CN105019549B - 用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雨水处理设施，具体为用于初期雨水处理的旋流‑平流沉砂池，解决现有沉砂池消耗能源多，水流速流量控制严格，不能有效处理有机污染物的问题，方案为：包括旋流和平流沉砂单元，主水渠中部设隔板，水渠依次设有絮凝剂加药管、机械回转格栅、助凝剂加药管、旋流沉砂单元，隔板与出水渠之间设有阻流挡板，出水渠分别连接平流沉砂单元，出流渠与出水管连接，贮砂斗底部设排泥阀，排泥阀口部设集泥池，集泥池底部连接空气排泥管。优点：1、旋流沉砂池将药剂与雨水搅拌混合，控制水流速；2、降低了电能的消耗；3、减小了池体占地面积；4、提高有机物和重金属等污染物的处理能力和沉降速度，缩短沉砂池的长度。5、设备更容易保养。

Description

用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池

技术领域

本发明涉及雨水处理设施，具体为用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池。

背景技术

随着人类社会工业化和城市化的进程加快，城市中道路、桥梁、建筑物等不可渗透表面不断增大，降水径流渗透减少，径流量急剧增加，使得水的自然循环途径发生了改变。同时由于人类活动的增加，使得污染物的种类及量也随之增加。这些污染物不断积累，当有降雨产生时，主要是屋面和路面上大量污染物在雨水径流的冲刷下随径流通过城市排水管道或漫流直接进入周围的河流和湖泊中，形成典型的城市降雨径流污染，对城市生态环境构成冲击性影响，严重制约城市水环境质量的改善。

目前国内外城市大多存在初期雨水污染严重、排涝能力低等问题。我国的初期雨水中污染物包含有一定量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质，其主要来源为大气干、湿沉降中的烟尘、粉尘、有毒物质等粒子以及地表径流中下垫面自然沉降物及固体垃圾等。如果将初期雨水直接排入河道或者自然受纳水体，将会对水体造成非常严重的污染，必须对初期雨水进行收集、处理。相关研究表明，作为初期雨水中的典型特征污染物，悬浮固体（SS）的存在浓度对于其他溶解性污染物浓度有着较大影响。因此，目前削减初期雨水主要污染物的有效处理方法是沉淀法，采用的处理构筑物多为沉砂池。

沉砂池是去除水中颗粒污染物的主要设施，平流式和旋流式是两种常用的沉砂池形式：

平流式沉砂池是横截面为矩形的沉砂池，所述矩形的长两端分别连接有入流渠、出流渠；所述入流渠的横截面为逐渐变宽的漏斗状渠道，所述出流渠的横截面为逐渐变窄的漏斗状渠道；所述矩形沉砂池的底部纵截面为漏斗状的贮砂斗，贮砂斗底部连接排砂管。其实质是一个比入流渠道和出流渠道宽而深的沉淀池。当雨水流过时，由于水流经入流渠流入沉砂池时断面逐渐增大，水流速度下降，雨水中夹带的颗粒污染物在重力的作用下下沉，颗粒污染物落至漏斗状的沉砂池底部的斜面，并沿着斜面落入贮砂斗底部，用泵将排砂管中的沉砂从排砂管中排出，从而达到分离水中颗粒污染物的目的。

平流沉砂池的缺点：1、占地面积大、对水流速限制较高（只能慢速流入，不能过快，否则影响沉砂效果），需要较长的沉淀时间；2、由于平流沉砂池缺乏砂与有机物分离的条件，因此对砂粒与有机物的分离效果较差；3、沉砂池易腐化发臭，增加了沉砂后续处理的难度。

旋流沉砂池为两级阶梯状圆柱形沉砂池，所述第一、二级阶梯间通过圆锥面过渡连接，所述第一级阶梯沿其侧壁的切线方向连接有进水渠，所述第一级阶梯沿着过其中心轴且与进水渠相反方向连接有出水渠；所述第一级阶梯与第二级阶梯之间设有电机驱动的可调速桨板，所述第二级阶梯沿沉砂池轴向设有空气管，空气管内套有空气排砂管（22），所述空气排砂管（22）的下口部伸出空气管下口部并贴近沉砂池底部，旋流沉砂池进水渠所对的侧壁上还固定有螺旋向下的螺旋导流板（21）。旋流沉砂池是主要利用机械力控制水流流态与流速、加速砂粒的沉淀并使有机物随水流带走的沉砂装置。雨水由第一级阶梯侧壁的切线方向流入沉砂池，可保证流入旋流沉砂池时的线速度最大，且不易引起湍流，水流在旋流沉砂池内受机械力作用，沿侧壁形成水平环流。由于所受离心力不同，相对密度较大的砂粒被甩向池壁，在重力和螺旋导流板的作用下沉入第二级阶梯；而较轻的有机物，则在沉砂池中间部分与砂子分离，有机物随出水旋流带出池外。通过调整转速，可以达到最佳的沉砂效果。第二级阶梯内沉砂可以采用空气提升、排砂泵排砂等方式排除，再经过砂水分离达到清洁排砂的标准。

旋流式沉砂池具有以下缺点：1、需要机械搅拌消耗较多的动力能源；2、机械桨板上会缠绕纤维状物体，造成故障；3、水流需切线方向流入，沿着过中心轴且与进水的相反方向流出，在沉砂池内形成环流而非湍流，因此也需要严格控制流速，过快易形成湍流，降低沉砂效果；4、由于降水量的不均匀性，旋流沉砂池内机械桨板的工作需要时断时歇，因而驱动电机也需要间歇性运转，以避免水流过缓而短流，由此造成驱动电机间歇性运转从而耗能加大且易发生故障。

由此看来，设计一种能够用于处理初期雨水中固体颗粒物和有机污染物，且无需过多能源消耗，对水流流速流量无需过多控制，不易被纤维物质缠绕的沉砂池是十分有必要的。

发明内容

本发明解决现有的沉砂池需消耗过多能源，对水流流速流量需严格控制，且不能有效处理雨水中有机污染物的问题，提供一种用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池。

本发明是通过以下技术方案实现的：用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池，包括旋流沉砂单元和平流沉砂单元，还包括进水管、主水渠、机械回转格栅、絮凝剂加药管、助凝剂加药管、排泥阀、空气排泥管、出水管，所述主水渠中部沿长度方向设有将主水渠分隔为两条平行的分水渠的隔板，所述进水管与两侧的分水渠连接，所述两侧分水渠依次设置有沿隔板对称分布的絮凝剂加药管、机械回转格栅、助凝剂加药管、旋流沉砂单元，所述旋流沉砂单元的进水渠与出水渠应保证与主水渠成角度设置，所述隔板与出水渠之间设有阻断雨水直接流入旋流沉砂单元的出水渠的阻流挡板，所述两侧旋流沉砂单元的出水渠分别连接有平流沉砂单元，所述平流沉砂单元的入流渠和出流渠横截面为矩形，所述平流沉砂单元的出流渠与出水管连接，所述出水管距平流沉砂单元的出流渠底部的高度应保证与平流沉砂单元的宽度的比值能够使得雨水流经平流沉砂单元的最大流速不超过0.15m/s，所述平流沉砂单元的贮砂斗底部设有排泥阀，排泥阀口部设有集泥池，集泥池底部连接有空气排泥管。隔板将主水渠分隔成为两条平行水道，两侧为两条独立的处理单元，可同时或单独处理雨水，便于故障时检修而不影响处理雨水。机械回转格栅可通过物理方法去除水中大型漂浮物以及纤维状杂物，避免缠绕在旋流沉砂单元的桨板上，并且减轻旋流沉砂单元及平流沉砂单元的处理压力。絮凝剂加药管可投放用于处理有机物和无机物的絮凝剂，助凝剂添加管用于投放助凝剂，通过强化吸附作用和增大污物的絮凝团，更利于有效去除水中的有机物质和重金属污染物。旋流沉砂池的进水渠和出水渠与主水渠成角度设置，可利用阻流挡板控制水流方向，并且通过进水渠处设置的螺旋导流板，使水流沿旋流沉砂池侧壁的切线方向螺旋向下流入，便于水流在旋流沉砂池内做螺旋环流运动。平流沉砂池的入流渠改为与平流沉砂池等宽的矩形渠道，因为经旋流沉砂池处理过的雨水中含砂量已经较少，由出水渠流出的水流速缓慢，无需漏斗状入流渠放缓水流，且雨水中已混合了絮凝剂，污物更容易沉淀。通过出水管距出水渠底部的高度控制平流沉砂池的有效水深与宽度的比值，进而控制水流速，保证水处理的质量。开启排泥阀，沉淀物排入集泥池中，开启空气排泥管可将集泥池内的沉淀物清理干净。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、旋流沉砂池与平流沉砂池依次连接，可利用旋流沉砂池的螺旋环流将絮凝药剂与雨水充分搅拌混合，并且对水流速进行控制；2、充分利用螺旋水流的流速，降低了桨板所消耗的电能；3、雨水经旋流沉砂池后流速减缓，因此平流沉砂池的入流渠横截面无需逐渐加宽呈漏斗状，减小了池体占地面积；4、利用水流在旋流沉砂池内与絮凝、助凝药剂混合，可大幅提高有机物和重金属等污染物的处理能力，并且提高固体污染物的沉降速度，大大缩短了平流沉砂池的长度。5、装置中只在旋流沉砂池中设置了电机驱动的可调速桨板，设备少，避免了因雨水间歇处理的特点而对设备保养的高标准要求。

本发明将平流沉砂池与旋流沉砂池顺序连接，不仅利用了二者对雨水处理的优势，而且旋流沉砂池还起到了混凝搅拌的作用。此外，原本需要严格控制流入旋流沉砂池水流速度，防止水流过快造成池内湍流，反而影响泥砂沉降速度，在本发明中，完全无需担心此问题，恰恰是水流过快可以节约更多电能，过快的雨水无需用桨板进行加速，池内形成湍流也更容易使絮凝药剂与雨水混合，提高后续沉淀的效率。此外，本发明的另一个效果是通过控制旋流沉砂池的进水渠与出水渠的宽度比，可以控制经旋流沉砂池处理后的雨水水流速度，因此平流沉砂池的入流渠无需建成逐渐加宽的渠道，并且通过控制出水管距出流渠底部的高度，可控制平流沉砂池的“高宽比”（即有效深度与宽度的比值），在平流沉砂池长度不变的情况下延长雨水在平流沉砂池内的停留时间，有助于沉淀效果的提升。

附图说明

图1为旋流沉砂池俯视图；

图2为图1的纵向剖视图；

图3为平流沉砂池俯视图；

图4为图3的纵向剖视图；

图5为本发明的俯视图；

图6为图5的纵向剖视图；

图中1-进水管，2-主水渠，3-机械回转格栅，4-絮凝剂加药管，5-助凝剂加药管，6-旋流沉砂单元，7-平流沉砂单元，8-排泥阀，9-空气排泥管，10-出水管，11-分水渠，12-隔板，13-进水渠，14-出水渠，15-阻流挡板，16-入流渠，17-出流渠，18-贮砂斗，19-集泥池，20-超越阀门， 21-螺旋导流板，22-空气排砂管，H-出水管距出流渠底部的高度（有效水深），B2-平流沉砂单元的宽度，L-平流沉砂单元的有效长度，C-旋流沉砂单元进水渠宽度，D-旋流沉砂单元出水渠宽度。

具体实施方式

用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池，包括旋流沉砂单元6和平流沉砂单元7，还包括进水管1、主水渠2、机械回转格栅3、絮凝剂加药管4、助凝剂加药管5、排泥阀8、空气排泥管9、出水管10、集泥池19，所述主水渠2中部沿长度方向设有将主水渠2分隔为两条平行的分水渠11的隔板12，所述进水管1与两侧的分水渠11连接，所述两侧分水渠11依次设置有沿隔板12对称分布的絮凝剂加药管4、机械回转格栅3、助凝剂加药管5、旋流沉砂单元6，所述旋流沉砂单元6的进水渠13与出水渠14应保证与主水渠2成角度设置，所述隔板12与出水渠14之间设有阻断雨水直接流入旋流沉砂单元6的出水渠14的阻流挡板15，所述两侧旋流沉砂单元6的出水渠14分别连接有平流沉砂单元7，所述平流沉砂单元7的入流渠16和出流渠17横截面为矩形，所述平流沉砂单元7的出流渠17与出水管10连接，所述出水管距出流渠底部的高度H应保证其与平流沉砂单元的宽度B2的比值能够使得雨水流经平流沉砂单元7的最大流速不超过0.15m/s，所述平流沉砂单元7的贮砂斗18底部设有排泥阀8，排泥阀8口部设有集泥池19，集泥池19底部连接有空气排泥管9。

使用时，雨水由进水管进入主水渠2，隔板12将雨水水流分为两条支路，雨水经过絮凝剂加药管4时与添加的絮凝剂混合，机械回转格栅3将雨水中的大型漂浮物及纤维状杂物捞除，助凝剂加药管5向雨水中投放助凝剂，提高絮凝剂的絮凝效果。雨水由旋流沉砂单元6的进水渠13沿旋流沉砂单元的侧壁切线方向流入，经螺旋导流板21导流，在旋流沉砂单元内形成向下螺旋的环流，使得絮凝剂、助凝剂与雨水充分混合，大颗粒物沿旋流沉砂单元的侧壁下沉，落入旋流沉砂单元的第二级阶梯的底部，由空气排砂管22排出。水流速过缓时，还可启动旋流沉砂单元的桨板，对水流进行加速和搅拌。经旋流沉砂单元处理过的雨水由出水渠14流出，流经平流沉砂单元7的入流渠16时，由于雨水中混合了絮凝剂和助凝剂，絮状沉淀物随雨水平缓流动的同时，沉入平流沉砂单元底部的贮砂斗18中，经排泥阀8排入集泥池19中，再由集泥池19底部的空气排泥管9排出。最终，处理过的达到排放标准的雨水由出流渠17上的出水管10排出，雨水处理完成。

具体实施时，所述机械回转格栅3的格栅规格采用1.5~2.5mm，所述格栅安装角度为60°~75°。根据目前城市雨水所携带的大型漂浮物和长纤维杂物来看，1.5~2.5mm格栅即可基本去除，格栅安装角为60°~75°，可有效拦截水中漂浮物。所述旋流沉砂池6的有效容积应保证雨水在旋流沉砂池6内的停留时间在120s以上。根据旋流沉砂池的直径，其中Q为旋流沉砂池的设计流量，q为表面负荷，q的一般取值范围为150~200 m³/(m²·h)，旋流沉砂池的有效水深，其中t₂为旋流沉砂单元的水力停留时间，常规旋流沉砂池仅以砂粒沉降为停留时间考虑出发点，最高停留时间不应小于30s，本发明的不同之处在于旋流沉砂单元不仅要考虑砂粒沉降率，还需考虑投加絮凝剂和助凝剂的混合时间，因此，停留时间t应保证在120s以上可保证药剂与雨水充分混合，提高后续雨水处理时的沉降效果。所述旋流沉砂单元的出水渠宽度D为2-3倍的进水渠宽度C。出水渠宽度为2-3倍的进水渠宽度，可使得流出的雨水流速放缓，更加利于雨水缓慢流入平流沉砂单元后絮凝团等杂物有效沉降。所述阻流挡板15上设有超越阀门20。超越阀门打开，可使得洁净的雨水不经过旋流沉砂单元处理，直接流入平流沉砂单元，提高了洁净雨水的处理效率。所述平流沉砂单元的有效长度L至少为平流沉砂单元宽度B2的4倍。平流沉砂单元的长宽比不小于4，可保证雨水在平流沉砂单元内的停留时间，并保证雨水流速缓慢，有利于提高平流沉砂单元的沉降效果。

实施例一：所述机械回转格栅3的格栅规格采用1.5mm，所述格栅安装角度为75°。所述旋流沉砂池6的有效容积可保证雨水在旋流沉砂池6内的停留200s。所述旋流沉砂单元的出水渠宽度D为2倍的进水渠宽度C。所述平流沉砂单元的有效长度L为平流沉砂单元宽度B2的6倍。

实施例二：所述机械回转格栅3的格栅规格采用2mm，所述格栅安装角度为60°。所述旋流沉砂池6的有效容积可保证雨水在旋流沉砂池6内的停留150s。所述旋流沉砂单元的出水渠宽度D为3倍的进水渠宽度C。所述平流沉砂单元的有效长度L为平流沉砂单元宽度B2的4倍。

实施例三：所述机械回转格栅3的格栅规格采用2.5mm，所述格栅安装角度为68°。所述旋流沉砂池6的有效容积可保证雨水在旋流沉砂池6内的停留120s。所述旋流沉砂单元的出水渠宽度D为2.5倍的进水渠宽度C。所述平流沉砂单元的有效长度L为平流沉砂单元宽度B2的8倍。

Claims (6)

1.一种用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池，包括旋流沉砂单元（6）和平流沉砂单元（7），其特征在于：还包括进水管（1）、主水渠（2）、机械回转格栅（3）、絮凝剂加药管（4）、助凝剂加药管（5）、排泥阀（8）、空气排泥管（9）、出水管（10）、集泥池（19），所述主水渠（2）中部沿长度方向设有将主水渠（2）分隔为两条平行的分水渠（11）的隔板（12），所述进水管（1）与两侧的分水渠（11）连接，所述两侧分水渠（11）依次设置有沿隔板（12）对称分布的絮凝剂加药管（4）、机械回转格栅（3）、助凝剂加药管（5）、旋流沉砂单元（6），所述旋流沉砂单元（6）的进水渠（13）与出水渠（14）应保证与主水渠（2）成角度设置，所述隔板（12）与出水渠（14）之间设有阻断雨水直接流入旋流沉砂单元（6）的出水渠（14）的阻流挡板（15），所述两侧旋流沉砂单元（6）的出水渠（14）分别连接有平流沉砂单元（7），所述平流沉砂单元（7）的入流渠（16）和出流渠（17）横截面为矩形，所述平流沉砂单元（7）的出流渠（17）与出水管（10）连接，所述出水管距出流渠底部的高度（H）应保证其与平流沉砂单元的宽度（B2）的比值能够使得雨水流经平流沉砂单元（7）的最大流速不超过0.15m/s，所述平流沉砂单元（7）的贮砂斗（18）底部设有排泥阀（8），排泥阀（8）口部设有集泥池（19），集泥池（19）底部连接有空气排泥管（9）。

2.根据权利要求1所述的用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池，其特征为：所述机械回转格栅（3）的格栅规格采用1.5~2.5mm，所述格栅安装角度为60°~75°。

3.根据权利要求1或2所述的用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池，其特征为：所述旋流沉砂池（6）的有效容积应保证雨水在旋流沉砂池（6）内的停留时间在120s以上。

4.根据权利要求3所述的用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池，其特征为：所述旋流沉砂单元的出水渠宽度（D）为2-3倍的进水渠宽度（C）。

5.根据权利要求4所述的用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池，其特征为：所述阻流挡板（15）上设有超越阀门（20）。

6.根据权利要求5所述的用于初期雨水处理的旋流-平流沉砂池，其特征为：所述平流沉砂单元的有效长度（L）至少为平流沉砂单元宽度（B2）的4倍。