CN114960527A - 无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统 - Google Patents

Abstract

一种智慧城市物联网中水循环利用生态圈归零、无动力中水回用都市立体农业/城市生态恢复系统，或称海绵节水城市、人造湿地生态走廊；吸纳碳尘、PM2.5颗粒物雾霾及噪音。顺应世界农业发展、都市生态农业建设，减少现行中水利用模式对城市生态环境的破坏，省略中水回用巨额资金的市政建设投入，本立体农业/生产系统模块化设计；安装便捷、维护简单、植物水生物收获、道路清洁全自动。与智慧城市物联网链接，中水回用立体农业体系实现智能化调度运行，城市泄洪及地下储水能力倍增，基本达到减少三废、不向江河湖海排放污水，恢复城市生态的目的。

Description

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统

技术领域

一种智慧城市物联网中水循环利用生态圈归零、都市立体农业/生态恢复系统，属于生态农业设施生产、环保器材装备技术应用领域。

背景技术

国内外中水利用现状：我国对城市污水处理与利用的研究，早在1958年就开始列入国家科研课题，20世纪60年代关于污水灌溉的研究已达到一定的水平， 70年代中期进行了以回用为目的的城市污水深度处理小试，80年代初在青岛、大连、太原、北京、天津、西安等缺水城市相继展开了污水回用的试验研究。在中水试验的同时，有关中水的标准和法规也相继出台。2000年，以“十五”纲要为标志，中水回用被正式写入文件；2002年，出台了三个标准：GB/T 18920《城市污水再生利用城市杂用水水质》、GB/T 18921《城市污水再生利用景观环境用水水质》、GB 5084《农田灌溉水质标准》，以代替CJ 25.1-89《生活杂用水水质标准》。

在解决城市水资源短缺问题的过程中，国际上形成了城镇生活污水再生利用的不同模式。我国借鉴了日本的双管供水模式如；天津、大连、威海、青岛等很多城市制定了“让中水回用进入千家万户”的宏伟计划，这个计划是不切实际的。双管或多管供水模式忽视千家万户的用水特点，所建立的封闭式的中水道系统，存在着不可调和的经济性与安全性的矛盾，出现了微观经济效益低和宏观节水贡献率低的状况，导致我国推行双管供水模式近40年摆脱不了“投入高见效慢”、步履维艰的困境。

中水回用技术在国外早已应用于实践。美国、日本、以色列等国厕所冲洗、园林和农田灌溉、道路保洁、洗车、城市喷泉、冷却设备补充用水等都大量地使用中水，在利用中水方面积累了不少成功的经验。

美国佛罗里达州的圣彼得堡，是一个不向周围的河湖排放污水的大城市。它的废水全部实现循环利用。这个城市有两套配水管道系统，一套送供饮用的新鲜淡水，另一套输送处理过的废水，供浇灌草坪等杂用。后一种水价只有清洁水的30％，还节省了化肥的费用。美国现在至少有七个地区已经或者正在建设中水回用厂。

以色列是在中水回用方面最具特色的国家。占全国污水处理总量46％的出水直接回用于灌溉，其余33.3％和约20％分别回灌于地下或排入河道，其中水回用程度之高堪称世界第一。他们采取的中水回用处理过程为：城市污水的收集→传输到处理中心→处理→季节性储存→输到用户→使用及安全处置。在回用方式上，包括小型社区的就地回用，中等规模城镇和大城市的区域级回用。

日本从80年代起大力提倡使用中水，并在上水道和下水道之间，专门设置了中水道。而且为了鼓励设置中水道系统，日本制定了奖励政策，通过减免税金、提供融资和补助金等手段大力加以推广。同时还要求新建的机关、学校、企业办公楼以及会馆、公园、运动场等公共建筑物都须设置中水道。

中水回用工作日益受到重视，国内许多城市都建设了中水回用工程。例如：北京的高碑店污水处理厂建成了我国最大的中水回用工程，回用规模为30万m3/d，回用对象主要是河湖补水、城市绿化、喷洒道路和热电厂冷却用水；

青岛市海泊河建成4万m3/d的中水回用工程，用于工业冷却、绿化和生活杂用。其他还有大连中水回用示范工程已运行10余年，北京华能热电厂、大庆油田采油厂、克拉玛依采油厂等均已建成中水回用工程用于循环冷却水。

天津东郊污水处理厂回用工程将二级出水过滤、消毒后回用，规模为7万 m3/d；河北邯郸市建成6万m3/d的回用水工程，用于电厂冷却水；山东枣庄和泰安分别建成3万m3/d和2万m3/d的回用水工程；

新加坡为了更好地节约水资源，推广中水市场，在媒体上对中水大做广告，以引导民众的消费习惯，吸引更多的新加坡人接受它。目前每天至少有数千万升经过深度处理的中水已经加到饮用水管中，不是单纯作为中水利用了。

随着城市污水管网的普及，将污水管网输送到城市污水处理厂进行集中处理的方式在国内得到逐步发展。目前，少数发展较快的沿海城市模仿欧美粪便与污水合并处理模式，且已接近美国20世纪80年代初水平；但在技术水平上低于部分发展中国家

被称为城市之肾；吸纳碳尘、雾霾、连接地下水生态的湿地随着工业化、城市化扩张湿地逐渐消失，城市没有更多的土地来增加湿地，地下水和雨水之间被钢筋水泥路面和建筑隔断；水资源污染、水污染加剧、根据卫星拍摄的照片，我国数百个湖泊正在干涸，一些地方性的河流也在消失。专家们警告：“20年后我国将找不到可饮用的水资源”。

我国开展城市再生水利用三十多年，没有一个城市拿出一整套为大家所接受再生水利用方案，银子花了无数，多数城市的水处理设施处于停滞或饥饿状态。地下水超采和用水效率低下，进一步加剧了有限水资源的供需矛盾。面对如此严峻的现实，要保证经济和社会的健康持续发展，保证水资源的可持续利用，顺应第三次农业革命潮流，发展垂直农业，建设家庭农场(另附)，解决世界性食物短缺、解决生态继续恶化等问题，中水回用势在必行。

本发明无动力中水回用都市立体农业-生态系统可望取代在我国推广三十多年、借鉴日本中水利用双管供水模式，减少现行中水利用模式对城市生态环境的破坏，省略再生水回用巨额资金的市政建设投入，用中水平衡环境生态的同时发展立体农业、其它冲厕、浇花、洗车等杂用，在现场上現採、现用，(系统处理后把中水储存在建筑物上、道路、地下空隙及花坛下灌溉绿化之用)减少城市涝灾，或补充地下水。把宝贵的水资源储藏在绿水青山之中。

建筑配套的化粪池一般都有三级过滤，大便和小便在每一级停留一段时间。三级化粪池进行沉淀发酵处理经过这次初步处理后从化粪池流出来的液体经过这些处理的水，基本上已经达到了中水的性质比一些河流里的水还要好。主要靠化粪池的细菌进行分解。经过一段时间的分解沉淀后，由第三级容器流出，此时已经是透明的液体状了，流入市政管道里的污水管，然后进入污水处理厂，达到排放标准后进入自然水体。

发明的目的

本发明的目的是以改变现行的中水利用模式；中水回用、通过发展都市垂直农业、立体高效农业生态圈自然归零为途径；利用水在流动过程中胶粒子互相摩擦生电、在电流作用下形成氢和氢氧根离子，完成对水的消毒，空气中水在流动过程中空气胶粒相互摩擦产生负电子，负电子很快被氧分子捕获产生负氧离子，净化环境空气，利用中水人造湿地及平衡生态的同时，兼顾都市农业；保证水资源的可持续利用，顺应第三次农业革命潮流，发展垂直农业，建设家庭农场(另附)，生物质(厨余垃圾)转换为有机肥培育植物及水生物，最后转化为食物，同时利用水培植物、水生物构成人造湿地生态景观，补充地下水，形成自然生态链吸纳碳尘(雾霾PM2.5颗粒物)植物释放氧气、吸收二氧化碳(增加城市碳汇收入) 减少碳排放，减少城市涝灾或补充地下水。废水就地转化为资源生态圈自然归零，省略借鉴日本中水利用模式建设成本和生态修复成本，实现局部污水零排放、碳尘零排放、生物质(厨余垃圾)零排放，达到创造就业门类、增添人类食物来源、美化环境、平衡生态、降低城市热岛效应、人与自然和谐共生的目的。

效果：

经济社会环境综合效益：

未来城市将呈现绿映画廊、鸟语花香、碧水环绕、鱼蟹满塘、钢筋水泥变为森林；吸纳碳尘，减少温室气体排放、降低城市热岛效应、取得生态效益、美化环境的同时；在生态走廊上获取蛋白质、维生素、碳水化合物，增加就业、增加城市泄洪地下储水能力，中水循环利用生态圈归零补充地下水，增加城市空气维生素负氧离子含量等综合效应，获取生态和社会多重效益，又可达到再资源化、增添食物、美化环境、创造财富、人水和谐回归自然、天人合一，效仿美国佛罗里达州圣彼得堡不向江河湖海排污水；将生活中水用于浇花、拖地、洗车、冲厕所。海绵节水城市人造湿地道路生态走廊，每米道路可以在现有道路绿化的基础上增加绿化面积12-36平米，每公里道路增加绿化面积平均25000平米，森林是最经济的“吸碳器”。科学研究表明，林木每生长1立方米，平均吸收1.83吨二氧化碳，放出1.62吨氧气。本系统不挤占道路行车面积，规范行车秩序，扩大道路行车视野，约束行人横穿马路行为。湿地被称为城市之肾，系统将大幅增加城市吸污排毒能力；1km道路每年吸尘量约300kg。可减低噪声20-30dB。平米草坪放出的氧气相当于近百平方米的灌木放出的氧气。人造湿地平衡城市热岛效应 3-5°，如每个家庭按照国家建设森林城市标准，人均11平米绿地/湿地(日均消耗中水6KG/m²)就可以满足水生态平衡；(12层以下的建筑可以满足百分之七十左右)，都市生态农业建设，减少现行中水利用模式对城市生态环境的破坏，省略中水回用巨额资金的市政建设投入，采用无动力中水回用都市立体农业-生产系统模块化设计；安装便捷、维护简单、植物水生物收获、道路清洁全自动。人造湿地生态走廊；以北京为例大约可以增加十万就业岗位，创造约109亿美元的碳汇收入。与智慧城市物联网链接，无动力中水回用都市立体农业体系实现智能化调度运行，城市泄洪及地下储水能力倍增，基本达到不向江河湖海排放污水，恢复城市生态的目的！中水回用、利国利民；工程与日月同辉与山河江山永恒。

技术方案

为实现本发明的目的；在实施城市下水布局基本不变，建筑的下水及三级过滤出水口与本立体农业系统结合，原出口管道口与原储水池最高水位平行(满足最高储水位)，达到最大出水位开始分流；各个单元回路出入口设多节点；设水位落差千分之一；设平衡水位差湿地；设湿地生态链接走廊；设无动力中水回用都市立体农业-生态系统1标准水渠模块、2过水桥、3冲沙闸板、4落沙井、5V型槽、 6篾篓、7水位传感器模块、8水流传感器、9人行道模块、10电缆桥架、11管道模块、12湿地走廊、13湿地、14标准水沟模块入水槽、15A型植物屏、16中水循环运行中央预警显示屏共同组成智慧城市物联网中水循环利用生态圈归零都市立体农业-城市生态恢复系统。

标准水渠模块：长1000mm宽580mm深660-2500mm(入水槽宽25mm间隔30mm深80mm)壁厚40mm，标准水渠模块上沿设挡树叶杂质沟槽长80mm 宽25mm深80mm标准水渠模块上沿四角设；材料钢筋混凝土+楠竹，玻璃钢，冷轧板，玻璃，过水桥模块：长200mm宽200mm深860mm壁厚4mm，冲沙闸板宽：190mm深856mm壁厚4mm，材料ABS，落沙井：长580mm宽580mm深880mm壁厚40mm，材料钢筋混凝土，V型槽：长920mm宽280mm深280mm壁厚4mm，材料ABS，A型植物屏：长1000mm宽1000mm壁厚99mm，材料ABS，

标准人行道模块：长1200mm宽1000mm深880mm壁厚80mm，材料钢筋混凝土、间隔安装，标准人行道盖板模块：长1000mm宽1000mm壁厚80mm，(盖板风洞20mm 60mm深80mm间隔30mm)材料钢筋混凝土。

电缆桥架标准模块：长1000mm宽横担距离随机调整Xmm壁厚80mm

管道敷设标准模块：长1000mm宽横担距离随机调整Xmm壁厚80mm

过水桥冲沙闸板：淤积的泥沙实时开闸冲刷。(实时开启)

落沙井；泥沙下落点与土地相通。

V型槽导尘；将尘埃导入水体。

篾篓水生物饲养管理收获。

标准水沟模块设阶梯吻合接口。

单元回路进水调节闸阀。

水流传感器。

设湿地平衡水位差高架链接管道

设湿地生态走廊。

设A型植物架。

设吸淤泵48-480小时自动开机5-15分钟(水生态平衡则不设置)

设15A型植物屏供水补充回路。

设湿地生态景观高/低水位传感器/水位传感器模块/水位高低监测。

设湿地生态景观水池为地上和地下两部分组成。

设湿地生态景观水池地下与地上中心设直径1.5-5.5米通气观察采光孔。

设湿地生态景观水池地上水深0.1-0.6米、地下高度1.2-2.1米。

湿地生态景观水流量和楼宇湿地走廊流量由CPU根据储水量数据确定。

通过链接wifi向智慧城市物联网接收和发出相关信号。

附图说明

附图1为海绵节水城市人造湿地生态走廊(绿色发展产业蓝图)建设流程图。

具体实施方式

实施例1参见附图：无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统， 1标准水渠模块、2过水桥、3冲沙闸板、4落沙井、5V型槽、6篾篓、7水位传感器模块、8水流传感器、9人行道模块、10电缆桥架、11管道模块、12湿地走廊、13湿地、14单元回路进水调节闸阀等模块化设计15A型植物屏、16中水循环运行中央预警显示屏

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统，实施城市下水布局基本不变；完成项目勘测，单元回路板块分区、绘制蓝图

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统1标准水渠模块、2过水桥、3冲沙闸板、4落沙井、5V型槽、6篾篓、7水位传感器模块、9人行道模块、 10电缆桥架、11管道模块、12湿地走廊、14单元回路进水调节闸阀、15A型植物屏等标准化模块制作加工。

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统土方工程；湿地开挖、落沙井、进排水、沟、渠、湿地走廊挖掘施工、

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统土方工程；湿地开挖、落沙井、进排水、沟、渠、湿地走廊模块敷设施工、

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统工程；篾篓6、过水桥2、冲沙闸板3安装。

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统工程；A型植物屏安装、供水补充回路敷设施工

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统工程；水位传感器模块 7、人行道模块9、电缆桥架10、管道模块11安装、敷设、调试。

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统工程与建筑的下水及三级过滤出水口结合联通，调整、测试

无动力中水回用都市立体农业-城市生态恢复系统工程；中水循环运行中央预警显示屏16调整、测试后的试运行。

实施例2：将厨房双水槽底部槽之一滤水蓝接垃圾粉碎机，将双水槽设为垃圾粉碎入口，厨余垃圾经过粉碎机粉碎，分流至废水管(改管径)，与污水管污水汇合后流入过滤池1-过滤池2，经过三级滤水器3、中水就地收集过滤处理应用，经过CPU各传感器储水数据计算决定将水送人N个楼宇湿地走廊或N片湿地景观。

中水循环运行中央预警显示屏16单片机结合传感技术监测供水系统；通过链接wifi向智慧城市物联网发出信号，完成城市中水市场资源配置/中水调用的智能化，提高信息传递的效率、保证生态走廊设施的良性运作率、降低城市三废产生及损失、促进城市生态环境良性循环、增强资源应用效能。或采用5G应用技术，远程监控自动收获农作物，但并未超越本发明技术范畴。

Claims (10)

1.一物联网无动力中水回用都市立体农业/城市生态恢复系统；标准水渠模块1、过水桥2、冲沙闸板3、落沙井4、V型槽5、篾篓6、水位传感器模块7、水流传感器8、人行道模块9、电缆桥架10、管道模块11、湿地走廊12、湿地13、单元回路进水调节闸阀14、A型植物屏15、中水循环运行中央预警显示屏16等共同组成。

2.根据权利要求1所述物联网都市立体农业/城市生态恢复系统模块化设计；标准水渠模块：长1-2000mm 宽580mm 深660-2500mm(入水槽宽25mm 间隔30mm 深80mm)壁厚40mm，标准水渠模块上沿设挡树叶杂质沟槽长80mm 宽25mm 深80mm标准水渠模块上沿四角设；材料钢筋混凝土+楠竹，玻璃钢，冷轧板，玻璃。

3.根据权利要求1所述物联网都市立体农业/城市生态恢复系统；过水桥模块：长200mm宽200mm 深860mm 壁厚4mm，冲沙闸板宽：190mm 深856mm 壁厚4mm，材料ABS，落沙井：长580mm 宽580mm 深880mm 壁厚40mm，材料钢筋混凝土。

4.根据权利要求1所述城市生态恢复系统；V型槽：长920mm 宽280mm 深280mm 壁厚4mm，材料ABS，A型植物屏：长1000mm 宽1000mm 壁厚99mm，材料ABS。

5.根据权利要求1所述城市生态恢复系统；标准人行道模块：长1200mm 宽1000mm 深880mm 壁厚80mm，材料钢筋混凝土、间隔安装，标准人行道盖板模块：1000mm 宽1000mm 壁厚80mm，(盖板风洞20mm 60mm 深80mm 间隔30mm)材料钢筋混凝土。

6.根据权利要求1所述城市生态恢复系统；落沙井；泥沙下落点与大地相通。

7.根据权利要求1所述城市生态恢复系统；V型槽导尘；导入角度30——44°。

8.根据权利要求1所述城市生态恢复系统；篾篓上密下疏结构(防盗节材作用)(水生物饲养 管理 收获)。

9.根据权利要求1所述物联网都市立体农业/城市生态恢复系统；单元回路进水调节闸阀、长920mm 宽280mm 壁厚40mm，材料钢筋混凝土，冷轧板，ABS(4mm)。

10.根据权利要求9所述物联网都市立体农业/城市生态恢复系统；其特征在于：根据wifi物联网通过上网模块接收各水位传感器数据、智慧城市大数据计算；实现中水分配、调度自动。

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