吳柏良 劉長(zhǎng)奇 丁浩 雷育霖 鄭志豪

中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司 湖北武漢 430000

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，居民生活污水、工業(yè)廢水等污水量不斷增加，污水漏排、偷排的現(xiàn)象也日益嚴(yán)重。目前國(guó)內(nèi)大部分的城市仍以雨污合流制的排水系統(tǒng)為主，尤其是工業(yè)園區(qū)、城中村等人口密集區(qū)。合流制的管道主要功能是將城市旱流污水和初期雨水截流入污水管道，以防止城市水體受到更為嚴(yán)重的污染[1]。依據(jù)“控源為本，截污優(yōu)先”的水體治理思路之一，將合流制污水進(jìn)行截流控源，是水體治理的關(guān)鍵措施。本文主要分析了幾種類(lèi)型的截流井及防倒灌措施的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)東南沿海地區(qū)合流制排水體系的特點(diǎn)，推薦一種一體化的防倒灌截流井，可大大提高截流及防倒灌效果，減少河道污染。

1 截流井的類(lèi)型以及優(yōu)缺點(diǎn)

截流井作為合流制排水體系下截污的重要措施之一，它的主要作用在于：

（1）旱季將合流管內(nèi)的污水接入新建污水管，保證旱季污水不入河；

（2）雨季將初期雨水帶來(lái)的污染源截至新建污水管或調(diào)蓄池，確保初雨不入河；

（3）暴雨季通過(guò)截流井溢流，將雨水排入河內(nèi)，防止大量雨水接入污水管造成污水處理廠營(yíng)運(yùn)困難。

目前，國(guó)內(nèi)外的截流井主要有跳躍式截流井、堰式截流井、槽式截流井、槽堰結(jié)合式截流井以及基于這幾種井的改進(jìn)形式。

跳躍式截流井是截流井的最初形式，其他形式的井都是在此基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)。相較于其他形式的截流井，跳躍式截流井最明顯的特點(diǎn)是合流管有高程的變化。圖1 為跳躍式截流井，當(dāng)合流管內(nèi)水流量較大的時(shí)候，污水會(huì)直接越過(guò)下方的截流管，直接從下面的管道排出。跳躍式截流井對(duì)水位有一定的要求，河道的洪水位不能超過(guò)下游合流管的管內(nèi)底高程，已建合流管管內(nèi)底低于洪水位的不適合采用。當(dāng)河道洪水位較低時(shí)候，可以通過(guò)改造出水段合流管降低標(biāo)高而做成跳躍式截流井。但絕大多數(shù)截流工程不適合改成跳躍式截流井，所以實(shí)施跳躍式截流井工程實(shí)例還是比較少見(jiàn)。

堰式截流井是一種應(yīng)用比較廣泛、技術(shù)比較成熟的一種，如圖2所示，堰式截流井分為兩段，前半段為截污段，后半段為溢流段。截污段的主要作用是在旱季將現(xiàn)狀合流管排出的污水通過(guò)新建的截污管流入市政污水管道，保證旱季污水不入河；溢流段通過(guò)設(shè)置溢流堰與截污段隔開(kāi)，大暴雨時(shí)，截流井的水位迅速抬升，沒(méi)過(guò)溢流堰排入現(xiàn)狀合流制排口直排入河，以防止大量雨水進(jìn)入市政污水管道。

圖1 堰式截流井示意圖

槽式截流井一般在井內(nèi)設(shè)置一道與截流管管徑等寬的截流槽，槽底應(yīng)低于合流管的管內(nèi)底，槽深一般要小于截流管管徑，圖3 為槽式截流井示意圖。與堰式井相比，槽式截流井的效率要高于堰式。根據(jù)相關(guān)的研究證明，堰式截流效率一般不超過(guò)80%，而槽式截流井的截流效率可以達(dá)到85%以上。另外，槽式截流井無(wú)需設(shè)置溢流堰，不會(huì)影響合流管的排水能力，但這種截流井的截流量不易控制，當(dāng)污水流量太大時(shí)候容易發(fā)生污水外泄。

圖2 槽式截流井示意圖

槽堰結(jié)合式截流井在槽式截流井的基礎(chǔ)上設(shè)置了一道較低的溢流堰。圖4 為槽堰結(jié)合式截流井示意圖，它兼具堰式截流井和槽式截流井的優(yōu)點(diǎn)，既可以減少井內(nèi)淤泥的淤積，又可以減小對(duì)雨水溢流的影響。

圖3 槽堰結(jié)合式截流井示意圖

通過(guò)對(duì)幾種不同形式的截流井從使用范圍、施工周期、截留效率等方面進(jìn)行分析比較，如表1 所示。跳躍式截流井因?yàn)閷?duì)下游管道高程有要求以及截流效率低在工程中實(shí)際使用比較少，其他諸如堰式截流井、槽式截流井、槽堰結(jié)合截流井在工程中比較常見(jiàn)，但有一定的缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

2 防倒灌裝置介紹

在潮汐或者汛期等天氣條件下，有些河流或者排水口會(huì)出現(xiàn)排口水位低于受納水體的情況，這時(shí)候往往會(huì)發(fā)生水體倒灌。為了保證排水系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，目前工程實(shí)踐中有三種比較常見(jiàn)的防倒灌措施，分別是鴨嘴閥、拍門(mén)以及閘閥。

2.1 鴨嘴閥

柔性橡膠止回閥是用橡膠材料制造的全柔性止回閥[2]。其工作原理是利用內(nèi)壓差開(kāi)啟，外壓差關(guān)閉，因?yàn)槠渫庑涂崴气喿煲虼诵蜗蠓Q(chēng)其為鴨嘴閥，如圖5 所示。目前鴨嘴閥廣泛被應(yīng)用于城市截污管網(wǎng)系統(tǒng)以及城市排洪體系，其與截流井聯(lián)合使用，可以最大限度減少水力損失使水流易于通過(guò)的同時(shí)，可以防止河水倒灌。

表1 幾種截流井形式的比較

制作柔性鴨嘴閥的材料很多，如純橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠氟橡膠等，其可塑性強(qiáng)，可對(duì)鴨嘴閥的材料進(jìn)行改性，增強(qiáng)材料的硬度、強(qiáng)度、耐腐蝕耐老化能力，使其滿(mǎn)足特定環(huán)境下的需求，比如：制備的過(guò)程中增加加強(qiáng)纖維等。

鴨嘴閥止回閥有諸多優(yōu)點(diǎn)：基于材料特點(diǎn)鴨嘴閥不會(huì)腐蝕生銹，沒(méi)有機(jī)械故障，無(wú)需維護(hù)主要靠壓力差來(lái)控制水流，工作時(shí)不需要額外投入人力電力等資源；經(jīng)久耐用，安裝方便；密封性能好，閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，基本不會(huì)滲漏。

2.2 拍門(mén)

防倒灌原理：在管道有水流動(dòng)時(shí)候，水流流動(dòng)的沖擊力持續(xù)頂起拍門(mén)，拍門(mén)向上掀，水從管道流出；管道沒(méi)有水排出時(shí)候，拍門(mén)自然下垂閉合，可以防止水倒灌進(jìn)入管道。拍門(mén)的定期維護(hù)主要包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸的維護(hù)，密封裝置的維護(hù)，以及門(mén)板的維護(hù)，憑借其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，拍門(mén)具有維修方便、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各種泵站水閘、入河排口。

但是目前拍門(mén)也存在一些缺陷，一是出口水力損失偏大，二是水流停止時(shí)，在水壓和拍門(mén)的自重作用下會(huì)產(chǎn)生較大的撞擊力，對(duì)拍門(mén)自身和構(gòu)筑物會(huì)造成較大的損害，三是拍門(mén)一般為鋼材制品，在水中會(huì)發(fā)生腐蝕，拍門(mén)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸容易磨損，有一定的維護(hù)成本，且會(huì)有一些雜質(zhì)堵塞纏繞在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，致使拍門(mén)不能完全閉合，不能完全防止河水倒灌。

2.3 閘閥

閘閥具有密封性好但容易生銹的特點(diǎn)，而且閘閥一般用電動(dòng)裝置進(jìn)行控制，整個(gè)系統(tǒng)由控制電箱、齒輪、導(dǎo)軌、門(mén)板、連接桿等構(gòu)件組成，容易發(fā)生機(jī)修故障，對(duì)后期的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了很大的難度。

通過(guò)對(duì)三種防倒灌措施的分析，我們從堵塞情況、防腐性能、防滲性能、設(shè)備造價(jià)及運(yùn)營(yíng)難度等方面進(jìn)行分析，相較于拍門(mén)與閘閥，柔性鴨嘴閥不易淤堵、防腐性能好、設(shè)備造價(jià)低、運(yùn)維簡(jiǎn)單，具有較好的應(yīng)用前景。

3 一體化防倒灌截流井介紹

本次推薦的一體化防倒灌截流井是截流井和鴨嘴閥的有機(jī)結(jié)合，該防倒灌污水截流系統(tǒng)適用于沿海感潮地區(qū)，能在截污的情況下有效防止河水倒灌，相較于傳統(tǒng)的污水截流系統(tǒng)，具有對(duì)行洪影響小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，如圖6 所示為一體化防倒灌截流井。

表2 幾種防倒灌設(shè)施的比較

圖4 一體化截流井

一體化防倒灌截流井，包括內(nèi)部被擋墻分割為兩個(gè)獨(dú)立的空間，井體的上半段設(shè)置截污管，截污管處設(shè)置限流浮筒閥，在大量雨水從合流管流出時(shí)，可以帶動(dòng)閘門(mén)旋轉(zhuǎn)，使污水管口面積大大縮小，限制雨水大量流入污水管道，主要為了減輕下游污水處理廠的負(fù)荷，保證污水處理廠高效運(yùn)行；截流井下半段設(shè)置鴨嘴閥，進(jìn)水腔的水可以順利進(jìn)入溢流排水腔，當(dāng)外河水位較高，灌滿(mǎn)溢流排水腔時(shí)，水流無(wú)法通過(guò)鴨嘴閥倒流進(jìn)進(jìn)水腔，有效地防止河水倒灌。

河涌的截污納管是黑臭水體整治最直接有效的工程措施，也是采用其他技術(shù)手段的前提。截流井的選擇是控源截污關(guān)鍵一環(huán)，直接關(guān)系到截污工程措施的實(shí)際效能。本著城市黑臭水體整治技術(shù)應(yīng)遵循適用性、綜合性、經(jīng)濟(jì)學(xué)、長(zhǎng)期性和安全性的原則，本文所優(yōu)化設(shè)計(jì)的一體化防倒灌截流井，為治理污水排口水位會(huì)發(fā)生相對(duì)變化的沿海感潮型水體提供了一種可行性思路，可操作性強(qiáng)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。