本发明涉及雨水净化技术领域，具体涉及一种重力式高位雨水净化系统。
背景技术：
随着我国城镇化建设进程的加快，水资源短缺与水环境污染缺已成为当前亟待解决的重大问题。由于时空条件的影响，我国北方属于资源型缺水，华北地区由于过量开采地下水，形成了世界上最大的地下水漏斗，沧州与衡水等地出现了严重的地面沉降或断裂现象。与此同时，随着环境污染的日益严重，目前全国面临着水质型缺水，各大水系均遭到不同程度的污染，优质的供水水源地逐年减少。城市规模的增长导致了下垫面硬质化面积迅速扩大，周围水系生态系统遭到毁灭性破坏，雨水管网内洪峰超前产生，导致了多地市区出现大面积内涝。
海绵城市是生态文明建设理念的一种体现，通过加强城市规划建设，充分发挥建筑、道路及绿地水系等生态系统对雨水的渗透、滞留、调蓄以及净化作用，实现对径流与污染物控制的新型城市发展方式。海绵城市建设可有效地缓解快速城市化建设过程中所面临的水问题，改善水生态系统，补充地下水，提升水资源利用率以及解决城市内涝问题等。雨水净化回用技术充分体现了海绵城市建设的核心理念，降低城市内涝发生概率，减少防洪排涝建设工程量，减轻雨水管网的排水压力，同时也可以一定程度上的缓解水资源短缺的问题。雨水净化是实现雨水资源化的有效途径，是提高资源利用率的重要举措之一。
高位雨水(包括屋面雨水)与地面雨水相比，最为突出的优势在于其自身存在较高的位能。利用高位雨水位能的技术设备业已出现，如屋面雨水发电系统。然而，利用位能对自身进行净化的设备系统还未出现，目前的收集净化装置多需人为的输入能量，并且存在较多的不足之处。
传统灰色屋顶屋面雨水中含有大量粉尘，溶解性气体等大气污染物，初期雨水水质较差，酸度较强。部分屋面雨水收集净化系统对屋面雨水不加处理直接收集，导致了设备出现腐蚀，系统内部发生堵塞，运行效果下降。同时，雨水内部的溶解性污染物没有经过处理，直接排入管网系统。对此，在雨水收集系统前端设置预处理装置成为了改进方向。其中包括添加格栅拦截，沙石过滤，活性炭吸附层等设施，使系统变得更为繁杂，建设成本与运行费用逐渐增加。针对于水体净化部分，技术上多采用外加能量的方式来实现，因此，能耗成为了当前净化技术必然面临的问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种重力式高位雨水净化系统，实现外界零能量输入的分离效果，工艺设计简单，净化效果好，出水水质稳定良好，充分利用雨水资源，缓解水资源短缺的问题，同时可以有效地解决城市排水管网洪峰提前的问题，实现内涝的治理。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种重力式高位雨水净化系统，包括高位雨水收集箱、立管、雨水立管、膜组件净化系统和清水箱，雨水立管设置于高位雨水收集箱外部一侧，高位雨水收集箱的上端连接有集水管，立管上端与高位雨水收集箱的下端连接，立管的下端与膜组件净化系统的进口连接，膜组件净化系统的净化出口通过管道与清水箱连接，膜组件净化系统的污水出口通过管道与雨水立管连接。
按照上述技术方案，膜组件净化系统分别与清水箱和雨水立管之间均设有闸阀。
按照上述技术方案，立管上依次设有闸阀和减压阀。
按照上述技术方案，高位雨水收集箱的顶部设有人孔。
按照上述技术方案，高位雨水收集箱正方的集水管上设有溢流口，溢流口上设有防尘帽。
按照上述技术方案，高位雨水收集箱的底部与膜组件净化系统的高度差大于10m。
按照上述技术方案，立管的进水口设置于高位雨水收集箱内，高于高位雨水收集箱的箱底，立管的进水口设有防尘帽。
按照上述技术方案，高位雨水收集箱的底部连接有泄水管，泄水管与雨水立管相连，泄水管上设有闸阀。
按照上述技术方案，高位雨水收集箱的底部设有集泥斗，泄水管的进水口与集泥斗的底部连接。
按照上述技术方案，集水管前端连接有软水管或穿孔管，软水管或穿孔管埋设于栽植土层下部，栽植土层作用为雨水截留预处理，栽植土层设置于屋面复合层上。
本发明具有以下有益效果：
1.利用高位雨水的位能作为雨水在膜分离净化过程中的驱动力，实现外界零能量输入的分离效果，本系统的工艺设计简单，净化效果好，出水水质稳定良好，充分利用雨水资源，一定程度缓解水资源短缺的问题，同时可以有效地解决城市排水管网洪峰提前的问题，实现内涝的治理，尤其适用于屋顶。
2.本发明将绿色屋顶技术与膜分离技术进行了有机结合，利用屋顶本身的高位势能净化雨水，并为屋主供水，即美观又节能，便于其他系统的直接对接使用，如中水回用系统，绿地灌溉系统等，充分利用雨水资源，一定程度缓解水资源短缺的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中重力式高位雨水净化系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中屋面前端集水管的结构示意图；
图中，1-集水管，2-防尘帽，3-高位雨水收集箱，4-泄水管，5-立管，6-闸阀，7-减压阀，8-膜组件净化系统，9-溢流口，10-人孔，11-雨水立管，12-清水箱，13-女儿墙，14-挡土墙，15-卵石缓冲带，16-植被层，17-种植土，18-透水软管或穿孔管，19-屋面复合层，20-钢筋混凝土屋面板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的重力式高位雨水净化系统，包括高位雨水收集箱3、立管5、雨水立管11、膜组件净化系统8和清水箱12，雨水立管11设置于高位雨水收集箱3外部一侧，高位雨水收集箱3的上端连接有集水管1，立管5上端与高位雨水收集箱3的下端连接，立管5的下端与膜组件净化系统8的进口连接，膜组件净化系统8的净化出口通过管道与清水箱12连接，膜组件净化系统8的污水出口通过管道与雨水立管11连接，膜组件净化系统8产生的渗透液由清水箱12收集，浓缩液排入雨水立管11。
进一步地，膜组件净化系统8分别与清水箱12和雨水立管11之间均设有闸阀。
进一步地，立管5上依次设有闸阀6和减压阀7。
进一步地，减压阀7的安装位靠近膜组件净化系统8，调节减压阀7，控制膜组件净化系统8内部压强约0.1mpa，防止压力过大或过小导致膜组件无法正常运行。
进一步地，高位雨水收集箱3的顶部设有人孔10；便于人工清洗与维护。
进一步地，高位雨水收集箱3正方的集水管1上设有溢流口9，溢流口9上设有防尘帽2。
进一步地，高位雨水收集箱3的底部与膜组件净化系统8的高度差大于10m；该落差可保证膜组件内部的驱动力，实现高位雨水箱内水体的净化。
进一步地，立管5的进水口设置于高位雨水收集箱3内，高于高位雨水收集箱3的箱底，立管5的进水口设有防尘帽2。
进一步地，可焊接于水箱侧壁，亦可在箱底设置超高，管口设置方向为任意方向，当管口方向向上时安装防尘帽2，防止泥土碎石颗粒落入立管5。
进一步地，高位雨水收集箱3的底部连接有泄水管4，泄水管4与雨水立管11相连，泄水管4上设有闸阀；高位水箱检修前需由泄水管4排空内部积水，泄水管4设有坡度，防止沉积物残留于管道内壁发生堵塞。
进一步地，高位雨水收集箱3的底部设有集泥斗，泄水管4的进水口与集泥斗的底部连接；集泥斗便于沉积物排出。
进一步地，膜组件净化系统8内设有相互并联的多个膜组件，保证运行过程中的跨膜压差。
进一步地，膜组件内分离膜主要为微滤膜和超滤膜，平均孔径不宜低于20nm。膜组件形式可为管式、中空纤维、板式、盘式或卷式。
进一步地，每个膜组件进水管路上设置闸阀，便于组件更换维护；膜组件的过滤方式采用死端过滤法，当组件发生浓差极化时，打开死端阀门，调节减压阀7，增加系统压强，对膜面进行强制冲洗；膜组件的渗透速率宜控制在300～1000l/(m2·h)，保证运行效果的同时亦可防止组件损坏。
进一步地，集水管1前端连接有软水管或穿孔管，软水管或穿孔管埋设于栽植土层下部，栽植土层作用为雨水截留预处理，栽植土层设置于屋面复合层19上；即栽植土层设置于屋顶上，复合层下方为钢筋混凝土屋面板20。
进一步地，栽植土层下方依次设有屋面复合层19和钢筋混凝土屋面板20，软水管或穿孔管设置于复合层上方，栽植土层包括种植土17和植被层16，植被层16设置于种植土17上，种植土17的端部设有挡土墙14，挡土墙14与种植土17之间设有卵石缓冲带15，栽植土层可由格栅或沙石过滤层等过滤设施代替，防止大颗粒杂物进入高位雨水收集箱3；所述集水管1前端位于屋面栽植土层下部，铺设于沙石层内。
本发明的工作原理：
雨水首先经过屋顶栽植层过滤，截留其中夹杂的气体粉尘等大气污染物，同时，与栽植土壤相互作用稳定水质，提升ph至中性。所述集水管1位于栽植层底部，周围由碎石填充，填充方式与市政道路分隔带下方透水软管设计方式一致，收集过滤后的稳定渗滤液。所述高位雨水收集箱3与集水管1连接，用于存储过量渗滤液。雨水收集箱底部设置集泥斗，便于水体中不容颗粒收集与排放。所述减压阀7通过立管5与高位雨水相连接，通过控制阀门实现对膜组件净化系统8内部压力的控制。所述膜组件净化系统8其核心构件为分离膜，分离膜的对流入系统内的水体实现分离净化，主要去除水体中的胶体以及溶解性大分子。经过净化后的水体由清水箱12存储，以便作为他用。
根据《武汉海绵城市建设技术标准图集》(试行)中屋面绿化种植剖面结构设计，透水软管或穿孔管18安装位置宜在15～20高凹凸性排(蓄)水层内，上部结构由上至下依次为植被层16，100～300厚种植土17，150～200g/cm2无纺布过滤层。降水经植被层16与种植土17过滤，内部粉尘，有机物及酸性物质得到了分解与中和。下渗雨水穿过无纺布过滤层，经由透水软管或穿孔管18收集，最终通过集水管1导入高位雨水收集箱3。所述集水管1上端设置溢流口9，其附加作用为连通大气，稳定高位水箱内部压力，防止出现负压影响系统正常运行。所述高位雨水收集箱3底部设计坡度宜介于5‰-10％之间，满足沉淀物自行滑落至集泥斗，亦不影响箱内检修工作。所述泄水管4上设置闸阀，泄水管4排水口与雨水立管11连接，坡度不低于1％，防止管内发生淤积堵塞。所述立管5底部安装闸阀与减压阀7，顶端位于高位雨水收集箱3内设置100超高，防止高位雨水收集箱3底部淤积物进入立管5。所述膜组件进水端安装压力表，便于及时控制组件内部运行压力。浓缩液出水端与雨水立管11连接，其内部主要成分为腐殖酸与富里酸等天然有机物，对水体环境无影响。渗透液连接清水箱12以备他用。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。