管14，阻止雨水继续流入。
B区域顶部、雨水净化机构顶部和储存机构顶部均设有溢流口6，防止浮球开关4损坏时雨水无法排出。
雨水净化机构为C区域，储存机构为D区域；A区域、B区域、C区域和D区域的体积比优选为：A:B:C:D=2.5:1:1.5:5.5。本发明没有固定的尺寸，可根据用水需求等比例放大。经过多次试验，在此体积比下本发明的各装置的利用率最大化。
所述第三进水管14下方竖直连接有水力搅拌器10。水力搅拌器10的动能来自于装置设计的水头，即雨水从雨水净化机构底部到水力搅拌器10这段高度提供的重力势能。水头为图1中的▲h。水力搅拌器10包括进水口10-1、加压管10-2和水力搅拌叶10-3三部分。加压管10-2顶端连接进水口10-1，底端连接水力搅拌叶10-3，进水口10-1连接于第三进水管14下方。通过设计的水头带动水力搅拌器10旋转来给储存机构内的雨水富氧，溶解氧是影响雨水保质的关键指标，因此通过富氧可以实现雨水长效保质的目的。本发明的能量来自装置设计的水头。
所述存储机构内部设有自动加氯机8及加氯管9，自动加氯机10包括流量计、PLC、电动调节阀和余氯分析仪等，如图5所示。通过自动加氯机10来实现储存雨水的消毒，自动加氯机10采用PLC自动控制,根据进水流量和余氯状况进行自动投加，消毒剂选次氯酸钠，始终维持储水箱有效氯投加量在1 mg/L。
所述存储机构内部设有监测仪12。监测仪12用于监测存储机构内雨水的pH和溶解氧等数值，监测储存机构内基本物理指标的变化。
所述雨水净化填料7由上至下分为两层，上层材质为石英砂，下层材料为活性炭；上层与下层的体积比为2：1；雨水先流经石英砂再流经活性炭。雨水净化填料7用来吸附雨水中的污染物，使出水水质达到用书水标准。经过多次试验，在此体积比下，净化效果最佳。雨水净化机构对污染物的去除效果见图6，图6为多次降雨净化后的均值。
一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置的使用方法：
步骤（1）：雨水收集；雨水由屋面流入落水管1，旋风分离器2产生离心力，将粒径大的颗粒物、树叶、石头等杂物贴合于不锈钢滤网2-3内壁上，雨水由旋风分离器出水口2-4进入集水箱机构；雨水通过过滤砂网5，进一步拦截雨水中的颗粒物；在雨水达到一定水位时，浮球开关4堵塞第一进水管3，阻止雨水继续流入，过多的雨水从溢流口6流出；
步骤（2）：雨水过滤；雨水由第二进水管13流入雨水净化机构，雨水通过雨水净化填料7进行过滤；
步骤（3）：雨水存储；雨水通过第三进水管14流入储存机构，水力搅拌器10通过设计的水头带动其旋转来给储存箱内的雨水富氧，溶解氧是影响雨水保质的关键指标，因此通过富氧可以实现雨水长效保质的目的，在储存装置的左上方设置了自动加氯机8以及加氯管9，来实现储存雨水的消毒自动加氯机8采用PLC自动控制,根据进水流量和余氯状况进行自动投加，消毒剂选次氯酸钠，始终维持储水箱有效氯投加量在1 mg/L；最后在存储机构底部设有出水口11；出水可以直接利用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，设置于地面上，与落水管（1）连接，其特征在于：包括旋风分离器（2）、壳体（15）、集水箱机构、雨水净化机构和储存机构；
落水管（1）竖直设置且内部中空，落水管（1）部分截断，截断后的落水管（1）由上至下分为第一部分和第二部分，旋风分离器（2）的顶端连接于第一部分的底端，壳体（15）为密封结构且竖直设置，壳体（15）内部设有多块隔水板，将壳体（15）由上至下依次分为三个区域；集水箱机构、雨水净化机构和储存机构由上至下依次设置于对应区域内；
集水箱机构包括第一进水管（3）和过滤砂网（5），壳体（15）外壁开设有通孔用于安装第一进水管（3），旋风分离器出水口（2-4）与第一进水管（3）连接，过滤砂网（5）竖直设置于集水箱机构内部用于过滤；集水箱机构由过滤砂网（5）分为A区域和B区域，B区域远离第一进水管（3）；B区域底部开设有通孔用于安装第二进水管（13）；
雨水净化机构通过第二进水管（13）与集水箱机构连接，雨水净化机构内部底壁设有雨水净化填料（7），雨水净化机构底部开设有通孔用于安装第三进水管（14）；
储存机构通过第三进水管（14）与雨水净化机构连接，存储机构底部开设有出水口（11）。
2.根据权利要求1所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，其特征在于：所述旋风分离器（2）由上至下包括落水管上接口（2-1）、旋风分离器壳体（2-2）、旋风分离器出水口（2-4）和落水管下接口（2-5）；落水管上接口（2-1）与落水管（1）的第一部分底端接通，落水管下接口（2-5）与落水管（1）第二部分的顶端连接；旋风分离器出水口（2-4）与第一进水管（3）连接；旋风分离器壳体（2-2）内部设有不锈钢滤网（2-3）。
3.根据权利要求1所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，其特征在于：所述第一进水管（3）、第二进水管（13）与第三进水管（14）处均设有浮球开关（4）。
4.根据权利要求1所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，其特征在于：B区域顶部、雨水净化机构顶部和储存机构顶部均设有溢流口（6）。
5.根据权利要求1所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，其特征在于：雨水净化机构为C区域，储存机构为D区域；A区域、B区域、C区域和D区域的体积比为：A:B:C:D=2.5:1:1.5:5.5。
6.根据权利要求1所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，其特征在于：所述第三进水管（14）下方连接有水力搅拌器（10）。
7.根据权利要求1所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，其特征在于：所述存储机构内部设有自动加氯机（8）和加氯管（9）。
8.根据权利要求1所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，其特征在于：所述存储机构内部设有监测仪（12）。
9.根据权利要求1所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置，其特征在于：所述雨水净化填料（7）由上至下分为两层，上层材质为石英砂，下层材料为活性炭；上层与下层的体积比为2：1。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的一种屋面雨水收集、处理及储存一体化装置的使用方法，其特征在于：
步骤（1）：雨水收集；雨水由屋面流入落水管（1），旋风分离器（2）产生离心力，将粒径大的颗粒物、树叶、石头等杂物贴合于不锈钢滤网（2-3）内壁上，雨水由旋风分离器出水口（2-4）进入集水箱机构；雨水通过过滤砂网（5），进一步拦截雨水中的颗粒物；在雨水达到一定水位时，浮球开关（4）堵塞第一进水管（3）、第二进水管（13）和第三进水管（14），阻止雨水继续流入，过多的雨水从溢流口（6）流出；
步骤（2）：雨水过滤；雨水由第二进水管（13）流入雨水净化机构，雨水通过雨水净化填料（7）进行过滤；
步骤（3）：雨水存储；雨水通过第三进水管（14）流入储存机构，水力搅拌器（10）通过设计的水头带动其旋转来给储存箱内的雨水富氧，溶解氧是影响雨水保质的关键指标，因此通过富氧可以实现雨水长效保质的目的，在储存装置的左上方设置了自动加氯机（8）以及加氯管（9），来实现储存雨水的消毒自动加氯机（8）采用PLC自动控制,根据进水流量和余氯状况进行自动投加，消毒剂选次氯酸钠，始终维持储水箱有效氯投加量在1 mg/L；最后在存储机构底部设有出水口（11）；出水可以直接利用。
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