粵西某水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目中智能截流井節(jié)能降耗效果研究

常顯志 王紹貴 周蓉

摘 ?要：以粵西某水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目中4 500 mm×2 000 mm合流暗渠污水和初期雨水收集處理為例，通過智能截流井和污水處理廠收集處理，或一體化污水處理設(shè)備收集處理2種方式，進(jìn)行節(jié)能降耗效果分析。結(jié)果表明，在合流制排水體制下，以智能截流井和污水處理廠作為污水收集處理方式，具有節(jié)能、高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)，可作為指導(dǎo)城市水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目建設(shè)的相關(guān)依據(jù)，為市政排水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)提供理論支持。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗；智能截流井；水環(huán)境綜合治理；市政排水系統(tǒng)；對(duì)比研究

中圖分類號(hào)：TU992.24 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2024）18-0096-04

Abstract： Taking 4 500 mm×2 000 mm confluence culvert sewage and initial Rain Water collection and treatment in a comprehensive water environment treatment project in western Guangdong as an example， through the collection and treatment of intelligent closure wells and sewage treatment plants， or integrated sewage treatment equipment collection and treatment， the effect of energy saving and consumption reduction is analyzed. The results show that under the combined drainage system， intelligent interception wells and sewage treatment plants as sewage collection and treatment methods have the characteristics of energy saving， high efficiency and stability， and can be used as the relevant basis for guiding the construction of urban water environment comprehensive treatment projects， thus providing theoretical support for the energy-saving design of municipal drainage system.

Keywords： energy saving and consumption reduction; intelligent closure well; comprehensive treatment of water environment; municipal drainage system; comparative study

隨著城市人口的增加，現(xiàn)代化城市發(fā)展迅速，工業(yè)發(fā)展進(jìn)程不斷加快，使得水污染、霧霾、酸雨等環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，從而對(duì)公眾安全和環(huán)境構(gòu)成威脅[1-3]。城市排水系統(tǒng)的建設(shè)可有效處理水污染問題，但城市市政排水管網(wǎng)的建設(shè)仍有待完善，污水收集覆蓋率和污水處理效率較低，部分地區(qū)依舊采用合流制排水體制，合流制管道系統(tǒng)通常會(huì)在雨季產(chǎn)生溢流情況，污染周邊水體[4-5]。

沿海城市河水水位受潮汐影響較大，在潮汐的作用下，潮流經(jīng)常將泥沙和污染物倒灌回沿河截污管道，容易堵塞管道，影響排水干管的過流能力[6-7]。在水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目中，智能截流井在治理點(diǎn)源污染和面源污染方面發(fā)揮巨大作用[8]，不僅可收集合流管渠中污水和初期雨水，也可以防止潮汐水倒灌入截污管道[9]。

在近期不易完善雨污分流建設(shè)的地區(qū)，可采用一體化污水處理設(shè)備去除水中污染物，其一般可用于中小規(guī)模、用地緊張的項(xiàng)目[10-11]。

現(xiàn)今，人們更注重污水處理成本的控制，既可提升城市污水處理效益，也可改善城市環(huán)境[12]。所以，污水收集處理系統(tǒng)及處理效率就顯得格外重要[13-15]。

1 ?工程概況

在粵西某水環(huán)境綜合治理工程中，新建污水管網(wǎng)，收集合流管渠污水和初期雨水，經(jīng)處理后須達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及DB 44/26—2001廣東省《水污染物排放限值》中規(guī)定的城鎮(zhèn)污水處理廠第二時(shí)段一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求中的較嚴(yán)值。

2 ?污水收集處理方式

項(xiàng)目以收集處理現(xiàn)狀4 500 mm×2 000 mm合流暗渠中污水和初期雨水為例，通過2種污水收集處理方式，即采用智能截流井和污水處理廠收集處理污水的方式，或采用一體化污水處理設(shè)備（AAO）收集處理污水的方式，計(jì)算并分析消耗能量。

2.1 ?智能截流井和污水處理廠

采用智能截流井截流合流管渠末端，將污水和初期雨水收集至污水處理廠，經(jīng)處理后須達(dá)標(biāo)后排放。

根據(jù)粵西地區(qū)污水水質(zhì)情況，采取有針對(duì)性的技術(shù)路線，并且考慮經(jīng)濟(jì)因素，因地制宜，將污水處理廠處理優(yōu)勢(shì)最大化[16-17]，所以采用兩路進(jìn)水預(yù)處理，分別進(jìn)入由水解酸化池改造的初沉池。原CAST反應(yīng)池采用“CAST+MBBR工藝”將處理量從20萬m3/d提高至25萬m3/d，并增加深度處理工藝（反硝化生物濾池+磁混凝沉淀池）；剩余5萬m3/d采用“AAO+MBR工藝”進(jìn)行建設(shè)，可更有效地處理污水[18-19]。

污水處理廠工藝流程圖如圖1所示。

2.1.1 ?智能截流井選型

現(xiàn)今在市政領(lǐng)域，智能截流井一般有下開堰式智能截流井、翻板堰式智能截流井、自動(dòng)浮控堰閥式智能截流井。

1）下開堰式智能截流井。下開堰式智能截流井在截流管前裝有液動(dòng)控制的下開閘門，可對(duì)通往污水處理廠的最大污水量進(jìn)行控制，同時(shí)也可防止外江水倒灌回污水管道。

晴天時(shí)，即雨量計(jì)測(cè)定無雨，限流閘門處于開啟狀態(tài)，液動(dòng)下開式堰門處于關(guān)閉狀態(tài)，居民生活污水完全截流入污水管道，并轉(zhuǎn)輸至污水處理廠。

降雨時(shí)，當(dāng)降雨量小于設(shè)定臨界值或智能井內(nèi)液位低于警戒水位時(shí)，液動(dòng)下開式堰門關(guān)至警戒水位設(shè)定的開度值，液動(dòng)限流閘門的開啟高度取決于流經(jīng)進(jìn)水管的流量值，并保證通過截流支管的流量不超過設(shè)置的限流值。

當(dāng)智能井內(nèi)液位達(dá)到設(shè)定值或降雨量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，液動(dòng)限流閘門實(shí)時(shí)關(guān)閉或部分關(guān)閉，同時(shí)，液動(dòng)下開式堰門開啟，后期較清澈的雨水排放至江河。

當(dāng)智能井內(nèi)水位超過警戒水位時(shí)，液動(dòng)限流閘門完全關(guān)閉，同時(shí)液動(dòng)下開式堰門開啟行洪。

在液動(dòng)下開式堰門系統(tǒng)設(shè)定時(shí)，當(dāng)井內(nèi)水位未達(dá)到警戒水位時(shí)，下開式堰門高度始終比外江水位高0.15 m。

2）翻板堰式智能截流井。翻板堰式智能截流井在出水管前裝有可調(diào)節(jié)角度的堰板，在截流支管上裝設(shè)調(diào)流閥，可將合流污水截至污水管網(wǎng)，并在控制截流量的同時(shí)，防止污水回流。

其通過監(jiān)測(cè)堰門前后的液位差，可控制溢流量，減少溢流污染?？刂葡到y(tǒng)配有傾角儀和限位開關(guān)，可通過井內(nèi)液位調(diào)整堰板角度，控制截流污水量。

3）自動(dòng)浮控堰閥式智能截流井。自動(dòng)浮控堰閥式智能截流井設(shè)定原理：在達(dá)到設(shè)定水位前，阻擋智能井內(nèi)合流污水的溢流排放，在達(dá)到設(shè)定水位值后，僅有堰板以上的水可溢流排放，通過控制井內(nèi)的浮子，確保堰板在達(dá)到設(shè)定水位值前不被打開，且在低于設(shè)定水位值后再次關(guān)閉。

此類智能截流井可利用現(xiàn)有合流管的存儲(chǔ)空間，通過浮箱控制堰門開啟，無動(dòng)力設(shè)計(jì)，減少排口溢流污染。

2.1.2 ?智能截流井選型對(duì)比分析

根據(jù)表1可知，下開堰式智能截流井、翻板堰式智能截流井、自動(dòng)浮控堰閥式智能截流井通過對(duì)設(shè)備控制類型、施工難度、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、運(yùn)行維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性和適用范圍等方面綜合比選，并依據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?、資金等要求，采用下開堰式智能截流井更滿足粵西地區(qū)實(shí)際情況，故選取下開堰式智能截流井作為本項(xiàng)目最優(yōu)截流方案。

智能截流井總平面布置圖如圖2所示。

2.2 ?一體化污水處理設(shè)施

采用一體化污水處理設(shè)施（AAO），將合流管渠中污水和雨水全部處理，達(dá)到相同排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。一體化污水處理設(shè)施總平面布置圖如圖3所示。

3 ?污水收集處理方式耗能分析

根據(jù)城市總體規(guī)劃和污水專項(xiàng)規(guī)劃，選取暗渠匯水范圍、服務(wù)人口、城市綜合用水量指標(biāo)、污水排放系數(shù)、地下水滲入量、日變化系數(shù)和截流倍數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)見表2，得出近期旱季水量為650 m3/d，近期雨季水量為2 000 m3/d，遠(yuǎn)期雨污分流后污水量為1 000 m3/d。

表2 ?水量計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.1 ?智能截流井和污水處理廠耗能

暗渠污水和初期雨水經(jīng)智能截流井接至截污干管，收集至污水處理廠進(jìn)行處理，根據(jù)收集智能井廠家的相關(guān)資料，智能截流井設(shè)計(jì)截流水量為2 000 m3/d，耗電量為50 kW·h/d，根據(jù)污水處理廠相關(guān)資料顯示，其設(shè)計(jì)規(guī)模為30萬m3/d，水廠耗電量為49 810 kW·h/d。

城市污水處理廠根據(jù)DB11/T 1118—2022《城鎮(zhèn)污水處理能源消耗限額》6.5條文要求，采用以下公式轉(zhuǎn)換水量2 000 m3/d時(shí)污水處理廠的電耗為332 kW·h/d。單位污水處理電耗計(jì)算公式為

式中：EZD為單位污水處理電耗，單位為kW·h/m3；QZD為電耗，單位為kW·h；QWS為處理污水量，單位為m3。

則方案一：采用智能截流井和污水處理廠收集處理2 000 m3/d合流污水的耗能為382 kW·h/d。

3.2 ?一體化污水處理設(shè)施耗能

經(jīng)收集相關(guān)設(shè)備廠家的資料后可知，經(jīng)AAO處理2 000 m3/d暗渠合流污水的耗能約為1 520 kW·h/d。

3.3 ?耗能對(duì)比分析

根據(jù)表3耗能對(duì)比可知，處理相同水量合流污水、達(dá)標(biāo)效果相同時(shí)，采用智能截流井和污水處理廠收集處理的方式比采用AAO處理合流污水的耗能少約1 138 kW·h/d，即耗能減少約75%。

4 ?結(jié)論

以粵西某水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目中4 500 mm×2 000 mm合流暗渠污水和初期雨水收集處理為例，通過采用智能截流井和污水處理廠收集處理污水的方式，或采用一體化污水處理設(shè)施收集處理污水的方式，進(jìn)行節(jié)能降耗分析。結(jié)果表明，在合流制下排水體制下，采用智能截流井和污水處理廠作為污水收集處理方式，具有節(jié)能、高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)，可作為指導(dǎo)城市水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目建設(shè)的相關(guān)依據(jù)，并為市政排水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)提供理論支持。

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