CN104499561B - 一种城市雨水径流高效截流井及截流方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的城市雨水径流高效截流井，包括能够密封所述截流口的闸门和用于打开或关闭闸门的启闭机；井筒内设有检测流槽；电导率检测探头固定在检测流槽内；电导率表头安装在截流井盖板的外表面。电导率探头的作用是对雨水径流中的电导率进行实时测量，工作人员便可以根据检测到的电导率控制闸门开启或关闭来进行截流，结构简单，方便检测雨水径流的电导率，能够根据电导率进行截流。本发明提供的高效截流井的截流方法，可以根据检测到的电导率控制闸门开启或关闭来进行截流，实现截流井根据雨水径流瞬时浓度进行分流的功能。使得截流井在整个排水系统中运行的效果更好。

Description

一种城市雨水径流高效截流井及截流方法

技术领域

本发明涉及城市雨水径流污染控制及雨水径流截流领域，尤其涉及城市雨水径流高效截流井及截流方法。

背景技术

随着城市化的发展，城市面源污染所占比例越来越大。目前我国针对城市面源污染的主要措施是将雨水径流通过截流的方式部分流入雨水厂或污水厂进行处理，另一部分就近弃流至附近水体，已达到减轻城市面源污染的目的。雨水径流包含两个参数：流量和浓度。

现有的截流井主要包括井体及堰板等。井体沿竖直方向设置，且由井底板、井筒及截流井盖板构成，井底板、井筒及截流井盖板包围形成一内腔。井筒的侧壁上分别设有进水口、截流口和溢流口，进水口、截流口和溢流口分别用于接入进水管、截流管和溢流管。堰板设置在截流井的内腔中，且位于井筒内腔中设有溢流口的侧壁上。这种截流井的截流方式仅以雨水截流量大小作为截流标准，当水量小于某个值，水量全部通过截流口进入截流管；当水量大于该值，水量就越过堰板，通过逆流口进入溢流管中，截流的很粗糙，不科学，使得该截流工程措施的效果在整个排水系统中不能得到充分发挥，运行效果不好，甚至出现截流量超出处理厂负荷的现象。

目前尚未存在能够测量雨水径流瞬时浓度的截流井，因此现有的截流井所截流的水体不一定是瞬时流量最大的径流，也非污染物浓度最高的部分，使得截流井在整个排水系统中运行的效果不好。

申请人于2014年7月11日申请了专利《一种雨水径流中营养盐浓度快速检测的方法》，该专利提出了雨水径流中电导率与其营养盐浓度具有一一对应的关系。由于营养盐浓度是雨水径流的污染程度的评判标准之一，因此，根据雨水径流瞬时浓度进行截流的方式，可通过检测电导率来实现。但这其中，就需要考虑设计一种怎么样结构的高效截流井，方便检测雨水径流的电导率，能够根据电导率进行截流。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明所解决的问题在于，怎样提供一种方便检测雨水径流的电导率，能够根据电导率进行截流的城市雨水径流高效截流井。

本发明的另一个目的还在于提供一种城市雨水径流高效截流井的截流方法。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种城市雨水径流高效截流井，包括竖直方向设置的井体，井体由井底板、井筒及截流井盖板构成，井底板、井筒及截流井盖板包围形成一内腔；井筒的侧壁上分布设有进水口、截流口和溢流口；进水口和溢流口相对设置，且位于同一个高度；截流口的顶部位置低于溢流口的底部位置；还包括能够密封所述截流口的闸门和用于打开或关闭闸门的启闭机；井筒设有进水口的内壁上设有第一台阶，且其台面与进水口的底部齐平；第一台阶的台面上设有L型的检测流槽；所述L型的检测流槽包括与进水口的宽度方向相平行的导流部，以及设置在导流部的一端且与导流部垂直的出水部，导流部正对进水口的位置设置，且导流部的长度大于进水口的宽度；所述出水部从导流部的一端向第一台阶的外侧面方向弯折并贯穿出第一台阶的外侧面；还包括电导率检测探头和电导率表头；电导率检测探头固定在检测流槽内；电导率表头安装在截流井盖板的外表面，电导率检测探头的信号输出端与电导率表头的输入端通过防水电缆连接。

作为上述方案的进一步优化，所述闸门具有一能全部覆盖住所述截流口的闸板和设置在闸板顶部的吊块，闸板紧贴截流口设置；启闭机具有一螺杆及固定在螺杆上端的驱动器，其螺杆的底端从所述截流井盖板伸入井筒中，并与闸门的吊块铰接；启闭机的驱动器安装在截流井盖板的外表面；所述闸门为ZMQY型铸铁闸门，所述启闭机为LQ型手电两用启闭机。

作为上述方案的进一步优化，还包括控制器，控制器具有无线通讯模块；所述电导率表头具有无线发射模块，导率表头与控制器通过无线网络进行连接；所述启闭机具有无线接收模块，控制器与启闭机通过无线网络进行连接。

作为上述方案的进一步优化，所述检测流槽的导流部与出水部的弯折处设有50×50mm的倒角。

作为上述方案的进一步优化，所述检测流槽的导流部的槽口上固定有不锈钢雨篦。

作为上述方案的进一步优化，所述电导率检测探头固定在检测流槽的导流部与出水部的弯折处，且其浸没深度为50mm。

作为上述方案的进一步优化，所述检测流槽导流部的宽度为150mm，出水部宽度为100mm。

作为上述方案的进一步优化，所述第一台阶的外侧面上还设有高度低于第一台阶的出水部位置的第二台阶。

作为上述方案的进一步优化，所述截流井盖板上正对所述闸门的位置设有供闸门穿梭的检修口，截流井盖板上还设有供人员进出截流井的维修口。

一种城市雨水径流高效截流井的截流方法，由上述的城市雨水径流高效截流井运行，包括以下步骤：

1）电导率检测探头实时将检测到的雨水径流中的电导率传给电导率表头；电导率表头显示接收到的电导率，并将电导率通过无线网络传给控制器；

2）控制器判断接收到的电导率是否大于预设的电导率阈值；如果是，执行步骤3；否则，执行步骤4；

3）控制器通过无线网络向启闭机发送关闭命令，启闭机根据关闭命令控制闸板关闭；

4）控制器通过无线网络向启闭机发送开启命令，启闭机根据开启命令控制闸板开启。相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明提供的高效截流井，电导率探头的作用是对雨水径流中的电导率进行实时测量，工作人员便可以根据检测到的电导率控制闸门开启或关闭来进行截流，结构简单，方便检测雨水径流的电导率，能够根据电导率进行截流。

2、本发明提供的高效截流井，还可以通过增加控制器，来实现自动控制截流的功能，节省人力成本。

3、本发明提供的高效截流井的截流方法，可以根据检测到的电导率控制闸门开启或关闭来进行截流，实现截流井根据雨水径流瞬时浓度进行分流的功能。使得截流井在整个排水系统中运行的效果更好。

附图说明

图1为本发明高效截流井的俯视图。

图2为图1中A-A线的剖视图。

图3为图1中B-B线的剖视图。

图4为本发明高效截流井的第一平台的放大图。

图5为图4中1-1线的剖视图。

图6为图4中2-2线的剖视图。

图7为图4中3-3线的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

一种城市雨水径流高效截流井，如图1~7所示，包括竖直方向设置的井体，井体由井底板、井筒及截流井盖板构成，井底板、井筒及截流井盖板包围形成一内腔；井筒的侧壁上分布设有进水口、截流口和溢流口；进水口和溢流口相对设置，且位于同一个高度；截流口的顶部位置低于溢流口的底部位置；还包括能够密封所述截流口的闸门2和用于打开或关闭闸门的启闭机4；井筒设有进水口的内壁上设有第一台阶，且其台面与进水口的底部齐平；第一台阶的台面上设有L型的检测流槽；所述L型的检测流槽包括与进水口的宽度方向相平行的导流部，以及设置在导流部的一端且与导流部垂直的出水部，导流部正对进水口的位置设置，且导流部的长度大于进水口的宽度；所述出水部从导流部的一端向第一台阶的外侧面方向弯折并贯穿出第一台阶的外侧面；还包括电导率检测探头3和电导率表头；电导率检测探头固定在检测流槽内；电导率表头安装在截流井盖板的外表面，电导率检测探头的信号输出端与电导率表头的输入端通过防水电缆连接。

第一台阶的外侧面是指第一台阶上背离进水口的侧面，电导率探头的作用是对雨水径流中的电导率进行实时测量，工作人员便可以根据检测到的电导率判断是否进行截流，并手动控制启闭机打开或关闭闸门。结构简单，方便检测雨水径流的电导率，能够根据电导率进行截流，从而实现截流井根据雨水径流瞬时浓度进行分流的功能。进水口和溢流口相对设置，这样当雨水量特别大的时候，进水口进多少雨水，溢流口就排多少雨水，位于同一个高度，一是为了排水顺畅，二是为了便于施工。由于初期雨水是污染浓度高，因此截流口设置得比溢流口低，一方面是为了防止流量过大时发生回灌，影响电导率的检测。另一方面是为了保证即使闸门关闭之后，能够顺畅地将进水量排出。具体实施时，截流井井筒为正方形，进水口和溢流口设置在井筒侧壁的宽边的中部，这样水流来的时候，整个截流井受到的水流冲击力分布都比较合理，而且这样更加美观，便于施工。由于第一台阶占用了井筒内腔的部分空间，因此截流口可以设置在侧壁中部靠近溢流口的位置，偏离中心的距离视管道尺寸等条件来定。所述电导率检测探头的型号为哈希3725。图中，D1为进水口口径，D2为溢流口口径，D3为截流口口径。第一台阶可利用混凝土搭起，其长度为井筒侧壁的宽度，其宽度可为450mm。检测流槽的长度视进水口大小而定，口径越大，通过的水量越多，流槽越长。

所述闸门2具有一能全部覆盖住所述截流口的闸板和设置在闸板顶部的吊块，闸板紧贴截流口设置；启闭机4具有一螺杆及固定在螺杆上端的驱动器，其螺杆的底端从所述截流井盖板伸入井筒中，并与闸门2的吊块铰接；启闭机4的驱动器安装在截流井盖板的外表面；所述闸门2为ZMQY型铸铁闸门，所述启闭机4为LQ型手电两用启闭机。具体实施时，闸门的尺寸根据截流管管径尺寸来定，启闭机的启闭力根据闸门型号来定，螺杆长度根据雨水进水口、截流口和溢流口设置的深度综合而定。

为了实现自动控制截流的功能，还包括控制器，控制器具有无线通讯模块；所述电导率表头具有无线发射模块，导率表头与控制器通过无线网络进行连接；所述启闭机具有无线接收模块，控制器与启闭机通过无线网络进行连接。这样，电导率表头将实时读取的电导率数值传送给控制器，控制器获取电导率数值，控制启闭机的启闭状态。为了方便两者统一管理，设计时可将电导率表头和控制器合并一起放置在井盖上的控制箱内，控制箱的尺寸是400×300×300mm。控制箱高度可设置在距离截流井盖板外表面1.5m的位置，以防箱内设备受潮同时也便于安装维护。

为了避免流槽转折处出现“水流死区”影响电导率的检测，所述检测流槽的导流部与出水部的弯折处设有50×50mm的倒角。

所述检测流槽的导流部的槽口上固定有不锈钢雨篦1。不锈钢雨篦1用于拦截雨水中一些较大的杂物，以免将电导率探头堵塞，影响电导率的检测，其尺寸视流槽的长度而定。

为了防止水流太大将电导率检测探头冲走，所述电导率检测探头固定在检测流槽的导流部与出水部的弯折处，且其浸没深度为50mm。

所述检测流槽导流部的宽度为150mm，出水部宽度为100mm。这样当水流较缓时，流出水量少，流入水量多，就创造了一个“壅水”环境，满足电导率探头检测需要淹没深度，已达到对径流水质的实时监测。

所述第一台阶的外侧面上还设有高度低于第一台阶的出水部位置的第二台阶，主要是为了防止在井内大流槽内的水回灌到电导率检测流槽当中，宽度为300mm。具体实施时，第二台阶应和设有截流口的侧壁留有一定距离，避免阻挡闸门正常打开或关闭。

所述截流井盖板上正对所述闸门的位置设有供闸门穿梭的检修口，截流井盖板上还设有供人员进出截流井的维修口。井筒上有设有爬梯，便于人员对设备的安装和检修。为了是保证截流井的防水性能，整个井筒内部抹25mm厚的防水砂浆，截流井盖板采用钢筋混凝土制成。

为使得高效截流井便于施工和一体化建设，同时综合考虑截流井部件安装等要求，截流井个尺寸如表1所示：其中，图中L₁为检测流槽的长度，L₂为井筒的内腔的宽度。H₁为第二台阶的台面到井底板的距离，H₂为检测流槽的底面到第二台阶的台面的距离，H₃为第一台阶的台面到第二台阶的台面的距离，H₄为进水口底端到井底板的距离，H₅为截流口的中心位置到井底板的距离，H₆为截流口的中心位置到进水口中心位置的距离，H₇为进水口中心位置到启闭机的螺杆上与井筒固定的位置的距离。

表1：

本发明还提供一种城市雨水径流高效截流井的截流方法，由上述的城市雨水径流高效截流井运行，包括以下步骤：

1）电导率检测探头实时将检测到的雨水径流中的电导率传给电导率表头；电导率表头显示接收到的电导率，并将电导率通过无线网络传给控制器；

2）控制器判断接收到的电导率是否大于预设的电导率阈值；如果是，执行步骤3；否则，执行步骤4；

3）控制器通过无线网络向启闭机发送关闭命令，启闭机根据关闭命令控制闸板关闭；

4）控制器通过无线网络向启闭机发送开启命令，启闭机根据开启命令控制闸板开启。

为了验证该截流方法能够使得截流井在整个排水系统中运行的效果更好，下面将依据流量的截流方式与依据浓度的截流方式进行对比。

1、依据流量的截流方式

通过对某城市新区分流制雨水管道系统雨水径流进行多次采样分析之后，发现当截流到10%的雨水径流总流量时，此时距离产生径流的时间约为2min，就已截流到了COD_Cr、SS、TN和TP的浓度峰值，COD_Cr和TP的瞬时负荷峰值。其中，TN（即总氮）是指雨水径流中总氮的指标浓度，TP（即总磷）是指雨水径流中总磷的指标浓度，NH₃-N（即氨氮）是指雨水径流中氨氮的指标浓度，COD_cr采用重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)作为氧化剂测定出的化学耗氧量，即重铬酸盐指数，SS是指水中悬浮物的浓度。此时COD_Cr、SS、NH₃-N、TN和TP截流到的浓度百分比分别是13%、17%、7%、17%和22%；当截流到28%的总流量时，此时距离产生径流的时间约7min，除氨氮的浓度峰值和流量峰值以及TN的负荷峰值未截流到以外，其他负荷峰值和浓度峰值均已截流。此时COD_Cr、SS、NH₃-N、TN和TP截流到的负荷百分比分别是46%、44%、19%、36%和33%。当截流50%的总流量时，COD_Cr、SS、NH₃-N、TN和TP截流到的负荷百分比分别是69%、70%、28%、63%和53%等。除了氨氮外，其他指标均已超过总负荷的50%。

对合流制管道系统采样分析后，发现浓度峰值、负荷峰值距离流量峰值较近，基本保持同步。当达到第一个流量峰值时，截流到了26%的总流量，此时COD_Cr、SS、NH₃-N、TN和TP截流到的负荷百分比分别是37%、35%、34%、35%和37%。当截流50%的总流量时，COD_Cr、SS、NH₃-N、TN和TP截流到的负荷百分比分别是72%、77%、61%、63%和68%。

2、依据TN的截流方式

当以TN为控制指标时，随着TN过程线的不同，截流的部分与流量为控制指标时截流的部分有较大差异。

在分流制雨水管道系统中，当截流50%的流量总量时，其截流段为开始至第11min和第53min到第59min，共53min。此时截流的COD_Cr、SS、NH₃-N、TN和TP截流到的负荷百分比分别是67%、68%、33%、61%和53%。同以流量为控制指标时对比，截流到的负荷略低。但是截流到的TN均在4.26mg/L。总体来看，在分流制雨水系统中，以流量为控制指标截流和以TN为控制指标截流，在截流相同流量下，截流到的负荷几乎相等。这与TN的变化趋势有关，TN先降至一定水平保持稳定，后小腹上升后下降。后期的流量较小，即使TN高对截流到的负荷没有太大影响。

在合流制系统中，当截流到27%的流量时，其截流段为前4min和第24至第44min，共24min。此时截流的COD_Cr、SS、NH₃-N、TN和TP截流到的负荷百分比分别是47%、52%、34%、35%和39%。同以流量为控制指标时对比，截流到的COD负荷和SS负荷约多20%，其他指标的负荷持平。此时截流的TN均在74.3mg/L以上。当截流到36%的流量总量时，其截流段与以流量为控制指标的截流部分相同，截流负荷也相同。

3、两者对比分析

当截流的流量区段不同时，截流相同的流量，以TN为控制指标截流的负荷百分比要高于以流量为控制指标截流的负荷百分比。从目前的数据分析来看，如要截流50%的初期雨水水量，都会截流到最大流量。但是用TN为控制指标，闸门启动次数会比以流量为控制指标的启动次数多，这主要是因为TN值的变化较为复杂易变。以下主要是通过分析截流效率来对两个截流指标进行比较。

分流制系统中，由于TN先降至4mg/L左右后保持稳定，后有小幅的上升后下降，TN上升时流量已回落接近最小流量。所以TN后期的上升对于截留到的负荷并基本没有影响。由于TN过程线可以视为随时间下降，所以以TN为截流控制指标和以流量为截流控制指标并未出现较大差异，截流效率基本相同。

合流制系统中，TN先有稍微的下降，然后上升至峰值后下降。从前期的截流效率来看，当截流时间区域不同时，以TN为控制指标比以流量为控制指标的截流效率高，其中COD_Cr、SS、NH₃-N、TN和TP的截流负荷最高比流量控制时多18%，28%，3%，5%和10%。

4、电导率与营养盐浓度存在一元线性关系。

表2该城市新区的回归方程

单位：y（μS/cm）；x（mg/L），表2中，R²取值在0到1之间，越接近1，表明方程中X对Y的解释能力越强。表2各个一元线性回归方程的R²值均大于0.7，完全能够满足工程要求。当往后需要预测雨水径流中营养盐浓度时，可直接检测雨水径流的电导率，利用表2中的回归方程来得出雨水径流中营养盐浓度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种城市雨水径流高效截流井，包括竖直方向设置的井体，井体由井底板、井筒及截流井盖板构成，井底板、井筒及截流井盖板包围形成一内腔；井筒的侧壁上分布设有进水口、截流口和溢流口；其特征在于，进水口和溢流口相对设置，且位于同一个高度；截流口的顶部位置低于溢流口的底部位置；还包括能够密封所述截流口的闸门和用于打开或关闭闸门的启闭机；井筒设有进水口的内壁上设有第一台阶，且其台面与进水口的底部齐平；第一台阶的台面上设有L型的检测流槽；所述L型的检测流槽包括与进水口的宽度方向相平行的导流部，以及设置在导流部的一端且与导流部垂直的出水部，导流部正对进水口的位置设置，且导流部的长度大于进水口的宽度；所述出水部从导流部的一端向第一台阶的外侧面方向弯折并贯穿出第一台阶的外侧面；还包括电导率检测探头和电导率表头；电导率检测探头固定在检测流槽内；电导率表头安装在截流井盖板的外表面，电导率检测探头的信号输出端与电导率表头的输入端通过防水电缆连接。

2.如权利要求1所述的城市雨水径流高效截流井，其特征在于，所述闸门具有一能全部覆盖住所述截流口的闸板和设置在闸板顶部的吊块，闸板紧贴截流口设置；启闭机具有一螺杆及固定在螺杆上端的驱动器，其螺杆的底端从所述截流井盖板伸入井筒中，并与闸门的吊块铰接；启闭机的驱动器安装在截流井盖板的外表面；所述闸门为ZMQY型铸铁闸门，所述启闭机为LQ型手电两用启闭机。

3.如权利要求1所述的城市雨水径流高效截流井，其特征在于，还包括控制器，控制器具有无线通讯模块；所述电导率表头具有无线发射模块，导率表头与控制器通过无线网络进行连接；所述启闭机具有无线接收模块，控制器与启闭机通过无线网络进行连接。

4.如权利要求1所述的城市雨水径流高效截流井，其特征在于，所述检测流槽的导流部与出水部的弯折处设有50×50mm的倒角。

5.如权利要求1所述的城市雨水径流高效截流井，其特征在于，所述检测流槽的导流部的槽口上固定有不锈钢雨篦。

6.如权利要求1所述的城市雨水径流高效截流井，其特征在于，所述电导率检测探头固定在检测流槽的导流部与出水部的弯折处，且其浸没深度为50mm。

7.如权利要求1所述的城市雨水径流高效截流井，其特征在于，所述检测流槽导流部的宽度为150mm，出水部宽度为100mm。

8.如权利要求1所述的城市雨水径流高效截流井，其特征在于，所述第一台阶的外侧面上还设有高度低于第一台阶的出水部位置的第二台阶。

9.如权利要求1所述的城市雨水径流高效截流井，其特征在于，所述截流井盖板上正对所述闸门的位置设有供闸门穿梭的检修口，截流井盖板上还设有供人员进出截流井的维修口。

10.一种城市雨水径流高效截流井的截流方法，其特征在于，由权利要求3所述的城市雨水径流高效截流井运行，包括以下步骤：

1）电导率检测探头实时将检测到的雨水径流中的电导率传给电导率表头；电导率表头显示接收到的电导率，并将电导率通过无线网络传给控制器；

2）控制器判断接收到的电导率是否大于预设的电导率阈值；如果是，执行步骤3；否则，执行步骤4；

3）控制器通过无线网络向启闭机发送关闭命令，启闭机根据关闭命令控制闸板关闭；

4）控制器通过无线网络向启闭机发送开启命令，启闭机根据开启命令控制闸板开启。