一种合流制排水管道的沉积物处理系统及方法.pdf

本发明公开了一种合流制排水管道的沉积物处理系统及方法，该系统包括冲洗管、第一进水管、第二进水管、截流池、截流水泵、水力旋流器、第一污水管、第二污水管、溢流管和贮泥池，冲洗管设于合流制排水管道内，其两端分别与第一进水管和第二进水管连接；截流池设于合流制排水管道的下游，第一污水管的一端置于截流池内，另一端与截流水泵连接，第二污水管的两端分别与截流水泵和水力旋流器的进水口连接，水力旋流器的溢流口与溢流管连接，底流口与贮泥池连接。本发明可以实现降低冲洗成本，且冲洗污水经过水力旋流器的处理，将大部分的沉积物与水分离，可降低对下游管网和污水厂运行的不利影响，有利于污水处理。

1.  一种合流制排水管道的沉积物处理系统，其特征在于：包括冲洗管、第一进水管、第二进水管、截流池、截流水泵、水力旋流器、第一污水管、第二污水管、溢流管和贮泥池，所述水力旋流器包括进水口、溢流口和底流口，所述冲洗管上均匀开设有多个圆形或椭圆形的小孔，所述小孔的开设位置为所述冲洗管的横向横截面的最底端，或所述冲洗管的横向横截面上关于所述最底端对称的两侧；
所述冲洗管的一端与所述第一进水管连接，所述冲洗管的另一端与所述第二进水管连接，所述冲洗管设于所述合流制排水管道内用于对所述合流制排水管道进行冲洗；
所述截流池设于所述合流制排水管道的下游，冲洗所述合流制排水管道后产生的污水通向所述截流池；
所述第一污水管的一端置于所述截流池内，所述第一污水管的另一端与所述截流水泵连接，所述第二污水管的一端与所述截流水泵连接，所述第二污水管的另一端与所述水力旋流器的进水口连接，使所述截流池内的污水进入所述水力旋流器进行处理，所述水力旋流器的溢流口与所述溢流管连接使经所述水力旋流器处理后的上清液从所述溢流口溢出经所述溢流管进入污水处理厂或河道，所述水力旋流器的底流口与所述贮泥池连接使经所述水力旋流器处理后的沉积物由所述底流口排入所述贮泥池。

2.  如权利要求1所述的合流制排水管道的沉积物处理系统，其特征在于：所述水力旋流器由圆柱体和截顶圆锥体组合而成，所述圆柱体的长度为所述圆柱体的直径的0.8-1.2倍，所述截顶圆锥体的锥角为6-10°，所述水力旋流器的进水口的当量直径为所述圆柱体的直径的0.3-0.4倍，所述溢流口的当量直径为所述圆柱体的直径的0.35-0.45倍，所述底流口的当量直径为所述圆柱体的直径的0.15-0.2倍，所述溢流管从所述溢流口插入所述水力旋流器的深度为所述圆柱体的直径的0.35-0.45倍。

3.  如权利要求1所述的合流制排水管道的沉积物处理系统，其特征在于：所述沉积物处理系统还包括第一检查井、第二检查井、第一90°弯头、第二90°弯头、第一活动接头、第一软管、第一水泵、水箱、第二水泵、第二软管和第二 活动接头；
所述第一进水管设于所述第一检查井中且所述第一进水管的长度满足使所述第一进水管的顶端低于所述第一检查井的井盖，所述第二进水管设于所述第二检查井中且所述第二进水管的长度满足使所述第二进水管的顶端低于所述第二检查井的井盖，所述冲洗管的一端通过所述第一90°弯头连接所述第一进水管的底端，所述冲洗管的另一端通过所述第二90°弯头连接所述第二进水管的底端；
所述第一进水管通过所述第一活动接头、所述第一软管与所述第一水泵相连，所述第二进水管通过所述第二活动接头、所述第二软管与所述第二水泵相连，所述第一水泵和所述第二水泵均与所述水箱相连。

4.  如权利要求1所述的合流制排水管道的沉积物处理系统，其特征在于：所述小孔的开设方向与所述冲洗管的横向横截面的夹角≤60°。

5.  如权利要求1所述的合流制排水管道的沉积物处理系统，其特征在于：所述小孔的开设位置在所述冲洗管的横向横截面上关于所述最底端对称的两侧时，各侧偏离所述最底端的角度≤45°。

6.  如权利要求1所述的合流制排水管道的沉积物处理系统，其特征在于：所述小孔的孔径为5±2mm；所述小孔的孔间距≤150cm；所述冲洗管的管径DN≤150mm。

7.  如权利要求3所述的合流制排水管道的沉积物处理系统，其特征在于：还包括多个支架，一些所述支架按1～1.5m的间隔均匀设置在所述合流制排水管道的底部以支撑所述冲洗管，所述冲洗管设于距所述合流制排水管道的底部5～10cm的高度处；另一些所述支架均匀设置在所述第一检查井和第二检查井内以支撑所述第一进水管和第二进水管。

8.  如权利要求5所述的合流制排水管道的沉积物处理系统，其特征在于：所述第一进水管的顶端距离所述第一检查井的井盖的距离以及所述第二进水管的顶端距离所述第二检查井的井盖的距离均≤40cm。

9.  一种利用权利要求1-8任意一项所述的合流制排水管道的沉积物处理系统对合流制排水管道的沉积物进行处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)清水分别从所述第一进水管和所述第二进水管进入所述冲洗管，在所述冲洗管上设置的所述小孔处产生射流以对所述合流制排水管道进行冲洗；
(2)冲洗所述合流制排水管道产生的污水排入所述截流池；
(3)通过所述截流水泵将所述截流池内的污水抽入所述水力旋流器内进行处理，处理后在所述水力旋流器的顶部溢流出水为上清液，在所述水力旋流器的底部底流为沉积物；
(4)所述上清液从所述水力旋流器的溢流口溢出经所述溢流管进入污水处理厂或河道，所述沉积物由所述水力旋流器的底流口排入所述贮泥池。

10.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述小孔处产生的射流的速度≥5m/s。

一种合流制排水管道的沉积物处理系统及方法
技术领域
本发明涉及合流制排水管道沉积物的污染控制，特别是涉及一种合流制排水管道的沉积物处理系统及方法。
背景技术
城市生活中，合流制排水系统在晴天时污水进入污水管网，雨天时生活污水和雨水通过合流制排水系统溢流口流向城市附近的水域中。晴天时污水中的污染物容易在排水管道中沉积，进而在雨天被雨水冲入附近水域中，造成污染。经常对排水管道进行冲洗，使排水管道内无沉积物或者较少沉积物，可以减轻污染，是控制雨天溢流污染的经济有效措施。目前常见的排水管道冲洗，主要依靠高压水力冲洗，例如高压冲洗车，利用高压冲洗车的水泵连接软管，软管末端连接喷头，清洗时，将喷头伸入排水管道中，利用喷头处的高压水柱(最高清洗水压约9MPa)，对排水管道进行冲洗。由于合流制排水管道需要经常冲洗，用高压冲洗车对排水管道进行冲洗时维护效率不高，且高压冲洗车的购置费用高。冲洗污水中污染物浓度较高，如果经过冲洗后直接进入污水处理厂，污水处理厂的水力负荷会急剧变化，从而对污水处理厂的正常运行造成影响。
发明内容
为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种用于冲洗合流制排水管道的冲洗管、检查井系统和冲洗系统。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种合流制排水管道的沉积物处理系统，包括冲洗管、第一进水管、第二进水管、截流池、截流水泵、水力旋流器、第一污水管、第二污水管、溢流管和贮泥池，所述水力旋流器包括进水口、溢流口和底流口，所述冲洗管上均匀开设有多个圆形或椭圆形的小孔，所述小孔的开设位置为所述冲洗管的横向横截面的最底端，或所述冲洗管的横向横截面上关于所述最底端对称的两侧；所述冲洗管的一端与所述第一进水管连接，所述冲洗管的另一端与所述第二进水管连接，所述冲洗管设于所述合流制排水管道内用于对所述合流制排水管道进行冲洗；所述截 流池设于所述合流制排水管道的下游，冲洗所述合流制排水管道后产生的污水通向所述截流池；所述第一污水管的一端置于所述截流池内，所述第一污水管的另一端与所述截流水泵连接，所述第二污水管的一端与所述截流水泵连接，所述第二污水管的另一端与所述水力旋流器的进水口连接，使所述截流池内的污水进入所述水力旋流器进行处理，所述水力旋流器的溢流口与所述溢流管连接使经所述水力旋流器处理后的上清液从所述溢流口溢出经所述溢流管进入污水处理厂或河道，所述水力旋流器的底流口与所述贮泥池连接使经所述水力旋流器处理后的沉积物由所述底流口排入所述贮泥池。
优选地：
所述水力旋流器由圆柱体和截顶圆锥体组合而成，所述圆柱体的长度为所述圆柱体的直径的0.8-1.2倍，所述截顶圆锥体的锥角为6-10°，所述水力旋流器的进水口的当量直径为所述圆柱体的直径的0.3-0.4倍，所述溢流口的当量直径为所述圆柱体的直径的0.35-0.45倍，所述底流口的当量直径为所述圆柱体的直径的0.15-0.2倍，所述溢流管从所述溢流口插入所述水力旋流器的深度为所述圆柱体的直径的0.35-0.45倍。
所述沉积物处理系统还包括第一检查井、第二检查井、第一90°弯头、第二90°弯头、第一活动接头、第一软管、第一水泵、水箱、第二水泵、第二软管和第二活动接头；所述第一进水管设于所述第一检查井中且所述第一进水管的长度满足使所述第一进水管的顶端低于所述第一检查井的井盖，所述第二进水管设于所述第二检查井中且所述第二进水管的长度满足使所述第二进水管的顶端低于所述第二检查井的井盖，所述冲洗管的一端通过所述第一90°弯头连接所述第一进水管的底端，所述冲洗管的另一端通过所述第二90°弯头连接所述第二进水管的底端；所述第一进水管通过所述第一活动接头、所述第一软管与所述第一水泵相连，所述第二进水管通过所述第二活动接头、所述第二软管与所述第二水泵相连，所述第一水泵和所述第二水泵均与所述水箱相连。
所述小孔的开设方向与所述冲洗管的横向横截面的夹角≤60°。
所述小孔的开设位置在所述冲洗管的横向横截面上关于所述最底端对称的两侧时，各侧偏离所述最底端的角度≤45°。
所述小孔的孔径为5±2mm；所述小孔的孔间距≤150cm；所述冲洗管的管径 DN≤150mm。
还包括多个支架，一些所述支架按1～1.5m的间隔均匀设置在所述合流制排水管道的底部以支撑所述冲洗管，所述冲洗管设于距所述合流制排水管道的底部5～10cm的高度处；另一些所述支架均匀设置在所述第一检查井和第二检查井内以支撑所述第一进水管和第二进水管。
所述第一进水管的顶端距离所述第一检查井的井盖的距离以及所述第二进水管的顶端距离所述第二检查井的井盖的距离均≤40cm。
一种利用所述的合流制排水管道的沉积物处理系统对合流制排水管道的沉积物进行处理的方法，包括如下步骤：
(1)清水分别从所述第一进水管和所述第二进水管进入所述冲洗管，在所述冲洗管上设置的所述小孔处产生射流以对所述合流制排水管道进行冲洗；
(2)冲洗所述合流制排水管道产生的污水排入所述截流池；
(3)通过所述截流水泵将所述截流池内的污水抽入所述水力旋流器内进行处理，处理后在所述水力旋流器的顶部溢流出水为清液，在所述水力旋流器的底部底流为沉积物；
(4)所述上清液从所述水力旋流器的溢流口溢出经所述溢流管进入污水处理厂或河道，所述沉积物由所述水力旋流器的底流口排入所述贮泥池。
优选地，所述小孔处产生的射流的速度≥5m/s。
本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明的合流制排水管道的沉积物处理系统可以实现使用低压水力对排水管道进行冲洗并对污水进行处理的目的，使得冲洗排水管道较方便，购置普通低压冲洗车即可实现冲洗，降低了冲洗成本，而且冲洗污水经过水力旋流器的处理，将大部分的沉积物与水分离，可以降低对下游管网和污水厂运行的不利影响，有利于污水处理。
附图说明
图1是本发明一优选实施例中合流制排水管道的沉积物处理系统中的结构示意图；
图2是本发明一优选实施例中合流制排水管道的沉积物处理系统中的冲洗管的纵向横截面的局部示意图；
图3是本发明另一优选实施例中合流制排水管道的沉积物处理系统中的冲 洗管的横向横截面的局部示意图；
图4是本发明一优选实施例中合流制排水管道的沉积物处理系统中的冲洗管与第一进水管和第二进水管连接的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
本发明提供一种合流制排水管道的沉积物处理系统，在具体实施方式中，包括冲洗管、第一进水管、第二进水管、截流池、截流水泵、水力旋流器、第一污水管、第二污水管、溢流管和贮泥池，水力旋流器包括进水口、溢流口和底流口，冲洗管上均匀开设有多个圆形或椭圆形的小孔，小孔的开设方向与冲洗管的横向横截面的夹角≤60°，小孔的开设位置为冲洗管的横向横截面的最底端，或冲洗管的横向横截面上关于横向横截面的最底端对称的两侧，各侧偏离最底端的角度≤45°；冲洗管的一端与第一进水管连接，冲洗管的另一端与第二进水管连接，冲洗管设于合流制排水管道内用于对合流制排水管道进行冲洗；截流池设于合流制排水管道的下游，冲洗合流制排水管道后产生的污水通向截流池；第一污水管的一端置于截流池内，第一污水管的另一端与截流水泵连接，第二污水管的一端与截流水泵连接，第二污水管的另一端与水力旋流器的进水口连接，使截流池内的污水进入水力旋流器进行处理，水力旋流器的溢流口与溢流管连接使经水力旋流器处理后的上清液从溢流口溢出经溢流管进入污水处理厂或河道，水力旋流器的底流口与贮泥池连接使经水力旋流器处理后的沉积物由底流口排入贮泥池。
在一个优选的实施例中，如图1所示，合流制排水管道8的沉积物处理系统包括冲洗管1、第一进水管2、第二进水管3、截流池17、截流水泵18、水力旋流器19、第一污水管22、第二污水管23、溢流管21和贮泥池20，还包括第一检查井9、第二检查井10、第一90°弯头5、第二90°弯头7、第一活动接头4、 第一软管13、第一水泵15、水箱(未图示)、第二水泵16、第二软管14和第二活动接头7。
其中，如图2所示，在冲洗管1上均匀开设有多个圆形或椭圆形的小孔11(本例中为圆形的小孔)，小孔11的孔径为4mm，小孔的孔间距为50cm。冲洗管的管径DN(公称直径)为53mm。小孔11的开设方向与冲洗管1的横向横截面的夹角呈45°，小孔11的开设位置为冲洗管的横向横截面的最底端。在另一个实施例中，如图3所示，小孔11的开设位置在冲洗管1的横向横截面上关于横向横截面的最底端对称的两侧，各侧偏离最底端的角度为22°。
如图1和4所示，冲洗管1设于合流制排水管道8内，第一进水管2设于第一检查井9中且第一进水管2的长度满足使第一进水管2的顶端低于第一检查井9的井盖，第二进水管3设于第二检查井10中且第二进水管3的长度满足使第二进水管3的顶端低于第二检查井10的井盖，冲洗管1的一端通过第一90°弯头5连接第一进水管2的底端，冲洗管1的另一端通过第二90°弯头7连接第二进水管3的底端，合流制排水管道8连通了第一检查井9和第二检查井10，冲洗管1可以预先敷设在在建或维修的合流制排水管道内部。
在铺设冲洗管时，冲洗管1的小孔口朝下，可按每隔1～1.5m的间隔均匀设置支架(图中未示意)支撑冲洗管1，支撑的高度以5～10cm为宜，在两头的检查井中可将冲洗管1固定，以起到更好的固定安装效果。如图4所示，第一进水管2和第二进水管3可以分别通过支架11和12支撑敷设，支架按80cm左右的间隔均匀设置，第一进水管2和第二进水管3的顶端距离检查井的井盖的位置可调，不影响井盖关闭，便于连接即可，较为适宜的是，第一进水管2的顶端和第二进水管3的顶端距离井盖的距离均为5～10cm(本例中距离为5cm)。
如图1所示，第一进水管2通过第一活动接头4、第一软管14与第一水泵15相连，第二进水管3通过第二活动接头6、第二软管14与第二水泵16相连，第一水泵15和第二水泵16均与水箱相连。冲洗时，第一水泵15和第二水泵16在冲洗管1的小孔处产生的射流需有一定的射流速度才能破坏沉积层，根据模拟实验测得射流速度≥5m/s，即可保证冲洗管形成的射流的剪切力能有效地破坏沉积层。
水力旋流器19是分离非均相液体混合物的装置，在离心力的作用下依靠两 相或者多相之间的密度差实现两相或多相分离，用于处理冲洗污水，水力旋流器19由圆柱体和截顶圆锥体组合而成，包括进水口、溢流口和底流口，圆柱体的直径为D，则圆柱体的长度0.8-1.2D，所述截顶圆锥体的锥角为6-10°，水力旋流器的进水口的当量直径为0.3-0.4D，溢流口的当量直径为0.35-0.45D，底流口的当量直径为0.15-0.2D，溢流管从溢流口插入水力旋流器的深度为0.35-0.45D。在本例中，具体地，圆柱体的直径为100mm，圆柱体的长度为105mm，截顶圆锥体的锥角为8°，水力旋流器的进水口的当量直径为35mm，溢流口的当量直径为40mm，底流口的当量直径为20mm，溢流管21从溢流口插入水力旋流器19的深度为45mm。
截流池17设于合流制排水管道8的下游，冲洗合流制排水管道8的污水通向17截流池；第一污水管22的一端置于截流池17内，第一污水管22的另一端与截流水泵18连接，第二污水管23的一端与截流水泵18连接，第二污水管13的另一端与水力旋流器19的进水口连接，使截流池17内的污水进入水力旋流器进行处理，水力旋流器19的溢流口与溢流管21连接使经水力旋流器19处理后的上清液从溢流口溢出经溢流管21进入污水处理厂或河道，水力旋流器19的底流口与贮泥池20连接使经水力旋流器19处理后的沉积物由底流口排入贮泥池20。
本发明还提供一种利用上述的合流制排水管道的沉积物处理系统对合流制排水管道的沉积物进行处理的方法，包括如下步骤：
(1)清水分别从第一进水管和第二进水管进入冲洗管，在冲洗管上设置的小孔处产生射流以对合流制排水管道进行冲洗；
(2)冲洗合流制排水管道产生的污水排入所述截流池；
(3)通过截流水泵将所述截流池内的污水抽入水力旋流器内进行处理，处理后在水力旋流器内的顶部溢流出水为上清液，在水力旋流器的底部底流为沉积物；
(4)上清液从水力旋流器的溢流口溢出经溢流管进入污水处理厂或河道，沉积物由所述水力旋流器的底流口排入所述贮泥池。
小孔处产生的射流的速度≥5m/s。
具体的，需要对合流制排水管道8内的沉积物进行处理时，打开第一检查井 9和第二检查井10的井盖，通过第一进水管2和第二进水管3连接外部管路、水泵(包含第一水泵15和第二水泵16)、水箱即可形成水流回路，通过冲洗管1的底部开设的小孔释放出的水流中的一部分射流的能量转化成横向的剪切力，破坏沉积层并使沉积物向排水管道下游迁移，达到管道冲洗的目的，冲洗操作方便。同时冲洗污水进入截留池17，通过截留水泵18将冲洗污水送入水力旋流器19处理，处理后的上清液经溢流管21进入污水处理厂做后续处理，底泥进入贮泥池20贮存另作处理。
设有以上处理系统的合流制排水系统可以在晴天截流污水，而在雨天当降雨量超过截流泵站输送能力时开启截流水泵，雨污水溢流进入附近水体或污水处理厂。冲洗管的流速是跟外界提供的压力成正比，当射流速度≥7.5m/s时，对应在小孔的孔口处的压力须≥0.08MPa。假设设定管道长40m，检查井深4m，水泵位置距地面1.5m，安全系数取1.3，经水力计算，按照不同的射流速度(冲洗强度)计算得到如下表的水泵参数。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。