自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置的制作方法

本发明涉及一种自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置，属于生活生产用机械装置领域。

背景技术：

水是人类生存和发展必不可少的自然资源，我国水资源匮乏，并且具有时空分布不平衡的特点。按照2004年人口计算，我国人均水资源的占有量为2185m³,不足世界平均水平的三分之一。我国已被联合国列为13个典型的贫水国之一。缺水也已成为严重制约我国国民经济和社会发展的主要因素。

雨水是一种最根本、最直接、最经济的水资源，是自然界水资源系统中的重要环节，对补充地下水源、改善及保护生态环境起着极为关键的作用。我国的雨水资源丰富，年降雨量达6.19万亿m³，因此雨水利用成为实现水资源可持续发展的一条重要途径。

在国外，很多国家早就开始雨水方面的研究利用。

日本就十分重视城市雨水利用。例如其在东京、富冈、大阪和名古屋大型棒球场的雨水利用系统，集水面可达1.6-3.5万m³,蓄水池容积1000-2800m³,雨水经过砂滤和消毒后用于冲洗厕所和绿化，系统年利用雨水量可达3万m³以上。德国到本世纪初，已形成“第三代”雨水利用技术及相关的新标准。德国利用公共雨水管收集雨水并经简单的处理后达到杂用水用水标准，可用于街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒，部分地区利用雨水可节约饮用水达50％。在英国，蓄水地面系统可把局部地域内收集的部分杂用水，缓解城市水危机。例如其“蓄水地面”的发展，贮水量可达100l/m²,收集的地面雨水与屋面雨水一起成为建筑物内中水的水源，用于厕所冲洗。在丹麦，城市地区的人们将收集到的雨水经过预过滤设备后贮存到贮水池，使用时通过浮筒式过滤器用于冲洗厕所或者洗衣服。从丹麦屋顶收集的雨水每年可达2290万m³,相当于目前饮用水生产总量的24％。另外，目前世界的其他国家比如比利时、荷兰、美国、新加坡等在雨水利用方面都各有特色，也比较成熟，应用程度也极为广泛、普遍，这都给我国的雨水利用起到了很好的经验示范。

相较于国外，我国的雨水利用技术起步较晚，并且主要集中在缺水地区的研究和应用。近几年，我国在多地建设海绵城市示范点，使雨水得到更大化利用。但是概括地讲，我国的雨水收集与利用技术仍然停留在探索阶段，覆盖面较少，和国外差距还很大。

根据国内外的雨水利用现状来看，屋顶雨水的利用价值相当可观。屋顶雨水相较于地面雨水而言，水质较好，而且容易收集。尤其对于院落式住宅、别墅等分散式单体建筑来说，屋顶自然集雨面大，泥沙和杂物少，通过落水管与地面收集装置连接，方便实现雨水收集。但目前的雨水收集设备大都是集中处理的大型设备，结构复杂庞大，多为埋地式，维护管理不便，设备造价高，收集1m³的雨水成本约为2000元，与使用自来水相比，雨水收集成本太高，因此不为普通民众所接受，影响了雨水利用的广泛应用和推广普及。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供了自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置。

本发明的技术方案如下：

自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置，包括雨水斗1、弃流支撑架2、输水管3、落水管4、蓄水池5、挡水浮球6、紫外线消毒灯管7、潜水泵8、一级过滤网9、过滤滚筒10、旁通分支雨水管11、过滤截污收集桶12、蓄水池检修口13、通气溢流管14、清污口15、环形浮球挡板16、弃流容器17、滚筒过滤箱18、二级过滤网19、集水槽20、卡钩21、钩套22、凸耳23、提手24、弧形刮板25，

所述落水管4沿建筑物墙面竖直安装，所述落水管4的上端口与雨水斗1连通；

所述落水管4下端连通弃流容器17，所述弃流容器17底部安装有弃流支撑架2，并且所述弃流容器17底部还制有清污口15，用于初期累积于所述弃流容器17内的浑浊雨水的弃流，所述弃流容器17的空腔内放置有遇水后能够自由浮动的挡水浮球6，所述落水管4靠近所述弃流容器17上方的内壁上制有一圈凸起的环形浮球挡板16，并且所述挡水浮球6的球体直径大于所述落水管4中所述环形浮球挡板16处的管径，同时小于所述落水管4的管腔管径；

所述落水管4在所述环形浮球挡板16处的上部位置开有通孔，通孔处置有一级过滤网9，并且所述通孔与旁通分支雨水管11一端连通，所述旁通分支雨水管11的另一端与滚筒过滤箱18内的集水槽20连通；

同时，落水管4和旁通分支雨水管11的内壁均为螺旋向下旋转状管道设计，增强水管内雨水的流速；

所述滚筒过滤箱18顶部制有抽插过滤截污收集桶12的开口，底部安装有二级过滤网19，所述过滤滚筒10为滚筒状设计并置于所述滚筒过滤箱18箱体内，所述过滤滚筒10为小孔径不锈钢滤网卷制而成，所述过滤滚筒10上部安装有所述过滤截污收集桶12和所述集水槽20；

所述过滤截污桶12顶面制有凸耳23和提手24，底部与所述过滤滚筒10的桶面接触处安装有与所述过滤滚筒10桶面配合使用的弧形刮板25，并且所述过滤截污桶12与所述集水槽20接触的一侧制有卡钩21，所述凸耳23限位所述过滤截污收集桶12于所述滚筒过滤箱18顶部开口处的板面上，将所述过滤截污收集桶12固定于所述滚筒过滤箱18，所述提手24用于提起或放入所述过滤截污收集桶12，从而定期清理所述过滤截污收集桶12内的污物；

所述弧形刮板25紧贴所述过滤滚筒10，并与所述过滤滚筒10的间距不超过1mm，所述过滤滚筒10转动时将附着在所述过滤滚筒10的污物刮下，并且刮下的污物随所述过滤滚筒10的转动甩入所述过滤截污收集桶12内，同时，所述过滤滚筒10转动时甩出的水流也会将污物冲击进入所述过滤截污收集桶12内；

所述集水槽20的底部制有与所述过滤滚筒10的圆形桶面相配合的圆弧形状开口，并且与所述过滤滚筒10的桶面接触处的所述开口边缘安装有防漏胶条用于防止雨水泄露；所述过滤截污收集桶12与所述集水槽20的接触面相通，用于收集所述过滤滚筒10转动时甩入所述过滤截污收集桶12内的污物；并且所述集水槽20上制有与所述卡钩21配合插接的钩套22，使得所述过滤截污收集桶12与所述集水槽20固定，并且所述集水槽20与所述过滤截污收集桶12接触处边缘制有防漏胶条；

雨水经过所述旁通分支雨水管11冲下并沿过滤滚筒10切线方向冲击所述过滤滚筒10使其快速滚动，将雨水中的污物或所述弧形刮板25刮下的污物甩入所述过滤截污收集桶12内，过滤后的雨水经过所述过滤滚筒10的孔洞流入所述滚筒过滤箱18内，污物进入所述过滤截污收集桶12；

过滤后的雨水再次通过安装于所述滚筒过滤箱18的底部的所述二级过滤网19过滤后流入蓄水池5；

所述蓄水池5底部安装有紫外线消毒灯管7和潜水泵8，所述紫外线消毒灯管7对进入池中的雨水进行消毒处理，所述潜水泵8与输水管3连通，所述输水管3与外部用水设备连通，同时，所述蓄水池5顶部安装有蓄水池检修口13和通气溢流管14，用于检修和暴雨时雨水的溢流。

优选，所述过滤滚筒10为不锈钢滤网(120目)卷制包围，所述一级过滤网9为(18目)不锈钢过滤网，所述二级过滤网19为(120目)不锈钢滤网，进一步提高过滤效果。

优选，所述环形浮球挡板16为橡胶皮圈，增强两者之间接触时的密封性。

优选，所述集水槽20侧腰为弧形面，用以增大其容水量，容纳收集从所述旁通分支雨水管11流入的、来不及进入上述过滤滚筒10的雨水。

屋面雨水收集一般包括雨水汇集、截污、初期弃流、过滤、调蓄等流程。本发明的装置利用风能、雨水下降的势能、动能等可再生天然能源作为驱动力，与常规雨水收集装置相比，利用天然能源驱动不需要另外使用电、煤等其它能源，极大的节省了能源，显著提高雨水收集效率，同时增强了过滤效果，并免除过滤材料的清洗及反冲洗日常维护。

本发明的系统装置的雨水收集处理情况如下：

1)屋面雨水从屋面径流至屋面雨水檐沟，汇入雨水斗整流后流入落水管中。

2)夹杂着石子、泥沙等颗粒物的雨水在落水管中非满管流入设于落水管底端的弃流容器中。随着液位的上升，设于弃流容器中的挡水浮球上升至弃流液位处，卡入弃流液位处设置的环形浮球挡板内完成初期弃流。下雨结束后打开设置于弃流容器底部的清污口清理，此部分初期弃流雨水可用于浇灌等使用，亦是可回收利用的雨水量。

3)不锈钢过滤网(18目)垂直设于落水管壁面上，弃流后相对洁净的雨水经大口径不锈钢过滤网(18目)进行一次过滤后进入旁通分支雨水管中，由于过滤下的污物受重力作用还有雨水的向下冲刷作用，不会堆积于不锈钢过滤网上，有效避免了过滤时的堵塞。

4)旁通分支雨水管连接过滤滚筒上方的集水槽，集水槽底边为弧形，贴合过滤滚筒的形状，并且一侧与过滤截污收集桶连通，一侧为曲边梯形，由旁通分支雨水管流下的雨水沿过滤滚筒的切线方向倾斜进入集水槽并冲击过滤滚筒，过滤滚筒为滚筒状设计，并且外壁用小孔径不锈钢滤网(120目)卷制而成，并连接旋转轴承，由于雨水降落的势能和动能在过滤滚筒处产生了水平切向力，驱动过滤滚筒旋转并依靠离心力将滤网截留的污物“甩”入过滤截污收集桶中，过滤截污收集桶靠近过滤滚筒处设有弧形刮板，过滤滚筒在工作时表面积攒的污物被弧形刮板及时刮起，依靠过滤滚筒旋转产生的离心力“甩”入过滤截污收集桶中，过滤截污收集桶为提篮式结构，即制有可插拔的过滤提篮，可提出清理污物；利用雨水动能驱动转动不会产生堵塞，因此免去清洗维护及反冲洗维护；雨水进入过滤滚筒进行了二次过滤，在流出过滤滚筒时通过二级过滤网后又进行了第三次过滤后流入蓄水池中。

5)蓄水池中设置紫外线消毒灯管，对进入池中的雨水进行消毒处理后使用。蓄水池设蓄水池检修口用于日常清洗维护，设通气溢流管用于暴雨时雨水的溢流。

6)处理后的洁净雨水由设于蓄水池中的小型潜水泵连接水管，可用于冲厕、灌溉、庭院浇洒及洗车等。

本发明的系统装置对屋面的雨水进行截污和初期弃流，经过三重过滤、消毒后收集利用。本发明的系统装置具有结构简单、造价低、雨水收集效率高、自动力清洗维护、安装管理方便适用范围广的优点。

本发明的创新在于，制有管道内壁为向下螺旋旋转状的落水管和旁通分支雨水管，以及旁通分支雨水管与过滤滚筒之间适当的倾斜角度(旁通分支雨水管与竖直方向的夹角为45°～60°)，上述设计进一步提高雨水的势能和下落时的动能，从而使得下落的雨水获得足够的势能和动能来推动过滤滚筒的转动来提高过滤效果。

创新点详细如下所述，

1、截污-弃流一体化设计，设备简单经济、造价低，维修管理方便；弃流后雨水不会与弃流雨水的掺混，一级过滤网垂直设于落水管壁面上，过滤下的污物受重力作用还有雨水的向下冲刷作用，不会堆积于网上，有效减少一次过滤网的堵塞。

2、滚筒式的自清洗旋流过滤设计，利用雨水下落的动能驱动过滤滚筒旋转，依靠离心力截污及两级过滤，滤网免冲洗，雨水收集阻力小，收集效率高。集水槽一侧为曲边梯形设计，增大了集流量，提高了雨水在过滤滚筒上的过滤效率，并且减少了漏水。过滤截污收集桶设有弧形刮板，污物更容易收集。雨水进入滚桶进行了二次过滤，在流出过滤滚筒时通过二级过滤网又进行了第三次过滤，过滤效率高；区别于目前常使用的砾石、沙石雨水过滤处理的方式，此种方法过滤阻力大为减小，雨水收集效率大大提高。

本发明的自动力自清洁屋面雨水收集处理装置具有结构简单、造价低、雨水收集效率高、自动力清洗维护、安装管理方便等优点，整套装置的成本在600元左右，非常有利于进行市场推广和使用，本设备可使95％的屋面雨水得到有效收集，收集的雨水可以用于冲厕、浇灌、道路庭院浇洒、洗车等用途，实现雨水的多效利用，并极大缓解了我国水资源短缺问题。总体来说，将雨水收集大范围地推广和使用，对于减少雨水排放、使雨水资源化、缓解世界性的水资源危机、减少自来水处理及输送的能耗、节水节能减排具有重要意义。

附图说明

图1为自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置整体示意图。

图2为自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置弃流部分局部示意图。

图3为自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置滚筒过滤箱部分局部示意图,其中，a-1、a-2分别为剖面。

图4为自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置滚筒过滤箱部分局部示意图a-1剖面图。

图5为自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置滚筒过滤箱部分局部示意图a-2剖面图。

图6为自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置蓄水池部分局部示意图。

图1-6中，1、雨水斗，2、弃流支撑架，4、落水管，5、蓄水池，6、挡水浮球，7、紫外线消毒灯管，8、潜水泵，9、一级过滤网，10、过滤滚筒，11、旁通分支雨水管，12、过滤截污收集桶，13、蓄水池检修口，14、通气溢流管，15、清污口，16、环形浮球挡板，17、弃流容器，18、滚筒过滤箱，19、二级过滤网，20、集水槽，21、卡钩，22、钩套，23、凸耳，24、提手，25、弧形刮板。

具体实施方式

实施例1

我国地域广阔，处于不同降雨时区的城市降雨量差别很大，雨水可收集利用的量也会有很大的不同，本例以南方多雨、西北干旱、北方干燥三个典型降雨时区分别确定设备尺寸，并以广州、青海、烟台三个城市为代表，按设计重现期为2年、降雨初期5min弃流分别确定尺寸。

以烟台地区为例计算北方地区各设备尺寸，同理计算得出南方和西北地区设备尺寸。

自动力自清洁屋面雨水收集处理系统装置，包括雨水斗1、弃流支撑架2、输水管3、落水管4、蓄水池5、挡水浮球6、紫外线消毒灯管7、潜水泵8、一级过滤网9、过滤滚筒10、旁通分支雨水管11、过滤截污收集桶12、蓄水池检修口13、通气溢流管14、清污口15、环形浮球挡板16、弃流容器17、滚筒过滤箱18、二级过滤网19、集水槽20、卡钩21、钩套22、凸耳23、提手24、弧形刮板25，

所述落水管4沿建筑物墙面竖直安装，所述落水管4的上端口与雨水斗1连通；

所述落水管4下端连通弃流容器17，所述弃流容器17底部安装有弃流支撑架2，并且所述弃流容器17底部还制有清污口15，用于初期累积于所述弃流容器17内的浑浊雨水的弃流，所述弃流容器17的空腔内放置有遇水后能够自由浮动的挡水浮球6，所述落水管4靠近所述弃流容器17上方的内壁上制有一圈凸起的环形浮球挡板16，并且所述挡水浮球6的球体直径大于所述落水管4中所述环形浮球挡板16处的管径，同时小于所述落水管4的管腔管径；

所述落水管4在所述环形浮球挡板16处的上部位置开有通孔，通孔处置有一级过滤网9，并且所述通孔与旁通分支雨水管11一端连通，所述旁通分支雨水管11的另一端与滚筒过滤箱18内的集水槽20连通；

同时，落水管4和旁通分支雨水管11的内壁均为螺旋向下旋转状管道设计，增强水管内雨水的流速；

所述滚筒过滤箱18顶部制有抽插过滤截污收集桶12的开口，底部安装有二级过滤网19，所述过滤滚筒10为滚筒状设计并置于所述滚筒过滤箱18箱体内，所述过滤滚筒10为小孔径不锈钢滤网卷制而成，所述过滤滚筒10上部安装有所述过滤截污收集桶12和所述集水槽20；

所述过滤截污桶12顶面制有凸耳23和提手24，底部与所述过滤滚筒10的桶面接触处安装有与所述过滤滚筒10桶面配合使用的弧形刮板25，并且所述过滤截污桶12与所述集水槽20接触的一侧制有卡钩21，所述凸耳23限位所述过滤截污收集桶12于所述滚筒过滤箱18顶部开口处的板面上，将所述过滤截污收集桶12固定于所述滚筒过滤箱18，所述提手24用于提起或放入所述过滤截污收集桶12，从而定期清理所述过滤截污收集桶12内的污物；

所述弧形刮板25紧贴所述过滤滚筒10，并与所述过滤滚筒10的间距不超过1mm，所述过滤滚筒10转动时将附着在所述过滤滚筒10的污物刮下，并且刮下的污物随所述过滤滚筒10的转动甩入所述过滤截污收集桶12内，同时，所述过滤滚筒10转动时甩出的水流也会将污物冲击进入所述过滤截污收集桶12内；

所述集水槽20的底部制有与所述过滤滚筒10的圆形桶面相配合的弧形面形状开口，并且与所述过滤滚筒10的桶面接触处的所述开口边缘安装有防漏胶条用于防止雨水泄露；所述过滤截污收集桶12与所述集水槽20的接触面相通，用于收集所述过滤滚筒10转动时甩入所述过滤截污收集桶12内的污物；并且所述集水槽20上制有与所述卡钩21配合插接的钩套22，使得所述过滤截污收集桶12与所述集水槽20固定，并且所述集水槽20与所述过滤截污收集桶12接触处边缘制有防漏胶条；

雨水经过所述旁通分支雨水管11冲下并沿过滤滚筒10切线方向冲击所述过滤滚筒10使其快速滚动，将雨水中的污物或所述弧形刮板25刮下的污物甩入所述过滤截污收集桶12内，过滤后的雨水经过所述过滤滚筒10的孔洞流入所述滚筒过滤箱18内，污物进入所述过滤截污收集桶12；

过滤后的雨水再次通过安装于所述滚筒过滤箱18的底部的所述二级过滤网19过滤后流入蓄水池5；

所述蓄水池5底部安装有紫外线消毒灯管7和潜水泵8，所述紫外线消毒灯管7对进入池中的雨水进行消毒处理，所述潜水泵8与输水管3连通，所述输水管3与外部用水设备连通，同时，所述蓄水池5顶部安装有蓄水池检修口13和通气溢流管14，用于检修和暴雨时雨水的溢流。

本例中，所述一级过滤网9为(18目)不锈钢过滤网，所述二级过滤网19为(120目)不锈钢滤网，所述过滤滚筒10为不锈钢滤网(120目)卷制包围而成，进一步提高过滤效果。

本例中，所述集水槽20侧腰为弧形面，用以增大其容水量，容纳收集从所述旁通分支雨水管11流入的、来不及进入上述过滤滚筒10的雨水。

本例中，所述环形浮球挡板16为橡胶皮圈，增强两者之间接触时的密封性。本例中，所述落水管6竖直方向为下螺旋管道设计，进一步提高整流效果。

根据暴雨强度公式：

q----暴雨强度[l/(s·hm²)]；

a1----雨力参数(mm)

t----降雨历时(min),本例中按照降雨5分钟降雨量计算：

t----为重现期(年)，重现期为2年；

c----雨力变动参数

b----降雨历时修正参数(min)

n----暴雨衰减指数

查表得烟台地区a1＝6.912mm/min；c＝1.067；b＝9.018；n＝0.609；

代入数据，根据公式得

屋面积水量公式：

q----屋面积水流量(l/s)；

ψ----径流系数，本例中取0.9；

f----汇水面积(m²)，本例中取100m²；

所得屋面积水流量q＝2.749(l/s)

确定5分钟内所述弃流容器17的弃流容积为300×2.749＝824.7dm³＝0.825m³

过滤滚筒10的直径为dn200mm，长度为0.8m；滚筒过滤箱18的尺寸为长×宽×高＝1m×1m×1m。

按照两年一遇暴雨强度，取降雨历时t＝1h，得暴雨强度为115.707l/(s·hm²)，屋面积水量为1.041l/s，则蓄水池的容积为60×60×1.041＝3748.907l＝3.749m³。

设计蓄水池5的长×宽×高＝2m×2m×1m。

成本如表1所述。

表1分散式雨水收集设备成本估计表

以烟台地区100m²的住宅为例，取屋面径流系数0.8，一年内可收集雨水量为53.2m³，那么按照烟台地区的水价3.55元/吨计算，一年内可节约的水价为188.86元，2.7年内可收回成本。经调研组计算，仅烟台地区的院落式住宅，一年内可节省标准煤275吨。

随机对烟台地区2016年5月份连续三次的降雨进行分析，分别取弃流—截污装置内和蓄水池出水口的雨水进行检测，水质指标如表2所示。以上指标，均满足《城市污水再生利用—城市杂用水水质》(gb/t18920-2002)以及《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(gb50400-2006)中规定的处理后雨水指标。

表2雨水水质指标变化

以烟台为例，设计于烟台的系统装置整套成本在600元左右，非常有利于进行市场推广使用，经过调研，在烟台100m²的屋面每年可收集的屋面雨水为53.2m³，仅就烟台地区的院落式住宅来说，可节约标准煤275吨/年，减少co2排放72吨/年。如大范围使用，对于减少雨水排放、使雨水资源化、缓解水资源危机、减少自来水处理及输送的能耗、节水节能减排具有重要意义。