城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法.pdf

本发明涉及一种城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，包括以下步骤：在原有排水管的出口处设置分流管道；分流管道在靠近排水网管的一段设置监测区，在监测区内设置水质监测传感器；传感器连接并将监测到水流水质数据传送到数字数据处理器；处理器将数据处理，形成河流水质参数，再与分流临界值对比，控制选择分流机构确定水流从分流管道的雨洪排放管或排污管排放。通过上述方法可自动识别并按水质分流：保障符合河流水质管理目标的雨洪通过雨洪排放管进入河道，反之，污染水体进入排污管。由此，保护河流的生存力，发挥河道排洪能力，保持河流与生态环境的和谐；对城市河流水质、水资源循环利用，具有远程监测和控制能力。

1.  一种城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在原有排水管的出口段设置分流管道，所述分流管道设置有与河道连通的雨洪排放管以及与污水处理系统连通的排污管；
S2：所述分流管道在靠近所述排水管的连接管内设置监测区；在所述监测区内设置若干个水质监测传感器，用于监测来流的水流水质；
S3：所述监测传感器连接到数字数据处理器，并将监测到的若干项水流水质数据传送到所述数字数据处理器；处理器对若干所述水质数据进行处理，形成综合性的河流水质参数；
S4：所述数字数据处理器中设定有分流临界值，所述数字数据处理器将来自步骤S3的河流水质参数与所述分流临界值对比，并由所述数字数据处理器控制分流选择机构选择确定水流从雨洪排放管或排污管排放。

2.  根据权利要求1所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，所述分流管道的连接管内设置有沉降区，所述沉降区设在所述监测区和所述排水管的出口之间，用于沉降来自所述排水管的水流中的杂质。

3.  根据权利要求2所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，所述分流临界值为符合河流水质管理目标的临界值；所述分流选择机构为设置在所述排污管内的电动阀门；
所述步骤S4包括以下步骤：
S4-1：当所述河流水质参数高于所述分流临界值时，所述数字数据处理器控制所述电动阀门打开，水流从所述排污管排放；
S4-2：当所述河流水质参数低于或等于所述分流临界值时，所述数字数据处理器控制所述电动阀门关闭，水流从所述雨洪排放管排出。

4.  根据权利要求2或3所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过设置间隔的第一溢流堰板和第二溢流堰板形成所述沉降区，所述第二溢流堰板的高度高于所述第一溢流堰板。

5、  根据权利要求4所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过所述第二溢流堰板和第三溢流堰板间隔设置形成所述监测区，所述第二溢流堰板的高度高于所述第三溢流堰板。

6、  根据权利要求5所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，所述雨洪排放管内设有第四溢流堰板，并且所述排污管设置在所述第三溢流堰板和第四溢流堰板之间。

7、  根据权利要求6所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，在所述沉降区底部设有与所述排污管连通的排淤管，所述沉降区的杂物通过所述排淤管到达所述排污管进行排放。

8、  根据权利要求7所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，所述排淤管同时连通于所述监测区底部，将所述监测区的聚积的杂物通过所述排淤管到所述排污管进行排放。

9、  根据权利要求8所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，所述排淤管的排出口位于所述排污管内的阀门的上方，所述排淤管的出流口的过流能力小于排水网管的最小污水来流量；并且所述排淤管具有足够挟带最大泥沙颗粒的水力比降。

10、  根据权利要求9所述的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，其特征在于，所述数字数据处理器与远程控制中心通讯连接，所述远程控制中心在洪水期，需要时，控制所述数字数据处理器来控制排污管的阀门打开，参与排洪。

城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法
技术领域
本发明涉及城市雨水与污水混流河道中水流污染治理的方法，特别涉及对城市河流雨污混流管网的水体实施分质排放的方法。
背景技术
目前，公知的城市河流污染治理主要有物理、化学、生物等方式和措施：如切断来自点源和面源污染源、对被污染的河道水流进行生物降解、化学降解改善水质、把污水送入污水处理厂等等，以保障河道水流水质符合不同管理目标要求。
其中，为防止河流水质被污染，最重要也是最基本的措施是切断进入河流的污染来源。
由于人们对事物认识和行为方式受发展阶段制约，在我国，大量的城市河道中，原本仅是供地表雨水汇入河道的管网口，它的唯一性被破坏，变成雨水和污水混流的管网口，成为污染河流的污水口。因此，通过这类管网口流入河道的水体水质，存在三种状况：以污染水为主；以雨水为主；雨水污水混流，但水质符合河流水质管理特定目标的状况。河道也变成三种状况：排污道；排洪道；雨水污水混流道。
人们努力兴建污水处理厂和把面源污染的污水，尤其是生活污水，送往污水处理厂的管网。
由于城市河流的面源污染，具有很大的分散性和输送管网的复杂性，采取分散截污方式，使雨水管网与污水管网彻底分离开，存在极大的困难：费时、耗资、难收效。在发达国家城市河流中，也经常是最终有10～20％的污水通过雨水管网排入河道。
为了切断向河流输送污染水体，于是人们现行的方法是沿河流两侧，针对雨水污水混流的排水管网口，兴建集中式的截污系统，把雨水和污水一同截留，或是一并送入污水处理厂，或是一并排到河流下游地域和水域。
可两者都产生这样的问题：首先，切断了河流在该区域的雨水补给通道，影响河流的生存力，降低河流对生态环境的调节力和河流为人们提供各种可利用的潜力，为此，人们甚至不惜另行取水，给河道补充水体，以提高河流上述能力；其次，雨水污水混流的水量给污水处理厂的生产处理能力提出更多的要求，扩大对土地资源、财力资源和人力资源的消耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，为了克服现有治理河流污染中，对面源污染的分散截污和集中截污系统存在的弱点，提供一种城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，将使雨水污水混流的管网出口水流，实现三种水体出流选择：污水走污水管道、雨水走河道、以及虽然雨水污水混合的水体，但水质能达到河流水质管理和功能目标的，也走河道。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法，包括以下步骤：
S1：在原有排水管的出口段设置分流管道，所述分流管道设置有与河道连通的雨洪排放管以及与污水处理系统连通的排污管；
S2：所述分流管道在靠近所述排水管的连接管内设置监测区；在所述监测区内设置若干个水质监测传感器，用于监测来流的水流水质；
S3：所述监测传感器连接到数字数据处理器，并将监测到的若干项水流水质数据传送到所述数字数据处理器；处理器对若干所述水质数据进行处理，形成综合性的河流水质参数；
S4：所述数字数据处理器中设定有分流临界值，所述数字数据处理器将来自步骤S3的河流水质参数与所述分流临界值对比，并由所述数字数据处理器控制分流选择机构选择确定水流从雨洪排放管或排污管排放。
在本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法中，所述分流管道的连接管内设置有沉降区，所述沉降区设在所述监测区和所述排水管的出口之间，用于沉降来自所述排水管的水流中的杂质。
在本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法中，所述分流临界值为符合河流水质管理目标的临界值；所述分流选择机构为设置在所述排污管内的电动阀门；
所述步骤S4包括以下步骤：
S4-1：当所述河流水质参数高于所述分流临界值时，所述数字数据处理器控制所述电动阀门打开，水流从所述排污管排放；
S4-2：当所述河流水质参数低于或等于所述分流临界值时，所述数字数据处理器控制所述电动阀门关闭，水流从所述雨洪排放管排出。
在本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法的所述步骤S2中，通过设置间隔的第一溢流堰板和第二溢流堰板形成所述沉降区，所述第二溢流堰板的高度高于所述第一溢流堰板。
在本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法的所述步骤S2中，通过所述第二溢流堰板和第三溢流堰板间隔设置形成所述监测区，所述第二溢流堰板的高度高于所述第三溢流堰板。
在本发明地城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法中，所述雨洪排放管内设有第四溢流堰板，并且所述排污管设置在所述第三溢流堰板和第四溢流堰板之间。
在本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法中，在所述沉降区底部设有与所述排污管连通的排淤管，所述沉降区的杂物通过所述排淤管到达所述排污管进行排放。
在本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法中，所述排淤管同时连通于所述监测区底部，将所述监测区的聚积的杂物通过所述排淤管到所述排污管进行排放。
在本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法中，所述排淤管的排出口位于所述排污管内的阀门的上方，所述排淤管的出流口的过流能力小于排水网管的最小污水来流量；并且所述排淤管具有足够挟带最大泥沙颗粒的水力比降。
在本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法中，所述数字数据处理器与远程控制中心通讯连接，所述远程控制中心在洪水期，需要时，控制所述数字数据处理器来控制排污管的阀门打开，参与排洪。
本发明的有益效果是：一、通过水质监测传感器监测水流水质，获得数据；并通过数字数据处理器处理，得到河流水质参数，并与分流临界值对比，进行分析，可自动识别水体水质、按水质分流，调节水体流向，严格防止不符合河流功能和管理目标的污染水体进入河道；二、充分保障达标水体和河段区域内雨水进入河道；三、合理地循环利用水资源，保护河流对生态环境的影响力，保护河流的生存力；四、能在短期内，使河流水体成为城市良好环境的一部分；五、由于对系统具有数据信号远程控制能力，可实现对城市河流水质、水资源循环利用和防洪排涝一体化远程监测和控制。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的一个实施例的剖面示意图。
图2是图1的A部分监测区根据I-I剖面线的剖面示意图。
图3是本发明的分流管道与河道横断面示意图。
图4是河道纵剖面示意图。
图5是本发明采用的另一实施例的分流管道的示意图。
具体实施方式
本发明的城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法是在城市河流雨污混流管网排水口(下称排水管)设置水流分质排放系统，实现水流分质排放。下面结合一个具体实施例的水流分质排放系统的附图和结构，对本发明作进一步实施说明。
在现有排水管的出口段设置分流管道。如纵剖面示意图1所示。在图1中，分流管道的连接管A、排污管B、雨洪排放管C管相通，D部分是独立的数字数据处理器，亦可由远程数字数据处理中心控制。
A管、B管、C管的三内径，均比原有排水管30外径大，不仅因为A管内径大，可套住已有排水管的外径，并容易采取止水、防漏措施；而且保障钢管10口不因内设装置，增大阻力，降低原有管道排水能力。A、B、C管内径大小，将根据阻力系数和过流能力要求进一步计算确定。
D部分，即数字数据处理器，分别与A、B二部分，通过数字数据传输线相连接。获得A管的水质数据，控制B管的电动阀门启闭状态及程度。
在图1中A管部分，设置三个溢流堰板分别为第一溢流堰板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之间形成污水杂物、杂质的沉降区5；在第二溢流堰板2和第三溢流堰板3之间形成监测区6，在该监测区6内设置若干传感器7，以监测水质。第二溢流堰板2高于第一溢流堰板1和第三溢流堰板3。
在钢管10A管部分的沉降区5和监测区6钢管10顶部，为顶盖11式，可开启，以便清理淤积物和维修、安装传感器7。在实际工程中，钢管10A部分的顶盖11外部可做成窨井式。
当水流进入沉降区5，由于第二溢流堰板2的高度高于第一溢流堰板1，从而造成水流原有流速减缓，水流挟带泥沙和杂质的能力显著降低，形成有效沉降区5。第一溢流堰板1，除了与第二溢流堰板2共同构成沉降区5，而且对于从管网系统进入的水流，起到前期消能作用。可以理解的，可以根据来流水质的情况设置更多的沉降区，从而形成多级的沉降，有效地将水流中的杂质或杂物等进行沉降。沉降区的设置可有效地沉降杂物，保证监测区内的监测环境，以得到更加准确可靠的监测数据。
第二溢流堰板2与第一溢流堰板1及第三溢流堰板3之间设置的长度间距和高差，根据水流挟沙能力公式和泥沙颗粒沉降公式作相应计算和设计。由于各管网管道坡降不同、水流进入的水力比降、流速和流量都不相同，挟带的泥沙和杂物组成也不同，即外部边界条件是变化的，所以，第一溢流堰板1和第二溢流堰板2间的距离计算是相应变化的，第二溢流堰板2的高度也有相应计算结果。同时，各尺寸取舍还必须兼顾过流能力的要求，从而，对于各个堰板高度和相互之间的距离，需根据具体情况进行优化。为此，各附图只能是示意和相对比例性的。只有在具体的工程项目条件下，各设施，才有具体设计尺寸。
另可视情况需要，在第二溢流堰板2上方，设置拦污栅装置。
图2是A管内的监测区6的剖面图。
当水流溢过第二溢流堰板2，由于第三溢流堰板3的存在，在监测区6形成有相对稳定水深水体和可监测环境。
在此监测区6，监测水质的主要指标，可包括：BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)、SS值(悬浮物质值)、PH值、总氮、总磷等等。最终有哪些测定项目，根据该河流水质管理目标确定。
水质监测传感器7可以为在线实时监测。因此，在沉降区5有导线管8，被固定在钢管10壁上，一端与传感器安装底座9相连接，另一端引出钢管10顶盖11，与D部分的数据信号处理器相连接。
第三溢流堰板3低于第二溢流堰板2，两者的间距和高差，以保证水流有一定落差，形成较快流速和产生足够强度的紊流为计算条件，保障水流不易在此监测区6发生沉降。
同时，由于水质监测传感器安装底座9是在钢管10侧壁，是第三溢流堰板3的1/2高度，传感器7有稳定的可监测水体，不易遭遇监测环境问题。
在图1中B管部分为排污管，与污水处理系统的排污管道相连接，设置有电动阀门12，由数字数据处理器D控制。在本实施例中，所述电动阀门12作为分流选择机构，来选择水流的排放方向。当然，也可以在雨洪排放管内设置电动阀门，或者同时在排污管和雨洪排放管内设置电动阀门；或者以其他形式的分流选择机构来实现水流的分流。
在图1中C管部分为雨洪排放管，与河道相连接，设置与第二溢流堰板2同高的第四溢流堰板4。C管部分的第四溢流堰板4的高度与A管部分第二溢流堰板2高度相关联，第四溢流堰板4的高度，以及距第二溢流堰板2的最小距离的计算，根据两个极端性边界条件，其一，B管电动阀门12处于全开启状态；其二：A管部分全断面过流时，水流翻越第二溢流堰板2后，水流可能越过B管。从而，第四溢流堰板4的高度和距离，需能够满足以下要求：防止从A管部分流过来的水体，在瞬时状态，越过B管，直接进入C管，流入河道内，成为一道屏障。
在图1中A管监测区6的传感器7与D相连接。传感器7采集的数据，传输到D数字数据处理器，该数字数据信号处理器再与B管的电动阀门12开关相连接。由于排水管30的水流来源有三种状态：污水为主状、雨污混流状和雨水为主状，为了合理的分流三种状态的水流，所述数字数据处理器D中设定有分流临界值，将来自在线监测传感器的河流水质数据进行处理，得到河流水质参数，并将得到的河流水质参数与所述分流临界值对比，确定水流从分流管道的雨洪排放管或排污管排放。河流水质参数可以定义为：由河流水质管理目标中若干项主要水质指标，经综合，形成的综合值。例如由河流水质管理目标中包含的主要项目：BOD、COD、SS值、PH值、总氮、总磷等项目指标，经综合其中的一项或若干项，形成的综合值。
分流临界值可以定义为：由河流水质管理目标形成，河流被允许承载的河流水质参数的最大值。所述分流临界值可依不同的河流根据不同使用和管理目标设定不同的临界值。例如，在同一河流不同时期的不同管理目标设定不同的值。或者在枯水期或汛期，或者降雨量较大、较小形成不同地表径流时期，设定不同的值等等。
A、B、C管各部分与数字数据处理器D的联合运行：
在图1中水体自A管沉降区5左侧流入。设定：B管电动阀门12初始状态是处于开启状。
当水体流入A管沉降区5，先行沉降杂物；经沉降后的水体流入监测区6，各监测传感器7监测采集数据，并将河流水质数据传送到数字数据处理器进行处理，得到河流水质参数，只要采集的数据形成的河流水质参数超过初始设定的临界值，数字数据处理器就不会指令B管电动阀门12关闭；这时，超标的水体作为污水，流入B管。
当流入A管的水体的河流水质参数低于初始设定的临界值，数字数据处理器将会向B管的电动阀门12发出指令，将阀门关闭；这时，达标水体将作为可利用的，流向C管。
反之，当水体的河流水质参数再次逐渐高出临界值，数字数据处理器将再次指令B管电动阀门12打开，水体流入污水管道。
进入B管水体出路：
在需治理的污染河流的河床14下，埋设专用排污水管13，见图3。进入B管水体，流入专用排污水管13，到下游调节池18，通过泵站，送到污水处理厂。
进入C管水体流向：
进入C管水体流入河道，见图3。从图3可见，由B管流出的污水，进入河床14下专用的排污水管13。只有符合水质管理目标要求的水体，通过C管进入河道。
循环水管15，也在河床14下，通过水泵，抽取河道蓄水池16水体，使之提升到上一级或更上游蓄水区去的专用循环水管15。
达标水体在河道中的运用：
在需治理的河道中，另设置：循环水管15道；若干低矮可调节堤坝17，形成蓄水区和下游的蓄水池16，见图4。通过水泵和循环水管15，把蓄水池16水体逐级或直接从下游提升到上游水区；然后水体自然流下，通过蓄水区，形成人文景观。周而复始，形成水体循环利用。河道下游区域建设蓄水池16，以满足循环水体的渗漏、蒸发和循环过程中的需要。如图4所示，在河道建成若干梯级、可调节的水坝，形成可调节的蓄水区；并在靠近下游河口处，开挖较深的蓄水池16，以贮存较多的符合管理目标的水体，以满足河流枯水季节，河道水体的渗漏和蒸发以及形成循环水体的要求。河道及蓄水区、蓄水池16、专用循环水管15，配套水泵设施后，一起形成保障河道中水资源循环使用系统。使河道水流成为城市良好环境的一个组成部分。
图4中所示专用污水管的管径计算，应满足上、下游区域污水汇集后，总排污流量的需要。专用污水管下游设置有调节池18，在调节池18，泵站把污水送入污水处理厂管网，成为城市污水处理系统的一部分。泵站还设有排洪管19，河道洪峰来临时，参与排洪，与河道下游相接。
整个系统在河道以雨水为主的洪水期的运用：
当河流洪水来临，需要时，可在远程数据处理中心控制下，排水管网口的B管电动阀门12，完全打开，使排污管参与排洪，提高河流泄洪能力和防洪标准。
本发明，将使城市河流有水；有达到水质管理和功能目标的水；有可供重复循环利用的水。并且使污水在较小水体数量下输送到污水处理厂，提高处理污水效率，降低污水处理综合成本。
本发明，把治河工程技术与环境保护技术结合在一起，使城市河流污染治理有了新的可供选择的方案和方式。
如图5所示，是分流管道的另一实施例的示意图，为了便于将沉降区5的杂物能够适时地清除，在沉降区5的底部设有与所述排污管B连通的排淤管E，所述沉降区5的杂物通过所述排淤管E到达所述排污管B进行排放，其他结构与上一实施例基本相同。所述排淤管E同时连通于所述监测区6底部，将所述监测区6的聚积的杂物通过所述排淤管E到所述排污管B进行排放。可以理解的，也可以设置多个排淤管E，分别与沉降区5和监测区6的底部连接。
所述排淤管E的排出口位于所述排污管B内的阀门的上方，所述排淤管E的出流口的过流能力小于排水网管的最小污水来流量；并且所述排淤管E具有足够挟带最大泥沙颗粒的水力比降。可以根据实际情况来设计排淤管E的内径以及其斜度，来保证适当的过流能力和水力比降。
沉降区5和监测区6以及排淤管E的杂物，当排污管B的电动阀门12打开时，受水流力作用，自动排入到排污管B中，从而可以适时地将沉降区5和监测区6的杂物进行排出，使得管道内不会长期的堆积杂物，影响整个系统的工作。可以理解的，所述排淤管E内也可以设置独立的阀门，来控制排淤。当沉降区5或监测区6的杂物堆积到一定程度时，控制阀门打开，进行排淤。所述阀门的控制可以通过手动控制，也可以通过数字数据处理器D进行控制。