一种有助于治污减霾的城市中水回用生态化系统的制作方法

本发明涉及城市中水回用管网领域及树木绿植的生态功能强化领域，特别涉及一种有助于治污减霾的城市中水回用生态化系统。

背景技术：

世界已进入高效发展时代，我国北方城市基本都缺水少水，且北方城市的绿化面积普遍在30~40%左右，也是缺水少水的主要原因导致；而城市的生活废水处理方式为直接进入下水道，然后经过输水管流到污水处理厂处理成中水，由于城市建设中水回用管网成本高昂，目前中水管网较少，只能直接排入人工湖泊或河道白白流走，导致目前城市中水回用率普遍在20~30%左右，相当于浪费了巨量可利用的水资源。另一方面，城市树木绿植用水的需求量随着城市绿化率和绿化面积的不断提高，需水量也越来越大，目前使用自来水或洒水车运输中水的方式进行树木绿植的灌溉，但使用成本较高，也导致中水回用量很难迅速提高，城市树木绿植普遍处于缺水少水状态，基本靠降雨灌溉，不确定性和降雨量无法控制。

技术实现要素：

每年北方城市盛夏晴热高温时节，经常出现长期无雨无水天气，树木绿植只能维持存活状态，不能充分发挥树木绿植绿叶的蒸腾作用及光合作用等生态功能，而蒸腾作用占树木绿植水代谢量的99%以上；高温晴好天气下，缺水少水的树木绿植的蒸腾及光合作用等生态功能只能不发挥或只能发挥很小的一部分，所以，北方城市绿化不仅要加大绿化面积，而且要发挥好树木绿植的生态功能，提高城市中水使用量和效率势在必行。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种有助于治污减霾的城市中水回用生态化系统，所述系统由中水供水管、供暖管网、中水输水管、云端服务器和客户端app构成；

所述中水供水管一端与污水处理厂连通；

所述中水供水管另一端与供暖管网连通；

所述供暖管网上连接有中水输送管；

所述中水输送管与城市植被灌溉系统连通。

所述中水供水管与供暖管网之间设置有第一阀门，供暖管网上与中水输送管之间设置有第二阀门，中水输送管与城市植被灌溉系统之间设置有第三阀门，所述第一阀门、第二阀门和第三阀门上均设置有流量传感器。

所述供暖管网内设置有若干个换热站，换热站内安装有智能控制柜及电泵，智能控制柜控制电泵的启停及流速流量，并且记录启停时间和用水量参数；所述智能控制柜与云端服务器连接，用于实时上传电泵的启停状态及流速流量。

所述城市植被灌溉系统内设置有土壤温度水分传感器及空气温湿度传感器；所述土壤温度水分传感器与云端服务器连接，用于实时上传土壤温度及含水量；所述空气温湿度传感器与云端服务器连接，用于实时上传空气温度和湿度。

污水处理厂利用重力作用从高向低不间断注入中水进入蓄水池，蓄水池中的中水流入供暖管网，然后换热站各取水口通过电泵抽出或重力作用压出中水使用。

所述中水供水管、供暖管网和中水输水管均使用防腐、防垢、抗菌及耐热150度的pp/pe玻纤复合类管材。

所述城市植被灌溉系统内设置地表输水管，输水管在绿化带中央从高到低布放，输水管正下方有孔洞对树木绿植灌溉。

所述供暖管网的供热水管之间架设带阀门的旁路管道，并对换热器进行隔离，实现中水接入小区内的支线供暖管路，并关闭所有支线供暖管路的回水阀门，同时关闭所有进入楼宇单元或/和房间的供暖进回水管道阀门，形成中水输水管道对绿化区域或街道绿化带进行灌溉；或中水主管网通过设置的管道及阀门连接生活小区或/和楼宇的绿化用水管道或/和街道两侧的消防管道，做为中水供水末端使用，同时，安装水泵并使用换热站的水泵进行按时按需供水；供水结束后，排空中水并保养管道，关闭换热器旁路阀门，切换到供暖管路状态即可进行供暖；供水末端使用下渗式输水管或/和喷头装置，根据输水管灌溉的面积，输水管为直径10~20厘米，根据灌溉需要可延伸长度的软体下渗式输水管，下渗式输水管正下方有下渗孔，下渗孔直径径为1~3厘米，孔距为1~2米，下渗孔配置可拔插的可调节孔塞，调节出水间距及出水量，根据输水的远近来调节出水量达到为树木绿植均匀供水的目的。

所述云端服务器提供中水灌溉策略，提前输入每天城市各区县的天气预报及实时数据：空气温度、空气湿度、风速、风向、日出/日落时间、日照强度、晴天/雨天、雨量、土壤温度、土壤水分、土壤ph值、灌溉绿地面积，绿地树木总量，每天可用中水量、库存中水量及各区县分配水量及细分小区街道中水量等参数，每天根据实际发生的气象情况，按照各区县细分的各个生活小区或/和楼宇设置的中水灌溉站，对灌溉面积、灌溉时间、灌溉速度、中水用量进行反馈，并统计各数据信息，白天按小时记录不同时段的流速流量的中水量；利用城市各区县树木绿植的生态功能，建立中水灌溉大数据智能分析决策系统，建立天空地一体化的智能水信息监测网络，构建中水循环效率生态物联网城市地图。

所述城市中水回用生态化系统还包括客户端app，该客户端app上设置有控制软件，所述app控制软件与云端服务器通过物联网、3g、4g、5g、wifi、zigbee或者因特网连接；该客户端具备注册、登录、预约、查询、定位及报警功能；所述云端服务器的数据实时显示在该客户端，该客户端实时查询云端服务器的数据，并且通过客户端对云端服务器数据的查询，实现中水供水管、供暖管网、中水输水管和云端服务器的定位及预警。

使用北方城市在春夏季三季均闲置的供暖管网供应中水，通过共享供暖管网迅速提高目前北方城市中水管网铺设量不足和现有中水管网过少的问题，国内北方城市的冬季供暖时间一般为4~6个月，供暖管网的闲置时间为6~8个月，在供暖管网闲置期间，通过改造供暖主管网，形成中水的输水管网，可以很好的解决城市中水管网少或无的局面，并解决中水在使用供暖管网输水过程中腐蚀和结垢的技术问题，保证供暖管网在非供暖期作为中水输水主管网使用，同时，在不影响供暖的情况下，在以后的新建扩建供暖管网的工程中均使用防腐、防垢、抗菌及耐热150度的pp/pe玻纤复合类管材，为未来城市共享管网打下坚实的基础。

在利用供暖主管网供中水到各换热站后，通过改造供暖管网的换热站，即在一次供热和二次供热管网的供热水管之间架设带阀门的旁路管道，并对换热器进行隔离，实现中水接入小区内的支线供暖管路，并关闭所有支线供暖管路的回水阀门，同时关闭所有进入楼宇单元或/和房间的供暖进回水管道阀门，形成中水输水管道对绿化区域或街道绿化带进行灌溉；或中水主管网通过设置的管道及阀门连接生活小区或/和楼宇的绿化用水管道，做为中水供水末端使用，同时，安装水泵并使用换热站的水泵进行按时按需供水；供水结束后，排空中水并保养管道，关闭换热器旁路阀门，切换到供暖管路状态即可进行供暖。

供水末端使用下渗式输水管或/和喷头装置，根据输水管灌溉的面积，输水管为直径10-20厘米，根据灌溉需要可延伸长度的软体下渗式输水管，下渗式输水管正下方有下渗孔，下渗孔直径径为1~3厘米，孔距为1~2米，下渗孔配置可拔插的可调节孔塞，调节出水间距及出水量，根据输水的远近来调节出水量达到为树木绿植均匀供水的目的。

全年根据气象条件及风向风速，在上风口，依据空间和距离，通过城市已建或/和自有中水管网，在已建好并间隔有100米距离的100米以上高层建筑顶部设置喷雾装置，中水管网连通楼宇的消防水管输送中水或自来水至该喷雾装置，根据天气情况，通过不间断的喷雾，加大空气湿度至65%以上，降低空气中的污染物臭氧及微尘。

白天控制中水每小时每平方米灌溉绿地为1~10公斤，对树木绿植按时节进行科学合理灌溉，饱和使用树木绿植的生态功能，促进树木植物的蒸腾作用及光合作用，每年4月中旬至10月中旬，是树木绿植生长的繁盛期，也是树木绿植蒸腾作用频繁的季节，按照植物蒸腾速率计算，白天每平方米绿叶需水15~250克/小时左右，按每天白天12小时计算，实现按小时供水，需水量在180~3000g之间，以1棵15米高的大叶女贞树为例，绿叶投影占地面积15平方米，绿叶面积2倍按30平方米计算，每天需水量5.4~90公斤以上，对比饱和供应水量和少水无水灌溉水量，1棵树可以达到20棵树以上的蒸腾功效，同时，也是加速水生态循环净化的最好方法。

根据气象条件，白天日出至日落期间，根据安装在土壤地表20厘米下的温湿度传感器反馈的温度及土壤水分含量数据信息，控制树木绿植的土壤温度在30~35度以下，含水量在60~70%之间，土壤温湿度传感器通过有线或无线方式与云端相连，饱和使用树木绿植的蒸腾及光合作用等的生态功能，灌溉在雨天及夜间停止，停止期间，中水流入湖泊存储或河流输送到下游区域绿化使用。

根据气象条件，每年4~10月高温天气，每天10~18点，启动末端输水管网喷灌功能，加大空气湿度，树阴下安装空气温湿度传感器，控制空气湿度在60%以上，统计树阴下温度，加速空气中的污染物臭氧等微尘物质的物理及化学变化速度，降低臭氧浓度，达到饱和使用树木绿植的蒸腾及光合作用等的生态功能净化空气的效果。

根据城市中水年供应量及城市绿化率绿化面积，在冬季、雨天及春夏秋的夜间存储污水厂在以上时间段生产的中水60~80%以上，利用建成的湖泊、湿地存储中水，及通过河流适量排放中水。

所述云端数据库，提前输入每天城市各区县的天气预报及实时数据：空气温度、空气湿度、风速、风向、日出/日落时间、日照强度、晴天/雨天、雨量、土壤温度、土壤水分、土壤ph值、灌溉绿地面积，绿地树木总量，每天可用中水量、库存中水量及各区县分配水量及细分小区街道中水量等参数，每天根据实际发生的气象情况，提供中水灌溉时间及灌溉量，按照各区县细分的各个生活小区或/和楼宇设置的中水灌溉站，对灌溉面积、灌溉时间、灌溉速度、中水用量进行反馈，并统计各数据信息，白天按小时记录不同时段的流速流量的中水量；利用城市各区县树木绿植的生态功能，建立中水灌溉数据统计智能分析系统，建立天空地一体化的智能水信息监测网络，构建中水循环效率生态物联网城市地图。

所述移动端app具备下载、查询及反馈城市各区县各个中水监测站的空气温度、空气湿度、风速、风向、日出/日落时间、日照强度、晴天/雨天、雨量、土壤温度、土壤水分、土壤ph值、灌溉绿地面积，绿地面积及树木绿植总覆盖量等功能，具有实地反馈灌溉情况的功能，具有投诉建议的功能，提高公民参与度。

本发明和现有技术相比，具有以下优点：

本发明具有成本低，可操作性强，公民可参与性强的特点，中水回用生态系统有效利用现有中水资源，供暖管网资源，树木绿植资源，使3者有机高效的结合起来，在节约城市基建成本的同时，大幅度提高中水回用率，促进树木绿植的生态化净水，降低城市热岛症，使城市发展升级到生态城市的新境界。

附图说明

图1为本发明的中水回用生态系统及控制系统的主体结构示意图，

图1中的1是污水处理厂、2是中水供水管或/和供暖管网、3是换热站、4是中水输水管网、5是土壤温度及土壤含水量传感器、6是树荫下的空气温湿度传感器、7是树木。

具体实施方式

本发明的优选实施例：以西安市为例，每年供暖季4个月，供热管网闲置8个月，总长度1000公里以上，按照《某市热力总公司2017年管网及换热站建设计划项目》的投资计划显示建设管网168km投资6.7亿元，即400万/km管网，西安中水管网可使用的供热管网按1000km计算，节省城市中水管网投资40亿，另外节省各区县各个生活小区或/和楼宇的中水管理站及末端供水管网辅助设备投资80亿，合计节约120亿以上，每年灌溉使用中水4.5亿吨计算，每吨1.1元计算，合计4.95亿，预计运行第一年，可节约城市中水运营成本120亿元以上。

每年4月中旬至10月中旬，是树木绿植生长的繁盛期，按照植物蒸腾速率计算，白天每平方米绿叶需水15~250克/小时左右，按每天12小时计算，每天需水量在180-3000克/平方米之间，以1棵15米高的大叶女贞树为例，绿叶面积按30平方米计算，每天需水5.4~90kg以上，如饱和供应水量，1棵树可以达到20棵树的蒸腾及光合作用等生态功能效率，据公开数据统计，西安市区面积1066平方公里，中水年产量4.5亿吨左右，城市森林覆盖率48%，市区有树3000万棵以上，绿叶面积按400平方公里计算，每天需中水量在72~1000万吨之间，取最大量的1.7折计算，每天可消耗中水170万吨以上，2017年7月的盛夏每天城区最大生活用水量在170万吨左右，中水生产量也在170万吨左右，但中水输水管网太少，导致中水回用率较低，如中水管网连接到位，树木绿植完全可以消纳在4~10月中旬城市生活污水经污水处理厂产生的全部中水，如按全年计算，中水回用率年均可提升至60~90%以上，并可按照城市中水产生量，建设湖泊及湿地，在冬季及雨季存储中水，春夏秋三季充分利用中水进行树木绿植的灌溉，通过蒸腾作用蒸发到大气中，做到城市中水基本全部再利用，改中水河里流，为天上白云飘。树木绿植绿叶在进行蒸腾及光合作用的同时，产生的水汽量按浇灌中水170万吨，产生水蒸气170万吨/天计算，常温常压下，1kg水变成水蒸气需要能量在30℃时是2430.2kj，可直接吸收热能384200千万kj以上，同时，西安市按260万辆机动车计算，每天50千米/车，消耗汽油5升计算，合计产生43600千万kj热量，则树木绿植蒸腾作用吸收的热量，是机动车每日排出所有热量的8.8倍以上；西安市盛夏最大日电量为16000万度，1度电产生3600kj热量，可吸收所有用电产生热量的6.6倍以上，即每天可节约煤56000吨，减排二氧化碳80000多吨，一氧化碳2128吨，二氧化硫1392吨，氮氧化物480多吨；如按西安市主城区面积1000平方公里，中水灌溉面积1000平方公里计算，公知大气每高1000米气温减低6度，在无风静稳天气情况下，按蒸发吸收热计算，每天可平均降低1000米以下至地表空间的所有大气温度3.15度以上；如中水供应充足饱和使用树木绿植的生态功能，假设形成170万吨平均5毫米的降雨，将覆盖340平方公里的地表面积，即覆盖34%的主城区，现有科研成果证明，如有大量的水，供给城市规模化的树木绿植，饱和使用树木绿植绿叶的生态功能，可显著减轻城市热岛症，吸收氮氧化物、二氧化硫及voc等有害物质效果显著，促进云雨的形成，加速水生态循环，对区域生态环境的优化有明显的效果。

在利用1000km的供暖主管网供中水到各换热站后，通过改造供暖管网的换热站，即在一次供热和二次供热管网的供热水管之间架设带阀门的旁路管道，并对换热器进行隔离，实现中水接入小区内的支线供暖管路，并关闭所有支线供暖管路的回水阀门，同时关闭所有进入楼宇单元或/和房间的供暖进回水管道阀门，形成中水输水管道对绿化区域或街道绿化带；或中水主管网通过设置的阀门连接生活小区或/和楼宇的绿化用水管道，做为中水供水末端使用，同时，安装水泵并使用换热站的水泵进行按时按需供水；供水结束后，排空中水并保养管道，关闭换热器旁路阀门，切换到供暖管路状态即可进行供暖。

供水末端使用下渗式输水管或/和喷头装置，根据输水的距离和面积，输水管为直径10~20厘米，根据灌溉需要可延伸长度的软体下渗式输水管，下渗式输水管正下方有下渗孔，下渗孔直径径为1~3厘米，孔距为1~2米，下渗孔配置可拔插的可调节孔塞，调节出水间距及出水量，根据输水的远近来调节出水量达到为树木绿植均匀供水的目的。

在采暖的冬季，根据气象条件及风向风速，在上风口，依据空间和距离，通过城市已建或/和自有中水管网，在已建好并有距离间隔的多栋高楼大厦顶部设置喷雾装置，中水管网连通楼宇的消防水管输送中水或自来水至该喷雾装置，通过不间断的喷雾，加大空气湿度，对降低空气中的微尘有一定功效。

控制中水灌溉时间及灌溉量对树木绿植按时节进行科学合理灌溉，饱和使用树木绿植的生态功能，促进树木植物的蒸腾作用及光合作用，每年4月中旬至10月中旬，是树木绿植生长的繁盛期，也是树木绿植蒸腾作用频繁的季节，按照植物蒸腾速率计算，白天每平方米绿叶需水15~250克/小时左右，按每天白天12小时计算，实现按小时供水，需水量在180~3000g之间，以1棵15米高的大叶女贞树为例，绿叶投影占地面积15平方米，绿叶面积按30平方米计算，每天需水量5.4~90公斤以上，对比饱和供应水量和无灌溉水量，1棵树可以达到20棵树以上的蒸腾功效，如每平方米绿叶每小时蒸腾250克水计算，则1小时6平方米绿叶的蒸腾吸热量相当于一台1p空调制冷工作一小时。

根据气象条件，白天日出至日落期间，保持树木绿植的土壤含水量在60~70%之间，达到饱和使用树木绿植的蒸腾及光合作用等的生态功能，灌溉在雨天及夜间停止，停止期间，中水流入湖泊存储或河流输送到下游区域绿化使用。

根据城市中水供应量及城市绿化率绿化面积，在冬季、雨天及春夏秋的夜晚储存污水处理厂生产的中水，利用建成的湖泊、湿地存储中水，及通过河流适量排放中水。

设立的云端数据库，提供中水灌溉策略，提前输入每天城市各区县的天气预报及实时数据：空气温度、空气湿度、风速、风向、日出/日落时间、日照强度、晴天/雨天、雨量、土壤温度、土壤水分、土壤ph值、灌溉绿地面积，绿地树木总量，每天可用中水量、库存中水量及各区县分配水量及细分小区街道中水量等参数，每天根据实际发生的气象情况，按照各区县细分的各个生活小区或/和楼宇设置的中水灌溉站，对灌溉面积、灌溉时间、灌溉速度、中水用量进行反馈，并统计各数据信息，白天按小时记录不同时段的流速流量的中水量；利用城市各区县树木绿植的生态功能，建立中水灌溉大数据智能分析决策系统，建立天空地一体化的智能水信息监测网络，构建中水循环效率生态物联网城市地图。

设立的移动端app具备下载、查询及反馈城市各区县各个中水监测站的空气温度、空气湿度、风速、风向、日出/日落时间、日照强度、晴天/雨天、雨量、土壤温度、土壤水分、土壤ph值、灌溉绿地面积，绿地面积及树木绿植总覆盖量等功能，具有实地反馈灌溉情况的功能，具有投诉建议的功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。