申请日2015.09.14
公开(公告)日2015.12.23
IPC分类号E03C1/12; F03B13/00; E03B3/02; E03C1/122
摘要
本发明公开一种高层建筑的生活污水分离分级发电系统及其控制方法，高层建筑楼顶处置放雨水存储箱，雨水存储箱经底部开有的总清洗口连接从上到下垂直的总清洗管的顶部、经底部开有的排水口连接垂直的第一级污水收集管顶部;在雨水存储箱下方由上至下依序地设置各级污水收集管、各级水箱和各级水箱排水管，每级水箱排水管均串接在前、后两级水箱之间，除最顶部的第一级污水收集管顶部连接雨水存储箱外，其余的各级污水收集管的顶口均封闭、底部均连接同级的水箱顶部，每级水箱的底部都经排污口连接总排污管、都经排水口连接同级水箱排水管的顶部入口;本发明同时利用高层建筑物生活污水和高层建筑物楼顶收集的雨水进行发电，实现两种水能量互补。
摘要附图
权利要求书
1.一种高层建筑的生活污水分离分级发电系统，高层建筑具有一个从顶部至底部的垂 直的总排污管(9)，其特征是：高层建筑的所有住户生活污水排放管由上至下分为若干 级，每级污水排放管由多层住户生活污水排放管组成，每级中的各层住户生活污水排放管直 接连接且连通总排污管(9);高层建筑楼顶处置放雨水存储箱(6)，雨水存储箱(6)内 设置雨水存储箱水位传感器(7)，雨水存储箱(6)顶部开有雨水收集口(3)和连接供水 管(4)的供水口，供水管(4)上设置供水电动阀(5);雨水存储箱(6)经底部开有的总 清洗口连接从上到下垂直的总清洗管(12)的顶部、经底部开有的排水口连接垂直的第一级 污水收集管(13)顶部;在总清洗口处设置总清洗管电动阀(2)，在排水口处设置雨水存 储箱排水电动阀(8)，总清洗管(12)的底口封闭;在雨水存储箱(6)下方由上至下依序 地设置各级污水收集管、各级水箱和各级水箱排水管，每级水箱排水管均串接在前、后两级 水箱之间，除最顶部的第一级污水收集管顶部连接雨水存储箱(6)外，其余的各级污水收 集管的顶口均封闭、底部均连接同级的水箱顶部;每级水箱中均设有水箱水位传感器和污泥 密度传感器，每级水箱的底部都经排污口连接总排污管(9)、都经排水口连接同级水箱排 水管的顶部入口，所述排污口处装有水箱排污电动阀，所述排水口处装有水箱排水电动阀; 每级水箱排水管的底部均装有一个发电机，所有的发电机并联蓄电池的输入端;所述雨水存 储箱水位传感器(7)、雨水存储箱排水电动阀(8)、供水电动阀(5)、总清洗管电动阀 (2)、水箱排污电动阀、水箱排水电动阀、水箱水位传感器和污泥密度传感器均经控制线 连接控制器(62)。
2.根据权利要求1所述高层建筑的生活污水分离分级发电系统，其特征是：每级水箱 内腔的上部均装有水箱过滤筛和水箱过滤筛喷嘴，水箱过滤喷嘴位于水箱过滤筛的中上部， 水箱过滤筛的入口连接同级的污水收集管的底部，水箱过滤筛的出口经过滤筛排污管连接总 排污管(9)，水箱过滤筛喷嘴经同级的水箱清洗管与总清洗管(12)连接，在水箱清洗管 上设置水箱清洗管电动阀，该水箱清洗管电动阀经控制线连接控制器(62)。
3.根据权利要求1所述高层建筑的生活污水分离分级发电系统，其特征是：最后一级 水箱排水管(55)的出口处经处理后的生活污水直接排放管(51)连接污物收集池(52)， 处理后的生活污水直接排放管(51)上装有污物收集池冲洗电动阀(53)，污物收集池冲洗 电动阀(53)经控制线连接控制器(62)。
4.根据权利要求1所述高层建筑的生活污水分离分级发电系统，其特征是：总排污管 (9)的底部连接污物收集池(52)，总排污管(9)的顶部设置自动排气阀(10)。
5.一种如权利要求1所述高层建筑的生活污水分离分级发电系统的控制方法，其特征 是具有以下步骤：
A、雨水存储箱水位传感器(7)检测水位超过雨水存储箱(6)总水位的90%时，控制 器(62)控制雨水存储箱排水电动阀(8)打开，雨水存储箱(6)排出的水经第一级污水收 集管(13)进入第一级水箱(19)，直到雨水存储水箱(6)水位不高于90%，关闭雨水存 储排水电动阀(8);当水位低于30%时，控制器(62)控制供水电动阀(5)打开，供水管 进水，直至雨水存储水箱(6)中的水位保持在30%，关闭供水电动阀(5);
B、当上一级水箱水位传感器检测到所在水箱的水位达到所在水箱总水位的30%时，控 制器(62)控制上一级水箱排水电动阀打开，使上一级水箱的水经上一级水箱排水管进入下 一级水箱中，上一级发电机发电;
C、当污泥密度传感器检测到所在水箱的污泥密度大于水密度2倍时，控制器(62)控 制所在水箱排污电动阀打开，将污泥排入总排污管(9)中，同时控制器(62)控制雨水存 储箱排水电动阀(8)打开，雨水经雨水存储箱排水电动阀(8)、第一级污水收集管(13) 后进入第一级水箱中对总排污管(9)自动冲洗。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征是：每级水箱内腔的上部均装有水箱过滤 筛和水箱过滤筛喷嘴，水箱过滤筛喷嘴经同级的水箱清洗管与总清洗管(12)连接，在水箱 清洗管上设置水箱清洗管电动阀，当雨水存储箱水位传感器(7)检测到雨水存储箱(6)中 的水位在30%-90%之间时，控制器(62)控制雨水存储水箱排水电动阀(8)、总清洗管电 动阀(2)、水箱清洗管电动阀打开，雨水存储箱(6)排出的水经过滤筛喷嘴对水箱过滤筛 进行冲洗，冲洗水经过滤筛排污管进入总排污管(9)。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征是：最后一级水箱排水管(55)的出口处 经处理后的生活污水直接排放管(51)连接污物收集池(52)，处理后的生活污水直接排放 管(51)上装有污物收集池冲洗电动阀(53)，污物收集池(52)的出口侧装有污物收集池 清理电动阀(57)，污物收集池冲洗电动阀(53)和污物收集池清理电动阀(57)均通过控 制线连接于控制器(62)，控制器(62)控制污物收集池清理电动阀(57)打开，并控制污 物收集池清理电动机(59)驱动污物收集池清理推杆(58)来回清理污物收集池(52)。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征是：控制器(62)控制污物收集池冲洗电 动阀(53)打开，生活污水经生活污水直接排放管(51)、污物收集池冲洗电动阀(53)进 入污物收集池(52)中冲洗污物收集池(52)。
说明书
高层建筑的生活污水分离分级发电系统及其控制方法
技术领域
本发明属于7～10层以上的高层建筑节能技术以及生活污水的处理领域，尤其涉及高层 建筑生活污水的分离系统和发电系统。
背景技术
随着城市人口的不断增加和人类对生活质量要求的日益提高，土地资源的利用、能源的 需求和环境保护等问题已越来越受到世界各国的广泛重视。高层建筑以其能有效缓解建设用 地、综合能力强等显著优势而成为当前乃至未来城市建筑的重要组成部分和重要发展方向。 但高层建筑居住人口密度大、消耗的能源多，且产生的生活污水量十分巨大。现有高层建筑 的生活污水往往被直接排放到公共污水管道中，这不仅浪费了高层建筑生活污水所蕴含的大 量机械能，而且也浪费了生活污水中的大量有机肥料，加重了污水处理厂的工作，很容易对 周边环境造成污染。
高层建筑排放的生活污水一般是高层建筑住户使用的所有生活用水，就现有排放量方式 来看，充分利用这些污水的机械能，将其转化为电能，则对于高层建筑的节能效益是相当可 观的。高层建筑的楼顶往往占很大的面积，将楼顶的雨水收集起来并与高层建筑生活污水一 起发电，不仅能增加高层生活污水发电量，也会产生更好的效果。经查阅资料，已有利用高 层建筑生活污水排放系统进行发电的文献，例如中国专利申请号为201110246587、名称为 “一种高层建筑污水势能回收系统”公开的系统中，包括了出水设备、涡轮发电机以及控制 器等，涡轮发电机位于高层建筑的底部实现了高层建筑生活污水发电的目的，但该系统难以 实现高层建筑生活污水的连续发电，并且没有考虑生活污水的分离以及发电系统管道的清洗 等问题;中国专利申请号为201110307928、名称为“一种高层建筑废水能量利用装置”所 公开的装置，采用了固液分离装置、分区蓄水装置、水位自动控制快开装置以及发电装置实 现了高层建筑废水少量分散间断排放发电的不连续和生活污水的分离问题，但实际高层建筑 的生活废水排量具有随机性，仅依靠存储生活污水进行发电是难以彻底实现持续、稳定发 电，而且该装置也没有考虑发电系统清洗、污物分离后的有机肥料处理问题。由此可知，这 些已公开的技术存在以下问题：
1、主要是以未经分离的生活污水直接发电，由于生活污水是不连续的，直接利用，会 出现发电电流不稳定、发电品质差的问题，难以保证长时间的持续稳定发电，而且大多数发 电系统都没考虑利用高层楼顶雨水的机械能以及将相对清洁的雨水作为系统冲洗的水源。
2、虽然将生活污水中的固态、半固态污物进行了分离，但分离后的污物又直接排放到 公共污水管道中，极大的浪费了有机肥料并增加了污水处理厂的工作量。
3、由于没有涉及排污管道的清洗和清理，排污管道中的污物极容易粘黏在管道壁上， 导致管径变小、发电机发电量减小，进而降低了发电系统的机械效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决已有高层建筑的生活污水发电系统存在的上述问题，提供一种 结构简单、能连续发电且发电稳定、能量转化效率较高的高层建筑的生活污水分离分级发电 系统，同时，本发明还提供了该系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明高层建筑的生活污水分离分级发电系统采用的技术方案是：高 层建筑具有一个从顶部至底部的垂直安装的总排污管，高层建筑的所有住户生活污水排放管 由上至下分为若干级，每级污水排放管由多层住户生活污水排放管组成，每级中的各层住户 生活污水排放管直接连接且连通总排污管;高层建筑楼顶处置放雨水存储箱，雨水存储箱内 设置雨水存储箱水位传感器，雨水存储箱顶部开有雨水收集口和连接供水管的供水口，供水 管上设置供水电动阀;雨水存储箱经底部开有的总清洗口连接从上到下垂直的总清洗管的顶 部、经底部开有的排水口连接垂直的第一级污水收集管顶部;在总清洗口处设置总清洗管电 动阀，在排水口处设置雨水存储箱排水电动阀，总清洗管的底口封闭;在雨水存储箱下方由 上至下依序地设置各级污水收集管、各级水箱和各级水箱排水管，每级水箱排水管均串接在 前、后两级水箱之间，除最顶部的第一级污水收集管顶部连接雨水存储箱外，其余的各级污 水收集管的顶口均封闭、底部均连接同级的水箱顶部;每级水箱中均设有水箱水位传感器和 污泥密度传感器，每级水箱的底部都经排污口连接总排污管、都经排水口连接同级水箱排水 管的顶部入口，所述排污口处装有水箱排污电动阀，所述排水口处装有水箱排水电动阀;每 级水箱排水管的底部均装有一个发电机，所有的发电机并联蓄电池的输入端;所述雨水存储 箱水位传感器、雨水存储箱排水电动阀、供水电动阀、总清洗管电动阀、水箱排污电动阀、 水箱排水电动阀、水箱水位传感器和污泥密度传感器均经控制线连接控制器。
进一步地，每级水箱内腔的上部均装有水箱过滤筛和水箱过滤筛喷嘴，水箱过滤喷嘴 位于水箱过滤筛的中上部，水箱过滤筛的入口连接同级的污水收集管的底部，水箱过滤筛的 出口经过滤筛排污管连接总排污管，水箱过滤筛喷嘴经同级的水箱清洗管与总清洗管连接， 在水箱清洗管上设置水箱清洗管电动阀，该水箱清洗管电动阀经控制线连接控制器。
最后一级水箱排水管的出口处经处理后的生活污水直接排放管连接污物收集池，生活污 水直接排放管上装有污物收集池冲洗电动阀，污物收集池冲洗电动阀经控制线连接控制器。
本发明高层建筑的生活污水分离分级发电系统的控制方法采用的技术方案：具有以下 步骤：
A、雨水存储箱水位传感器检测水位超过雨水存储箱总水位的90%时，控制器控制雨 水存储箱排水电动阀打开，雨水存储箱排出的水经第一级污水收集管进入第一级水箱，直到 雨水存储水箱水位不高于90%，关闭雨水存储排水电动阀;当水位低于30%时，控制器控 制供水电动阀打开，供水管进水，直至雨水存储水箱中的水位保持在30%，关闭供水电动 阀;
B、当上一级水箱水位传感器检测到所在水箱的水位达到所在水箱总水位的30%时， 控制器控制上一级水箱排水电动阀打开，使上一级水箱的水经上一级水箱排水管进入下一级 水箱中，上一级发电机发电;
C、当污泥密度传感器检测到所在水箱的污泥密度大于水密度2倍时，控制器控制所在 水箱排污电动阀打开，将污泥排入总排污管中，同时控制器控制雨水存储箱排水电动阀打 开，雨水经雨水存储箱排水电动阀、第一级污水收集管后进入第一级水箱中对总排污管自动 冲洗。
进一步地，每级水箱内腔的上部均装有水箱过滤筛和水箱过滤筛喷嘴，水箱过滤筛喷嘴 经同级的水箱清洗管与总清洗管连接，在水箱清洗管上设置水箱清洗管电动阀，当雨水存储 箱水位传感器检测到雨水存储箱中的水位在30%-90%之间时，控制器控制雨水存储水箱排 水电动阀、总清洗管电动阀、水箱清洗管电动阀打开，雨水存储箱排出的水经过滤筛喷嘴对 水箱过滤筛进行冲洗，冲洗水经过滤筛排污管进入总排污管。
本发明采用上述技术方案后，具有的有益效果是：
1)本发明不仅能有效利用高层建筑生活污水进行发电，而且还通过生活污水的分级、 分离及其顶部收集的雨水有效利用进行发电，即同时利用高层建筑物生活污水和高层建筑物 楼顶收集的雨水进行发电，实现两种水能量互补，解决下水发电不连续、发电不稳定的问 题，获得更大可用能量的效果。
2)本发明能对高层建筑生活污水中固态、半固态物质进行分离，可最大限度的降低城 市污水处理工作强度、充分利用分离出的有机肥料，进而可以改善环境、提供大量的有机肥 料。本发明还具有自动清洗、清理发电系统的能力，有效解决了系统堵塞等问题，同时极大 的降低了因污物导致的管道堵塞、发电机卡死情况。
3)本发明对高层建筑生活污水进行分级发电不仅可以更有效的利用高层建筑下水的能 量，极大的减少污物粘黏管道壁的距离，进而提高了发电系统的机械效率，而且能使不连续 的生活污水发电更为稳定、提高发电品质、降低发电过程中的噪声，同时也可以实现一组发 电单元出现问题，其它发电单元依然可以正常发电，且更便于整个发电系统的检修。
4)本发明设置的各级水箱，可以有效地沉淀、排放各级水箱过滤筛没有分离的细小泥 状污物，从而进一步的净化、分离生活污水。本发明系统中设置的清洗、清理功能不仅充分 利用了干净的雨水和分离出的相对干净的污水，也有效的降低因系统的堵塞问题和清洗时用 水问题，提高了高层建筑生活污水的利用率。