旋流調(diào)節(jié)閥在污水截流井中的應(yīng)用

秦海生

摘要:針對廣東實際情況,對截流設(shè)備的選擇,大多采用西方國家的進(jìn)口設(shè)備旋流調(diào)節(jié)閥(德國UFT公司生產(chǎn))安裝在截流井內(nèi)以適應(yīng)淹沒出口有污水進(jìn)入的雨水渠。該裝置根據(jù)獨特的水力和空氣學(xué)原理及閥體特殊的設(shè)計,可以把進(jìn)入截流干管的污水量控制在一個較精確的范圍內(nèi),操作簡單,截流污水量的精度可達(dá)0.1 L/s。

關(guān)鍵詞:合流制排水系統(tǒng);污水截流井;旋流調(diào)節(jié)閥

中圖分類號:TP39文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)35-0152-02

一、工程概況

深圳河灣污水截排一期工程項目為前、后海灣污水截排工程,本工程設(shè)計以深圳河灣的污染源調(diào)查為依據(jù),結(jié)合特區(qū)內(nèi)市政排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀和規(guī)劃,按照水環(huán)境綜合整治的要求,針對如何提高污水收集率和處理率;采取工程措施,將污水收集輸送到污水處理廠,爭取將流入前、后海灣現(xiàn)狀未收集的污水達(dá)到最大可能的收集截流,為開展深圳河灣的綜合整治奠定基礎(chǔ)。

二、截污工程方案選擇

特區(qū)內(nèi)的雨污水系統(tǒng)已按總體規(guī)劃要求采用雨污分流制進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、實施。因此任何雨污合流現(xiàn)象都可能使已建成的污水系統(tǒng)的不正常運行或超負(fù)荷運行,其后果可導(dǎo)致已收集到的污水外溢,河流污染嚴(yán)重或污水廠增加負(fù)荷。因此必須按照總體規(guī)劃和對已有的排水系統(tǒng)有條件地進(jìn)行雨污分流改造,最終實現(xiàn)將現(xiàn)狀污水管網(wǎng)改造完善為分流制管網(wǎng)。

建成區(qū)按分流制建設(shè)了較為完善的污水管網(wǎng),但由于雨、污水管網(wǎng)錯接亂排情況嚴(yán)重,污水難以全部收集到污水處理廠,河流中仍流淌著部分污水。目前深圳市一方面采用截污加以補(bǔ)救,另一方面應(yīng)加強(qiáng)城市排水管理,杜絕錯接亂排現(xiàn)象,尤其是杜絕新污染源的產(chǎn)生。以總口把關(guān)截污和“正本清源”即改正錯接亂排并舉。

截污、污水收集與污水系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)同步。河流水環(huán)境綜合整治是一個系統(tǒng)工程,截污實施后污水應(yīng)有出路,故本工程必然涉及污水系統(tǒng)的核算。

三、截流井

深圳市對截流設(shè)備的選擇,大多采用西方國家的進(jìn)口設(shè)備,如鴨嘴止回閥(也稱“紅閥”)、旋流調(diào)節(jié)閥等或者兩者配合使用安裝在截流井內(nèi)以適應(yīng)淹沒出口有污水進(jìn)入的雨水渠(如圖1所示)。

在截流系統(tǒng)的設(shè)計中截流井的設(shè)計至關(guān)重要,它既要截流的污水進(jìn)入截污系統(tǒng),達(dá)到整治水環(huán)境的目的,又要保證在大雨時不讓超過截流量的雨水進(jìn)入到截污系統(tǒng),以防止下游截污管道的實際流量超過設(shè)計流量,避免發(fā)生污水冒出。在合流制管渠或者河口截污管渠接入干管的地方應(yīng)設(shè)計截污井,晴天時將旱流污水截取至污水處理廠處理,雨天時截取旱流污水及部分初期雨水至污水處理廠處理,超過設(shè)計截流量的混合污水通過截污井直接排入河道。

四、旋流調(diào)節(jié)閥作用原理

該系統(tǒng)的核心部分為旋流限流閥,它可以根據(jù)每座截流井要求的最大截流量和井內(nèi)水位變化值等具體設(shè)計基礎(chǔ)資料,確定每個限流閥的最大通過流量。由于其獨特的水力學(xué)及空氣力學(xué)原理,可以實現(xiàn)在達(dá)到最大截流量的情況下,井內(nèi)水位的升高對截流量的增加無明顯影響,實現(xiàn)準(zhǔn)確限流的目的。圖2是普通截流井和加裝旋流限流閥截流井中水位和污水截流量的Q—H對比曲線。

由圖2可知,加裝限流閥后截流井對污水的截流量隨水位的升高其增長趨勢明顯變緩,起到了限流的作用。但需注意,不同安裝角度的旋流閥其水位與截流量的關(guān)系曲線稍有差異。

旋流限流閥閥腔不含任何活動部件,水流通過切向入水口進(jìn)入閥腔,當(dāng)流量較小時,水流在閥腔內(nèi)以重力流方式通過,旋流限流閥不存在任何阻力;隨著流量的增大,空氣通過旋流限流閥的氣孔進(jìn)入閥腔,阻隔水流使水流形成一種軸對稱式的旋流,并在閥腔內(nèi)形成高速的切向速度,同時在閥腔中部形成一個空氣柱,減小出口的過水截面面積,阻隔大部分的出水,實現(xiàn)控制截流量的目的。

對于非淹沒出流的有污水排入的雨水管渠,在標(biāo)高符合技術(shù)要求的,則選用“標(biāo)準(zhǔn)型截流井”通常有側(cè)堰式和跳越式截流井。當(dāng)截污流量較小時,采用截流堰,截流堰后采用一段1~3m 長的d200污水管以控制流量,截流堰設(shè)計成簡單可調(diào)式,即堰頂預(yù)埋不銹鋼板,必要時可以用不銹鋼板焊接加高。

當(dāng)截污流量稍大些時,也可考慮采用旋流調(diào)節(jié)閥,對雨季時截流管過大的流量進(jìn)行控制。該設(shè)備不含任何活動部件,不需要使用外部動力,完全利用水力學(xué)原理工作,可以很好地控制由上游水壓變化而產(chǎn)生的水量變化問題,從而降低雨季時大量雨水進(jìn)入污水系統(tǒng),減小對污水廠運行造成的沖擊負(fù)核。

對于在渠道內(nèi)截污,為不影響渠道行洪,選用“自動堰式截流井”,即在渠道內(nèi)設(shè)置水力自動翻板堰,旱季截流時,水力自動翻板堰“豎立”成擋水堰,防止外河(海)水倒灌,同時保證污水完全截流;雨季時,受渠內(nèi)雨洪水的水力作用,水力自動翻板堰“平躺”實現(xiàn)正常的行洪。

水力自動翻板堰在德國已普遍使用。德國的截流工程已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個大中城鎮(zhèn),在城市的雨水管或雨污水合流管上設(shè)置截污,初期雨水進(jìn)入調(diào)節(jié)儲存池,旱天分批送入污水處理廠處理后排放或回灌地下水。而我國目前尚不具備在城市設(shè)置數(shù)量太多的貯水池的各種條件。

五、工程應(yīng)用

針對水環(huán)境污染導(dǎo)致城市環(huán)境質(zhì)量下降的現(xiàn)狀,以防治水污染,進(jìn)一步提高防洪標(biāo)準(zhǔn)以及改善城市河道景觀為中心的水環(huán)境綜合整治問題,對此,深圳市政府提出了對全市河流水環(huán)境進(jìn)行綜合治理的一系列要求和措施,統(tǒng)籌推進(jìn)水環(huán)境整治工作,力求通過采取截排措施以提高污水收集率和處理率,治理河流污染,改善城市水環(huán)境質(zhì)量。

在進(jìn)入中途污水提升泵站和污水處理廠前的合流制截流井中均采用了德國UFT公司生產(chǎn)的旋流調(diào)節(jié)閥(限流閥安裝于單獨的限流井內(nèi),采用干式安裝),根據(jù)設(shè)計的最大截流量和截流井內(nèi)可能的水位變化值,由設(shè)備供應(yīng)商選定成品規(guī)格,并負(fù)責(zé)調(diào)試安裝。

例如,在深圳河灣一期工程為了防倒灌采用旋流調(diào)節(jié)閥。由于受海水頂托,正常潮位時,三叉河口以西的深圳河屬感潮河段,各雨水排放口可能處于淹沒出流狀態(tài),為防止截流井處河(海)水倒灌進(jìn)入污水井,保證旱季時河(海)水不能進(jìn)入城市污水系統(tǒng),同時保持雨水管網(wǎng)處于“空管”狀態(tài),設(shè)計可考慮采用柔性排旋流調(diào)節(jié)閥,該閥由全橡膠制作,完全防腐蝕,閥門關(guān)嚴(yán)時滲漏量為零,密封性能好,使用壽命長。

本工程中,僅文錦路排放口(SZH12)、羅湖村排放口(SZH13)、火車站排放口(SZH14),存在河水倒灌的可能,綜合考慮該排放口的位置、高程及截污工程,防倒灌設(shè)計在文錦路排洪渠(SZH12)截污點標(biāo)高為0.88米,受潮位影響有限,下游文錦渡口岸已設(shè)有防潮閘,綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)因素,本截污工程中不再設(shè)置防倒灌設(shè)施,主要考慮加強(qiáng)限流措施。

六、結(jié)論

旋流限流閥的流量曲線呈“s”形,依靠水流本身起到限流的作用,不存在磨損和老化的問題,具有操作安全性高、限流精確、安裝快速方便、抗腐蝕(材質(zhì)為304/306不銹鋼)等特點,在歐洲和北美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。目前該種旋流限流閥開始在我國南方地區(qū)得到推廣使用,并取得了良好效果。由于合流制污水排放系統(tǒng)在我國應(yīng)用非常廣泛,如何控制雨季時通過截流井進(jìn)入污水截流干管的雨水量,以及保證污水泵站和污水處理廠的正常運行顯得尤為必要,旋流式限流閥的推廣應(yīng)用,可為解決這一技術(shù)問題提供一種新的途徑。

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