CN115231777A - 一种农村分散式集水、净水、储水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种农村分散式集水、净水、储水系统，包括集水池、净化池和储水池，所述集水池设在房屋顶部，用于收集雨水；净化池和储水池设在地面或地面之下，集水池通过第一水管连接净化池，净化池通过第二水管连接储水池；所述集水池由上至下包括集水区和过滤区，过滤区内填充第一净水滤料，过滤区的底部连接第一水管；所述净化池的进水口并联集水池和供水设施，净化池内填充第二净水滤料，第二净水滤料上种植净水植物；所述储水池内设有消毒装置。

Description

一种农村分散式集水、净水、储水系统

技术领域

本发明属于农村分散式取水技术领域，具体涉及一种农村分散式集水、净水、储水系统。

背景技术

随着我国新农村建设的发展，乡村的生活环境和生活条件得到很大改善，其中取水、用水相关的设施一直是农村建设的重要课题。由于农村居民的居住特点是人员相对较少，居住地较为分散，尤其是小型或偏远农村，受成本和用地的限制，无法进行城镇供水系统管网的建设。目前，农村小型供水工程在很大程度上解决了农村居民的用水难题，但是现在我国大多数农村小型供水工程没有完整的水处理、消毒处理设施，其水质微生物指标合格率较低，存在致病微生物的健康风险，严重危害着农村居民的身体健康。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种农村分散式集水、净水、储水系统，包括集水池、净化池和储水池，所述集水池设在房屋顶部，用于收集雨水；净化池和储水池设在地面或地面之下，集水池通过第一水管连接净化池，净化池通过第二水管连接储水池；

所述集水池由上至下包括集水区和过滤区，过滤区内填充第一净水滤料，过滤区的底部连接第一水管；

所述净化池的进水口并联集水池和供水设施，净化池内填充第二净水滤料，第二净水滤料上种植净水植物；所述储水池内设有消毒装置。

本发明所述的农村分散式集水、净水、储水系统，集收集雨水、净化供水和储水消毒多种功能于一体。雨水在集水池内收集并进行初步过滤净化，再从房顶流下并进入净化池，在所述净水填料的作用下深度净化，本发明创造性的利用净水植物的根系与净水填料相互配合。最后经过储水池消毒，并存储，产水用农村居民饮用或使用。

可选的，所述集水池的顶部设有可开合的太阳能电池板，集水区与过滤区由第一隔板分隔，并在第一隔板的一侧设有第一过水口；

所述过滤区由上至下包括第一过滤层、第二过滤层和第三过滤层，第一过滤层与第二过滤层由第二隔板分隔，并在第二隔板远离第一过水口的一侧开设第二过水口；第二过滤层与第三过滤层由第三隔板分隔，并在第三隔板远离第二过水口的一侧开设第三过水口；

集水池的出水口设在第三过滤层的底部，且位于第三过水口的对侧。

可选的，所述第一净水滤料包括净水陶粒、细沸石和砂石，所述第一过滤层的内部填充净水陶粒，第二过滤层的内部填充细沸石，第三过滤层的内部填充砂石。

进一步可选的，所述第一过水口、第二过水口和第三过水口分别设有第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网，第四过滤网的网孔孔径小于砂石。

可选的，所述第二隔板连接第一振动装置，第三隔板连接第二振动装置，用于分别带动第二隔板和第三隔板振动，便于清洗第一过滤层和第二过滤层的滤料时松动滤料，提高清洗效果。

可选的，所述第一水管的顶端连接集水池的出水口，底端连接净化池，第一水管沿房屋墙壁竖直设置，使得经过过滤区过滤后的水体自动流下；

第一水管的上部通过三通阀连接清洗支管的一端，清洗支管的另一端连接集水池，清洗支管上设水泵，用于滤料需要清洗时，将集水池的储水从集水池的出水口引回集水池，反洗各过滤层的滤料。

进一步可选的，所述太阳能电池板分为若干块分电池板，且分电池板的底面均设有活动支架，用于控制太阳能电池板的开合，当非雨天时，太阳能电池板的合拢，形成集水池的顶部盖板，在利用太阳能发电的同时，遮挡集水池，防止异物和大量尘埃落入集水池，也能防止集水池内的水大量蒸发；当雨天时，活动支架控制太阳能电池板打开，允许集水池收集雨水。

可选的，每块分电池板打开后，均呈倾斜状，一侧对接集水池的顶边，另一侧向集水池的外部倾斜，使得每块分电池板在集水池的上方发挥引流板的作用。

可选的，所述活动支架的一端固定连接集水池的壁面外侧，另一端活动连接对应的分电池板的外侧边沿，使得活动支架以集水池的壁面为支撑，通过拉动、升降分电池板的外侧边沿，实现太阳能电池板的开合。

可选的，所述净化池的进水口通过第一水管连接集水池，第一水管上并联供水管，供水管连接供水设施，使得净化池能够接受经过集水池收集、初步过滤的雨水，以及供水设施提供的水源，供水设施例如泵机组或小流量泵。可选的，所述净化池为方形，包括第一净化区、第二净化区和第三净化区，第一净化区和第二净化区由第一过滤隔板分隔，第二净化区和第三净化区由第二过滤隔板分隔；

所述第二净水滤料包括净水陶粒、细沸石和砂石，第一净化区内部填充净水陶粒，第二净化区内部填充细沸石，第三净化区内部填充砂石。

可选的，所述净水植物选自水葱、水莎草、香蒲和纸莎草中的一种或两种以上的组合。

进一步可选的，所述净化池内部设有若干个过滤支撑网架，每个净化区内设置1-4个过滤支撑网架；过滤支撑网架垂直于地面，且垂直于净化池的水流方向；

过滤支撑网架的顶部到达第二净水滤料的顶面，底部延伸至净化池的底部，过滤支撑网架的面积略小于净化池的水流横断面面积。

可选的，所述过滤支撑网架为横纵交叉的网状结构，包括若干根横管和若干根纵管，横管和纵管均为中空的，且都均匀分布若干个通孔，每根纵管的顶端穿出第二净水滤料的顶面，用于连接营养液罐，每根纵管的底端封闭，使得净水植物培养阶段中营养液从横管和纵管的通孔流出。

可选的，所述农村分散式集水、净水、储水系统还包括控制装置，控制装置包括PLC控制器及其通讯连接的集水区内的第一液位计、净化池内的第二液位计、储水池内的第三液位计、房顶的雨量计，PLC控制器通讯连接并控制所述水泵、三通阀、第一振动装置、第二振动装置、分电池板以及每个活动支架、消毒装置、营养液罐，使得整个系统按照上述方式运行、清洗。

附图说明

图1为所述农村分散式集水、净水、储水系统的结构示意图(一)；

图2为所述农村分散式集水、净水、储水系统的结构示意图(二)；

图3为集水池的结构示意图；

图4为净化池的结构示意图(无过滤支撑网架)；

图5为过滤支撑网架的的结构示意图。

附图中，1-集水池，2-净化池，3-储水池，4-第一水管，5-第二水管，6-集水区，7-过滤区，8-消毒装置，9-太阳能电池板，10-第一过滤层，11-第二过滤层，12-第三过滤层，13-第一隔板，14-第二隔板，15-第三隔板，16-第一过水口，17-清洗支管，18-分电池板，19-活动支架，20-电池板导轨，21-供水管，22-第一净化区，23-第二净化区，24-第三净化区，25-第一过滤隔板，26-第二过滤隔板，27-过滤支撑网架，28-横管，29-纵管。

具体实施方式

本实施例提供一种农村分散式集水、净水、储水系统，如图1-图5所示，包括集水池1、净化池2和储水池3，所述集水池1设在房屋顶部，用于收集雨水；净化池2和储水池3设在地面或地面之下，集水池1通过第一水管4连接净化池2，净化池2通过第二水管5连接储水池3；

所述集水池1由上至下包括集水区6和过滤区7，过滤区7内填充第一净水滤料，过滤区7的底部连接第一水管4；

所述净化池2的进水口并联集水池1和供水设施，净化池2内填充第二净水滤料，第二净水滤料上种植净水植物；所述储水池3内设有消毒装置8。

可选的，所述集水池1的顶部设有可开合的太阳能电池板9，集水区6与过滤区7由第一隔板13分隔，并在第一隔板13的一侧设有第一过水口16；

所述过滤区7由上至下包括第一过滤层10、第二过滤层11和第三过滤层12，第一过滤层10与第二过滤层11由第二隔板14分隔，并在第二隔板14远离第一过水口16的一侧开设第二过水口；第二过滤层11与第三过滤层12由第三隔板15分隔，并在第三隔板15远离第二过水口的一侧开设第三过水口；

集水池1的出水口设在第三过滤层12的底部，且位于第三过水口的对侧。

雨水落入集水池1的集水区6，集水区6的雨水通过第一过水口16进入第一过滤层10，再通过第二过水口进入第二过滤层11，再通过第三过水口进入第三过滤层12，以蛇形水流路径依次经过第一过滤层10、第二过滤层11和第三过滤层12，使得雨水经过三个过滤层过滤，最后由集水池1的出水口排出。

可选的，所述第一净水滤料包括净水陶粒、细沸石和砂石，所述第一过滤层10的内部填充净水陶粒，第二过滤层11的内部填充细沸石，第三过滤层12的内部填充砂石，净水陶粒的粒径为5-15mm，细沸石的粒径为3-10mm，砂石的粒径为3-5mm。

进一步可选的，所述第一过水口16、第二过水口和第三过水口分别设有第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网，集水池1的出水口设有第四过滤网，既能过滤水体中的固体污染物，又能防止不同过滤层的滤料进入其它过滤层，而造成滤料流失或混合。第四过滤网的网孔孔径小于砂石。

可选的，所述第二隔板14连接第一振动装置，第三隔板15连接第二振动装置，用于分别带动第二隔板14和第三隔板15振动，便于清洗第一过滤层10和第二过滤层11的滤料时松动滤料，提高清洗效果。

可选的，所述集水池1为长方体，其底部在长度方向和宽度方向均设有斜坡，使得集水池1的出水口处于集水池1地面的最低处，斜坡的角度为1°-5°，斜坡采用防水材料铺设，提高集水池1的防水性能。

可选的，所述第一水管4的顶端连接集水池1的出水口，底端连接净化池2，第一水管4沿房屋墙壁竖直设置，使得经过过滤区7过滤后的水体自动流下，无需水泵输送，节约了能耗；

第一水管4的上部通过三通阀连接清洗支管17的一端，清洗支管17的另一端连接集水池1，清洗支管17上设水泵，用于滤料需要清洗时，将集水池1的储水从集水池1的出水口引回集水池1，反洗各过滤层的滤料。

本发明所述的集水池1的过滤区7分设三层过滤层，由上至下分别采用净水陶粒、细沸石和砂石作为滤料，三种滤料的粒径逐渐减小，对于雨水的过滤程度逐渐加深。第三过滤网的网孔孔径小于砂石，第二过滤网的网孔孔径小于细沸石，第一过滤网的网孔孔径小于净水陶粒，由于三个过滤层均需要反洗清洗，上述三个过滤网的设置，不但可以防止下层的滤料上升到上层，也可以防止上层的滤料下降到下层。当过滤区7运行较长时间后需要清洗时，本发明能够实现原位反洗，具体的，在集水池1的集水区6预留少量雨水，将所述三通阀连通清洗支管17和集水池1的出水口，在水泵的作用下，抽取集水区6的雨水，通过集水池1的出水口输入过滤区7，反向冲洗三个过滤层，同时疏松滤料，这时所述第一振动装置和第二振动装置带动第二隔板14和第三隔板15振动，辅助疏松第一过滤层10和第二过滤层11的滤料，由于第三过滤层12的砂石粒径小、质量轻，可在反洗水的冲击下自然疏松，无需辅助疏松。清洗完第一过滤层10的反洗水可再次清洗第三过滤层12，即循环清洗。清洗完成后，反洗水由清洗支管17、三通阀、第一水管4路径排出，或者由集水池1的出水口、三通阀、第一水管4路径排出。由于滤料的清洗时间较短，运行周期较长，两个振动装置的振动也不强烈，给房屋带来的振动影响较小。

进一步可选的，所述太阳能电池板9分为若干块分电池板18，且分电池板18的底面均设有活动支架19，用于控制太阳能电池板9的开合，当非雨天时，太阳能电池板9的合拢，形成集水池1的顶部盖板，在利用太阳能发电的同时，遮挡集水池1，防止异物和大量尘埃落入集水池1，也能防止集水池1内的水大量蒸发；当雨天时，活动支架19控制太阳能电池板9打开，允许集水池1收集雨水。

可选的，每块分电池板18打开后，均呈倾斜状，一侧对接集水池1的顶边，另一侧向集水池1的外部倾斜，使得每块分电池板18在集水池1的上方发挥引流板的作用，既扩大了集水池1收集雨水的面积，又在房屋顶部形成面积较大的遮雨板。

可选的，所述活动支架19的一端固定连接集水池1的壁面外侧，另一端活动连接对应的分电池板18的外侧面，使得活动支架19以集水池1的壁面为支撑，通过拉动、升降分电池板18的外侧边沿，实现太阳能电池板9的开合。

可选的，所述集水池1的顶面设有电池板导轨20，并滑动连接导杆的一端，导杆的另一端连接分电池板18的内侧面，当活动支架19拉动分电池板18的外侧面时，分电池板18的内侧面在导杆的引导下沿电池板导轨20运动，增加了分电池板18的稳定性。太阳能电池板9合拢后，导杆折叠收起并置于集水池顶部。

本发明所述的太阳能电池板9也可以分为四块大小相同的分电池板18，分布在集水池1顶面的上下左右四边，这样比较适用于面积较大的集水池1。

本发明所述的集水池1与太阳能电池板9结合，设在房屋顶上，既能有效收集雨水，又能利用太阳能发电，再利用重力作用将雨水在过滤区7内过滤，并从第一水管4排出，利用集水区6自身的雨水原位清洗滤料，以简单的装置实现集水、过滤、清洗的多个功能。

可选的，所述净化池2的进水口通过第一水管4连接集水池1，第一水管4上并联供水管21，供水管21连接供水设施，使得净化池2能够接受经过集水池1收集、初步过滤的雨水，以及供水设施提供的水源，供水设施例如泵机组或小流量泵。

可选的，所述净化池2为方形，包括第一净化区22、第二净化区23和第三净化区24，第一净化区22和第二净化区23由第一过滤隔板25分隔，第二净化区23和第三净化区24由第二过滤隔板26分隔；

所述第二净水滤料包括净水陶粒、细沸石和砂石，第一净化区22内部填充净水陶粒，第二净化区23内部填充细沸石，第三净化区24内部填充砂石，第二净水滤料的净水陶粒的粒径为5-10mm，细沸石的粒径为3-5mm，砂石的粒径为1-3mm，三种填料填充比例为净水陶粒：细沸石：砂石为2:2:1，进水进入净化池2内，依次通过第一净化区22、第二净化区23和第三净化区24的净化，达到较好的净化效果。

可选的，所述净水植物选自水葱、水莎草、香蒲和纸莎草中的一种或两种以上的组合。上述净水植物多为水生或在沼泽、水畔生长，耐水性良好，且根系较为发达，根系在三个净化区的滤料内部生长，形成天然的生物过滤网，能提高净化池2的过滤效果。

进一步可选的，所述净化池2内部设有若干个过滤支撑网架27，每个净化区内设置1-4个过滤支撑网架27；过滤支撑网架27垂直于地面，且垂直于净化池2的水流方向；

过滤支撑网架27的顶部到达第二净水滤料的顶面，底部延伸至净化池2的底部，过滤支撑网架27的面积略小于净化池2的水流横断面面积。

可选的，所述过滤支撑网架27为横纵交叉的网状结构，包括若干根横管28和若干根纵管29，横管28和纵管29均为中空的，且都均匀分布若干个通孔，每根纵管29的顶端穿出第二净水滤料的顶面，用于连接营养液罐，每根纵管29的底端封闭，使得净水植物培养阶段中营养液从横管28和纵管29的通孔流出。

本发明在第二净水滤料与净水植物配合净化供水的基础上，又设计了埋入第二净水滤料的过滤支撑网架27，该网架不但本身能发挥过滤网的作用，而且能使得净水植物的根系依附在过滤支撑网架27上生长，进而使得过滤支撑网架27形成生物过滤网架，因为自然生长的普通根系从植物根的顶部向下发散扩散，根系分布并不均匀，导致净化池2内的水体无法充分利用植物根系过滤。本发明利用简单的网架结构，承担植物根系，并使得根系在网架上生长，在进行净水之前，首先进行净水植物的培养，这时配合过滤支撑网架27能够均匀输送营养液，促进根系生长，使得根系在网架上较为均匀的生长，进而形成较为均匀的生物过滤网架。开始净水后，停止输入营养液，本领域技术人员可以根据实际植物需要，选择营养液的种类。由于净水植物的净化作用，净化池2的第二净水滤料无需专门清洗，或者可以使用较长时间后更换或统一清洗。

优选的，在净化池2使用前，先进行净水植物的培养，向过滤支撑网架27的纵管29通入营养液，促使根系在过滤支撑网架27上均匀生长，形成生物过滤网架。

可选的，所述储水池3内的消毒装置8没入储水池3的液面之下，消毒装置8为微电解消毒设备或紫外线消毒设备，第二水管5上安装输水泵，储水池3的出水口连接用水设施，例如农村居民的家庭引用水管。

可选的，所述储水池3设置消毒剂投加装置，用于投加少量漂白粉或次氯酸钙消毒剂，根据净化池2和储水池3的实际净水效果，选择性地投加消毒剂，若净化池2和储水池3的实际净水效果较好，可以不投加或少投加消毒剂。

可选的，所述净化池2与储水池3之间设有离子吸附装置，内部装填离子交换树脂，用于吸附雨水或供水中的重金属离子，使用一定时间后，离子交换树脂可以原地进行洗脱、再生，也可以取出来再集中进行洗脱、再生。

相比于传统的使用次氯酸类消毒剂处理的方法，本发明所述的农村分散式集水、净水、储水系统，没有氯气污染带来的健康隐患，且消毒效果与传统方法相当。

可选的，所述农村分散式集水、净水、储水系统还包括控制装置，控制装置包括PLC控制器及其通讯连接的集水区6内的第一液位计、净化池2内的第二液位计、储水池3内的第三液位计、房顶的雨量计，PLC控制器通讯连接并控制所述水泵、三通阀、第一振动装置、第二振动装置、分电池板18以及每个活动支架19、消毒装置8、营养液罐，使得整个系统按照上述方式运行、清洗。

Claims (10)

1.一种农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，包括集水池、净化池和储水池，所述集水池设在房屋顶部，用于收集雨水；净化池和储水池设在地面或地面之下，集水池通过第一水管连接净化池，净化池通过第二水管连接储水池；

所述集水池由上至下包括集水区和过滤区，过滤区内填充第一净水滤料，过滤区的底部连接第一水管；

所述净化池的进水口并联集水池和供水设施，净化池内填充第二净水滤料，第二净水滤料上种植净水植物；所述储水池内设有消毒装置。

2.根据权利要求1所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，所述集水池的顶部设有可开合的太阳能电池板，集水区与过滤区由第一隔板分隔，并在第一隔板的一侧设有第一过水口；

所述过滤区由上至下包括第一过滤层、第二过滤层和第三过滤层，第一过滤层与第二过滤层由第二隔板分隔，并在第二隔板远离第一过水口的一侧开设第二过水口；第二过滤层与第三过滤层由第三隔板分隔，并在第三隔板远离第二过水口的一侧开设第三过水口；

集水池的出水口设在第三过滤层的底部，且位于第三过水口的对侧。

3.根据权利要求2所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，所述第一净水滤料包括净水陶粒、细沸石和砂石，所述第一过滤层的内部填充净水陶粒，第二过滤层的内部填充细沸石，第三过滤层的内部填充砂石；

所述第一过水口、第二过水口和第三过水口分别设有第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网，集水池的出水口设有第四过滤网。

4.根据权利要求3所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，所述第二隔板连接第一振动装置，第三隔板连接第二振动装置，用于分别带动第二隔板和第三隔板振动，便于清洗第一过滤层和第二过滤层的滤料时松动滤料，提高清洗效果。

5.根据权利要求4所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，所述第一水管的顶端连接集水池的出水口，底端连接净化池，第一水管沿房屋墙壁竖直设置，使得经过过滤区过滤后的水体自动流下；

第一水管的上部通过三通阀连接清洗支管的一端，清洗支管的另一端连接集水池，清洗支管上设水泵，用于滤料需要清洗时，将集水池的储水从集水池的出水口引回集水池，反洗各过滤层的滤料。

6.根据权利要求2所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，所述太阳能电池板分为若干块分电池板，且分电池板的底面均设有活动支架，用于控制太阳能电池板的开合，当非雨天时，太阳能电池板的合拢，形成集水池的顶部盖板，在利用太阳能发电的同时，遮挡集水池，防止异物和大量尘埃落入集水池，也能防止集水池内的水大量蒸发；当雨天时，活动支架控制太阳能电池板打开，允许集水池收集雨水。

7.根据权利要求6所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，每块分电池板打开后，均呈倾斜状，一侧对接集水池的顶边，另一侧向集水池的外部倾斜，使得每块分电池板在集水池的上方发挥引流板的作用；

所述活动支架的一端固定连接集水池的壁面外侧，另一端活动连接对应的分电池板的外侧边沿，使得活动支架以集水池的壁面为支撑，通过拉动、升降分电池板的外侧边沿，实现太阳能电池板的开合。

8.根据权利要求1所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，所述净化池为方形，包括第一净化区、第二净化区和第三净化区，第一净化区和第二净化区由第一过滤隔板分隔，第二净化区和第三净化区由第二过滤隔板分隔；

所述第二净水滤料包括净水陶粒、细沸石和砂石，第一净化区内部填充净水陶粒，第二净化区内部填充细沸石，第三净化区内部填充砂石；

所述净水植物选自水葱、水莎草、香蒲和纸莎草中的一种或两种以上的组合。

9.根据权利要求8所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，所述净化池内部设有若干个过滤支撑网架，每个净化区内设置1-4个过滤支撑网架；过滤支撑网架垂直于地面，且垂直于净化池的水流方向。

10.根据权利要求9所述的农村分散式集水、净水、储水系统，其特征在于，所述过滤支撑网架为横纵交叉的网状结构，包括若干根横管和若干根纵管，横管和纵管均为中空的，且都均匀分布若干个通孔，每根纵管的顶端穿出第二净水滤料的顶面，用于连接营养液罐，每根纵管的底端封闭，使得净水植物培养阶段中营养液从横管和纵管的通孔流出。

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