水力旋流分離井在調(diào)蓄池工程中的應(yīng)用

陳斌

（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200125）

1 工程概況

九星雨污水泵站及合建初期雨水調(diào)蓄池位于上海市閔行區(qū)七寶鎮(zhèn)橫新港南側(cè)、虹莘路西側(cè)。由于用地限制，該調(diào)蓄池與雨、污水泵站合建，規(guī)劃總用地面積為4 503 m2。同時(shí)結(jié)合《上海市閔行區(qū)七寶九星地區(qū)海綿城市建設(shè)規(guī)劃》，九星調(diào)蓄池僅考慮市政道路范圍內(nèi)的初期雨水收集，其余范圍的初雨由各地塊通過設(shè)置下沉式綠地、調(diào)蓄模塊、雨水花園等海綿設(shè)施進(jìn)行處理或調(diào)蓄后將初雨棄流至市政污水管道。因此，九星初期雨水調(diào)蓄池服務(wù)面積約為58.95 hm2，初期雨水截流標(biāo)準(zhǔn)為5 mm，海綿化后的綜合徑流系數(shù)ψ為0.5，經(jīng)計(jì)算調(diào)蓄池規(guī)模為2 200 m3。

2 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)方案

考慮到用地限制，九星初雨調(diào)蓄池與雨、污水泵房合建，調(diào)蓄池設(shè)置于雨污水泵房底部，總平面尺寸：37.6 m（B）×37.1 m（L），頂板標(biāo)高 5.2 m，雨、污水泵房工藝深度12.1 m，調(diào)蓄池工藝深度17.8 m～18.8 m。調(diào)蓄池內(nèi)設(shè)置7套門式自動(dòng)沖洗裝置，2臺(tái)潛水排污泵，單泵流量Q=26.0 L/s，H=25.0 m，一用一備。泵站及調(diào)蓄池工藝圖詳見圖1～圖4所示。

圖1 雨、污水泵站底層平面圖

調(diào)蓄池工藝流程如下：進(jìn)水總管→進(jìn)水閘門井→格柵井→初雨截留管→調(diào)蓄池→調(diào)蓄池放空泵→下游污水管網(wǎng)。同時(shí)，當(dāng)調(diào)蓄池內(nèi)的初雨排空時(shí)，液位計(jì)會(huì)傳輸信號(hào)至沖洗門觸發(fā)裝置，瞬間將配水槽中的儲(chǔ)水釋放，形成強(qiáng)力的席卷式射流，將池底沉積物卷起并沖至末端收集池內(nèi)，最后通過放空泵提升后直接排入下游污水管網(wǎng)。

3 常規(guī)沖洗方式存在問題

圖2 底部調(diào)蓄池平面圖

圖3 雨水泵房及調(diào)蓄池剖面圖

圖4 污水泵房及調(diào)蓄池剖面圖

如上所述，九星調(diào)蓄池底部沉泥清理采用的是水力自沖洗方式，沖洗水通過放空泵提升后直接排入下游污水管網(wǎng)，無需人員進(jìn)入調(diào)蓄池進(jìn)行清理工作。但該方式存在將沉積物轉(zhuǎn)移至下游管道的問題，當(dāng)下游污水管道內(nèi)的沉積物達(dá)到一定量時(shí)，則造成管道的過流能力削減，給污水系統(tǒng)的運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)給污水管道的清通養(yǎng)護(hù)，以及管理帶來不便。

4 問題分析

初期雨水進(jìn)入調(diào)蓄池前，首先會(huì)經(jīng)過雨水格柵井內(nèi)柵條間隙為70 mm的進(jìn)水格柵過濾，但無法避免細(xì)小固體顆粒物質(zhì)進(jìn)入調(diào)蓄池并形成沉積。由于城市地表上的固體顆粒來源較多，大氣降塵、土壤粉塵、植物枝葉及種子、交通工具的磨損物等物質(zhì)會(huì)被帶入雨水徑流，最終進(jìn)入調(diào)蓄池中。在重力的作用下，粒徑、密度較大的顆粒物極易沉降到池底形成淤積。因此，需要對(duì)調(diào)蓄池底沉積物進(jìn)行分析。由于國內(nèi)目前對(duì)于調(diào)蓄池底沉積物的調(diào)查研究較少，現(xiàn)通過對(duì)排水管網(wǎng)內(nèi)沉積淤泥情況的分析。側(cè)向判斷調(diào)蓄池沉積物的情況。根據(jù)柏蔚對(duì)上海市虹口區(qū)多個(gè)分流制雨水系統(tǒng)內(nèi)的管道沉積物進(jìn)行取樣分析，得出分流制雨水管道中的沉積物顆粒主要以無機(jī)質(zhì)為主，粒徑在汛期與非汛期時(shí)有所不同。汛期強(qiáng)降雨后短時(shí)間內(nèi)的淤泥顆粒粒徑在0.076 mm以下，而其余時(shí)期的淤泥顆粒粒徑集中在0.28 mm～0.54 mm之間，粒徑0.28 mm以上的顆粒占所有顆粒的50%以上[1]。因此，若將0.28 mm以上淤泥顆粒從池底分離出來，就可以大大減輕下游污水管網(wǎng)沉積情況。

5 解決方案

在設(shè)計(jì)過程中，也研究過在調(diào)蓄池中設(shè)置鏈條式清淤刮板和智能沖洗設(shè)備，但前者由于調(diào)蓄池設(shè)置于雨、污水泵站底部，無法完全保證調(diào)蓄池水位不淹沒電機(jī)，且考慮到調(diào)蓄池深度深，淤泥集中后的清掏難度大，清淤刮板設(shè)備成本高等問題。而后者則是將池底淤泥與初雨進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬?，通過水泵提升排入下游污水管網(wǎng)，也未解決調(diào)蓄池沉積轉(zhuǎn)移的問題。兩個(gè)方案均不理想。經(jīng)過反復(fù)思考、摸索，根據(jù)雨水管網(wǎng)中沉積淤泥的特性，擬通過在調(diào)蓄池壓力放空管上設(shè)置三通，分別接入下游污水管網(wǎng)及水力旋流分離裝置，通過電控閥門與調(diào)蓄池自控聯(lián)動(dòng)來控制出水走向。當(dāng)調(diào)蓄池處于放空工況時(shí)，通向水力旋流分離裝置的閥門關(guān)閉，通向下游污水管網(wǎng)的閥門開啟，實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄池放空；當(dāng)調(diào)蓄池處于沖洗工況時(shí)，通向下游污水管網(wǎng)的閥門關(guān)閉，通向旋流分離裝置的閥門開啟，調(diào)蓄池沖洗水通過水力旋流分離裝置的顆粒分離后排入合建污水泵房。當(dāng)調(diào)蓄池沖洗完畢后，養(yǎng)護(hù)單位對(duì)水力旋流分離裝置的沉積物進(jìn)行集中清理。具體詳見圖5所示。

5.1 調(diào)蓄池沖洗工藝流程

圖5 優(yōu)化后的泵站平面布置示意圖

調(diào)蓄池淤泥分離過程為：配水槽→沖洗門→沖洗流道→收集池→潛水排污泵→旋流分離裝置→合流污水泵房→下游污水管網(wǎng)。

5.2 旋流分離裝置

水力旋流分離是利用渦流原理，利用水流的渦流和重力產(chǎn)生的離心力作用下實(shí)現(xiàn)污染物分離的技術(shù)（見圖6、圖7）。通過黃勇強(qiáng)等人使用旋流分離裝置對(duì)初期雨水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)中的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)SS、COD、TP、TN的最大祛除率分別可以達(dá)到 72%、52%、50%、35%[2]。

圖6 旋流分離裝置結(jié)構(gòu)剖面示意圖

5.3 旋流分離裝置的相關(guān)案例

圖7 旋流分離裝置結(jié)構(gòu)平面示意圖

鹽城清華科技園海綿城市設(shè)計(jì)項(xiàng)目、大理洱海環(huán)湖截污項(xiàng)目示范工程、北京南護(hù)城河截污等項(xiàng)目中，在上游采用了類似結(jié)構(gòu)的旋流分離井，尺寸為 ?1.2 m～?3.6 m，處理能力35 L/s～350 L/s。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，在標(biāo)準(zhǔn)處理流量條件下，200 μm以上SS去除率達(dá)80%，漂浮垃圾，以及油污全部攔截?？梢钥闯鲈撗b置基該可滿足該工程除汛期強(qiáng)降雨外，大多數(shù)時(shí)間段中的調(diào)蓄池淤泥顆粒的分離。

6 結(jié) 語

（1）初期雨水調(diào)蓄沉積物沖洗水直接排放至下游污水管網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致沉積物在下游污水管道積聚，當(dāng)管道內(nèi)的沉積物達(dá)到一定量時(shí)，則造成管道的過流能力削減，給污水系統(tǒng)的運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)給污水管道的清通養(yǎng)護(hù)，以及管理帶來不便。

（2）通過在調(diào)蓄池出水管上設(shè)置旋流分離裝置，可滿足除汛期強(qiáng)降雨外，大多數(shù)時(shí)間段中的調(diào)蓄池淤泥顆粒的分離。可有效降低沉積物進(jìn)入下游管網(wǎng)的情況。清理沉積污泥過程可在地面進(jìn)行，無需進(jìn)入調(diào)蓄池底，降低養(yǎng)護(hù)管理的風(fēng)險(xiǎn)和難度。無需外加動(dòng)力，運(yùn)行成本低。

（3）目前九星雨污水泵站及調(diào)蓄池工程正在設(shè)計(jì)階段，待竣工后對(duì)其進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)可進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和分析，為同類項(xiàng)目起到一定的借鑒作用。