一种温室大棚的雨水收集系统以及水资源循环利用系统的制作方法

本实用新型属于温室大棚设备技术领域，具体涉及一种温室大棚的雨水收集系统以及水资源循环利用系统。

背景技术：

我国的人均水资源匮乏，而农业用水又占淡水资源利用的很大一部分，塑料温室大棚范围内的雨水回收利用对提高农业用水效率有重要的意义。

天然雨水虽然水质良好，其COD平均为20～60mg/L，SS平均小于20mg/L；但在降雨过程中，由于降雨对大气的淋洗作用，地面径流对下垫面表面沉积物以及表面建筑材料的分解析出物的冲刷作用，致使初期雨水污染程度较高。随着降雨的延续，雨水径流中污染物含量逐渐减少并趋于稳定，水质也逐渐提高。利用这一降雨规律，现有技术中的雨水收集系统通常是利用初期雨水弃流装置将污染物浓度较高的初期雨水弃之不用，然后再利用后期雨水收集装置把中后期雨水收集起来。

目前这种雨水收集系统还只是用于建筑及小区的雨水利用工程中，并未普及到温室大棚中；并且这种雨水收集系统还存在以下缺陷：(1)在降雨来势较猛但降雨过程较短时，初期雨水的比例较大而中后期雨水比例较小，这就导致雨水利用率非常低；(2)将污染较为严重的初期雨水直接排出至土壤中，也不利于环境保护。

技术实现要素：

本申请提供了一种温室大棚的雨水收集系统，该雨水收集系统能对初期雨水和后期雨水进行同时收集和处理，提高雨水利用率。

一种温室大棚的雨水收集系统，包括：

安装在大棚上的雨水汇流单元；

与所述雨水汇流单元相连的初期雨水弃流装置；

与所述雨水汇流单元相连的后期雨水收集装置；

与所述初期雨水弃流装置依次相连的污水预处理池和垂直流式人工湿地处理床；

用于储蓄经垂直流式人工湿地处理床净化的雨水和由后期雨水收集装置收集到的雨水的蓄水池；

用于控制所述初期雨水弃流装置或后期雨水收集装置工作的控制器。

本实用新型利用初期雨水弃流装置将污染较大的初期雨水依次排入污水预处理池和垂直流式人工湿地处理床中进行净化，从而大大改善初期雨水的水质，使得初期雨水也能加以利用，大大提高了雨水利用率。

作为优选，所述垂直流式人工湿地处理床包括至少两个串联的垂直流式人工湿地，所有垂直流式人工湿地处于同一水平面上，相邻两个垂直流式人工湿地之间通过虹吸管道相连通。

本实用新型将所有垂直流式人工湿地处于同一水平面上，因此建造垂直流式人工湿地处理床时无需挖深坑，降低建造成本；同时相邻两个垂直流式人工湿地之间通过虹吸管道串联连通，上游垂直流式人工湿地底部的水经虹吸管道吸取后进入下游垂直流式人工湿地的上层，由于虹吸管道的吸水过程较慢，因此初期雨水在垂直流式人工湿地中停留的时间得到有效延长，提高了初期雨水的去污效率。

作为进一步优选，所述垂直流式人工湿地处理床包括处于床底的防渗层，防渗层上设有至少一块立式隔板，立式隔板将垂直流式人工湿地处理床的床内空间分隔为至少两个垂直流式人工湿地，每个垂直流式人工湿地中由下至上依次填充有细砂层、填料层和土壤层；

所述虹吸管道设置在所述立式隔板中，所述虹吸管道的进水端处于上游垂直流式人工湿地的细砂层中，所述虹吸管道的出水端处于下游垂直流式人工湿地的土壤层上方。

虹吸管道的进水端处可以设置过滤嘴，以防止细砂堵塞虹吸管道。

本实用新型中，所述预处理池为用于对由所述的初期雨水弃流装置排出的初期雨水进行处理的活性污泥反应器；所述活性污泥反应器包括池体，所述池体的顶部设有与所述初期雨水弃流装置相连的进水口，所述池体底端的侧壁上分别设有排泥口以及与所述垂直流式人工湿地处理床相连的出水口。

作为优选，所述排泥口和出水口相对设置，并且排泥口所处高度低于出水口所处高度，所述池体的底部设有自所述出水口一侧向所述排泥口一侧延伸的弧形滑面。弧形滑面有利于使预处理池中产生的沉淀物以及活性变低的活性污泥更易聚集在排泥口，提高沉淀物和污泥的排出清理效率。

作为优选，活性污泥反应器的顶部设有用于向所述池体内通入空气的曝气装置。

作为优选，所述垂直流式人工湿地处理床也用于对由所述后期雨水收集装置收集的雨水进行净化；

所述污水预处理池的出水与所述垂直流式人工湿地处理床的上游相连，所述后期雨水收集装置的出水与所述垂直流式人工湿地处理床的中下游相连。

为了节约资源、减轻垂直流式人工湿地处理床的工作负荷，可以在后期雨水收集装置与垂直流式人工湿地处理床之间设有水质监测设备，根据水质监测设备的检测结果决定是否需要对后期雨水收集装置收集的雨水进行净化，若需要净化，则将后期雨水收集装置与垂直流式人工湿地处理床相连通；若不需要净化，则将后期雨水收集装置收集的雨水直接通入蓄水池中。

本实用新型中，所述雨水汇流单元包括：

拱形棚顶；

分别设置在所述拱形棚顶的弧形面底端的两个雨水收集槽；

与两个雨水收集槽的端部相连的T型或Y型汇流管；

所述雨水收集槽自远离汇流管的一端向靠近汇流管的一端倾斜设置。

拱形棚顶有利于雨水更快地进入雨水收集槽，倾斜设置的雨水收集槽也有利于雨水快速进入汇流管。

本实用新型还提供了一种温室大棚的水资源循环利用系统。该水资源循环利用系统包括所述的雨水收集系统，以及用于提高大棚内温湿度的加热加湿系统，所述加热加湿系统包括加热单元和加湿单元，所述加热单元包括与大棚相连的进气管路，所述加湿单元包括：

与所述雨水收集系统的蓄水池相连的进水泵；

用于将液态水转化为水蒸汽的超声波振荡器；

用于将水蒸汽输送到大棚内的布汽管路；

用于驱使水蒸气进入所述布汽管路的风机；

所述控制器用于控制所述超声波振荡器的启停。

该系统利用雨水收集系统收集的水质良好的水源作为加湿单元的水供给。

作为优选，所述水资源循环利用系统还包括用于降低大棚内温度和/或湿度的降温除湿系统，所述降温除湿系统包括排气管路，所述排气管路的其中一端与所述大棚相连，另一端与降温除湿室的进气端相连，所述降温除湿室内设有冷凝器，所述降温除湿室的出气端与所述进气管路相连；

所述降温除湿室的底部连接有用于收集凝结在冷凝器上的冷凝水的储水箱，所述储水箱与所述雨水收集系统的垂直流式人工湿地处理床或蓄水池相连。如此能够利用雨水收集系统中的净化设备对降温除湿系统中产生的冷凝水进行净化，也便于将冷凝水收集起来以便日后加以利用。

作为优选，所述水资源循环利用系统还还包括用于对大棚内作物进行灌溉的浇灌系统，所述浇灌系统与所述雨水收集系统的蓄水池相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

(1)本实用新型的雨水收集系统利用初期雨水弃流装置将污染较大的初期雨水依次排入污水预处理池和垂直流式人工湿地处理床中进行净化，从而大大改善初期雨水的水质，使得初期雨水也能加以利用，大大提高了雨水利用率。

(2)本实用新型的雨水收集系统将所有垂直流式人工湿地处于同一水平面上，因此建造垂直流式人工湿地处理床时无需挖深坑，降低建造成本；同时相邻两个垂直流式人工湿地之间通过虹吸管道串联连通，上游垂直流式人工湿地底部的水经虹吸管道吸取后进入下游垂直流式人工湿地的上层，由于虹吸管道的吸水过程较慢，因此初期雨水在垂直流式人工湿地中停留的时间得到有效延长，提高了初期雨水的去污效率。

(3)本实用新型的水资源循环利用系统利用雨水收集系统收集的净化水用于提高大棚内湿度、用于灌溉大棚内的作物，还利用雨水收集系统对降温除湿系统中产生的冷凝水进行净化和/或储蓄，大大提高了温室大棚周边的水资源循环利用率。

附图说明

图1为本实用新型一种温室大棚的水资源循环利用系统的结构示意图；

图2为图1中雨水收集槽在另一视角下的结构示意图；

图3为本实用新型一种温室大棚的水资源循环利用系统在另一视角下的结构示意图；

图4为图3中预处理系统的放大图；

图5为图1中加湿室处的放大图；

图6为图1降温除湿室处的放大图；

图7为图1中布汽管路在另一视角下的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。

实施例1

如图1和图2和图3所示，本实施例的温室大棚的水资源循环利用系统，包括雨水收集系统1，该雨水收集系统1包括大棚2的拱形棚顶10，拱形棚顶10的弧形面底端分别设置了一个条形的雨水收集槽11，两个雨水收集槽11的其中一端与T型汇流管12相连通，并且雨水收集槽11自远离汇流管12的一端向靠近汇流管12的一端倾斜设置。

如图2所示，除了在拱形棚顶10的弧形面底端设置雨水收集槽11外，还可以在与汇流管12相对的大棚2一端设置雨水收集槽11，这个雨水收集槽11的两端分别与拱形棚顶10弧形面底端的两个雨水收集槽11相连通，三个雨水收集槽11和汇流管12连成了一个“回”字型雨水汇流单元。

由图3可见，汇流管12与初期雨水弃流装置3相连，该初期雨水弃流装置3可以选用流量型初期雨水弃流装置，这种流量型初期雨水弃流装置是使用智能流量计测得雨水径流量，并由控制器按既定的编程完成弃流；该设备是现有技术，本实施例不再赘述；当然本领域技术人员也可以根据需要选用其他的初期雨水弃流装置。

如图4所示、结合图3可见，被初期雨水弃流装置3弃之不用的初期雨水经第一进水管30进入预处理池4中，第一进水管30上设置第一水泵31。本实施例中，预处理池4为用于对初期雨水进行处理的活性污泥反应器。该活性污泥反应器包括池体40，池体40的顶部设有与第一进水管30相连的进水口，池体40底端的侧壁上分别设有排泥口41以及与出水口42。

本实施例中，排泥口41和出水口42相对设置，并且排泥口41所处高度低于出水口42所处高度，池体40的底部设有自出水口42一侧向排泥口41一侧延伸的弧形滑面43；池体40外设有与排泥口41相接的污泥收集箱44。

池体40顶部还设有向池体40内通入空气的曝气装置45，曝气装置45同时也具有搅拌功能。

池体40的出水口42通过连通管道46与垂直流式人工湿地处理床5相连，该连通管道46上依次安装有第二水泵47和第一出水检测装置48。第一出水检测装置48用于检测预处理池4的出水质量，如果检测到出水质量不适宜进入垂直流式人工湿地处理床5，那么控制器将打开第一阀门49和第三水泵410，预处理池4的出水将会进入回流管411，经回流管411返回进水口，进行再次处理。

如图3所示，本实施例中，垂直流式人工湿地处理床5包括处于床底的防渗层51，防渗层51上设有至少一块立式隔板52，立式隔板52将垂直流式人工湿地处理床5的床内空间分隔为至少两个垂直流式人工湿地53，每个垂直流式人工湿地53中由下至上依次填充有细砂层54、填料层55和土壤层56；所有垂直流式人工湿地53处于同一水平面上，相邻两个垂直流式人工湿地53之间通过虹吸管道57串联连通。

虹吸管道57即设置在立式隔板52中，虹吸管道57的进水端处于上游垂直流式人工湿地53的细砂层54中，而虹吸管道57的出水端则处于下游垂直流式人工湿地53的土壤层56上方。并且，为了防止虹吸管道57被堵，虹吸管道57的进水端还带有过滤嘴58。

经过各个串联的垂直流式人工湿地53依次处理后，处理出水先被虹吸管道57收集到检测池59中，安装在检测池59中的第二出水检测装置510对出水进行检测，检测合格的出水可以在第四水泵511的作用下从出水管512排出至蓄水池513；控制器还用于根据第二出水检测装置510的检测结果控制第四水泵511的启停。

如图3所示，从汇流管12流入的中后期雨水则在第五水泵60的作用下进入净水管6中，第三出水检测装置61对净水管6中的雨水进行检测，如果达到了第二出水检测装置510的排水标准，则雨水从第一净水支管62直接进入蓄水池513中；如果没有达到第二出水检测装置510的排水标准，则雨水从第二净水支管63进入垂直流式人工湿地处理床5的中下游，进行再净化。第一净水支管62和第二净水支管63上均安装有第二阀门64，控制器还用于根据第三出水检测装置61的检测结果控制这两个第二阀门64的启闭。

如图1所示，本实施例的温室大棚的水资源循环利用系统还包括用于检测大棚内温湿度的温湿度传感器20，用于提高大棚内温湿度的加热加湿系统，以及用于降低大棚内温度和/或湿度的降温除湿系统7，控制器还用于接收温湿度传感器20的检测信号并根据检测结果控制加热加湿系统或降温除湿系统7工作。

本实施例在大棚内的不同高度上分别设置了温湿度传感器20，以提高温湿度传感器20的检测精度，还便于对大棚2各个高度的空气层进行单独的温湿度检测和调节。

如图1所示、结合图5可见，加热加湿系统包括加湿单元7。该加湿单元7包括加湿室70和第二进水管71，第二进水管71与蓄水池513相连且安装有第六水泵72，加湿室70内安装有与第二进水管71相连、且用于将液态水转化为水蒸汽的超声波振荡器73；加湿室70的顶部连接有用于将水蒸汽输送到大棚2内的布汽管路，在布汽管路与超声波振荡器73之间，加湿室内还设有用于除去水汽中细菌的过滤层74(避免细菌对大棚内植物有害)以及驱使水蒸气进入布汽管路内的第一风机75。

蓄水池513内的储水除了可以用于加湿单元7，还可以与大棚2内用于作物进行灌溉的浇灌系统相连通，用于浇灌作物。

如图5所示、结合图7可见，本实施例中，布汽管路包括一根竖直设置的布汽总管76，这根布汽总管76连接有多根布汽支管77(本实施例设置了三根)，所有布汽支管77均绕大棚2内周壁呈环形或U型布置但所处高度不同，每根布汽支管77上均设有若干布汽孔78。

本实施例中，每根布汽支管77上设有两排布汽孔78，两排布汽孔78的开口分别倾斜向下或倾斜向上布置。如此可以扩大布汽孔的水汽扩散范围。并且，布汽总管76或布汽支管77上设有用于控制相应布汽支管77的布汽状态的第三阀门79，控制器用于根据处于不同高度上的温湿度传感器的检测信号控制各个第三阀门79的启闭。与将第三阀门79设置在布汽支管77上相比，将第三阀门79设置在布汽总管76上可以缩短水汽在布汽总管76内的无效行程，降低超声波振荡器73和第一风机75的能耗。

如图1所示，加热加湿系统包括加热单元8。该加热单元8包括进气管路，该进气管路包括一根竖直设置的进气总管80，以及与进气总管80相连的多组进气支管81(本实施例设置了三组)，每组进气支管81的进气口均处于大棚2侧壁上但所处高度不同，同属一组的进气支管81平行设置且至少有两根。每根进气支管81上均设有加热器82和第二风机83；控制器用于控制各个加热器82和第二风机83的启停。当温湿度传感器20检测到大棚2内温度偏低时，控制器开启加热器82和相应的第二风机83。

如图1所示、结合图6可见，降温除湿系统9包括排气管路，排气管路包括一根竖直设置的排气总管90，以及与排气总管90相连的多组排气支管91(本实施例设置了三组)，每组排气支管91的排气口均处于大棚2侧壁上但所处高度不同，同属一组的排气支管91平行设置且至少有两根。

排气总90管的另一端与降温除湿室92的进气端相连，降温除湿室92内设有冷凝器93，该冷凝器93与处于降温除湿室92外的压缩机94、热交换器95和安全阀96是通过制冷剂循环管道97依次相连的；冷凝器93的出气端连接有出气管98，出气管98分别通过第一出气支管99和第二出气支管910与进气总管80相连通，其中，第二出气支管910通过热交换器95；第一出气支管99和第二出气支管910上均设有第四阀门911，控制器还用于控制第一出气支管99和第二出气支管910上的第四阀门911的在不同情况下启闭。

如图1所示，每根排气支管91上均设有第三风机912，控制器还用于控制第三风机912在不同情况下启停。

当温湿度传感器20检测到大棚2内温度和/或湿度过高时，控制器启动第三风机912和压缩机94，压缩机94压缩制冷剂循环管道97内的制冷剂气体，使制冷剂的压力和温度升高，高温的制冷剂流经热交管器95后，热量被热交换器95、第二出气支管910内的气体带走，制冷剂继而冷却并液化，当高压的液体制冷剂流经安全阀96时，由高压区流向低压区，使得液体制冷剂急速膨胀并蒸发，在蒸发的过程中流经冷凝器93，吸收进入降温除湿室92内的高温高湿气体中的热量，从而降低高温高湿气体的温度并使水汽凝结，最后从降温除湿室92的出气端流出的气体就是低温低湿空气了；低温低湿空气可以通过第一出气支管99或第二出气支管910返回到进气总管80中，当需要对低温低湿空气进行加热时，控制器即开启第二出气支管910的第四阀门911，当不需要对低温低湿空气进行加热时，即开启第一出气支管99的第四阀门911；第二出气支管910和加热器82可以单独使用，也可以联合使用。

降温除湿室92的底部还连接有储水箱913；储水箱913用于接收凝结在冷凝器93表面的水珠，储水箱913的排水管914上设有第四出水检测装置，第四出水检测装置对排水管中的水进行检测，如果达到了第二出水检测装置的排水标准，则水从第一排水支管直接进入蓄水池中；如果没有达到第二出水检测装置的排水标准，则水从第二排水支管进入垂直流式人工湿地处理床的中下游，进行再净化。第一排水支管和第二排水支管上均安装有第五阀门，控制器还用于根据第四出水检测装置的检测结果控制这两个第五阀门的启闭。