一种无动力雨水净化灌溉系统及其灌溉方法与流程

本发明属于雨水净化后回用绿化于绿化浇灌领域，具体而言，涉及了一种无动力雨水净化灌溉系统。

背景技术：

目前传统雨水回用绿化灌溉系统，一般采用水泵、电动阀门等机电设备结合电气控制对雨水进行净化和回用灌溉。但是采用机电设备进行雨水回用灌溉，因为运行费用高，对操作管理人员素质要求高，运行维护复杂，机电设备和电气控制系统故障率高，修理更换费用高等原因，大量居民小区和公用建筑设置的该类雨水回用灌溉设施基本闲置或无法正常使用。

针对这种情况，国内也开始出现一些无需复杂机电设备和电气控制系统的雨水回用于绿化灌溉的系统。如已公布的发明专利--高架桥下雨水浇灌系统及方法（申请公布号：cn108967126a），基本实现无需外部动力源对高架桥路面汇集的雨水进行净化，并对高架桥下部的绿化进行灌溉。但是目前类似的系统仍然存在一些问题：（1）水质净化采用的是沉淀工艺，该工艺虽然对于雨水处理比较有效，但是该系统对沉淀工艺的核心参数--有效沉淀时间难以确定，特别是前段的出水沉淀时间短，无法确保雨水净化效果。（2）雨水沉淀处理时，沉淀雨水的水箱中雨水进水、出水同时在进行，必然造成水流扰动，影响雨水的自由沉淀效果，容易对后续的灌溉管造成不良影响。（3）降雨的同时，系统会由于雨水的汇入，自动开始进行净化和灌溉。但是在降雨时，绝大部分情况下绿化已经被雨水自然润渗，根本无需人为增加灌溉水量。当降雨停止后一段时间，绿化真正需要灌溉时，大部分雨水已经白白浪费了，所以实际雨水有效利用率低。

基于此，有必要进一步探索更加合适的无需机电设施，可以自动运行、有效进行雨水净化和高效利用的雨水回用于绿化灌溉的系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无动力雨水净化灌溉系统。该系统在无需外部常规动力源提供的情况下，不使用任何机电设备和电气控制装置，能够自动对雨水进行有效的净化，同时可以根据绿化养护的需求（降雨结束后多久需要灌溉)自动将有效净化后的雨水回用于绿化灌溉，保证雨水的有效利用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种无动力雨水净化灌溉系统，所述系统包括前期雨水箱，前期雨水箱设有雨水入水管，用于收集前期雨水，其特征在于前期雨水箱内设置第一无动力缓释器，用于缓慢排出雨水，前期雨水箱的上部设连通管与雨水沉淀箱连通，雨水沉淀箱内设第二无动力缓释器，第二无动力缓释器的出口伸入灌溉箱内，灌溉箱设置浮球阀，浮球阀位于第二无动力缓释器的出口处，用以控制第二无动力缓释器的出水，灌溉箱外部设置浮动升降控制管，浮动升降控制管入水端与灌溉箱连通，浮动升降控制管出水端连接灌溉出水管，通过浮动升降控制管控制灌溉箱的液位，从而控制浮球阀的关闭或打开；雨水通过雨水入水管汇流进入前期雨水箱，前期雨水箱内雨水由第一无动力缓释器控制前期雨水箱的出水速度，当水位高度超过连通管的管底时，通过连通管进入雨水沉淀箱，雨水沉淀箱中经过静置沉淀净化的雨水通过第二无动力缓释器进入灌溉箱，由浮球阀控制第二无动力缓释器的出水。

进一步地，所述浮动升降控制管的控制端位于前期雨水箱内，前期雨水箱内水位高于设定值时，浮动升降控制管断开灌溉箱出水，前期雨水箱内水位低于设定值时，浮动升降控制管恢复灌溉箱出水，以使得前期雨水箱内水位高时，灌溉箱内的水不能通过浮动升降管流出，因此灌溉箱内浮球阀关闭，灌溉箱不出水也不进水，而当前期雨水箱内水位低时，灌溉箱内水通过浮动升降管流出，因此灌溉箱内浮球阀打开，雨水沉淀箱内经过沉淀的雨水通过第二无动力缓释器流入灌溉箱后，然后通过浮动升降控制管后，由灌溉出水管流出。

进一步地，所述浮动升降控制管包括进水端，进进水端连接一段固定长度的内衬钢丝的第一波纹软管，第一波纹软管后部连接一段u形硬管，在u形硬管的后部再连接一段与第一波纹软管相同的第二波纹软管，第二波纹软管后部连接出水端，在u形硬管的中部通过不锈钢链固定一个浮体。

进一步地，所述浮动升降控制管的浮体位于前期雨水箱内。

进一步地，第二无动力缓释装置入水口始终悬浮在水位液面下1-2cm，保证工作时进入灌溉箱的雨水为经过沉淀净化的清洁上层雨水。

进一步地，所述前期雨水箱还设有溢流管，所述溢流管连通至雨水管网，所述溢流管的高度高于连通管高度。当雨水沉淀箱的雨水充满后，后续进入前期雨水箱的雨水通过溢流管直接溢流入雨水管网。

进一步地，沉淀雨水箱设置自动排污装置，当第二无动力缓释器结束工作后，将雨水沉淀箱下部少量富集污染物的雨水排至排污出水管，避免下次降雨时本次已沉淀污染物的累积影响水质处理效果。

一种无动力雨水净化灌溉系统的灌溉方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：a、雨水通过进水口汇流进入前期雨水箱，前期雨水箱中雨水由第一无动力缓释器缓慢释至前雨水排出管排出；b、前期雨水箱中水位高度超过连通管的管底时，通过连通管进入雨水沉淀箱；c、雨水沉淀箱中经过静置沉淀净化的雨水通过第二无动力缓释器进入灌溉箱，第二无动力缓释器的出口处设有浮球阀，降雨时，前期雨水箱水位处于高水位，浮动升降控制管被抬高，灌溉箱内雨水不能通过浮动升降控制管流出，且此时第二无动力缓释器出水口被浮球阀封闭，第二无动力缓释器不工作；d、降雨结束后，第一无动力缓释装置将前期雨水箱的雨水缓慢释放，水位逐渐降低到设定高度，浮动升降控制管降低，灌溉箱内雨水通过浮动升降控制管流出，浮球阀随之下降，使得灌溉箱内的浮球阀打开，第二无动力缓释器开始出水，经长时间静置沉淀净化的清洁雨水进入灌溉箱，最终从灌溉出水口出流开始灌溉工作。

前期雨水箱水位高时，浮动升降控制管抬高，灌溉箱无法出水，第二无动力缓释器出水口被浮球阀封闭，第二无动力缓释器不工作。存储在雨水沉淀箱的雨水处于基本静态的情况下开始沉淀净化。由于沉淀过程基本无扰动影响，沉淀效果得以保证。

进一步地，该方法还包括步骤：e、雨水沉淀箱设置自动排污装置，当第二无动力缓释装置结束工作后，自动排污装置将雨水沉淀箱下部少量富集污染物的雨水排出，避免下次降雨时本次已沉淀污染物的累积影响水质处理效果。

本发明具有如下优点：

1、本发明对雨水的水质净化处理、雨水回用灌溉、静置沉淀时间和灌溉开始时间的控制等全部实现了无动力、全自动运行。避免了使用机电设备和电气控制设施的带来各种不利因素。整个系统基本无运行费用，运行管理简单方便，对于雨水回用灌溉的有效推广、运用具有很大的实际价值。

2、本发明对于雨水静置沉淀时间可以准确设定，保证了雨水处理沉淀工艺的核心参数可以根据实际情况进行控制，确保了沉淀工艺的有效实现。

3、本发明可以确保在降雨结束后，雨水进行沉淀净化处理时，雨水沉淀箱中既没有雨水进入也没有雨水出水，没有任何扰动影响雨水的自由沉淀，保证了雨水水质的处理效果。不会对后续的灌溉管网造成不良影响。

4、本发明可以控制灌溉的开始时间。根据实际需要，在降雨停止后一段时间，绿化真正需要补充水量时再开始进行灌溉，避免了在降雨的同时对绿化进行无效灌溉，大大提高了雨水回用的实际有效利用率。

附图说明

图1为一种无动力雨水净化灌溉系统平面布置图；

图2为一种无动力雨水净化灌溉系统1-1剖面图；

图3为一种无动力雨水净化灌溉系统2-2剖面图；

图4为本发明的浮动升降控制管的结构示意图。

1、前期雨水箱，

1-1、雨水入水管，1-2、连通管，1-3溢流管，1-4第一无动力缓释器，1-5前期雨水排出管；

2、雨水沉淀箱，

2-1、第二无动力缓释器，2-2、无动力自动排污装置，2-3、排污出水管；

3、灌溉箱

3-1，浮球阀，3-2浮动升降控制管，3-3灌溉出水管；

4、入口端；

5、波纹软管a；，

6、凵形硬管；

7、不锈钢链；，

8、浮体；

9、波纹软管b；

10、出口端。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案，并结合附图，进一步叙述本发明。除非特别说明，实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的设施、部件、材料等的成分、用量、尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进也属于本发明的保护范围，并且本发明所限定的具体参数应有可允许的误差范围。

为了更好地理解本发明，对图中涉及的主要设施或部件进行了编号。相同的编号表示相同或相似的设施或部件，具有基本相同的功能，但其在不同图或实施中具体的尺寸、形状、结构不一定相同。

作为本发明的一种示例性实施方式，图1、图2、图3所示为收集建筑物屋顶或地势较高的不透水下垫面的径流雨水，进行净化处理后回用于周边绿化灌溉的一种无动力雨水净化灌溉系统。

一种无动力雨水净化灌溉系统，包括前期雨水箱1，前期雨水箱1设有雨水入水管1-1，用于收集前期雨水，其特征在于前期雨水箱内设置第一无动力缓释器1-4，用于缓慢排出雨水，前期雨水箱的上部设连通管1-2与雨水沉淀箱2连通，雨水沉淀箱2内设第二无动力缓释器2-1，第二无动力缓释器2-1的出口伸入灌溉箱3内，灌溉箱3设置浮球阀3-1，浮球阀3-1位于第二无动力缓释器的出口处，用以控制第二无动力缓释器2-1的出水，灌溉箱3外部设置浮动升降控制管3-2，浮动升降控制管入水端与灌溉箱3连通，浮动升降控制管出水端连接灌溉出水管3-3，通过浮动升降控制管控制灌溉箱3的液位，从而控制浮球阀3-1的关闭或打开；雨水通过雨水入水管1-1汇流进入前期雨水箱1，前期雨水箱1内雨水由第一无动力缓释器1-4控制前期雨水箱的出水速度，当水位高度超过连通管1-2的管底时，通过连通管1-2进入雨水沉淀箱2，雨水沉淀箱2中经过静置沉淀净化的雨水通过第二无动力缓释器2-1进入灌溉箱3，由浮球阀3-1控制第二无动力缓释器2-1的出水，根据设定的灌溉开始时间，灌溉箱出水进入灌溉出水口开始灌溉工作。沉淀箱中雨水的沉淀时间和灌溉工作的开始时间由灌溉箱外部设置的浮动升降控制管结合前期雨水箱的水位高度自动控制。

所述浮动升降控制管包括进水端4，进水端4连接一段固定长度的内衬钢丝的第一波纹软管5，第一波纹软管5后部连接一段u形硬管6，在u形硬管6的后部再连接一段与第一波纹软管5相同的第二波纹软管9，第二波纹软管9后部连接出水端10，在u形硬管6的中部通过不锈钢链7固定一个浮体8。当入水端4和出水端10固定后，浮体8可以在重力和水的浮力作用下升降，从而通过不锈钢链7将u形硬管6抬高或复原，第一波纹软管5和第二波纹软管9共同提供足够的形变满足u形硬管6升降的要求。

当水位升高时，浮体8上升，u形硬管6升高，第一波纹软管5和第二波纹软管9向上形变，浮动升降控制管断开灌溉箱出水，第一波纹软管5和第二波纹软管9之间水流断开；当水位降低时，浮体8下降，u形硬管6也随之降低，第一波纹软管5和第二波纹软管9恢复原状，浮动升降控制管恢复灌溉箱出水，第一波纹软管5和第二波纹软管9之间水流连通。

浮动升降控制管的主体在前期雨水箱内，浮动升降控制管的升降受到前期雨水箱的水位高度控制。

该系统的工作流程如下：

一、降雨时

建筑物屋顶或地势较高的不透水下垫面的径流雨水通过汇流通过前期雨水箱1顶部设置的雨水入水管1-1进入前期雨水箱1中，前期雨水箱1的容积根据需要弃流的污染较重的前期雨水量确定（一般取前期2-4mm降雨量）。

随着雨水的快速汇入，前期雨水箱1中的液位不断升高。设置在灌溉箱3外侧的浮动升降控制管3-2由于前期雨水箱1的液位升高而抬升。

设置在前期雨水箱1中的第一无动力缓释器1-4负责将前期雨水箱1中前期雨水缓慢释至前雨水排出管1-5排出，第一无动力缓释器1-4的缓释流量选型根据设定的时间确定，一般取24小时将前期雨水箱1水位降低至下限值（可根据实际情况在12-48小时范围内）。

第一无动力缓释器1-4向外释放的流速很低，降雨时前期雨水箱1水位的水位快速升高，当水位高度超过连通管1-2的管底时，雨水通过连通管1-2进入沉淀雨水箱2中。

沉淀雨水箱2的容积根据需要灌溉的绿化面积7天周左右的灌溉水量确定。沉淀雨水箱2中设置第二无动力缓释器2-1，第二无动力缓释装置2的流量选型根据需要灌溉的绿地需要的日灌溉量确定。

第二无动力缓释器2-1的出水口进入灌溉箱3，灌溉箱3设置浮球阀3-1，浮球阀3-1安装在第二无动力缓释器2-1的出水口处。

灌溉箱3出水由设置在灌溉箱3外侧的浮动升降控制管3-2控制。当沉淀雨水箱2开始进水时，浮动升降控制管3-2已经处于抬升状态。少量雨水通过第二无动力缓释器2-1进入灌溉箱3，灌溉箱3中的水位高度升高，浮球阀上升，关闭了第二无动力缓释器2-1的出水口，第二无动力缓释器2-1停止工作。

浮动升降控制管3-2抬高，浮动升降控制管控制水流断开，第二无动力缓释器2-1停止工作，灌溉出水管3-3无雨水流出。

沉淀雨水箱2的水位升至高位时，后续进入前期雨水箱1中的雨水，通过雨水溢流管1-3直接溢流出系统，进入雨水管网。

本发明在前期雨水箱水位高时，浮动升降控制管抬高，灌溉箱无法出水，第二无动力缓释器出水口被浮球阀封闭，第二无动力缓释器不工作。存储在雨水沉淀箱的雨水处于基本静态的情况下开始沉淀净化。由于沉淀过程基本无扰动影响，沉淀效果得以保证。

二、降雨结束后

没有雨水再进入前期雨水箱1中，前期雨水箱1和沉淀雨水箱2中的水位都保持高水位。

第一无动力缓释器1-4将确定体积的前期雨水缓慢释放；同时沉淀雨水箱2中无进水、出水干扰，雨水在沉淀雨水箱2中静置沉淀。

降雨结束24小时后，第一无动力缓释器1-4将前期雨水箱1中的雨水排至低位，浮动升降控制管3-2下降，浮动升降控制管控制水流流通，灌溉箱3开始出水。

灌溉箱3的水位降低，浮球阀3-1打开第二无动力缓释器2-1的出水口，第二无动力缓释器2-1开始出水。

沉淀雨水箱2中的雨水已经在完全静止状态，自由沉淀时间超过24小时，其上部水质等到良好的净化处理。

第二无动力缓释器2-1的入水口始终悬浮在水位液面下1-2cm，保证工作时进入的雨水为经过沉淀净化的清洁上层雨水，同时对沉淀在沉淀雨水箱2底部的污染物没有扰动。

第二无动力缓释器2-1缓慢释放的清洁雨水经灌溉箱3、浮动升降控制管、灌溉出水口进入绿地灌溉管，开始灌溉工作。

沉淀雨水箱2设置自动排污装置2-2，当第二无动力缓释器2-1结束工作后，将雨水沉淀箱下部少量富集污染物的雨水排至排污出水管2-3，避免下次降雨时本次已沉淀污染物的累积影响水质处理效果。

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