[發明專利]一種基于雨水水質控制的初雨棄流器及其使用方法

在審

• 申請號: 201711376977.3
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108104248A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 陳小強;孫凱;趙卓瑤;徐紹航
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E03F5/10
• 分類號: E03F5/10;E03F5/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮

本發明屬于城市雨水資源利用、海綿城市建設等技術領域，提供一種基于雨水水質控制的初雨棄流器及其使用方法。該裝置直接安裝在現有集雨管道中，包括外部棄流裝置、自控電路。外部棄流裝置中的雨水濁度傳感器安裝在水質檢測桶中，水質檢測桶底部和側上方分別與集雨管、導流管連接，用于收集檢測初雨、將初期濁度較高的雨水導流至污水口排放。自控電路包括雨量感應器、濁度信號傳遞單元、電源、插座、常閉電磁閥和常開電磁閥，用于檢測雨量信息與濁度信號傳遞。本發明能夠適應不同降雨條件和城市雨水徑流不同沖刷規律并進行準確棄流，最大程度保證收集水質較好的雨水量；具有適應性強、自動化程度高、污染控制穩定、棄流量準確的特點。

技術領域

本發明屬于城市雨水資源利用、海綿城市建設等技術領域，涉及一種基于雨水水質控制的初雨棄流器，用于城市雨水的收集與利用。

背景技術

我國水資源短缺，且南北分布不均。另一方面，隨著我國城鎮化率的進一步加快，城市水資源需求量急劇增加，合理利用雨水資源是解決我國城市水資源短缺和水資源需求量大這一矛盾的重要內容，尤其開發利用城市集雨裝置進行雨水收集、凈化和綜合利用也是我國海綿城市建設中的重要環節。在雨水利用過程中，初期雨水水質差是影響雨水資源利用的最大難題之一(張艷娟等停車場集雨洗車現場試驗[J]中國水土保持科學,2014,1(1):109-113)。在初期沖刷效應的作用下，降雨初期徑流中往往會攜帶大量的污染物，會導致徑流初期產生一個較高的污染物濃度峰值，這些初期含有大量污染物的雨水增加了雨水收集利用的難度。初期污染物濃度受多種因素影響，比如雨水收集區面積、降雨強度和干期長度等都會影響到初雨水質。研究表明初期雨水攜帶了大量的污染負荷，初期雨水污染較為嚴重，因此，雨水非常規水資源在收集利用過程中控制初期雨水顯得尤為重要(王倩等.國內典型城市降雨徑流初期累積特征分析[J].中國環境科學,2015,35(6):1719-1725)。雨水在初期沖刷作用下，初雨中的主要污染物是總懸浮物顆粒(TSS)、總氮(TN)、總磷(TP)、化學需氧量(COD)和主要重金屬(孟瑩瑩等.基于污染負荷控制的屋面初期徑流棄除量探討[J].中國給水排水，2010，26(7):40-42.)。初雨最明顯的特征是TSS含量高，水體渾濁，隨著時間的推移，雨水逐漸變清。

城市雨水主要有屋面、道路、滲透性地面三種匯流介質，其中地面徑流雨水水質最差，滲透性地面徑流雨水基本以滲透為主，可收集的雨水十分有限。城市屋面雨水收集利用較為方便、污染程度低、利用價值高。隨著城市的快速發展，城市屋面面積也急劇增大，屋面雨水收集利用潛力十分巨大。目前的城市屋面雨水收集主要由初雨棄流、雨水收集、雨水輸送和雨水存儲系統構成。初雨棄流是雨水資源化利用的第一步，水質差的初雨經過棄流裝置棄流至城市市政污水管道，從而保證后續收集雨水的水質。目前應用較多的初雨棄流器主要有兩種方式：基于降雨時間的棄流器和基于降雨流量的棄流裝置?；诮涤陼r間棄流器結構簡單，主要由一定容積的棄流桶和浮球構成，當棄流桶中的浮球隨著水位的提高而逐步上升，當水位達到設計水位時，浮球也上升到棄流桶頂部，堵住了棄流器的進水口，從而完成初雨截留，之后的雨水便改道流入到雨水收集單元。這種初雨棄流器結構簡單、安裝方便，應用最為廣泛，但其不能根據降雨強度和屋面受污染程度進行有效棄流，棄流量恒定，無法應對不同降雨條件下所形成的不同初雨污染負荷的初雨，尤其是第一場雨降臨時，往往會形成污染較為嚴重的初雨，依然按照設定水位進行初雨棄流會導致后續收集的雨水水質惡化。

第二種常見的初雨棄流器根據雨水流量進行棄流。其原理是基于一般降雨初期降雨強度較大，比如機械翻板初雨棄流器就是其中一種棄流方式(楊瀟等，翻板式初雨分離器的設計[J],水資源與水工程學報,2010,21(60):121-124)，該棄流器利用水力作用使翻板自動翻轉，從而進行初期雨水棄流處理。沒有雨時，翻板處于傾斜位置，降雨開始后，初期雨水從翻板下排到市政雨污排水管道。當雨量增大時，翻板在重力以及水壓力共同作用下自動翻轉，使得翻板下端排水口封閉，集雨池水位抬升，匯集的雨水通過收集口流入到蓄水池。當雨量減少時，集雨池水位下降，翻板又會在重力作用下恢復到初始傾斜位置，后期少量雨水也會被棄流。該裝置結構簡單，可自動完成棄流動作。