一種在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置的製作方法

2023-05-05 06:24:06 1

專利名稱：一種在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於初期雨水汙染控制技術領域，具體涉及一種在市政管網系統中分匯水面積實現初期雨水截流技術設施。
背景技術：
雨水徑流汙染屬於非點源汙染。研究表明，在一場降雨過程中，佔總徑流量20 %的初期徑流，衝刷排放了徑流排汙量的80%。初期雨水徑流中攜帶了大量的有機物、氮、磷等汙染物，成為城市水體的直接威脅。據調查，許多地區初期雨水的汙染物指標範圍與最高值已遠遠高於典型城市生活汙水。在國外一些工業與生活點源得到有效控制的城市，有機汙染負荷的40%、0%來自於城市雨水徑流。對我國城市而言，初步的保守估算，在城市雨汙水收集、處理系統尚未建設完善的情況下，城區雨水徑流汙染佔水體汙染負荷的比例約在 10%左右；隨著城市發展過程中對點源汙染治理的逐步重視，作為面源的雨水徑流，其汙染負荷的比例還會逐步上升。隨著城鎮建設的加速發展，城市大氣汙染程度與道路路面硬化率不斷增加，初期雨水形成的地表化學徑流汙染日益嚴重，初期雨水徑流已成為城市水環境汙染的重要因素之一。因此，進行城市初期雨水的截流，收集至城市汙水廠進行集中處理是十分必要的。目前，在一些大中型城市的規劃設計中，已經開始實施或考慮初期雨水徑流的收集處理。由於道路初期雨水的汙染最為嚴重，道路初期雨水的分流問題尤為重要，因此，如何把初期雨水截流到生活汙水管網成為普遍關注的問題。現有的研究和實例主要集中在排水系統為合流制或截流制的系統，主要包括截流倍數、截流管徑的確定，溢流井的構型、截流和調蓄的結合優化等。對於雨汙分流制排水體制的市政管網系統，初期雨水截流的相關研究成果較為缺乏。隨著對初期雨水危害認識的不斷深入，人們提出了各種對初期雨水進行截流的方法。但是，降雨過程的隨機性和非連續性導致了雨水管網系統在運行過程中的水力條件、 實際工況等都與設計條件存在很大差異，進而對初期雨水截留工程的具體實施造成很大困難。目前，路面初期雨水徑流一般採用修建雨水棄流池或者電動控制閥控制的截留井進行截留並送至城市汙水廠。初期雨水棄流裝置包括容積法棄流裝置，小管棄流裝置等。容積法棄流裝置適用於小匯水面積的徑流雨水，初期雨水徑流首先進入棄流池，充滿雨水後，從設置的高水位出水管溢流入雨水管網，棄流池初期雨水截流入汙水廠。容積法棄流控制具有簡單易行、控制量準確穩定、效果好的特點，但匯水面積較大時需要較大的池容，導致造價提高。由於棄流池存在佔地面積較大和景觀不佳等問題，該技術措施在用地緊張的城市區域受到一定限制。小管棄流是在雨水輸送途中設置小管徑的管道來棄流初期汙染嚴重的小流量徑流。在雨水流量足夠大時，雨水越過棄流管向下遊輸送，對於管道系統可以利用檢查井設置小管棄流。該系統的優點是易於實施、建設實施費用低，但該法最大的缺陷是在整個降雨徑流過程中棄流管一直處於棄流狀態，棄流量難以定量控制且對汙水廠水量造成較大衝擊負荷，汙染控制效果不穩定。而在道路市政管網系統中大規模裝設人工控制電動閥，進行不同暴雨強度下，不同降雨時間棄流量的控制，實施應用的難度較大，運行管理不方便， 可行性較差。綜上，各種道路初期雨水截流控制技術都在不同程度上具有一定截流初期雨水徑流效果，但這些技術仍然存在以下幾個尤為突出的共性問題。(1)不能從根本上解決不同降雨強度條件下，對初期雨水有效的定量截流；( 與現有市政管網系統的銜接、匹配性差； (3)運行管理難度較大，缺乏實施可行性等。因此，如何從具體情況，立足於城市市政分流制管網系統中雨、汙水的收集和輸送，從管網系統截流溢流優化設計的角度，探索在雨水管網系統中截留初期雨水的實用技術措施，科學有效地實現雨水管網系統中初期雨水的截流， 是節能減排以及雨水調蓄利用的重要研究方向，具有顯著的現實意義。
發明內容本實用新型主要針對現有道路初期雨水截流技術的局限，從城市雨水管網系統截流溢流優化設計的角度，基於對雨水排水系統實際工況分析，在進行初期雨水截流控制量的分析確定的前提下，提出一種在分流制排水管網系統中，在不同降雨強度條件下能自動、 定量截流初期雨水的裝置。本實用新型提出的在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置，其技術關鍵在於與市政管網系統中的雨水口、雨水檢查井、汙水檢查井等銜接聯合，以各個雨水口匯水面積的初期雨水收集、截流為對象，能夠在實際降雨工況下自動地實現汙染初期雨水定
量截流。截流裝置包括浮球控制室和主棄流室，設置在分流制排水系統中雨水口的兩側， 通過浮球控制室進水管A和棄流管B將雨水口分別與兩個室連通。棄流管B進入主棄流室的進口處安裝浮球控制閥，在浮球控制室內設置浮球，由浮球控制浮球控制閥的啟閉，在浮球浮至設計水位時，關閉浮球控制閥，在低於設計水位時打開控制閥；主棄流室底部通過汙水連接管E與汙水管網系統連通，將初期汙染嚴重的雨水就近排入汙水管網系統；其中，主棄流室的棄流管B的豎向標高低於雨水口旁的雨水檢查井連接管C的豎向標高；在浮球控制室的底部設計排空管D與雨水檢查井連通。棄流出水直接就近通過雨水檢查井，排入汙水管網系統。在初期雨水截流中，初始工況浮球控制室和主棄流室為排空狀態，浮球控制閥開啟。降雨徑流形成後，雨水首先通過雨水口及A、B連接管同時進入浮球控制室和主棄流室， 初期汙染嚴重的雨水經由主棄流室，直接被截流至市政汙水管網，輸送至城市汙水處理廠。 隨著降雨過程的持續，浮球控制室中的浮球閥上升至設計高度，觸發主棄流室的浮球控制閥關閉切斷初期雨水的棄流。此後汙染程度小的後期潔淨雨水通過雨水連接管C進入雨水檢查井後，通過市政雨水管網排至地表水體。降雨結束後，浮球控制室的少量雨水通過排空管D緩慢排至雨水檢查井，浮球控制室水位下降，主棄流室浮球控制閥門開啟，兩室恢復初始工況。本實用新型的優點(1)本實用新型基於分流制排水管網系統，將初期雨水截流設施與市政管網系統中雨水口、檢查井等截流裝置一體化銜接設置，只需對現有雨水管道系統進行改造，在雨水口(6)下部建設相應的截流裝置。對新建的市政雨水管網，本方法和裝置可成套使用。[0012](2)可根據不同區域暴雨強度，通過選擇初期雨水的設計降雨歷時，進行浮球控制室水位的合理計算，在確保不超過城市汙水廠水量衝擊負荷的前提下，定量、自動地截流汙染嚴重的初期雨水至汙水管網系統。(3)本裝置建設實施的可行性良好，運行管理簡單，易於自動控制，在實際降雨的各種工況中能有效地實現初期汙染雨水的截流控制。

圖1為市政管網系統初期雨水截流裝置的原理示意圖。圖2為市政管網系統初期雨水截流裝置的平面示意圖。圖3是圖2的I-I剖面圖(即浮球控制室1的剖面圖)。圖4是圖2的II - II剖面圖(即主棄流室2的剖面圖)。
具體實施方式
參見圖2、圖3和圖4，截流裝置是在分流制排水系統中雨水口 6的兩側分別設置浮球控制室1和主棄流室2，通過浮球控制室進水管A和棄流管B將雨水口 6分別與浮球控制室1和主棄流室2連通。同時在棄流管B進入主棄流室2的進口處安裝浮球控制閥3，在浮球控制室1內設置浮球7，該浮球可在水浮力及自身重力的共同作用下上下循環往復運動；在浮球控制室1設置碰觸式開關，由浮球7設計水位控制浮球控制閥3的啟閉。在浮球 7浮至設計水位時，關閉浮球控制閥3，在低於設計水位時打開控制閥3。將主棄流室2底部設置棄流出水口，通過汙水連接管E和汙水檢查井8與汙水管網系統連接，將初期汙染嚴重的雨水就近排入汙水管網系統。其中，主棄流室2的棄流管B的豎向標高低於雨水口旁的雨水檢查井連接管C的豎向標高0. Im0在浮球控制室1的底部設計排空管D與雨水檢查井連通，浮球控制室中的少量雨水通過排空管D逐漸排入雨水檢查井4並至市政雨水管網系統，使裝置恢復排空狀態。在控制室進水管A入口處設置濾網，防止初期雨水中懸浮汙物在管道內的淤堵。結合參見圖1，初始工況兩室為排空狀態，浮球控制閥開啟。當降雨形成地表徑流後，雨水就近排入道路雨水口。由於浮球控制室進水管A和棄流管B的豎向標高低於雨水檢查井連接管C的豎向標高，棄流管B管頂標高低於雨水檢查井連接管C的管底豎向標高 0. lm，初期雨水首先同時進入浮球控制室1和主棄流室2。初期汙染嚴重的雨水直接被截流至市政汙水管網，輸送至城市汙水處理廠。隨著降雨過程的持續，浮球控制室1中水位上升，浮球上升至設計高度，觸發主棄流室2的浮球控制閥關閉切斷初期雨水的棄流。此後汙染程度小的後期潔淨雨水通過雨水檢查井連接管C進入雨水檢查井後，通過市政雨水管網排至地表水體。降雨結束後，浮球控制室1的少量雨水通過排空管D緩慢排至雨水檢查井， 浮球控制室1水位下降，主棄流室2浮球控制閥門3開啟，浮球控制室1和主棄流室2恢復初始工況。本方法中，棄流量通過浮球控制室的設計水位定量控制。 截流裝置主要參數如下浮球控制室進水管A :DN25鋼管棄流管B :DN200mm,坡度為 i=0. 015，流速為 v=0. 85m/s,充滿度為 h/d=0. 20[0024]排空管D 排空時間M小時，排水速度為3L/h，採用DNlO鋼管汙水連接管E :DN200mm,管徑為d200mm，坡度為0. 015，流速為0. 85m/s,充滿度為 0. 20截流裝置水力計算滿足以下關係根據工程經驗，考慮到城市汙水廠一般均具有的汙水處理規模20%的抗衝擊負荷能力，初期雨水截流量的設計降雨歷時為5分鐘，暴雨重現期P=O. 1，以之計算初期雨水的
降雨流量Q(平《)。棄流管B的管徑確定d200mm，結合Q(平m查水力計算表，可確定流速vB、坡度i， 及充滿度為h/d，進一步確定棄流管B設計有效水深h :h=dXh/d。浮球控制室1進水管A管徑確定d25mm以h_rA= h2作為浮球控制室1進水管A的計算水頭，按有壓管孔口出流，可計算確定進水管A中的雨水流速vA。
根據浮球控制室1進水管A的流速vA、考慮在P=O. 1工況下，初期徑流形成時間，取浮球控制室1充水時間t為2min，計算控制室體積如下浮球控制室體積為V=AtvA式中A——浮球控制室進水管A的橫截面面積，m2 ；t——設計控制室充水時間，可根據需截流的初期雨水量確定，一般t=l. 5-2min ；vA——浮球控制室進水管A流速，m/s ；本設計工況下，計算得浮球控制室1的體積V=O. 04m3 ；主棄流室2的設計體積無特定要求，只需考慮控制閥的安裝要求即可。
在工程上- =0.4。 ζ
權利要求1.一種在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置，其特徵在於所述截流裝置包括一個浮球控制室(1)和一個主棄流室(2)，它們分別設置在分流制排水系統中雨水口 (6 )的兩側，所述浮球控制室(1)和主棄流室(2 )分別通過浮球控制室進水管A和棄流管B 與雨水口( 6 )連通；在棄流管B進入主棄流室(2 )的進口處安裝浮球控制閥(3 )，在浮球控制室(1)內設置浮球(7 )，由浮球控制浮球控制閥(3 )的啟閉，在浮球(7 )浮至設計水位時， 關閉浮球控制閥(3)，在低於設計水位時打開控制閥(3)；所述主棄流室(2)底部通過汙水連接管E與汙水管網系統連通，將初期汙染嚴重的雨水就近排入汙水管網系統；其中，所述主棄流室(2)的棄流管B的豎向標高低於雨水口旁的雨水檢查井連接管C的豎向標高；在所述浮球控制室(1)的底部設計排空管D與雨水檢查井連通。
2.根據權利要求1所述的在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置，其特徵在於所述浮球控制室(1)的設計有效容積為V=AtvA，式中A為浮球控制室進水管A的橫截面面積，t為設計控制室充水時間，根據需截流的初期雨水量確定，一般1. 5^2min, vA為浮球控制室進水管A流速。
3.根據權利要求1或2所述的在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置，其特徵在於所述棄流管B管頂標高低於雨水檢查井連接管C的管底豎向標高0. lm。
4.根據權利要求1或2所述的在市政雨水管網系統中截流初期雨水的方法，其特徵在於所述浮球控制室(1)的排空管D的排空時間設計為M小時，排水速度為3L/h。
5.根據權利要求1或2所述的在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置，其特徵在於所述汙水連接管E管徑為d200mm，設計坡度為0. 015，設計流速為0. 85m/s,設計充滿度為0. 20。
6.根據權利要求1或2所述的在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置，其特徵在於在控制室進水管A入口處設置濾網。
7.根據權利要求1或2所述的在市政雨水管網系統中截流初期雨水的截流裝置，其特徵在於截流裝置的幾何參數以及水力計算滿足以下關係根據工程經驗，考慮到城市汙水廠一般均具有的汙水處理規模20%的抗衝擊負荷能力，初期雨水截流量的設計降雨歷時為5分鐘，暴雨重現期P=O. 1，以之計算初期雨水的降TW^fiO (平均)；棄流管B的管徑為d200mm，結合Q(^ra)查水力計算表，可確定流速vB、坡度i、及充滿度為h/d，進一步確定棄流管B設計有效水深h :h=dXh/d ；浮球控制室(1)的進水管A的管徑為DN25mm以h-rA= h2作為浮球控制室(1)的進水管A的計算水頭，按有壓管孔口出流，可計算確定進水管A中的雨水流速vA ；式中在工程上&=0.4;根據浮球控制室(1)的進水管A的流速vA、考慮在重現期P=O. 1工況下，初期徑流形成時間，取浮球控制室1充水時間t為2min，計算控制室體積如下浮球控制室體積為V=AtvA式中A——浮球控制室進水管A的橫截面面積，m2 ；t——設計控制室充水時間，可根據需截流的初期雨水量確定，一般t=l. 5-2min ； vA——浮球控制室進水管A流速，m/s ； 本設計工況下，計算得浮球控制室(1)的體積v=0. 04m3。
專利摘要本實用新型提出一種在市政雨水管網系統中截流初期雨水的裝置。該裝置以各個雨水口匯水面積的初期截流雨水為對象，通過在雨水口兩側增設浮球控制室和主棄流室。當降雨徑流形成時，利用兩室與雨水檢查井在豎向標高上的差異，實現汙染嚴重的初期地表化學徑流定量截流至市政汙水管網。主棄流室初期雨水進口處安裝浮球控制閥，由浮球控制室浮球水位控制其啟閉，棄流出水就近排入市政汙水檢查井。棄流量可通過浮球控制室的有效容積和浮球水位控制閥的啟閉實現。本實用新型將初期雨水截流與市政管網系統中雨水口、檢查井等截流裝置一體化設置，在實際降雨的各種的工況中能有效地實現初期汙染雨水的截流控制。
文檔編號E03F1/00GK201952879SQ20102056885
公開日2011年8月31日 申請日期2010年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者徐瑞華, 朱虹, 李佳, 李勝海, 胡碧波, 許曉毅, 謝恩, 郭俊傑 申請人:重慶大學