一种监测水质的屋面初期雨水弃流系统的制作方法

1.本发明涉及雨水弃流系统技术领域，具体为一种监测水质的屋面初期雨水弃流系统。


背景技术：

2.随着经济的发展和人口的增加，人类对水资源的需求日趋增长，而伴随着不合理的开采和利用，导致全球出现不同程度缺水现象，水资源严重匮乏。另一方面，随着科技和技术的高速发展，建筑和不透水道路的大量兴起使水逐渐脱离人们的掌控，城市不断出现内涝问题，严重影响了人民的财产和生命安全。
3.海绵城市的提出能够很好地解决这些问题，他的宗旨是让人们能合理调控雨水不至失控，如绿色建筑、透水道路铺装和雨水花园等。既要调控雨水，又要合理地利用雨水，而国内仅有北上广等一线城市对雨水的利用率能达到10％，其它城市尤其是乡镇对雨水的利用率几乎为零，相比于发达国家的20％甚至50％，还需要积极探寻与水共生的和谐方式。
4.相比于地表雨水径流，屋面雨水径流更干净，更易于提高雨水利用率。降雨落在屋面时，雨水对空气和屋面冲刷，水中混入大量的灰尘和污染物，如果直接排入自然水体会造成严重污染，因此必须对初期雨水进行弃流处理。初期弃流量主要受降雨冲刷强度和降雨间隔影响，这也导致水质的变化范围较大，难以确定统一的弃流量，对于屋面雨水的收集造成了重要影响。同时，确保弃流过后的雨水水质达到使用标准，充分收集并合理利用，能有效地缓解水资源问题。
5.中国专利申请cn206245378u公开了屋顶雨水收集存储回用系统，它包括屋顶雨水汇集管网、过滤系统、用水端以及电磁阀控制系统。该专利技术可将雨水进行分级过滤，并分别存储在不同的存储箱内，可适配不同的用水环境要求。但仍存在以下问题：1)未考虑屋面的初期雨水弃流，污染浓度高时，会增加雨水径流后续的处理操作和成本，,该发明充分考虑初期雨水的弃流，且未采取固定弃流量，收集的雨水水质好；2)该系统收集复杂，对雨水进行分散处理，效率底、成本高，而本系统将不达标的初期屋面雨水径流输送至污水管网，避免单独分散地处理雨水，效率高，减少了水资源污染。
6.中国专利申请cn113152586a公开了一种基于在线水质监测的屋面雨水自动收集系统，包括水质在线监测装置、信号传递及控制装置和雨水收集装置。该专利能够对屋面径流水质在线监测，能根据水质实现初期雨水弃流：但是，仍然存在两个问题：1)该系统的水样测定室由于初期弃流雨水的存在会影响传感器的监测，导致监测出现偏差，且增加了占地面积和成本，而本系统可直接与雨水立管相连，通过设置一根细管径的水质监测管和雨水支管，提高了水质在线监测的精度；2)水质监测仪只靠浊度仪不够精确，当测定室的雨水浊度浮动时，会造成电磁阀反复开关，损耗较大，本发明设置多类水质传感器进行监测，稳定可靠。


技术实现要素：

7.(一)解决的技术问题
8.针对现有技术的不足，本发明提供了一种监测水质的屋面初期雨水弃流系统。
9.(二)技术方案
10.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种监测水质的屋面初期雨水弃流系统，包括立管连接构件，所述立管连接构件上端固定设置有雨水立管，所述立管连接构件的下端固定连接有柱形套筒，所述立管连接构件的内部滑动连接有可移动活塞，所述柱形套筒的侧面设置有雨水支管排出，雨水立管右侧与第二雨水支管左侧连接，所述立管连接构件、可移动活塞上均设置有透水孔；可移动活塞沿着立管连接构件的内壁上下移动，下移一段距离时，雨水立管中的雨水通过设在立管连接构件壁上的透水孔流入柱形套筒中，之后雨水通过柱形套筒左侧的雨水支管排出，第二雨水支管右边与排水支管上端连接，水流入第二雨水支管后，第二雨水支管接入市政雨水管网，实现雨水的回收利用；第二雨水支管内设置电磁阀，第二雨水支管中部与排水支管中部连有一根水质监测管以控制待监测雨水的流速，水质监测管内部设置传感器，传感器、电磁阀通过数据传输线连接中控单元；传感器在线监测雨水水质，并及时反馈给中控单元，从而控制电磁阀的启闭；
11.中控单元包括单片机和继电器，传感器将水质指标参数反馈给单片机，当两个传感器的反馈值都满足预设数值标准时，单片机电性连接继电器，继电器内有电流通过，触发电磁阀电路闭合；
12.所述电磁阀设在第二雨水支管内，位置处在第二雨水支管与水质监测管接口处的右侧，在无水流通过或水质指标监测值未达到单片机的预设标准时，电磁阀处于开启状态，反之则关闭。
13.优选的，所述立管连接构件为圆柱体，直径与雨水立管相等，所述弹簧为三个，所述可移动活塞一端连接中间的弹簧的一端，中间的弹簧另一端固定于立管连接构件内部的底部，其余两根弹簧长度和弹性系数为中间的弹簧的1/3。
14.优选的，所述立管连接构件壁上的透水孔的直径从上到下逐渐增大，最小孔径的透水孔所处高度为中间的弹簧压缩2cm时所处的高度，最大孔径透水孔所处高度为中间弹簧压缩2/3时的高度，即中间的弹簧压缩2/3的高度时，另外两根弹簧将受到可移动活塞作用，防止积累雨水重量过大造成弹簧的损坏。
15.优选的，所述柱形套筒直径大于雨水立管直径，柱形套筒的高度大于中间弹簧初始高度，柱形套筒的高度小于立管连接构件高度。
16.优选的，所述传感器包括浊度传感器和ph传感器。
17.优选的，所述中控单元通过电路连接线电性连接太阳能电池。
18.可移动活塞沿着立管连接构件内壁向下移动时，与之连接的弹簧受到压缩，向上移动时弹簧拉长，直至回归初始状态，且可移动活塞表面设有一定数量的微小透水孔。
19.水质监测管呈l形，管径为雨水支管的1/5，设置水质监测管的目的是为了防止雨水支管中流速过大，影响传感器对水质的监测效果，水质监测管的横支管内底部嵌有一个浊度传感器和一个ph传感器，浊度和ph是常用的水质监测指标，适用于民用建筑的屋面雨水水质监测，二者皆通过数据传输线与单片机相连，单片机、电磁阀和继电器之间同样通过数据传输线连接。
20.(三)有益效果
21.本发明提供了一种监测水质的屋面初期雨水弃流系统。具备以下有益效果：
22.本发明结构简单、适用范围广、成本低，系统可直接和雨水立管相连，安装简便；通过在水质检测管内设两个具有代表性的水质监测传感器——浊度传感器和ph传感器，在线监测水质，控制屋面的初期雨水弃流，避免了复杂设备的使用；设置两个传感器有利于控制雨水水质，防止不达标的雨水进入雨水支管，同时能减少由于单项水质指标波动而造成电磁阀的反复启闭现象发生，延长其使用寿命，使系统运行更加稳定可靠。本发明对初期雨水弃流输送至污水厂处理，对水质达到预期的雨水实行重复利用，减小了污水厂和管网的压力，提高了水资源利用率。
附图说明
23.图1为本发明整体的结构示意图；
24.图2为本发明初期弃流后的立管连接构件结构示意图；
25.图3为本发明中控单元示意图。
26.图中，1.雨水立管，2.立管连接构件，3.柱形套筒，4.可移动活塞，5.弹簧，6.透水孔，7.雨水支管，8.排水支管，9.水质监测管，10.浊度传感器，11.ph传感器，12.电磁阀，13.太阳能电池，14.中控单元，15.继电器，16.数据传输线，17.电路连接线，18.单片机，19.第二雨水支管。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1～图3所示，本发明提供一种技术方案：一种监测水质的屋面初期雨水弃流系统，包括立管连接构件2，所述立管连接构件2上端固定设置有雨水立管1，所述立管连接构件2的下端固定连接有柱形套筒3，所述立管连接构件2的内部滑动连接有可移动活塞4，所述柱形套筒3的侧面设置有雨水支管7排出，雨水立管1右侧与第二雨水支管19左侧连接，所述立管连接构件2、可移动活塞4上均设置有透水孔6；可移动活塞4沿着立管连接构件2的内壁上下移动，下移一段距离时，雨水立管1中的雨水通过设在立管连接构件2壁上的透水孔6流入柱形套筒3中，之后雨水通过柱形套筒3左侧的雨水支管排出7，第二雨水支管19右边与排水支管8上端连接，水流入第二雨水支管19后，第二雨水支管19接入市政雨水管网，实现雨水的回收利用；第二雨水支管19内设置电磁阀12，第二雨水支管19中部与排水支管8中部连有一根水质监测管9以控制待监测雨水的流速，水质监测管9内部设置传感器，传感器、电磁阀12通过数据传输线16连接中控单元14；传感器在线监测雨水水质，并及时反馈给中控单元14，从而控制电磁阀12的启闭；
29.中控单元14包括单片机18和继电器15，传感器将水质指标参数反馈给单片机18，当两个传感器的反馈值都满足预设数值标准时，单片机18的预设值根据需要进行设置，不做具体限定，单片机18电性连接继电器15，继电器15内有电流通过，触发电磁阀12电路闭
合；
30.所述电磁阀12设在第二雨水支管19内，位置处在第二雨水支管19与水质监测管9接口处的右侧，在无水流通过或水质指标监测值未达到单片机18的预设标准时，电磁阀12处于开启状态，反之则关闭。
31.进一步地，所述立管连接构件2为圆柱体，直径与雨水立管1相等，所述弹簧5为三个，所述可移动活塞4一端连接中间的弹簧5的一端，中间的弹簧5另一端固定于立管连接构件2内部的底部，其余两根弹簧5长度和弹性系数为中间的弹簧5的1/3。
32.进一步地，所述立管连接构件2壁上的透水孔6的直径从上到下逐渐增大，最小孔径的透水孔6所处高度为中间的弹簧5压缩2cm时所处的高度，最大孔径透水孔6所处高度为中间弹簧5压缩2/3时的高度，即中间的弹簧5压缩2/3的高度时，另外两根弹簧5将受到可移动活塞4作用，防止积累雨水重量过大造成弹簧5的损坏。
33.进一步地，所述柱形套筒3直径大于雨水立管1直径，柱形套筒3的高度大于中间弹簧5初始高度，柱形套筒3的高度小于立管连接构件2高度。
34.进一步地，所述传感器包括浊度传感器10和ph传感器11。
35.进一步地，所述中控单元14通过电路连接线17电性连接太阳能电池13。
36.实施例：降雨时，屋面雨水经过雨水立管1落在立管连接构件2的可移动活塞4上，当雨水开始汇集时，与之连接的中间弹簧5不会受到压缩下降，同时雨水会流入设在右侧的雨水支管7和水质监测管9，浊度传感器10和ph传感器11在线监测水质并将参数反馈给中控单元14，浊度传感器10型号为禹山y510-a，ph传感器11选取美国sensorex水质ph传感器，若二者至少有一项未达到arduino系列单片机18设定的参数值，则通过型号为jh13001的电磁继电器15控制电磁阀12开启，电磁阀12可选用型号为2w025-06的二位二通电磁阀，水流经过排水支管8输送至污水管网；若二者的水质参数皆满足单片机18中的预设值，雨水水质符合要求，则控制电磁阀12关闭，(水质监测管中损失的水量较小可忽略不计)水会汇集在可移动活塞4上，随着雨水重量增加，弹簧5受力压缩，当可移动活塞4高度低于立管连接构件2内壁的透水孔6时，雨水流出进入柱形套筒3，通过雨水支管7汇入雨水管网；降雨停止后，可移动活塞4上的水量不再增加，受压后的弹簧5短期内保持平衡，而随着雨水通过其表面的微小透水孔6流出，弹簧5受压逐渐减小，开始恢复至初始位置，堆积的雨水也会相继排出。
37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。