本发明公开了一种合流制管网截流井系统及其控制方法,该系统包括井体和控制单元,井体流道上设初雨溢流堰,拦渣浮筒及多级可调溢流板,在进水管与初雨溢流堰间的侧壁底部设污水截流管,在初雨溢流堰与多级可调溢流板间设初雨截流管,污水截流管上设第一电动截流止回阀,初雨截流管上设第二电动截流止回阀,初雨溢流堰左侧设液位传感器和水质传感器,液位传感器及水质传感器的信号输出端分别与控制单元的控制信号输入端连接,控制单元分别与第一电动截流止回阀、第二电动截流止回阀及多级可调溢流板连接;该控制方法从初雨径流量角度对初雨进行了切实定义,利用液位和水质信号控制污水截流管和初雨截流管上阀门的启闭,从而实现了初雨精确截流。
1.一种合流制管网截流井系统,包括井体(1)和控制单元,所述井体(1)左端设有雨污合流进水管(2),所述井体(1)右端设有通往自然水体的出水管(3),其特征在于:所述井体(1)的流道上从左至右依次设有初雨溢流堰(10),拦渣浮筒(5),及多级可调溢流板(14),所述初雨溢流堰(10)的高度为截流倍数对应的液位高度,在所述雨污合流进水管(2)与所述初雨溢流堰(10)之间的井体(1)侧壁的底部设有污水截流管(4),在所述初雨溢流堰(10)与所述多级可调溢流板(14)之间的井体(1)侧壁的底部设有初雨截流管(9),所述污水截流管(4)上设有第一电动截流止回阀(11),所述初雨截流管(9)上设有第二电动截流止回阀(7),所述井体(1)内设有液位传感器(12)和水质传感器(13),所述液位传感器(12)信号输出端及所述水质传感器(13)信号输出端分别与所述控制单元的控制信号输入端连接,所述控制单元的控制信号输出端分别与所述第一电动截流止回阀(11)第二电动截流止回阀(7),及多级可调溢流板(14)连接;所述多级可调溢流板(14),包括安装在竖直面上的多个挡水堰板(1401)和一个清洗堰板(1402),所述各个挡水堰板(1401)的底部对应连有第一旋转轴(1403),所述第一旋转轴(1403)底部设有第一密封结构(1404);所述清洗堰板(1402)的底端固定连有第二旋转轴(1405),所述第二旋转轴(1405)的下方设有与清洗堰板(1402)底部运行轨迹相匹配的弧形轨道(1406),所述弧形轨道(1406)能与清洗堰板(1402)底部滑动连接并相互分离。
2.根据权利要求1所述的合流制管网截流井系统,其特征在于:所述第一电动截流止回阀(11)或第二电动截流止回阀(7)为可调截流旋启式橡胶瓣止回阀,包括阀体(601)、阀体(601)内设置的流道和设置在阀体(601)上的阀盖(602),所述阀体(601)内上端靠近进水口一端的阀体(601)与阀盖(602)之间设有槽,所述槽内设有支撑轴(603),所述支撑轴(603)上固定连接有用于密封阀体(601)的柔性橡胶瓣(604),所述柔性橡胶瓣(604)上连有橡胶瓣开度控制装置。
3.根据权利要求2所述的合流制管网截流井系统,其特征在于:所述橡胶瓣开度控制装置包括限位杆(605),所述阀体(601)上两侧开有两个同轴的安装孔(606),所述两个安装孔(606)内设有转轴(607),所述转轴(607)连接所述限位杆(605)一端,所述限位杆(605)另一端顶住所述柔性橡胶瓣(604),所述转轴(607)与电动驱动装置(608)电连接。
4.根据权利要求2或3所述的合流制管网截流井系统,其特征在于:所述柔性橡胶瓣(604)包括缠绕于支撑轴(603)外的耐磨连接带(609)、与耐磨连接带(609)底端连接的钢板骨架(610)、包裹于耐磨连接带(609)与钢板骨架(610)外的橡胶板(611),所述耐磨连接带(609)包括相互连接的固定段(612)与连接段(613),所述固定段(612)顶端与支撑轴(603)固定连接,所述连接段(613)底端与钢板骨架(610)连接,所述柔性橡胶瓣(604)的旋转中心位于所述连接段(613)上。
5.根据权利要求1所述的合流制管网截流井系统,其特征在于:所述第二旋转轴(1405)位于清洗堰板(1402)的底端侧面,所述第二旋转轴(1405)的中心轴线与清洗堰板(1402)的水平向中心轴线、竖向中心轴线不相交。
6.根据权利要求1所述的合流制管网截流井系统,其特征在于:所述弧形轨道(1406)的夹角不大于90°,弧形轨道(1406)的其中一端位于清洗堰板(1402)的竖向中心轴正下方。
7.根据权利要求1所述的合流制管网截流井系统,所述拦渣浮筒(5)包括圆筒形浮筒(202),所述浮筒(202)空心且两端面封闭,所述浮筒(202)垂直水流方向平置且长度横跨井体(301)两侧壁,所述浮筒(202)两端面上固定连有转臂(203),所述转臂(203)分别铰接在所述井体(301)侧壁上。
8.一种用于权利要求1所述合流制管网截流井系统的控制方法,包括如下步骤:1)计算初雨时长T:设定雨水排放水质标准,从降雨产生了地面径流时开始计时,到水质传感器判断出截流井内水质达到设定的雨水排放水质标准时为止,此段时间为初雨时长T;2)同时,控制单元通过液位传感器采集截流井内的液位信号控制截流:a.当截流井内液位不高于截流倍数对应的液位时,所述第一电动截流止回阀保持打开状态,所述第二电动截流止回阀保持关闭状态,初雨排向污水截流管;b.当截流井内液位高于截流倍数对应的液位时,所述第一电动截流止回阀关闭,所述第二电动截流止回阀打开,初雨从所述初雨溢流堰溢流,排向初雨截流管,直至初雨时长T结束后,所述第二电动截流止回阀关闭,液位继续上升,当液位超过所述多级可调溢流板高度时,后期的雨水直接溢流到自然水体;c.当截流井内水位超过设定警戒水位时,控制所述多级可调溢流板降低高度,后期的雨水从所述出水管快速排至自然水体。
9.根据权利要求8所述的合流制管网截流井系统的控制方法,其特征在于:所述步骤1)中,用所述液位传感器检测截流井在旱流期对应的污水水位为H1,当截流井内水位超过H1时,开始计时。技术领域
本发明涉及排水管网系统,具体地指一种合流制管网截流井系统及其控制方法。
背景技术
随着城市大气污染及地面污染的增多,雨水径流污染愈加严重,尤其是污染物较多的初期雨水(简称初雨),据调查,有些地区的初雨的污染物指标最高值以远远高于典型城市生活污水,因此对于初雨进行收集处理是十分必要的。目前,在排水系统中,会采取在截流井中对初雨进行截流,然后将初雨输送至污水处理厂的处理方式,但在对初雨截流的过程中,如何对初雨进行精确计量一直是个难点,目前还处在模糊的粗放计量阶段。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种合流制管网截流井系统及其控制方法,实现初雨的精确截流。为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种合流制管网截流井系统,包括井体和控制单元,所述井体左端设有雨污合流进水管,所述井体右端设有通往自然水体的出水管,所述井体的流道上上从左至右依次设有初雨溢流堰,拦渣浮筒,及多级可调溢流板,所述初雨溢流堰的高度为截流倍数对应的液位高度,在所述雨污合流进水管与所述初雨溢流堰之间的井体侧壁的底部设有污水截流管,在所述初雨溢流堰与所述多级可调溢流板之间的井体侧壁的底部设有初雨截流管,所述污水截流管上设有第一电动截流止回阀,所述初雨截流管上设有第二电动截流止回阀,所述井体内设有液位传感器和水质传感器,所述液位传感器的信号输出端及所述水质传感器的信号输出端分别与所述控制单元的控制信号输入端连接,所述控制单元的控制信号输出端分别与所述第一电动截流止回阀、第二电动截流止回阀,及多级可调溢流板连接。所述多级可调溢流板为一种溢流高度可调节变化的溢流板,它可以采用多种结构形式。进一步地,所述第一电动截流止回阀或第二电动截流止回阀为可调截流旋启式橡胶瓣止回阀,包括阀体、阀体内设置的流道和设置在阀体上的阀盖,所述阀体内上端靠近进水口一端的阀体与阀盖之间设有槽,所述槽内设有支撑轴,所述支撑轴上固定连接有用于密封阀体的柔性橡胶瓣,所述柔性橡胶瓣上连有橡胶瓣开度控制装置。进一步地,所述橡胶瓣开度控制装置包括限位杆,所述阀体上两侧开有两个同轴的安装孔,所述两个安装孔内设有转轴,所述转轴连接所述限位杆一端,所述限位杆另一端顶住所述柔性橡胶阀瓣,所述转轴与电动驱动装置电连接。进一步地,所述柔性橡胶瓣包括缠绕于支撑轴外的耐磨连接带、与耐磨连接带底端连接的钢板骨架、包裹于耐磨连接带与钢板骨架外的橡胶板,所述耐磨连接带包括相互连接的固定段与连接段,所述固定段顶端与支撑轴固定连接,所述连接段底端与钢板骨架连接,所述柔性橡胶瓣的旋转中心位于所述连接段上。进一步地,所述多级可调溢流板包括安装在竖直面上的多个挡水堰板和一个清洗堰板,所述各个挡水堰板的底部对应连有第一旋转轴,所述第一旋转轴底部设有第一密封结构;所述清洗堰板的底端固定连有第二旋转轴,所述第二旋转轴的下方设有与清洗堰板底部运行轨迹相匹配的弧形轨道,所述弧形轨道能与清洗堰板底部滑动连接并相互分离。进一步地,所述第二旋转轴位于清洗堰板的底端侧面,所述第二旋转轴的中心轴线与清洗堰板的水平向中心轴线、竖向中心轴线不相交。更进一步地,所述弧形轨道的夹角不大于90°,弧形轨道的其中一端位于清洗堰板的竖向中心轴正下方。进一步地,所述拦渣浮筒包括圆筒形浮筒,所述浮筒空心且两端面封闭,所述浮筒垂直水流方向平置且长度横跨井体两侧壁,所述浮筒两端面上固定连有转臂,所述转臂分别铰接在所述井体侧壁上。一种用于上述合流制管网截流井系统的控制方法,包括如下步骤:1)计算初雨时长T:设定雨水排放水质标准,从降雨产生了地面径流时开始计时,到水质传感器判断出截流井内水质达到设定的雨水排放水质标准时为止,此段时间为初雨时长T;2)同时,控制单元通过液位传感器采集截流井内的液位信号控制截流:a.当截流井内液位不高于截流倍数对应的液位时,所述第一电动截流止回阀保持打开状态,所述第二电动截流止回阀保持关闭状态,初雨排向污水截流管;b.当截流井内液位高于截流倍数对应的液位时,所述第一电动截流止回阀关闭,所述第二电动截流止回阀打开,初雨从所述初雨溢流堰溢流,排向初雨截流管,直至初雨时长T结束后,所述第二电动截流止回阀关闭,液位继续上升,当液位超过所述多级可调溢流板高度时,后期的雨水直接溢流到自然水体;c.当截流井内水位超过设定警戒水位时,控制所述多级可调溢流板降低高度,后期的雨水从所述出水管快速排至自然水体。进一步地,所述步骤1)中,用所述液位传感器检测截流井在旱流期对应的污水水位为H1,当截流井内水位超过H1时,开始计时。本发明与现有技术相比,具有以下优点:1)本发明方法从初期雨水水质的角度对初雨范围进行了切实定义,控制单元利用水位信号和雨水水质信号控制污水截流管和初雨截流管上阀门的启闭,从而在合流制管网截流井中有效实现了初雨的精确截流。2)本发明在截流井内妥善布置第一电动截流止回阀和第二电动截流止回阀,通过精确控制电动截流止回阀的开度,实现了对污水及初期雨水的精确截流,同时也防止了污水及初雨管道的雨水倒流;用横跨整个井体流道的拦渣浮筒拦截进入自然水体之前的雨水中的漂浮物和悬浮物,该拦渣浮筒拦渣效果好,避免了堵塞现象;本发明用多级可调溢流板取代现有的固定堰或闸门,该多级可调溢流板的高度可以进行大范围调节,实现了排水水位高度可调;本发明实现了初期雨水的有效分离,最大限度让初期雨水全部截流到雨水调蓄池后送往污水处理厂。
附图说明
图1为一种合流制管网截流井系统俯视结构示意图。图2为图1的纵向断面结构示意图。图3为可调截流旋启式橡胶瓣止回阀的结构示意图。图4为图3中的橡胶瓣开度控制装置的结构示意图;图5为柔性橡胶瓣的侧视结构示意图;图6为柔性橡胶瓣的主视结构示意图;图7为图5中密封结构的局部放大结构示意图。图8为图1中拦渣浮筒的结构示意图。图9为图8的侧面结构示意图。图10为图1中多级可调溢流板的结构示意图。图11为图10的A-A剖面结构示意图。图12为图11中清洗堰板的运动状态图。图13为图11中A处的放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明,便于更清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。如图1,图2所示,一种合流制管网截流井系统,包括井体1和以PLC为核心的逻辑控制单元(图上未示出),所述井体1左端设有雨污合流进水管2,所述井体1右端设有通往自然水体的出水管3,所述井体1的流道上从左至右依次设有初雨溢流堰10,初雨溢流堰10的高度为截流倍数对应的液位高度,拦渣浮筒5,及多级可调溢流板14,在所述雨污合流进水管2与所述初雨溢流堰10之间的井体1侧壁的底部设有污水截流管4,在所述初雨溢流堰10与所述多级可调溢流板14之间的井体1侧壁的底部设有初雨截流管9,所述污水截流管4上设有第一电动截流止回阀11,所述初雨截流管9上设有第二电动截流止回阀7,所述初雨溢流堰10左侧井体内1设有液位传感器12和水质传感器13,所述液位传感器12信号输出端及所述水质传感器13信号输出端分别与所述控制单元的控制信号输入端连接,所述控制单元的控制信号输出端分别与所述第一电动截流止回阀11第二电动截流止回阀7,及多级可调溢流板14连接,所述井体1底部设有沉沙槽8。其中,水质传感器13为截流井内在线式水质监测仪。上述方案中,结合图3、图4所示,第一电动截流止回阀11为一种可调截流旋启式橡胶瓣止回阀,包括阀体601、设置在阀体601内的流道和设置在阀体601上的阀盖602,所述阀体601内上端靠近进水口一端的阀体601与阀盖602之间设有槽,阀体601与阀盖602之间所设的槽由所述阀体601上端面所开设的第一凹槽与所述阀盖602下端面上所开设的第二凹槽共同围成,所述槽内设有支撑轴603,所述支撑轴603上固定连接有用于密封阀体601的柔性橡胶瓣604,所述柔性橡胶瓣604上连有橡胶瓣开度控制装置;所述橡胶瓣开度控制装置包括限位杆605,所述阀体601上两侧开有两个同轴的安装孔606,所述两个安装孔606内设有转轴607,所述转轴607连接所述限位杆605一端,所述限位杆605另一端顶住所述柔性橡胶阀瓣604,所述转轴607与电动驱动装置608电连接。所述限位杆605两端的转轴607上设有卡簧614。所述限位杆605与转轴607之间通过键615配合连接。所述转轴607的一端伸出阀体601上一侧的安装孔606后与电动驱动装置608电连接,所述转轴607的另一端置于阀体601上另一侧的安装孔606内,安装孔606外设有闷盖616,所述闷盖616通过螺钉与阀体601密封连接。所述电动驱动装置608固定连接在阀体601外部的一侧。所述安装孔606内设有铜套617,所述转轴607两端分别插入铜套617内。本方案在阀体601的一侧装有电动驱动装置608,电动驱动装置608带动转轴607旋转,转轴607的旋转带动限位杆605旋转,进而实现柔性橡胶瓣604的开度调节,上述橡胶瓣开度控制装置为一种旋转式开度控制装置,还可以设计成升降式等多种结构形式。上述方案中,结合图5、图6所示,所述柔性橡胶瓣604包括缠绕于支撑轴603外的耐磨连接带609、与耐磨连接带609底端连接的钢板骨架610、包裹于耐磨连接带609与钢板骨架610外的橡胶板611。所述耐磨连接带609包括相互连接的固定段612与连接段613,所述固定段612顶端与支撑轴603固定连接,所述连接段613底端与钢板骨架610连接,所述柔性橡胶瓣604的旋转中心位于连接段613上。所述耐磨连接带609材料为尼龙布。所述钢板骨架610为上端与耐磨连接带609连接的圆环形状结构。上述方案中,结合图6、图7所示,所述柔性橡胶瓣604与阀体601之间设有密封结构618。所述密封结构618为柔性橡胶瓣604与阀体601接触的一侧上凸出于柔性橡胶瓣604的第一凸起环6181和第二凸起环6182,所述第一凸起环6181和第二凸起环6182之间设有凹槽6183;所述第一凸起环6181的最外沿与所述阀体601相互垂直;所述第二凸起环6182的凸起的厚度大于第一凸起环6181的厚度,所述第二凸起环6182向沿着柔性橡胶瓣3外沿的方向倾斜布置,所述第二凸起环6182的后端的柔性橡胶瓣604上设有用于第二凸起环6182的弯折活动空间6184。当柔性橡胶瓣604于阀体接触时,凹槽6183内的空气被挤出,此时可实现超低压密封。柔性橡胶瓣604与阀体601之间的密封结构618,可以实现低压(或者无压)时,仅靠阀瓣即柔性橡胶瓣604的自重就可以关闭密封,同时密封的自重力不需要很大,可以让阀门的开启水损却很低;阀后有高压时柔性橡胶瓣的密封结构在弹性变形范围内,同时。用于第二凸起环6182弯折的活动空间6184,可保证高压密封时可达到最高工作压力下柔性橡胶瓣不变形。第二电动截流止回阀7与第一电动截流止回阀11结构相同。上述方案中,结合图8,图9所示,拦渣浮筒5包括井体1内的圆筒形浮筒202,所述浮筒202空心且两端面封闭,浮筒202为两半式结构,两半之间螺栓连接,其间夹有柔性密封板205,所述柔性密封板205的两端分别弯折延伸至所述浮筒202端面上形成挡渣块209,以防止浮渣从浮筒202的两端面处漏走,所述浮筒202垂直水流方向平置且长度横跨井体1两侧壁,所述浮筒202两端面顶部固定连有转臂203,转臂203的首端与浮筒202端面用螺栓连接,所述池体201的两侧壁上设有固定板206,所述转臂203的末端通过转动轴207分别铰接在所述池体201侧壁的固定板206上,所述浮筒202顶部筒面上设有用于加强挡渣效果的挡渣板204。其中,柔性密封板205为橡胶板,浮筒202在浮起和落下过程中,需要与池体201侧壁墙面进行摩擦密封,橡胶板与侧壁之间采用折弯的柔性橡胶密封,在形成有效的自密封的同时使浮筒与侧壁间的摩擦力很小,从而有利于减小浮筒运动时的阻力。上述方案中,结合图10、图11所示,所述多级可调溢流板14,它包括竖直安装在井体1流道上的多个挡水堰板1401和一个清洗堰板1402,各堰板不在同一竖直面上,清洗堰板1402位于底部,各个挡水堰板1401的底部对应连接有第一旋转轴1403,第一旋转轴1403之间的距离与挡水堰板1401的宽度相匹配,第一旋转轴1403和位于其下方的挡水堰板1401或清洗堰板1402之间设有第一密封结构,所述清洗堰板1402的底端固定连有第二旋转轴1405,所述第二旋转轴1405位于清洗堰板1402的底端侧面,所述第二旋转轴1405的中心轴线与清洗堰板1402的水平向中心轴线、竖向中心轴线不相交,所述清洗堰板1402的底部端面设有第二密封结构,该第二密封结构由第二密封条1407构成,所述第二旋转轴1405的下方设有与清洗堰板1402底部运行轨迹相匹配的弧形轨道1406,所述弧形轨道1406能与清洗堰板1402底部滑动连接并相互分离,所述弧形轨道1406的夹角不大于90°,弧形轨道1406的其中一端位于清洗堰板1402的竖向中心轴正下方(如图12所示)。其中,挡水堰板1401的顶部端面为斜面,斜面上设有第一密封条1404,第一密封条1404构成所述第一密封结构(如图13所示)。多级可调溢流板14通过驱动装置驱动第一旋转轴1403和第二旋转轴1405翻转,进而带动各个挡水堰板1401和清洗堰板1402翻转,通过轴的翻转角度实现堰板的开度,进而实现多级可调溢流板14对水位和流量的控制。当挡水堰板1401和清洗堰板1402翻转至水平状态时,水流最大,当挡水堰板1401和清洗堰板1402翻转至竖直状态时,即所有堰板处于闭合状态。其中,第二旋转轴1405的翻转动作控制清洗堰板1402的开启与闭合,当清洗堰板1402处于闭合状态时,清洗堰板1402底部与弧形轨道1406处于滑动连接状态,二者构成密封结构,该结构具有密封效果好,结构牢靠,使用寿命长,无卡阻等优点,此时的多级可调溢流板14具有截流功能;在第二旋转轴1405的驱动下,清洗堰板1402顺时针旋转至1402b状态时,清洗堰板1402的底部旋转至弧形轨道1406的另一端,水流最大,此时,由于清洗堰板1402底部与弧形轨道1406仍处于滑动连接的状态,水流无法从井体1底部流过,清洗堰板1402可起到调流作用;在第二旋转轴1405的驱动下,清洗堰板1402逆时针旋转至1402a状态时,清洗堰板1402的底部与弧形轨道1406脱离,水流即可从井体1的底部流过,即可对井体1底部进行有效清洗,以解决井底沉淀物堆积问题。本截流井系统的控制方法及其工作过程如下:1)计算初雨时长T:设定雨水排放水质标准,即后期雨水水质标准,从降雨产生了地面径流时开始计时,到水质传感器13判断出截流井内水质达到设定的雨水排放水质标准时为止,此段时间记为初雨时长T,其中,产生地面径流时间的确定方法是:用所述液位传感器12检测截流井在旱流期对应的污水水位为H1,当截流井内水位超过H1时,即产生了地面径流,此时开始计时;初雨的主要污染物指标包括浊度、SS,及COD等,水质传感器13为截流井内在线式水质监测仪。2)同时,控制单元通过液位传感器12采集截流井内的液位信号控制截流:a.当截流井内液位不高于截流倍数对应的液位时,所述第一电动截流止回阀11保持打开状态,所述第二电动截流止回阀7保持关闭状态,初雨排向污水截流管4;b.当截流井内液位高于截流倍数对应的液位时,所述第一电动截流止回阀11关闭,所述第二电动截流止回阀7打开,初雨从所述初雨溢流堰10溢流,排向初雨截流管9,直至初雨时长T结束后,所述第二电动截流止回阀7关闭,液位继续上升,当液位超过所述多级可调溢流板14高度时,后期的雨水直接溢流到自然水体;c.当截流井内水位超过设定警戒水位时,控制所述多级可调溢流板14降低高度,后期的雨水从所述出水管3快速排至自然水体。