一种建筑小区雨水回用系统

本发明属于生态环境领域，具体涉及一种集流量探测计、控制阀、雨水分离单元、贮水池、提升泵、止回阀、预沉池、抽真空装置、深度净化单元、蓄水箱于一体的建筑小区雨水回用系统。

背景技术：

当前我国由于快速城镇化硬化地面大幅增加，表现出洪涝灾害频发、水环境恶化、水资源短缺、水生态破坏等城市雨水系统问题，严重影响人民生产、生活和城市有序运行。但雨水作为丰富的优质淡水资源，通过对其回收处理实现雨水资源化利用，能有效缓解我国城市水资源短缺问题。同时，为应对城市水涝灾害频发对传统排水理念和模式提出的挑战，我国提出“海绵城市建设”这一绿色且可持续的建设理念。通过充分发挥包括建筑小区在内的多种生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，并结合对吸纳雨水的资源化回用处理，不仅能有效控制雨水径流，缓解城市水文效应受到破坏而带来的一系列水系统问题，还能显著缓解城市水资源短缺现状。

我国虽一直积极投入雨水回用建设工程，但很多方面仍不完善：传统雨水回用系统应对不同降雨强度时，雨污分离稳定性差，无法对雨水进行净化，分离单元效果欠佳且功能单一。其后续雨水净化过程较为繁琐，技术要求较高，对雨水均进行深度净化处理，未采取雨水水质分级回用，系统运行成本较高。雨水消毒处理仍普遍采用投加化学药剂，容易使水体产生二次污染。因此，研发一种雨污分离稳定性强，同时还能对收集雨水进行净化，且后续雨水处理技术要求不高，无化学试剂投加进行杀菌消毒，在显著降低系统运行成本同时实现雨水水质分级回用的新型建筑小区雨水回用系统势在必行。在实现生态效益、社会效益及经济效益统一的同时，推进海绵城市的进一步建设。

技术实现要素：

针对当前市面上现有传统雨水回用系统普遍存在的弊端，本发明目的在于设计一种雨污分离稳定性强，有效分离雨水兼具净化作用，后续雨水处理技术要求不高，能实现雨水水质分级回用，不投加化学试剂进行杀菌消毒的建筑小区雨水回用系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种建筑小区雨水回用系统，该系统包括流量探测计101、控制阀102、雨水分离单元103、贮水池104、提升泵105、止回阀106、预沉池107、抽真空装置108、深度净化单元109和蓄水箱110；

所述的流量探测计101设置于流入系统的雨水管道内，用于监测管内流量大小，并连接所述的控制阀102，通过发送信号实现控制阀102的启闭状态切换，使雨水流入不同尺寸的雨水分离单元103中；

所述的控制阀102、雨水分离单元103、贮水池104、提升泵105和止回阀106设置于同一地下泵房内；

雨水分离单元103连接市政污水管道和贮水池104，贮水池104上方设置提升泵105；当雨水流入所述的雨水分离单元103，其中初期雨水经过滤处理后，排入市政污水管道中。而中后期雨水则进行过滤、吸附和酸碱中和等处理，并流入所述的贮水池104中，再经所述的提升泵105加压，输送至所述的预沉池107中。

所述的止回阀106设置于所述的提升泵105与所述的预沉池107的连接管道上，防止雨水倒灌回所述的贮水池104中。

所述的预沉池107末端连接深度净化单元109，二者之间的管道上设置抽真空装置108；深度净化单元109的末端连接蓄水箱110；当雨水需深度净化处理，启动所述的抽真空装置108抽取其所连管道内气体，雨水在虹吸作用下从所述的预沉池107流动至所述的深度处理单元109进行深度净化。

所述的深度处理单元109会对雨水进行紫外线杀菌消毒处理，且装置内设置的电极板会直接电解氧化有机物，同时电解雨水产生的微气泡还能吸附包裹雨水中残余悬浮颗粒，使其浮于水面被吸渣机去除。最后，经所述的深度处理单元109处理后的雨水流入所述的蓄水箱110内进行储存，如需用水可随时从蓄水箱110内调用。

进一步地，所述的雨水分离单元103包括大尺寸雨水分离单元103(a)和小尺寸雨水分离单元103(b)；二者并联；所述的控制阀102设置于大尺寸雨水分离单元103a所连管道上。

进一步地，所述的雨水分离单元103与市政污水管道之间设置箱体，位于雨水分离单元103下方，箱体排水口直接与市政污水管道相连，初期雨水流入雨水分离单元103时会直接流入箱体，并经箱体下方排水口流入市政污水管。下方箱体内设有浮球，且箱体进水口管径大于其出水口管径，实现在雨水不断流入箱内时，浮球能因流量差而随箱内水位上下浮动，并最终堵住箱体进水口。

进一步地，所述的大尺寸雨水分离单元103(a)和小尺寸雨水分离单元103(b)又各自包括仅由双层滤网构成的第一处理单元，以及由双层滤网和放置在其滤网中间的净化物质活性炭和碱性物质所组成的第二处理单元；第一处理单元对经过的雨水只起过滤作用，下方设置箱体，箱体下方与市政污水管道相连。第二处理单元实现过滤、吸附和酸碱中和多重净化，处理对象仅为中后期雨水。

进一步地，所述的贮水池104为暂时存储雨水，保证所述的提升泵105的吸水稳定性，使雨水加压直接输送至预沉池108。当未有雨水流入贮水池104，池内雨水也无法被提升泵105抽吸，剩余雨水可从池内左下方排水口清除。

进一步地，所述的预沉池107从左往右分别设置进水口、排污口、排水口和出水口。且预沉池107呈现敞开状态，无需封闭。经进水口流入的雨水完成预沉处理后，雨水可停留于池内，或者经启动抽真空装置108，使雨水在虹吸作用下从池内出水口流出，并随管道流入所述的深度处理单元109。沉淀雨水产生的污物，可从左下方排污口进行清除。若需直接利用池内雨水，可从池内右下方排水口处输水调用或者从水池表面设管抽水。

进一步地，所述的深度净化单元109内部设置流量探测计、吸渣机和一定数量均匀布置的紫外线灯管和电极板。当雨水不断流入且水位高度淹没流量探测计时，吸渣机、紫外线灯管和电极板通电启动。通过对雨水紫外线照射，显著降低水体病原微生物数量，实现系统具有杀菌消毒功能同时，避免因投加化学药剂而产生二次污染隐患。通电的电极板可直接电解氧化水体中有机物，其还能产生各种活性物种，对水体进行脱色除臭。同时电极板电解雨水可产生微气泡，水体中细小悬浮颗粒会被微气泡吸附并浮至水面，配合设置靠近右上方出水口的吸渣机，完成对水体中细小悬浮颗粒的去除。深度净化单元109通过调节电流大小来控制气泡产生的速率及数量、调节功率大小来控制光照强度和除去悬浮颗粒性能。

一种建筑小区雨水回用系统的使用方法，具体如下：

降雨初期，雨水经雨水管道流入雨水分离单元103内进行初期雨水分离。若初期降雨强度较大，流量探测计101监测到管内流量较大，其通过发送信号使控制阀102呈开启状态，则雨水管道内的雨水会同时流入雨水分离单元103(a)和雨水分离单元103(b)，保证系统雨污分离稳定性。若初期降雨强度较小，流量探测计101反之使控制阀102呈关闭状态，则雨水管道内的雨水仅流入雨水分离单元103(b)，保证系统有效分离初期雨水的同时，实现清洁雨水的稳定回收。

由于雨水分离单元103的第一处理单元下方箱体与市政污水管道直接相连，所以当初期雨水流入雨水分离单元103，首先会经设有双层滤网的第一处理单元的过滤处理，然后流入下方箱体，随后直接排至市政污水管道。当初期雨水不断流入雨水分离单元103下方箱体，箱内浮球由于箱体进出水口存在显著管径差，进而存在流量差使得浮球上下移动，当浮球上升到设计高度并堵住箱体进水口时，即完成雨污分离过程。随后进入雨水分离单元103的中后期雨水，在经过其第一处理单元过滤处理后，少量流入箱体用于维持箱内水位高度和对箱内进行一定清洗，大量则会继续流入至其第二处理单元。第二处理单元不仅设有双层滤网，且在双层滤网中间还设置有碱性物质和活性炭，故会对流入的雨水起到过滤、酸碱中和及吸附等净化作用。当雨水分离单元103完成雨水的分离和净化作用后，雨水会流入贮水池104进行短暂停留。随后提升泵105启动，从贮水池104内抽吸雨水，并经管道输送至预沉池107内。若雨水分离单元103未有雨水继续进入贮水池104，且提升泵105无法再从池内抽取雨水时，剩余雨水可从池内排水口排出。同时为防止预沉池107内水倒灌回贮水池104，所以在输水管道上设置止回阀106。当雨水进入预沉池107，可在池内长时间停留，同时预沉池107会使雨水中未被过滤的可沉物和漂浮物沉淀至池底，随后其沉淀物通过池内左下方的排污口进行排污清除。而当建筑小区内紧急需要用水且对水质要求不高，例如补充消防用水时，可从预沉池107右下方排水口输水供给，或直接于池面设吸水管吸水供给。当预沉池107池内水量过多或者需对雨水进行进一步净化处理，可开启抽真空装置109抽取倒u型管道内的气体，使池内雨水在虹吸作用下经倒u型管道流入深度净化单元109进行进一步净化处理。

深度净化单元109包括了电极板、紫外线灯管、吸渣机、液位探测器等设施。当雨水流入深度净化单元109，水位不断上升并淹没液位探测器时，液位探测器会发送信号使电极板、紫外线灯管和吸渣机启动。在后续水位继续上升过程中，电极板会电解雨水产生微气泡，吸附并包裹存在于雨水中的细小悬浮颗粒，使其上浮到水面，降低水体中ss含量。并且电极板能直接电解氧化水体中有机物，被电解的雨水还会产生o³、ocl^-、·oh活性物种，降低水体cod含量的同时，对水体起到脱色、除臭作用。同时通电的紫外线灯管会对水体进行辐射照射，水体中病原微生物受到紫外线的辐射造成损伤，并被破坏核酸致死，使深度净化单元109兼具杀菌消毒功能。待水位上升靠近深度净化单元109右上方出水口时，浮于水面的悬浮小颗粒会被安置于出水口前的吸渣机吸走并排出，雨水会自出水口流出，并最终经管道流入蓄水箱110内进行存储。

总之，本系统通过浮球分离技术，不仅能有效分离初期雨水，设置的流量探测计、控制阀和不同尺寸雨水分离单元，还能有效保证系统的雨污分离稳定性。预沉池不仅能除去雨水中的可沉物和漂浮物，也因雨水可在其内部长时间停留，所以能将其用于建筑小区内的“雨水花园”建设，促进提升雨水水质的同时，也提升了建筑小区的居住环境品质。利用电气浮和紫外线消毒技术进行深度净化处理，不仅能除去水中细小悬浮颗粒和电解氧化水中有机物，降低水体ss含量和cod含量，还能对水体进行物理性杀菌消毒，减少水体有害病原微生物数量的同时，防止水体产生二次污染。该系统的使用和普及，能更好帮助建筑小区对雨水进行合理的回用，促进建筑小区的雨水资源化利用。

本发明所设计的建筑小区雨水回用系统，与传统雨水回用系统相比具有以下优点：

(1)雨污分离稳定性强且兼具净化作用。通过流量探测计、控制阀和不同尺寸雨水分离单元的共同作用，实现本系统在不同降雨强度下均能有效分离初期雨水。同时在分离初期雨水和中后期雨水的过程中，对两者都进行不同程度的净化处理。

(2)实现雨水水质分级回用。根据用户对不同水质的要求，可对收集雨水进行由过滤、吸附、酸碱中和、沉淀所组成的初步净化，或由过滤、吸附、酸碱中和、沉淀、电气浮和杀菌消毒组成的深度净化，两者净化通过抽真空装置控制切换，使用方便简易，并且其多种处理技术要求适中，实现了雨水经济净化处理。其中预沉池还可根据小区内的建设要求将其改造为“雨水花园”，提升小区居住环境品质。

(3)“清洁消毒”。雨水采用紫外线照射的杀菌消毒处理技术，其技术拥有灭菌范围广、效果好、无须投加化学药剂、使用简便、无二次污染等显著优点，避免了化学药剂的使用，进一步保证雨水水质安全。

附图说明

图1一种建筑小区雨水回用系统结构示意图。

图2一种建筑小区雨水回用系统平面布置图。

图1中：101流量探测计、102控制阀、103雨水分离单元、104贮水池、105提升泵、106止回阀、107预沉池、108抽真空装置、109深度净化单元、110蓄水箱；

图2中：103(a)大尺寸雨水分离单元、103(b)小尺寸雨水分离单元，其余同图1所示。

具体实施方式

图1和图2分别是一种建筑小区雨水回用的系统结构示意图和平面布置图，由图1中可知，一种建筑小区雨水回用系统，包括流量探测计101、控制阀102、雨水分离单元103、贮水池104、提升泵105、止回阀106、预沉池107、抽真空装置108、深度净化单元109、蓄水箱110；由图2中可知，雨水分离单元103还分别设计大尺寸雨水分离单元103(a)和小尺寸雨水分离单元103(b)，两者呈并列布置，其下方箱体均连接市政污水管道。雨水分离单元103后接贮水池104，提升泵105从贮水池104内吸水并加压输送至预沉池107，止回阀106设置于提升泵105与预沉池107所连管道上。预沉池107部分裸露地面，其后续由倒u型管道连接深度净化单元109，抽真空装置108设置于地面并与倒u型管道直接相连。蓄水箱110经管道连接于深度净化单元109后方。

所述的流量探测计101设置于雨水管道内，所述的控制阀102设置于大尺寸雨水分离单元103(a)所连管道。若降雨强度较大，流量探测计101监测管内流量较大，从而使控制阀102处于开启状态，实现所述的大尺寸雨水分离单元103(a)与小尺寸雨水分离单元103(b)同时工作，保证系统雨污分离稳定性。若降雨强度较小，流量探测计101反之使控制阀102处于关闭状态，实现所述的小尺寸雨水分离单元103(b)单独工作，实现雨污分离同时，保证对清洁雨水的收集。

所述的雨水分离单元103由双层滤网所组成的第一处理单元、由双层滤网、碱性物质和活性炭所组成的第二处理单元所构成。当雨水流入所述的雨水分离单元103，初期雨水只经第一处理单元过滤处理，随后流入第一处理单元下方箱体，进而被排入市政污水管道，此阶段为系统雨污分离过程。由于箱体内设有浮球，且其进水口管径显著大于其出水口管径，所以当雨水不断流入箱内时，存在显著流量差而带来的浮球上下浮动，当浮球上升到设计水位高度并堵住箱体进水口时，即雨污分离过程完成，后续流入雨水均为中后期雨水。当雨污分离结束，流入系统的中后期雨水经第一处理单元过滤处理后，其少量流入箱体用于维持浮球水位高度和对箱内进行清洗，而大量则会流入第二处理单元进行过滤，第二处理单元设有双层滤网，且在双层滤网中间还设有碱性物质和活性炭，故会对流入雨水起过滤、酸碱中和及吸附等净化处理，最终流入所述的贮水池104内。

所述的提升泵105直接从所述的贮水池104中抽取雨水，将雨水加压输送至所述的预沉池107内。所述的止回阀106设置于提升泵105与预沉池107所连管道中，防止预沉池107内雨水倒灌回贮水池104中。

所述的预沉池107用于沉淀雨水中大部分可沉物和漂浮物，并经左下方底部排污口将其清除，降低雨水中ss含量。因雨水需长时间停留于预沉池107内，故可将预沉池107改造为小区内“雨水花园”建筑物，促进小区雨水资源利用同时，提升小区居住环境品质。其池内雨水也可应用于建筑小区内一些对水质要求不高的用水途径，例如可作为消防备用水源。当雨水需进行深度净化时，可启动所述的抽真空装置108抽吸其所连管道内的气体，通过虹吸原理将预沉池107内雨水经倒u型管道输送至所述的深度净化单元109，实现雨水水质分级回用。

所述的深度净化单元109包括电极板、紫外线灯管、吸渣机和液位探测器等构件。当雨水不断流入，并使水位淹没液位探测器时，液位探测器通过发送信号控制电极板、紫外线灯管和吸渣机启动。电极板电解雨水产生的微气泡(h2、o2)能吸附包裹雨水中的细小悬浮颗粒使其浮于水面，并在吸渣机的共同作用下完成对细小悬浮颗粒去除，降低雨水中ss含量。同时电极板也能直接电解氧化雨水中的有机物，并产生o³、ocl^-、·oh等活性物种，在降低雨水cod含量同时，对雨水起到进一步除臭和脱色作用。并且利用紫外线照射这一物理性消毒方法，水体中病原微生物因受紫外线辐射造成损伤并被破坏核酸致死，对雨水进行杀菌消毒，不仅能显著减少水体中病原微生物数量，还避免因投加化学药剂而带来的水体二次污染隐患，进一步保障雨水水质安全。当雨水经深度净化单元109完成深度处理后，直接经管道流入所述的蓄水箱110内存储。

进一步地，所述的雨水分离单元103设置其第一处理单元下方箱体排水口与市政污水管道直接相连。其中滤网所拦截污物可在降雨结束后进行清除，同时放置于双层滤网间的活性炭和碱性物质也可在降雨结束后进行更换，并可根据当地雨水污染程度来放置合适数量的净化物质。所述的雨水分离单元103可在系统内设置不同尺寸的处理单元和箱体，保证系统在不同降雨强度下的雨污分离稳定性。

进一步的，所述的贮水池104用于临时蓄积雨水，保证所述的提升泵105的吸水稳定性。同时在降雨结束后，即雨水分离单元103未有雨水继续进入贮水池104，且所述的提升泵105无法再从池内抽取雨水时，剩余雨水可通过池内右下方排水口排出。

进一步的，所述的控制阀102、雨水分离单元103、贮水池104、提升泵105、止回阀106皆设置于同一地下泵房内。

进一步的，所述的预沉池107的进水口设置于左侧池壁下方，与所述的提升泵105的管道直接相连。其出水口设置于右侧池壁中部，预沉池107与深度净化单元109采用倒u型管进行连接。

进一步的，所述的预沉池107内雨水需用于对水质要求不高的用水途径时，雨水可从池内右下方排水口流出供给，或从池上方设管抽取供给。若池内水量过多或需对雨水进行深度处理，雨水可从池内出水口流入后续处理单元进行后续净化处理，再另外进行存储。

进一步地，所述的深度净化单元109通过调节电流、功率大小来控制其除去颗粒性能和紫外线光照强度。