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        水力旋流分離井在調(diào)蓄池工程中的應(yīng)用

        2019-08-21 06:19:14陳斌
        城市道橋與防洪 2019年8期
        關(guān)鍵詞:污水泵調(diào)蓄旋流

        陳斌

        (上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海市 200125)

        1 工程概況

        九星雨污水泵站及合建初期雨水調(diào)蓄池位于上海市閔行區(qū)七寶鎮(zhèn)橫新港南側(cè)、虹莘路西側(cè)。由于用地限制,該調(diào)蓄池與雨、污水泵站合建,規(guī)劃總用地面積為4 503 m2。同時(shí)結(jié)合《上海市閔行區(qū)七寶九星地區(qū)海綿城市建設(shè)規(guī)劃》,九星調(diào)蓄池僅考慮市政道路范圍內(nèi)的初期雨水收集,其余范圍的初雨由各地塊通過設(shè)置下沉式綠地、調(diào)蓄模塊、雨水花園等海綿設(shè)施進(jìn)行處理或調(diào)蓄后將初雨棄流至市政污水管道。因此,九星初期雨水調(diào)蓄池服務(wù)面積約為58.95 hm2,初期雨水截流標(biāo)準(zhǔn)為5 mm,海綿化后的綜合徑流系數(shù)ψ為0.5,經(jīng)計(jì)算調(diào)蓄池規(guī)模為2 200 m3。

        2 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)方案

        考慮到用地限制,九星初雨調(diào)蓄池與雨、污水泵房合建,調(diào)蓄池設(shè)置于雨污水泵房底部,總平面尺寸:37.6 m(B)×37.1 m(L),頂板標(biāo)高 5.2 m,雨、污水泵房工藝深度12.1 m,調(diào)蓄池工藝深度17.8 m~18.8 m。調(diào)蓄池內(nèi)設(shè)置7套門式自動(dòng)沖洗裝置,2臺(tái)潛水排污泵,單泵流量Q=26.0 L/s,H=25.0 m,一用一備。泵站及調(diào)蓄池工藝圖詳見圖1~圖4所示。

        圖1 雨、污水泵站底層平面圖

        調(diào)蓄池工藝流程如下:進(jìn)水總管→進(jìn)水閘門井→格柵井→初雨截留管→調(diào)蓄池→調(diào)蓄池放空泵→下游污水管網(wǎng)。同時(shí),當(dāng)調(diào)蓄池內(nèi)的初雨排空時(shí),液位計(jì)會(huì)傳輸信號(hào)至沖洗門觸發(fā)裝置,瞬間將配水槽中的儲(chǔ)水釋放,形成強(qiáng)力的席卷式射流,將池底沉積物卷起并沖至末端收集池內(nèi),最后通過放空泵提升后直接排入下游污水管網(wǎng)。

        3 常規(guī)沖洗方式存在問題

        圖2 底部調(diào)蓄池平面圖

        圖3 雨水泵房及調(diào)蓄池剖面圖

        圖4 污水泵房及調(diào)蓄池剖面圖

        如上所述,九星調(diào)蓄池底部沉泥清理采用的是水力自沖洗方式,沖洗水通過放空泵提升后直接排入下游污水管網(wǎng),無需人員進(jìn)入調(diào)蓄池進(jìn)行清理工作。但該方式存在將沉積物轉(zhuǎn)移至下游管道的問題,當(dāng)下游污水管道內(nèi)的沉積物達(dá)到一定量時(shí),則造成管道的過流能力削減,給污水系統(tǒng)的運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)給污水管道的清通養(yǎng)護(hù),以及管理帶來不便。

        4 問題分析

        初期雨水進(jìn)入調(diào)蓄池前,首先會(huì)經(jīng)過雨水格柵井內(nèi)柵條間隙為70 mm的進(jìn)水格柵過濾,但無法避免細(xì)小固體顆粒物質(zhì)進(jìn)入調(diào)蓄池并形成沉積。由于城市地表上的固體顆粒來源較多,大氣降塵、土壤粉塵、植物枝葉及種子、交通工具的磨損物等物質(zhì)會(huì)被帶入雨水徑流,最終進(jìn)入調(diào)蓄池中。在重力的作用下,粒徑、密度較大的顆粒物極易沉降到池底形成淤積。因此,需要對(duì)調(diào)蓄池底沉積物進(jìn)行分析。由于國(guó)內(nèi)目前對(duì)于調(diào)蓄池底沉積物的調(diào)查研究較少,現(xiàn)通過對(duì)排水管網(wǎng)內(nèi)沉積淤泥情況的分析。側(cè)向判斷調(diào)蓄池沉積物的情況。根據(jù)柏蔚對(duì)上海市虹口區(qū)多個(gè)分流制雨水系統(tǒng)內(nèi)的管道沉積物進(jìn)行取樣分析,得出分流制雨水管道中的沉積物顆粒主要以無機(jī)質(zhì)為主,粒徑在汛期與非汛期時(shí)有所不同。汛期強(qiáng)降雨后短時(shí)間內(nèi)的淤泥顆粒粒徑在0.076 mm以下,而其余時(shí)期的淤泥顆粒粒徑集中在0.28 mm~0.54 mm之間,粒徑0.28 mm以上的顆粒占所有顆粒的50%以上[1]。因此,若將0.28 mm以上淤泥顆粒從池底分離出來,就可以大大減輕下游污水管網(wǎng)沉積情況。

        5 解決方案

        在設(shè)計(jì)過程中,也研究過在調(diào)蓄池中設(shè)置鏈條式清淤刮板和智能沖洗設(shè)備,但前者由于調(diào)蓄池設(shè)置于雨、污水泵站底部,無法完全保證調(diào)蓄池水位不淹沒電機(jī),且考慮到調(diào)蓄池深度深,淤泥集中后的清掏難度大,清淤刮板設(shè)備成本高等問題。而后者則是將池底淤泥與初雨進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬?,通過水泵提升排入下游污水管網(wǎng),也未解決調(diào)蓄池沉積轉(zhuǎn)移的問題。兩個(gè)方案均不理想。經(jīng)過反復(fù)思考、摸索,根據(jù)雨水管網(wǎng)中沉積淤泥的特性,擬通過在調(diào)蓄池壓力放空管上設(shè)置三通,分別接入下游污水管網(wǎng)及水力旋流分離裝置,通過電控閥門與調(diào)蓄池自控聯(lián)動(dòng)來控制出水走向。當(dāng)調(diào)蓄池處于放空工況時(shí),通向水力旋流分離裝置的閥門關(guān)閉,通向下游污水管網(wǎng)的閥門開啟,實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄池放空;當(dāng)調(diào)蓄池處于沖洗工況時(shí),通向下游污水管網(wǎng)的閥門關(guān)閉,通向旋流分離裝置的閥門開啟,調(diào)蓄池沖洗水通過水力旋流分離裝置的顆粒分離后排入合建污水泵房。當(dāng)調(diào)蓄池沖洗完畢后,養(yǎng)護(hù)單位對(duì)水力旋流分離裝置的沉積物進(jìn)行集中清理。具體詳見圖5所示。

        5.1 調(diào)蓄池沖洗工藝流程

        圖5 優(yōu)化后的泵站平面布置示意圖

        調(diào)蓄池淤泥分離過程為:配水槽→沖洗門→沖洗流道→收集池→潛水排污泵→旋流分離裝置→合流污水泵房→下游污水管網(wǎng)。

        5.2 旋流分離裝置

        水力旋流分離是利用渦流原理,利用水流的渦流和重力產(chǎn)生的離心力作用下實(shí)現(xiàn)污染物分離的技術(shù)(見圖6、圖7)。通過黃勇強(qiáng)等人使用旋流分離裝置對(duì)初期雨水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出,對(duì)SS、COD、TP、TN的最大祛除率分別可以達(dá)到 72%、52%、50%、35%[2]。

        圖6 旋流分離裝置結(jié)構(gòu)剖面示意圖

        5.3 旋流分離裝置的相關(guān)案例

        圖7 旋流分離裝置結(jié)構(gòu)平面示意圖

        鹽城清華科技園海綿城市設(shè)計(jì)項(xiàng)目、大理洱海環(huán)湖截污項(xiàng)目示范工程、北京南護(hù)城河截污等項(xiàng)目中,在上游采用了類似結(jié)構(gòu)的旋流分離井,尺寸為 ?1.2 m~?3.6 m,處理能力35 L/s~350 L/s。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),在標(biāo)準(zhǔn)處理流量條件下,200 μm以上SS去除率達(dá)80%,漂浮垃圾,以及油污全部攔截。可以看出該裝置基該可滿足該工程除汛期強(qiáng)降雨外,大多數(shù)時(shí)間段中的調(diào)蓄池淤泥顆粒的分離。

        6 結(jié) 語

        (1)初期雨水調(diào)蓄沉積物沖洗水直接排放至下游污水管網(wǎng),會(huì)導(dǎo)致沉積物在下游污水管道積聚,當(dāng)管道內(nèi)的沉積物達(dá)到一定量時(shí),則造成管道的過流能力削減,給污水系統(tǒng)的運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)給污水管道的清通養(yǎng)護(hù),以及管理帶來不便。

        (2)通過在調(diào)蓄池出水管上設(shè)置旋流分離裝置,可滿足除汛期強(qiáng)降雨外,大多數(shù)時(shí)間段中的調(diào)蓄池淤泥顆粒的分離。可有效降低沉積物進(jìn)入下游管網(wǎng)的情況。清理沉積污泥過程可在地面進(jìn)行,無需進(jìn)入調(diào)蓄池底,降低養(yǎng)護(hù)管理的風(fēng)險(xiǎn)和難度。無需外加動(dòng)力,運(yùn)行成本低。

        (3)目前九星雨污水泵站及調(diào)蓄池工程正在設(shè)計(jì)階段,待竣工后對(duì)其進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)可進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和分析,為同類項(xiàng)目起到一定的借鑒作用。

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