[发明专利]一种基于雨水水质控制的初雨弃流器及其使用方法

说明书

本发明属于城市雨水资源利用、海绵城市建设等技术领域，提供一种基于雨水水质控制的初雨弃流器及其使用方法。该装置直接安装在现有集雨管道中，包括外部弃流装置、自控电路。外部弃流装置中的雨水浊度传感器安装在水质检测桶中，水质检测桶底部和侧上方分别与集雨管、导流管连接，用于收集检测初雨、将初期浊度较高的雨水导流至污水口排放。自控电路包括雨量感应器、浊度信号传递单元、电源、插座、常闭电磁阀和常开电磁阀，用于检测雨量信息与浊度信号传递。本发明能够适应不同降雨条件和城市雨水径流不同冲刷规律并进行准确弃流，最大程度保证收集水质较好的雨水量；具有适应性强、自动化程度高、污染控制稳定、弃流量准确的特点。

技术领域

本发明属于城市雨水资源利用、海绵城市建设等技术领域，涉及一种基于雨水水质控制的初雨弃流器，用于城市雨水的收集与利用。

背景技术

我国水资源短缺，且南北分布不均。另一方面，随着我国城镇化率的进一步加快，城市水资源需求量急剧增加，合理利用雨水资源是解决我国城市水资源短缺和水资源需求量大这一矛盾的重要内容，尤其开发利用城市集雨装置进行雨水收集、净化和综合利用也是我国海绵城市建设中的重要环节。在雨水利用过程中，初期雨水水质差是影响雨水资源利用的最大难题之一(张艳娟等停车场集雨洗车现场试验[J]中国水土保持科学,2014,1(1):109-113)。在初期冲刷效应的作用下，降雨初期径流中往往会携带大量的污染物，会导致径流初期产生一个较高的污染物浓度峰值，这些初期含有大量污染物的雨水增加了雨水收集利用的难度。初期污染物浓度受多种因素影响，比如雨水收集区面积、降雨强度和干期长度等都会影响到初雨水质。研究表明初期雨水携带了大量的污染负荷，初期雨水污染较为严重，因此，雨水非常规水资源在收集利用过程中控制初期雨水显得尤为重要(王倩等.国内典型城市降雨径流初期累积特征分析[J].中国环境科学,2015,35(6):1719-1725)。雨水在初期冲刷作用下，初雨中的主要污染物是总悬浮物颗粒(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(孟莹莹等.基于污染负荷控制的屋面初期径流弃除量探讨[J].中国给水排水，2010，26(7):40-42.)。初雨最明显的特征是TSS含量高，水体浑浊，随着时间的推移，雨水逐渐变清。

城市雨水主要有屋面、道路、渗透性地面三种汇流介质，其中地面径流雨水水质最差，渗透性地面径流雨水基本以渗透为主，可收集的雨水十分有限。城市屋面雨水收集利用较为方便、污染程度低、利用价值高。随着城市的快速发展，城市屋面面积也急剧增大，屋面雨水收集利用潜力十分巨大。目前的城市屋面雨水收集主要由初雨弃流、雨水收集、雨水输送和雨水存储系统构成。初雨弃流是雨水资源化利用的第一步，水质差的初雨经过弃流装置弃流至城市市政污水管道，从而保证后续收集雨水的水质。目前应用较多的初雨弃流器主要有两种方式：基于降雨时间的弃流器和基于降雨流量的弃流装置。基于降雨时间弃流器结构简单，主要由一定容积的弃流桶和浮球构成，当弃流桶中的浮球随着水位的提高而逐步上升，当水位达到设计水位时，浮球也上升到弃流桶顶部，堵住了弃流器的进水口，从而完成初雨截留，之后的雨水便改道流入到雨水收集单元。这种初雨弃流器结构简单、安装方便，应用最为广泛，但其不能根据降雨强度和屋面受污染程度进行有效弃流，弃流量恒定，无法应对不同降雨条件下所形成的不同初雨污染负荷的初雨，尤其是第一场雨降临时，往往会形成污染较为严重的初雨，依然按照设定水位进行初雨弃流会导致后续收集的雨水水质恶化。

第二种常见的初雨弃流器根据雨水流量进行弃流。其原理是基于一般降雨初期降雨强度较大，比如机械翻板初雨弃流器就是其中一种弃流方式(杨潇等，翻板式初雨分离器的设计[J],水资源与水工程学报,2010,21(60):121-124)，该弃流器利用水力作用使翻板自动翻转，从而进行初期雨水弃流处理。没有雨时，翻板处于倾斜位置，降雨开始后，初期雨水从翻板下排到市政雨污排水管道。当雨量增大时，翻板在重力以及水压力共同作用下自动翻转，使得翻板下端排水口封闭，集雨池水位抬升，汇集的雨水通过收集口流入到蓄水池。当雨量减少时，集雨池水位下降，翻板又会在重力作用下恢复到初始倾斜位置，后期少量雨水也会被弃流。该装置结构简单，可自动完成弃流动作。