基于太阳能电解及水压驱动的雨污分离净化装置及方法

本发明涉及生态环境，具体涉及一种基于太阳能电解及水压驱动的雨污分离净化装置及方法。

背景技术：

1、海绵城市作为目前先进的城市水环境管理理念，其建设遵循生态优先等重要原则，将自然途径与人工措施相结合，通过低影响开发，最大限度地实现雨水在城市区域的净化与蓄存。在海绵城市建设中，对初期雨水的面源污染控制能够实现ss去除率40％～60％的阶段性目标，从而提升雨水资源化利用的流动性和灵活性。

2、然而，由于自然降雨过程的随机性、地表污染物的多样性及水文地貌的不确定性，在进行雨水资源化利用过程中，仍存在局限性。具体表现为：初期雨水中含有高浓度的地表颗粒物裹挟、吸附的有机物与氮素污染物，阻碍雨水资源化利用，其大量淤积还会导致黑臭水体的形成；中后期雨水较初期雨水更为洁净，简单处理后能够直接利用，但两者难以实现低成本自动分离。同时，现行合流制或分流制排水系统中，地表雨水直接汇入污水管网或直排河流，分别增大了污水处理厂和自然水体负荷，并造成了大量清洁雨水资源的浪费。

3、因此，如何实现初期雨水的自动分离与截留污染物的绿色降解，是助力海绵城市建设、实现高效洁净利用雨水资源的关键技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于太阳能电解及水压驱动的雨污分离净化装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、在本发明的第一方面，公开了一种基于太阳能电解及水压驱动的雨污分离净化装置。

4、具体地说，该装置包括：太阳能电解池系统和雨污分离系统；

5、所述太阳能电解池系统包括光伏板、控制传感器、储能模块和篦网电路模块；所述光伏板与所述储能模块相连，所述储能模块通过所述控制传感器与所述篦网电路模块相连；

6、所述雨污分离系统包括井筒、安装在所述井筒上端开口处的多个旋转门、设置在所述井筒中段外壁上的雨水收集管以及设置在所述井筒下端外壁上的排污管；所述篦网电路模块设置在所述井筒内；所述井筒内设置有浮动移动组件；所述浮动移动组件包括与所述排污管的入口对应设置的挡板以及用于在浮力作用下带动所述挡板移动的浮漂。

7、进一步的，所述井筒底部设置有下渗砖；

8、所述下渗砖的顶部设置有沉砂台阶。

9、进一步的，所述旋转门包括旋转轴、与所述旋转轴转动配合的门体以及连接在所述门体与所述旋转轴之间的复位弹簧。

10、进一步的，所述控制传感器，用于监测工作电压状态和旋转门开合状态；所述储能模块为蓄电池。

11、进一步的，所述井筒为为埋地式圆柱形结构。

12、进一步的，所述雨水收集管上设置有防倒流阀门。

13、进一步的，所述浮漂通过连杆与所述挡板相连；

14、所述连杆的一端与所述浮漂相连，另一端与所述挡板活动连接；

15、所述挡板与所述井筒内壁转动配合。

16、进一步的，所述井筒内壁上设置有限位板。

17、进一步的，所述篦网电路模块包括阳极篦网和阴极篦网；

18、所述阴极篦网呈螺旋状；所述阳极篦网包括依次设置的侧面电极、丝状电极和底面电极三部分，侧面电极为环状、呈竖直方向放置，底面电极呈平面状，丝状电极由底面电极向上延伸得到，阴极篦网位于侧面电极围成的空间中，丝状电极缠绕在阴极篦网上；所述阴极篦网采用高碳钢材质，所述阳极篦网采用聚吡咯材料；

19、所述篦网电路模块，断电状态下用于拦截雨水中的污染物，通电状态下用于电解污染物。

20、在本发明的第二方面，公开了一种上述雨污分离净化装置的分离净化方法。

21、具体地说，该方法包括：

22、s1、降雨时进行雨污分离

23、s11、雨水量小于第一雨水阈值时，旋转门闭合，雨水沿旋转门表面缝隙流入井筒；

24、s12、雨水量大于第一雨水阈值时，旋转门以旋转轴为轴心旋转打开，控制传感器断开篦网电路模块，雨水流入井筒，雨水中携带的部分固体物被旋转轴截留；

25、s13、雨水流入井筒后通过篦网电路模块，篦网电路模块截留雨水中的地表颗粒物；

26、s14、雨水流至井筒底部，初期雨水经排污管直排污水管网，当井筒内水位上升至一定高度时，浮漂随水位上升带动挡板旋转，挡板封住排污管进水口，井筒内的雨水不再从排污管排出；

27、s15、井筒内雨水继续上升至雨水收集管进水口处，进入雨水收集管送入城市洁净雨水蓄存系统；

28、s16、雨水量再次小于第一雨水阈值时，旋转门闭合，井筒内水位下降，浮漂带动挡板下降，排污管进水口打开，井筒内的部分雨水从排污管流出，残余雨水通过井筒底部下渗砖渗出或自然挥发；

29、s2、未降雨时进行污染物原位降解

30、s21、旋转门呈闭合状态，光伏板为通路状态，光伏板将光能转化为电能通过控制传感器调节功率输送至储能模块进行直充储能，待储能模块电压升至维持电压时，控制传感器调节功率进入储能模块均充状态；

31、s22、均充完成后，控制传感器闭合篦网电路模块，断开储能电路，储能模块通过控制传感器向篦网电路模块输出稳定电压，篦网电路模块对截留的污染物进行电解处理；

32、s23、待篦网电路模块工作电压降至维持电压点，控制传感器断开篦网电路模块，闭合储能模块，直至均充结束，控制传感器再次闭合篦网电路模块，断开储能模块，重复上述污染物原位降解过程。

33、和现有技术相比，本发明的优点为：

34、(1)在现有技术中，雨水通常通过污水管网运输到污水处理厂进行处理或直排自然水体，增大了污水处理厂和自然水体负荷，并造成了大量清洁雨水资源的浪费。在降雨量较大的时节，污水处理厂均处于满负荷运转状态。相较传统功能单一的雨水收集系统，本发明能够更加快速、高效地对雨水进行净化分离处理，通过篦网电路模块截留并原位处理污染物，实现雨污自动化分离与清洁雨水回收，兼顾城市道路低影响开发，适宜用作海绵城市配套设施，并可作为取代局部雨水系统的资源化设施。本发明通过简单的结构设计即能够对雨水进行净化分离处理，疏解暴雨时对河道直排或污水厂受纳压力，并实现清洁雨水的初步回收，也保证了污水管网的正常运转，保护了环境，而且收集的清洁雨水可作为中水可以直接用于消防、农业灌溉和城市绿化，大大降低了雨水的处理成本。

35、(2)本发明所述雨污分离净化装置中的太阳能电解池系统结构，晴天时太阳能电解池系统不断进行储能和电解，保障阴天时也能正常工作，非雨天状态下自动作业。雨天时自动断开篦网电路模块，避免电解水反应浪费能量。阳极篦网截留物质中有机物与氨氮被氧化，阴极篦网截留物质中硝态氮、亚硝态氮被还原。该电化学系统电路简单，无需额外的物料与能量投入，同时实现污染物的高效截留与降解，有效保障过流雨水水质。

36、(3)本发明所述雨污分离净化装置中的太阳能电解池系统结构，阴极篦网呈螺旋状垂落，阳极篦网的中段呈丝状缠绕在阴极篦网上，一方面，这样设计能够具有较大的阴极/阳极面积比值，从而增强电解反应效应，另一方面，这样设计能够增大篦网的截留比表面积，大比表面积的篦网可通过物理拦截、电吸附与化学吸附作用截留裹挟污染物的颗粒以便电化学降解，同时高孔隙率可保证其过水能力，增强雨污分离效果，减少污染物沉积。此外，阳极篦网采用导电率高、环境稳定性好、电子储存能力强的聚吡咯材料，其作为柔性材料与阴极篦网多股缠绕形成多个短距离阴阳极电解区域，能够在缺乏电解液的条件下有效增大电化学反应效率。同时，聚吡咯材料抗腐蚀能力强，能够有效减缓阴极材料的腐蚀。

37、(4)本发明所述雨污分离净化装置中的雨污分离系统，该系统的旋转轴采用刚性材料，平行地面设计，旋转门略低于地面倾斜设计。正常交通时旋转轴作为受压面，避免了旋转门受交通损毁和影响城市路面正常交通，同时旋转门与地面夹角5°倾斜设计充分考虑了降雨强度较低时小股雨水或地面积水的降解处理。该系统采用浮漂随水位、水压变化的特点带动挡板控制排污管进水口的开合，自动分离初期雨水和中后期雨水，从而替代传统人工控制或电力升降装置，大幅降低管理运营成本。同时，井筒底部设置沉砂台阶和下渗砖，实现剩余污染物的沉降，进一步净化收集到的雨水，并防止堵塞初期雨水出水口。此外，该雨污分离系统根据不同地区的暴雨强度人工调节设计排污管与雨水收集管的分离位置，便于因地制宜。由于中后期雨水量较多，为及时排出、防止雨水倒流至井筒，在中后期雨水出水管出增设防倒流阀门，保证排水的安全性和可靠性。