城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法
2024-02-17 20:24:15
專利名稱：城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法
技術領域：
本發明涉及城市雨水與汙水混流河道中水流汙染治理的方法，特別涉及對城市河流雨汙混流管網的水體實施分質排放的方法。
背景技術：
目前，公知的城市河流汙染治理主要有物理、化學、生物等方式和措施如切斷來自點源和面源汙染源、對被汙染的河道水流進行生物降解、化學降解改善水質、把汙水送入汙水處理廠等等，以保障河道水流水質符合不同管理目標要求。
其中，為防止河流水質被汙染，最重要也是最基本的措施是切斷進入河流的汙染來源。
由於人們對事物認識和行為方式受發展階段制約，在我國，大量的城市河道中，原本僅是供地表雨水匯入河道的管網口，它的唯一性被破壞，變成雨水和汙水混流的管網口，成為汙染河流的汙水口。因此，通過這類管網口流入河道的水體水質，存在三種狀況以汙染水為主；以雨水為主；雨水汙水混流，但水質符合河流水質管理特定目標的狀況。河道也變成三種狀況排汙道；排洪道；雨水汙水混流道。
人們努力興建汙水處理廠和把面源汙染的汙水，尤其是生活汙水，送往汙水處理廠的管網。
由於城市河流的面源汙染，具有很大的分散性和輸送管網的複雜性，採取分散截汙方式，使雨水管網與汙水管網徹底分離開，存在極大的困難費時、耗資、難收效。在發達國家城市河流中，也經常是最終有10～20％的汙水通過雨水管網排入河道。
為了切斷向河流輸送汙染水體，於是人們現行的方法是沿河流兩側，針對雨水汙水混流的排水管網口，興建集中式的截汙系統，把雨水和汙水一同截留，或是一併送入汙水處理廠，或是一併排到河流下遊地域和水域。
可兩者都產生這樣的問題首先，切斷了河流在該區域的雨水補給通道，影響河流的生存力，降低河流對生態環境的調節力和河流為人們提供各種可利用的潛力，為此，人們甚至不惜另行取水，給河道補充水體，以提高河流上述能力；其次，雨水汙水混流的水量給汙水處理廠的生產處理能力提出更多的要求，擴大對土地資源、財力資源和人力資源的消耗。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於，為了克服現有治理河流汙染中，對面源汙染的分散截汙和集中截汙系統存在的弱點，提供一種城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，將使雨水汙水混流的管網出口水流，實現三種水體出流選擇汙水走汙水管道、雨水走河道、以及雖然雨水汙水混合的水體，但水質能達到河流水質管理和功能目標的，也走河道。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，包括以下步驟S1在原有排水管的出口段設置分流管道，所述分流管道設置有與河道連通的雨洪排放管以及與汙水處理系統連通的排汙管；S2所述分流管道在靠近所述排水管的連接管內設置監測區；在所述監測區內設置若干個水質監測傳感器，用於監測來流的水流水質；S3所述監測傳感器連接到數字數據處理器，並將監測到的若干項水流水質數據傳送到所述數字數據處理器；處理器對若干所述水質數據進行處理，形成綜合性的河流水質參數；S4所述數字數據處理器中設定有分流臨界值，所述數字數據處理器將來自步驟S3的河流水質參數與所述分流臨界值對比，並由所述數字數據處理器控制分流選擇機構選擇確定水流從雨洪排放管或排汙管排放。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法中，所述分流管道的連接管內設置有沉降區，所述沉降區設在所述監測區和所述排水管的出口之間，用於沉降來自所述排水管的水流中的雜質。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法中，所述分流臨界值為符合河流水質管理目標的臨界值；所述分流選擇機構為設置在所述排汙管內的電動閥門；所述步驟S4包括以下步驟S4-1當所述河流水質參數高於所述分流臨界值時，所述數字數據處理器控制所述電動閥門打開，水流從所述排汙管排放；S4-2當所述河流水質參數低於或等於所述分流臨界值時，所述數字數據處理器控制所述電動閥門關閉，水流從所述雨洪排放管排出。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法的所述步驟S2中，通過設置間隔的第一溢流堰板和第二溢流堰板形成所述沉降區，所述第二溢流堰板的高度高於所述第一溢流堰板。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法的所述步驟S2中，通過所述第二溢流堰板和第三溢流堰板間隔設置形成所述監測區，所述第二溢流堰板的高度高於所述第三溢流堰板。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法中，所述雨洪排放管內設有第四溢流堰板，並且所述排汙管設置在所述第三溢流堰板和第四溢流堰板之間。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法中，在所述沉降區底部設有與所述排汙管連通的排淤管，所述沉降區的雜物通過所述排淤管到達所述排汙管進行排放。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法中，所述排淤管同時連通於所述監測區底部，將所述監測區的聚積的雜物通過所述排淤管到所述排汙管進行排放。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法中，所述排淤管的排出口位於所述排汙管內的閥門的上方，所述排淤管的出流口的過流能力小於排水網管的最小汙水來流量；並且所述排淤管具有足夠挾帶最大泥沙顆粒的水力比降。
在本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法中，所述數字數據處理器與遠程控制中心通訊連接，所述遠程控制中心在洪水期，需要時，控制所述數字數據處理器來控制排汙管的閥門打開，參與排洪。
本發明的有益效果是一、通過水質監測傳感器監測水流水質，獲得數據；並通過數字數據處理器處理，得到河流水質參數，並與分流臨界值對比，進行分析，可自動識別水體水質、按水質分流，調節水體流向，嚴格防止不符合河流功能和管理目標的汙染水體進入河道；二、充分保障達標水體和河段區域內雨水進入河道；三、合理地循環利用水資源，保護河流對生態環境的影響力，保護河流的生存力；四、能在短期內，使河流水體成為城市良好環境的一部分；五、由於對系統具有數據信號遠程控制能力，可實現對城市河流水質、水資源循環利用和防洪排澇一體化遠程監測和控制。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明的一個實施例的剖面示意圖。
圖2是圖1的A部分監測區根據I-I剖面線的剖面示意圖。
圖3是本發明的分流管道與河道橫斷面示意圖。
圖4是河道縱剖面示意圖。
圖5是本發明採用的另一實施例的分流管道的示意圖。
具體實施例方式
本發明的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法是在城市河流雨汙混流管網排水口(下稱排水管)設置水流分質排放系統，實現水流分質排放。下面結合一個具體實施例的水流分質排放系統的附圖和結構，對本發明作進一步實施說明。
在現有排水管的出口段設置分流管道。如縱剖面示意圖1所示。在圖1中，分流管道的連接管A、排汙管B、雨洪排放管C管相通，D部分是獨立的數字數據處理器，亦可由遠程數字數據處理中心控制。
A管、B管、C管的三內徑，均比原有排水管30外徑大，不僅因為A管內徑大，可套住已有排水管的外徑，並容易採取止水、防漏措施；而且保障鋼管10口不因內設裝置，增大阻力，降低原有管道排水能力。A、B、C管內徑大小，將根據阻力係數和過流能力要求進一步計算確定。
D部分，即數字數據處理器，分別與A、B二部分，通過數字數據傳輸線相連接。獲得A管的水質數據，控制B管的電動閥門啟閉狀態及程度。
在圖1中A管部分，設置三個溢流堰板分別為第一溢流堰板1、第二溢流堰板2以及第三溢流堰板3。在第一溢流堰板1和第二溢流堰板2之間形成汙水雜物、雜質的沉降區5；在第二溢流堰板2和第三溢流堰板3之間形成監測區6，在該監測區6內設置若干傳感器7，以監測水質。第二溢流堰板2高於第一溢流堰板1和第三溢流堰板3。
在鋼管10A管部分的沉降區5和監測區6鋼管10頂部，為頂蓋11式，可開啟，以便清理淤積物和維修、安裝傳感器7。在實際工程中，鋼管10A部分的頂蓋11外部可做成窨井式。
當水流進入沉降區5，由於第二溢流堰板2的高度高於第一溢流堰板1，從而造成水流原有流速減緩，水流挾帶泥沙和雜質的能力顯著降低，形成有效沉降區5。第一溢流堰板1，除了與第二溢流堰板2共同構成沉降區5，而且對於從管網系統進入的水流，起到前期消能作用。可以理解的，可以根據來流水質的情況設置更多的沉降區，從而形成多級的沉降，有效地將水流中的雜質或雜物等進行沉降。沉降區的設置可有效地沉降雜物，保證監測區內的監測環境，以得到更加準確可靠的監測數據。
第二溢流堰板2與第一溢流堰板1及第三溢流堰板3之間設置的長度間距和高差，根據水流挾沙能力公式和泥沙顆粒沉降公式作相應計算和設計。由於各管網管道坡降不同、水流進入的水力比降、流速和流量都不相同，挾帶的泥沙和雜物組成也不同，即外部邊界條件是變化的，所以，第一溢流堰板1和第二溢流堰板2間的距離計算是相應變化的，第二溢流堰板2的高度也有相應計算結果。同時，各尺寸取捨還必須兼顧過流能力的要求，從而，對於各個堰板高度和相互之間的距離，需根據具體情況進行優化。為此，各附圖只能是示意和相對比例性的。只有在具體的工程項目條件下，各設施，才有具體設計尺寸。
另可視情況需要，在第二溢流堰板2上方，設置攔汙柵裝置。
圖2是A管內的監測區6的剖面圖。
當水流溢過第二溢流堰板2，由於第三溢流堰板3的存在，在監測區6形成有相對穩定水深水體和可監測環境。
在此監測區6，監測水質的主要指標，可包括BOD(生化需氧量)、COD(化學需氧量)、SS值(懸浮物質值)、PH值、總氮、總磷等等。最終有哪些測定項目，根據該河流水質管理目標確定。
水質監測傳感器7可以為在線實時監測。因此，在沉降區5有導線管8，被固定在鋼管10壁上，一端與傳感器安裝底座9相連接，另一端引出鋼管10頂蓋11，與D部分的數據信號處理器相連接。
第三溢流堰板3低於第二溢流堰板2，兩者的間距和高差，以保證水流有一定落差，形成較快流速和產生足夠強度的紊流為計算條件，保障水流不易在此監測區6發生沉降。
同時，由於水質監測傳感器安裝底座9是在鋼管10側壁，是第三溢流堰板3的1/2高度，傳感器7有穩定的可監測水體，不易遭遇監測環境問題。
在圖1中B管部分為排汙管，與汙水處理系統的排汙管道相連接，設置有電動閥門12，由數字數據處理器D控制。在本實施例中，所述電動閥門12作為分流選擇機構，來選擇水流的排放方向。當然，也可以在雨洪排放管內設置電動閥門，或者同時在排汙管和雨洪排放管內設置電動閥門；或者以其他形式的分流選擇機構來實現水流的分流。
在圖1中C管部分為雨洪排放管，與河道相連接，設置與第二溢流堰板2同高的第四溢流堰板4。C管部分的第四溢流堰板4的高度與A管部分第二溢流堰板2高度相關聯，第四溢流堰板4的高度，以及距第二溢流堰板2的最小距離的計算，根據兩個極端性邊界條件，其一，B管電動閥門12處於全開啟狀態；其二A管部分全斷面過流時，水流翻越第二溢流堰板2後，水流可能越過B管。從而，第四溢流堰板4的高度和距離，需能夠滿足以下要求防止從A管部分流過來的水體，在瞬時狀態，越過B管，直接進入C管，流入河道內，成為一道屏障。
在圖1中A管監測區6的傳感器7與D相連接。傳感器7採集的數據，傳輸到D數字數據處理器，該數字數據信號處理器再與B管的電動閥門12開關相連接。由於排水管30的水流來源有三種狀態汙水為主狀、雨汙混流狀和雨水為主狀，為了合理的分流三種狀態的水流，所述數字數據處理器D中設定有分流臨界值，將來自在線監測傳感器的河流水質數據進行處理，得到河流水質參數，並將得到的河流水質參數與所述分流臨界值對比，確定水流從分流管道的雨洪排放管或排汙管排放。河流水質參數可以定義為由河流水質管理目標中若干項主要水質指標，經綜合，形成的綜合值。例如由河流水質管理目標中包含的主要項目BOD、COD、SS值、PH值、總氮、總磷等項目指標，經綜合其中的一項或若干項，形成的綜合值。
分流臨界值可以定義為由河流水質管理目標形成，河流被允許承載的河流水質參數的最大值。所述分流臨界值可依不同的河流根據不同使用和管理目標設定不同的臨界值。例如，在同一河流不同時期的不同管理目標設定不同的值。或者在枯水期或汛期，或者降雨量較大、較小形成不同地表徑流時期，設定不同的值等等。
A、B、C管各部分與數字數據處理器D的聯合運行在圖1中水體自A管沉降區5左側流入。設定B管電動閥門12初始狀態是處於開啟狀。
當水體流入A管沉降區5，先行沉降雜物；經沉降後的水體流入監測區6，各監測傳感器7監測採集數據，並將河流水質數據傳送到數字數據處理器進行處理，得到河流水質參數，只要採集的數據形成的河流水質參數超過初始設定的臨界值，數字數據處理器就不會指令B管電動閥門12關閉；這時，超標的水體作為汙水，流入B管。
當流入A管的水體的河流水質參數低於初始設定的臨界值，數字數據處理器將會向B管的電動閥門12發出指令，將閥門關閉；這時，達標水體將作為可利用的，流向C管。
反之，當水體的河流水質參數再次逐漸高出臨界值，數字數據處理器將再次指令B管電動閥門12打開，水體流入汙水管道。
進入B管水體出路在需治理的汙染河流的河床14下，埋設專用排汙水管13，見圖3。進入B管水體，流入專用排汙水管13，到下遊調節池18，通過泵站，送到汙水處理廠。
進入C管水體流向進入C管水體流入河道，見圖3。從圖3可見，由B管流出的汙水，進入河床14下專用的排汙水管13。只有符合水質管理目標要求的水體，通過C管進入河道。
循環水管15，也在河床14下，通過水泵，抽取河道蓄水池16水體，使之提升到上一級或更上遊蓄水區去的專用循環水管15。
達標水體在河道中的運用在需治理的河道中，另設置循環水管15道；若干低矮可調節堤壩17，形成蓄水區和下遊的蓄水池16，見圖4。通過水泵和循環水管15，把蓄水池16水體逐級或直接從下遊提升到上遊水區；然後水體自然流下，通過蓄水區，形成人文景觀。周而復始，形成水體循環利用。河道下遊區域建設蓄水池16，以滿足循環水體的滲漏、蒸發和循環過程中的需要。如圖4所示，在河道建成若干梯級、可調節的水壩，形成可調節的蓄水區；並在靠近下遊河口處，開挖較深的蓄水池16，以貯存較多的符合管理目標的水體，以滿足河流枯水季節，河道水體的滲漏和蒸發以及形成循環水體的要求。河道及蓄水區、蓄水池16、專用循環水管15，配套水泵設施後，一起形成保障河道中水資源循環使用系統。使河道水流成為城市良好環境的一個組成部分。
圖4中所示專用汙水管的管徑計算，應滿足上、下遊區域汙水匯集後，總排汙流量的需要。專用汙水管下遊設置有調節池18，在調節池18，泵站把汙水送入汙水處理廠管網，成為城市汙水處理系統的一部分。泵站還設有排洪管19，河道洪峰來臨時，參與排洪，與河道下遊相接。
整個系統在河道以雨水為主的洪水期的運用當河流洪水來臨，需要時，可在遠程數據處理中心控制下，排水管網口的B管電動閥門12，完全打開，使排汙管參與排洪，提高河流洩洪能力和防洪標準。
本發明，將使城市河流有水；有達到水質管理和功能目標的水；有可供重複循環利用的水。並且使汙水在較小水體數量下輸送到汙水處理廠，提高處理汙水效率，降低汙水處理綜合成本。
本發明，把治河工程技術與環境保護技術結合在一起，使城市河流汙染治理有了新的可供選擇的方案和方式。
如圖5所示，是分流管道的另一實施例的示意圖，為了便於將沉降區5的雜物能夠適時地清除，在沉降區5的底部設有與所述排汙管B連通的排淤管E，所述沉降區5的雜物通過所述排淤管E到達所述排汙管B進行排放，其他結構與上一實施例基本相同。所述排淤管E同時連通於所述監測區6底部，將所述監測區6的聚積的雜物通過所述排淤管E到所述排汙管B進行排放。可以理解的，也可以設置多個排淤管E，分別與沉降區5和監測區6的底部連接。
所述排淤管E的排出口位於所述排汙管B內的閥門的上方，所述排淤管E的出流口的過流能力小於排水網管的最小汙水來流量；並且所述排淤管E具有足夠挾帶最大泥沙顆粒的水力比降。可以根據實際情況來設計排淤管E的內徑以及其斜度，來保證適當的過流能力和水力比降。
沉降區5和監測區6以及排淤管E的雜物，當排汙管B的電動閥門12打開時，受水流力作用，自動排入到排汙管B中，從而可以適時地將沉降區5和監測區6的雜物進行排出，使得管道內不會長期的堆積雜物，影響整個系統的工作。可以理解的，所述排淤管E內也可以設置獨立的閥門，來控制排淤。當沉降區5或監測區6的雜物堆積到一定程度時，控制閥門打開，進行排淤。所述閥門的控制可以通過手動控制，也可以通過數字數據處理器D進行控制。
權利要求
1.一種城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，包括以下步驟S1在原有排水管的出口段設置分流管道，所述分流管道設置有與河道連通的雨洪排放管以及與汙水處理系統連通的排汙管；S2所述分流管道在靠近所述排水管的連接管內設置監測區；在所述監測區內設置若干個水質監測傳感器，用於監測來流的水流水質；S3所述監測傳感器連接到數字數據處理器，並將監測到的若干項水流水質數據傳送到所述數字數據處理器；處理器對若干所述水質數據進行處理，形成綜合性的河流水質參數；S4所述數字數據處理器中設定有分流臨界值，所述數字數據處理器將來自步驟S3的河流水質參數與所述分流臨界值對比，並由所述數字數據處理器控制分流選擇機構選擇確定水流從雨洪排放管或排汙管排放。
2.根據權利要求1所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，所述分流管道的連接管內設置有沉降區，所述沉降區設在所述監測區和所述排水管的出口之間，用於沉降來自所述排水管的水流中的雜質。
3.根據權利要求2所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，所述分流臨界值為符合河流水質管理目標的臨界值；所述分流選擇機構為設置在所述排汙管內的電動閥門；所述步驟S4包括以下步驟S4-1當所述河流水質參數高於所述分流臨界值時，所述數字數據處理器控制所述電動閥門打開，水流從所述排汙管排放；S4-2當所述河流水質參數低於或等於所述分流臨界值時，所述數字數據處理器控制所述電動閥門關閉，水流從所述雨洪排放管排出。
4.根據權利要求2或3所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，在所述步驟S2中，通過設置間隔的第一溢流堰板和第二溢流堰板形成所述沉降區，所述第二溢流堰板的高度高於所述第一溢流堰板。
5.根據權利要求4所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，在所述步驟S2中，通過所述第二溢流堰板和第三溢流堰板間隔設置形成所述監測區，所述第二溢流堰板的高度高於所述第三溢流堰板。
6.根據權利要求5所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，所述雨洪排放管內設有第四溢流堰板，並且所述排汙管設置在所述第三溢流堰板和第四溢流堰板之間。
7.根據權利要求6所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，在所述沉降區底部設有與所述排汙管連通的排淤管，所述沉降區的雜物通過所述排淤管到達所述排汙管進行排放。
8.根據權利要求7所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，所述排淤管同時連通於所述監測區底部，將所述監測區的聚積的雜物通過所述排淤管到所述排汙管進行排放。
9.根據權利要求8所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，所述排淤管的排出口位於所述排汙管內的閥門的上方，所述排淤管的出流口的過流能力小於排水網管的最小汙水來流量；並且所述排淤管具有足夠挾帶最大泥沙顆粒的水力比降。
10.根據權利要求9所述的城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，其特徵在於，所述數字數據處理器與遠程控制中心通訊連接，所述遠程控制中心在洪水期，需要時，控制所述數字數據處理器來控制排汙管的閥門打開，參與排洪。
全文摘要
本發明涉及一種城市河流雨汙混流管網的水流分質排放的方法，包括以下步驟在原有排水管的出口處設置分流管道；分流管道在靠近排水網管的一段設置監測區，在監測區內設置水質監測傳感器；傳感器連接並將監測到水流水質數據傳送到數字數據處理器；處理器將數據處理，形成河流水質參數，再與分流臨界值對比，控制選擇分流機構確定水流從分流管道的雨洪排放管或排汙管排放。通過上述方法可自動識別並按水質分流保障符合河流水質管理目標的雨洪通過雨洪排放管進入河道，反之，汙染水體進入排汙管。由此，保護河流的生存力，發揮河道排洪能力，保持河流與生態環境的和諧；對城市河流水質、水資源循環利用，具有遠程監測和控制能力。
文檔編號E03F3/02GK1876977SQ20061006137
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月27日 優先權日2006年6月27日
發明者林萬泉 申請人:林萬泉