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1、中小城镇市政污水处理工程技术工艺高级研讨会 合流制系统中新型截流井的研究 卜秋平，李白勋，李杉 ( 许昌市污水净化公司，河南许昌4 6 1 0 0 0 ) 1 分流装置研究的背景 现行排水体制主要是截流式合流制和分流制两种类型。一般来讲，合流制排水系统由于只需一 套管沟系统，施工较简单，造价比分流制排水系统低2 0 。4 0 ，管沟维护管理简单、费用低；而 分流制排水体制流入污水处理厂的水量、水质变化小，利于污水处理厂的运转管理，降低运行费用。 从环保角度来看，截流式合流制排水系统同时汇集了生活污水、工业废水和部分雨水送到污水 处理厂，减轻了较脏的初期雨水对水体的冲击；但暴雨时通过截流井将部分
2、生活污水、工业废水泄 入水体，给水体带来一定程度的污染。分流制排水系统将城市污水送到污水厂处理，但初期雨水径 流未经处理直接排入水体，对环境保护也是不利的。 为克服现行排水体制的不足，可采用一种称之为截流式分流制的排水系统( 见下图) 。污水经污 水干管和截流管输送至污水处理厂处理后排放，初 期雨水亦进入截流管送至污水处理厂，而降雨中期 污染较小的雨水则直接排入水体。截流式分流制可 较好地保护水体不受污染，由于仅接纳污水和初期 雨水，截流管的断面也小于截流式合流制，进入截 流管内的流量和水质相对稳定，亦减少了污水处理 厂及污水泵站的运行管理费用，是一种经济且环保 质量较高的新型排水体制。 1
3、擀承臂2 。始米锋3 藏流捧4 盼承处理r 截流式分流制的关键是初期雨水截流井。要保证初期雨水进入截流管，中期雨水直接排入水体， 同时截流井中的污水不能溢出泄入水体。给水排水设计手册及有关资料介绍的溢流井形式主要有 三种，即截流槽式、溢流堰式和跳跃堰式，这三种形式的溢流井在使用中都受限制，必须满足溢流 排水管管内底标高( 或溢流堰堰顶标高) 高于排入水体的水位标高，否则需在排出1 ：3 设置闸板或防 潮门，以防水体水倒灌入管网，造成泵站淹没。换句话说，如果水体水位标高高于溢流堰堰顶标高 时，溢流井将不能工作。 截流式合流制截流井的关键在于截流量的合理确定。截流量的确定与当地城市地面环境的污染
4、程度有关，可实地测试当地初期雨水的污染程度确定，也可按污水量的0 8 2 倍确定。 2 新型截流井的选择 随着国家对环境问题越来越重视，环保要求越来越高，雨污合流水的收集处理就显得日益重要。 其处置的几种方法主要有以下三种： 2 1 手动控制 在刚下雨时，手动开启污水管线阀门，把初期雨水切换到污水管线( 或初期污染雨水收集池) 内，同时手动关闭雨水管线阀门，一段时间( 一般1 0 1 5m i n ) 后手动开启雨水阀同时手动关闭污 水阀，使后期清净雨水切换到雨水管线内排放。 3 8 6 真空预压法在污水处理厂软基处理中的应用 手动控制、切换雨水排放的特点是关闭及时、可靠，不会出现其他意外情况
5、。但在管理跟不上 的情况下，会出现污水处理车间处理负荷加大或者初期污染雨水全部直接排放的后果，导致处理费 用加大或环境污染，而且时间长了会出现阀门由于污染锈蚀打不开的现象。 2 2 自动切换 在从装置围堰内接出的雨水管线上增设两套电动阀，然后设定程序控制，即降水初期打开污水 阀门，将初期污染雨水切换到生产污水管线内或初期污染雨水收集池，一段时间后( 一般1 0 1 5r a i n ) 关闭污水阀，开启清水阀，将后期清净雨水切换到雨水管线内或直排系统，实现自动切换。但也有 一些缺点： 费用高，一般仅电动阀和程序控制约需要1 5 万元左右； 由于各种原因，这种自控系统易出现故障，一旦阀门失灵，雨
6、水自动切换就成了一句空话； 难以操作，由于利用时间控制，大雨和小雨水量差别较大，使用时会遇到很多麻烦。 2 3 自然分流 装筮盎扇动丛态夔墼威动丛盔 图1 装置 根据当地的实际情况，我们对雨污合流管道接入污水管道的雨污截流井做了较多的研究和试验， 并取得了一定的成果。最初采用一种如装置图1 所示的翻板式分流装置，在理论计算和清水试验中 都已通过，但经过论证此方案在污水中存在有易挂纤维、破布等杂物的缺点，使其直接失灵，故予 以抛弃，寻找新的方案。 图2 装置 装置图2 中的两个方案是将合流污水管道上加上浮球，当雨天水量增大时，浮球上升，使其关 闭下泄水口，使水排入水体。这种装置在实验过程中，存在
7、着易挂丝状破布等杂物，会逐渐失去功 能，所以未能采用。 图3 装置 装置图3 是在管道的下部开口，开口的大小正好可以将平时最大水量的排放掉，雨量大时，就 直接排入水体。这一种做法比较简单，也比较实用，并且在北城河已有应用。但是此种方案对高差 要较高，不能被广泛应用。 3 8 7 中小城镇市政污水处理工程技术工艺高级研讨会 图4 装置图5 装置 装置图4 、5 是跳跃堰式的截流井，是一种较为经典的截流井，在工程中已有很多的应用，但其 对高差要求较高，亦不能被广泛应用。 后经多方改进试验与论证，确定浮球杠杆式分流装置为最佳选择。此装置的优点主要是受污水 中杂物影响小，简单易行，可操作性强，投资少，
8、运行管理方便，对随机雨水的适应性强等。 浮球杠杆式分流装置原理图装置平面图 工作原理：晴天时污水由进水口A 进入装置，经由闸门口C 、出水口D 进入污水管道。雨天时， 雨污合流水由进水口A 进入装置，由于水量较大，无法从闸门口C 全部过流，水位上升，浮球上升， 由于杠杆作用，闸门关小，多余的合流污水由溢流口F 泄入水体。 3 水力学计算 驴 根据装置的实际情况，我们按孔口出流来进行水力学计算。按孔口出流计算公式： Q = p t o ( 2 9 H ) 1 陀 式中：Q - 孑L I = 1 出水量，m 3 I s 卜流速系数； 孑L 口面积，m 3 ，o _ - - 扼d 2 4 ( d 为
9、排水管径) ； H 水位，m 。 根据( 1 ) 孔口出流计算方法，将上述调节机构简化为如上 图所示： 若水位往上调高为A H ，要保证排水量Q 不变，必然要缩小 排水管面积，设缩小面积为A c o ，孔口变形后，“值不变，则有如 下公式成立。 o J ( 2 9 H ) ! 尼= ( A c o ) 2 9 ( H + A H ) 1 陀 变换等式： 【t o ( o o t L c o ) = ( H + A H ) H 3 8 8 甘尊拳 ( 2 ) 真空预压法在污水处理厂软基处理中的应用 设变换后的孔口面积为l 则为： 【( o l + A e 0 ) 0 0 1 = ( H + A
10、H ) I - I( 3 ) 1 + 2 ( A e o e 0 1 ) + ( A c o R 0 1 ) 2 = I + A H H( 4 ) 合并同类项：( A r o o ) 1 ) 2 值太小，忽略不计，则有 2 ( A c o o t ) = A H H( 5 ) 上式可以写成： A H H = 2 ( o ) 0 1 I 1 )( 6 ) 从( 6 ) 式中可以看出，H 、为定值，A H 的变化只与C O l 有关，此公式推导可为调节方法的可 行性从理论上作进一步证明。 4 试验过程及结论 4 1 试验模型的确定 4 1 1 比例模型 截流井中的水流具有自由表面，受重力作用，故采
11、用佛雷德相似准则进行设计。考虑到截流井 的工程实际，采用1 ：1 0 的正态模型。截流井模型尺寸( 均以l n l n 计) 如下图所示。 截流井模型示意图( 平面)截流井模型示意图( 剖面) 4 1 2 试验流程 模型试验流程如图所示。 整个系统由水塔( 尺寸为4m 5m X 2m ) 、 蓄水池( 容积为1 2m 3 ) 、水箱、截流井及相关的 测量仪器组成。用水泵将蓄水池内水抽至高位水 塔，再放水至大水箱，通过调节阀门并由流量计 测定控制流量，多余水量溢流回储水池。水流经 水箱消能稳定后进入截流井进行各种工况试验， 截流量由流量计测定。 4 2 试验数据与分析 原型流量是依照其收水面积雨
12、季水量与污水量之和确定的，根据原型水量运行工况，按1 ：1 0 模型比例考虑模型截流井的进水流量和截流量，见表1 。 3 8 9 中小城镇市政污水处理工程技术工艺高级研讨会 表1 模型截流井的进水流量和截流量 水泵运行组合 原型进水流量( m 3 s )模型进水流量( L s )原型截流量( m 3 s )模型截流量( L s ) 单泵6 01 9 05 6 6 1 7 9 双泵1 2 03 8 06 4 82 0 4 截流井模型的运行水位是根据清异河1 0 年来的四种水位而考虑的，截流井试验水位见表2 。 表2 截流井试验水位 水位清异河原型水位( “O模型试验水位( D 1 0 年中最高水
13、位 5 6 40 4 6 8 l O 年平均离水位 4 - 3 8 O 2 4 2 1 0 年平均低水位 3 3 00 2 3 4 1 0 年来最低水位 2 2 50 1 2 9 。 清异河处于不同水位时，溢水口闸门开启度对截流量的影响也不同。 进水流量为1 9 0L s 并满足近期截流量为1 7 。9U s 时的闸门开启度见表3 。 表3 进水流量1 9 0L s ，并满足近期截流量为1 7 9L s 时的闸门开启度 清异河水位( m )溢水口闸门全闭时截流闸门的开启度 溢水口闸门开启5 0 时截流闸门的开启度 0 4 6 85 9 1 9 1 2 0 2 4 25 9 1 9 1 2 0
14、2 3 4 5 9 1 9 1 2 0 1 2 95 9 1 9 1 2 进水流量为1 9L s 并满足近期截流量为1 7 9L s 时的闸门开启度见表4 。 清异河水位 溢水口闸门全闭时溢水口闸门开启5 0 时 溢水口闸门开启7 0 时 ( m )截流闸门的开启度 截流闸门的开启度截流闸门的开启度 0 4 6 84 7 2 5 0 4 7 2 8 0 2 4 24 7 2 5 0 4 7 2 8 0 2 3 4 4 7 2 5 0 4 7 2 8 0 1 2 94 7 2 5 0 4 7 2 8 进水流量为1 9L s 并满足远期截流量为2 0 4L s 时的闸门开启度见表5 ，双泵运行满足
15、远期 截流量时的闸门开启度。 清异河水位 溢水口闸门全闭时溢水口闸门开启5 0 时 溢水口闸门开启7 0 时 ( m ) 截流闸门的开启度截流闸门的开启度 截流闸f - j 的开启度 0 4 6 85 5 9 5 7 。6 7 0 4 0 2 4 25 5 9 7 2 6 8 8 8 0 2 3 45 5 9 8 0 0 8 8 8 0 1 2 95 5 9 8 0 O 8 8 8 从表3 5 可以看出，在较低水位时由于截流闸门是自由出流，其闸门开启度仅受出水量和截流 量的影响。当溢水口闸门全闭时雨污合流水进入截流管道，截流闸门的开启度也不受水位的影响。 3 9 0 真空预压法在污水处理厂软基处理中的应用 当截流闸门开启度一定时，水位越高截流井内水位也越高，为了控制截流量，截流闸门开启度也越 小。在进水流量为1 9U s 、溢水口闸门开启度为7 0 时，进水很大一部分从堰口流入清异河而无法 满足截流量。试验结果表明，污水截流量受清异河水位、截流井进水量和各闸门开启度的影响，其 运行管理较复杂，特别是在低水位和低进水流量时，即使开足截流闸门也无法保证污水截流量，因 此可将溢水口闸门孔口面积缩小，使其在闸门全开、各种水位和进水流量下仅需通过调节闸门就能 保证截流量，有利于日后截流井的运行管理。 4 3 试验结论 截流井的污水截流量受清异河水位、截流井进水量和各闸门开启度的影
