CN109235602A - 一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，排水系统总管上设置多个接入井，所述多个接入井通过加排压力管道与回笼水管连接；所述加排压力管道与各接入井之间设有冲洗控制阀门，所述回笼水管和泵站前池之间设有第二控制阀门，所述雨水泵组和河道之间设有第三控制阀门。本发明通过削减管道沉积物的方式减少泵站放江，从根源上解决了河道黑臭问题。对于管径DN3600，长度约1.6公里的系统总管，应用本发明后能够在10小时内降低系统总管内80%以上的管道沉积物，效果远优于现有技术。本发明可以应用于各种体制的排水系统，针对性强，操作灵活，工程投资少，能够在短期内实现对泵站放江污染的有效控制。

Description

一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置

技术领域

本发明属黑臭河道治理技术领域，涉及一种自动清除管道沉积物的装置，具体地涉及一种通过延长末端泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置。

背景技术

随着城市快速发展及人口密度不断增加，河道水环境问题日益突显，大部分城市河道已演变为黑臭河道。黑臭河道问题对周边居民生活质量、城市形象产生严重影响。河道黑臭的成因除了由于城市建设导致河道生态系统破坏外，最主要的是污染物直接入河导致的外源污染。

在已有的黑臭河道治理技术中，沿河截污，底泥清淤，生态修复，引清调水等技术被广泛应用，但由于各技术手段存在各自局限性，很难在短时间内解决河道黑臭问题。

沿河截污指沿着河道两岸敷设截污管道，将原本直排入河道的污水接入截污管道，并输送至污水处理厂，减轻污水直排对河道水质的冲击。但截污工程实施工程费用较高，实施周期较长。截污工程完成后，合流污水和市政管道中由于雨污混接积存的污水在雨天会通过泵站开车放江进入河道，再次影响河道水环境质量。

底泥清淤是利用机械设备将沉积河底的淤泥吹搅成浑浊的水状，并运送抽出。清淤技术可以减少河道的内源污染，但是对于抽出的底泥处理不当容易造成二次污染。

河道生态修复是指在河道陆域控制线内，在满足防洪、排涝及引水等河道基本功能的基础上，通过人工修复措施促进河道水生态系统恢复，构建健康、完整、稳定的河道水生态系统的活动。但是该技术对黑臭河道整治效果存在局限性，降雨日随着泵站放江，污染物会重新入河破坏河道生态系统。

引清调水是通过水利设施(如闸门、泵站)的调控引入污染河道上游或附近的清洁水源以改善河流的水动力学条件，增强水中污染物的扩散、净化和输出，能够快速缓解水体黑臭，但不能实现黑臭河道水质的长期稳定改善。

现阶段应用的黑臭河道治理技术存在施工周期长，投资大，短期无法见效等局限性。另外，往往一场大雨过后河道又复“黑”如初，无法实现长治久清。究其原因是污染物经长距离、低流速输送后在管底沉积形成淤泥，当降雨事件发生时，泵站雨水泵组开启，管道内沉积物被冲刷进入水体。对于合流制系统，管径设计时考虑2~5倍的截流倍数（即管道设计的流量是旱流污水量的3~6倍），旱天污水输送时管道内流速较低，污水中污染物会在管道内沉积。对于分流制系统，由于雨污混接等问题，旱流污水进入雨水管道，污水通过雨水泵站的截污泵输送至污水系统；许多排水系统处于高水位运行模式，且雨水管管径按3~5年重现期设计（即管道设计输送能力是旱流污水量的几十倍以上），管径较大，旱流污水在雨水管道中流速较低，污染物质在管底沉积。由于系统高水位运行，传统接临时水管冲洗的水流冲力在管道接入处1m内已耗损，淤泥难以被冲刷，即便起端被瞬时流量带起的沉积物也会在后续干管内再次沉积；国外高压水管道冲洗设备最大冲洗范围仅为100m，而我国大型城市排水系统干管长度普遍超过1km，如上海市大型排水输送干管最长可达55km。因此，开发一种自动清除管道沉积物的方法及装置对减少泵站放江污染有着积极的意义，是实现黑臭河道治理长治久清是必要手段。

发明内容

本发明的目的就是提供一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，通过削减市政管道内的沉积物，降低雨天通过泵站放江进入河道的污染物总量，从源头上解决河道黑臭问题，维持黑臭河道治理的效果，实现长治久清。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，包括市政排水泵站中的泵站前池、截污泵组、雨水泵组以及一路排水系统总管，泵站前池与排水系统总管相连，泵站前池通过管道分别连接至截污泵组和雨水泵组，泵站前池和雨水泵组之间还设有回笼水管；其特征在于排水系统总管上设置多个接入井，所述多个接入井通过加排压力管道与回笼水管连接；所述加排压力管道与各接入井之间设有冲洗控制阀门，所述回笼水管和泵站前池之间设有第二控制阀门，所述雨水泵组和河道之间设有第三控制阀门。

进一步地，所述加排压力管道可采用钢管、球铁管及塑料管等，根据雨水泵组水泵的参数调整管道的长度、管径和埋深。对于配置水泵扬程高、流量大的泵站，加排压力管道长度长、管径相对大；对于配置水泵扬程小、流量小的泵站，加排压力管道长度较短、管径相对小；管道埋深可根据加排管道实施情况进行调整。

进一步地，接入井中设置除臭装置防止循环系统运行时有毒有害气体散溢。

进一步地，接入井中设置防回水装置避免循环冲洗水的倒流，保证冲洗水针对淤泥沉积物进行冲刷。

进一步地，接入井内安装沉积物监测系统，用以监测排水系统总管内沉积物厚度。

进一步地，泵站前池中安装水质监测系统，用以监测泵站前池的水质。

进一步地，在排水系统总管内安装超声波流速检测仪，用以监测排水系统总管内流速。

进一步地，排水系统总管管径较大时，排水系统总管的检查井内安装潜水搅拌器，促进沉积物冲刷，加快循环冲洗过程。搅拌器安装可采用多种方式，包括垂向安装、对向安装以及错向安装等。

进一步地，所述装置还包括控制系统，所述控制系统分别与沉积物监测系统、水质监测系统、冲洗控制阀门、第二控制阀门和第三控制阀门连接。

所述控制系统分为雨水泵站试车模式、泵站放江模式及管道冲洗模式三种模式，当沉积物监测系统检测到排水系统总管内沉积物超过设定值，则启动管道冲洗模式，当水质监测系统检测到泵站前池水质稳定时，则停止管道冲洗模式。雨水泵站试车模式、泵站放江模式为现有技术，其启动方式在此不做介绍。

管道冲洗模式时，冲洗控制阀门开启，第二控制阀门和第三控制阀门关闭，泵站前池、雨水泵组、回笼水管、加排压力管道、接入井、排水系统总管构成循环冲洗系统，雨水泵组抽取泵站前池内的水，通过回笼水管及加排压力管道，输送至排水系统总管上的接入井，用以提升接入井至泵站前池间排水系统总管的管道中流速，对管底沉积物进行冲刷；截污泵组将循环冲洗系统中的高浓度污水输送至城市污水系统；接入井上游的低浓度污水补充进入循环冲洗系统继续进行冲刷。

雨水泵站试车模式时，冲洗控制阀门关闭，第二控制阀门开启且第三控制阀门关闭时，雨水泵组抽取泵站前池内的水，又通过回笼水管送回泵站前池。

泵站放江模式时，冲洗控制阀门关闭，第二控制阀门关闭，第三控制阀门开启，雨水泵组抽取泵站前池内的水，并将其排放至河道。

进一步地，市政排水泵站包括n个相邻泵站，每一泵站的回笼水管均通过加排压力管道连接至相邻泵站排水系统总管的接入井，实现相邻泵站排水系统总管的循环冲洗。

为了达到上述目的，本发明的另一技术方案如下：一种相邻泵站排水系统的自动清除管道沉积物装置，市政排水泵站包括n个相邻泵站，每一泵站包括泵站前池、截污泵组、雨水泵组，泵站前池与排水系统总管相连，泵站前池通过管道分别连接至截污泵组和雨水泵组，泵站前池和雨水泵组之间还设有回笼水管；其特征在于每一泵站的排水系统总管上均设置接入井，每一泵站的回笼水管通过加排压力管道连接至相邻泵站排水系统总管的接入井，实现相邻泵站排水系统总管的循环冲洗。

本发明利用已建市政泵站的排水泵和回笼水设施，通过加排一路（或多路）循环冲洗管道，形成管道水力冲洗系统，增加管道内的流速，实现对拥有多路主管排水系统的管道沉积物的冲刷，从而降低雨天泵站的放江污染。本发明的自动清除管道沉积物装置，在旱天模拟了雨天开车放江时排水系统总管内高流速冲刷过程，管底沉积物在旱天被冲刷削减，大大降低了雨天泵站开车放江致使污染入河的风险。所述加排管道长度、管径可根据排水系统总管管径及雨水泵组设备参数进行设计。所述循环冲洗系统可根据管道内沉积情况灵活运行，节省运行费用。

本发明提供的削减管道沉积物实现泵站放污染江减少的方法具有以下优点：

（1）高效利用已有设施，工程措施少，改造投资小。

（2）操作方法简单，管理方便。

（3）管道沉积物去除明显，对泵站放江污染控制效果好，见效快。

（4）能够适应不同体制排水系统，方法应用面广。

附图说明

图1为本发明的自动清除管道沉积物的方法及装置的工艺流程图。

图2相邻、相近排水系统循环冲洗示意图。

图3循环冲洗运行模式示意图。

图4防回水装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明的通过削减管道沉积物实现泵站放污染江减少的方法中形成的管道冲洗系统，如图1所示，排水系统仅设一根主干管，即图1所示的排水系统总管2，该管道冲洗系统包含:

市政排水泵站1中的泵站前池11、截污泵组12、雨水泵组13、回笼水管14、智能控制系统和泵站外加排压力管道5、改建的接入井6及排水系统总管2；所述的回笼水管14经改造后增加冲洗控制阀门15及第二控制阀门16；所述加排压力管道5接自回笼水管14，并接入排水系统总管2上的接入井6；所述市政排水泵站1控制室增加智能控制系统，接入井6内安装沉积物监测系统，泵站前池11中安装水质监测系统。

控制阀门15及控制阀门16用于切换雨水泵站试车模式、泵站放江模式及管道冲洗模式。所述控制阀门15关闭，控制阀门16开启且控制阀门17关闭时，雨水泵组13开泵时进入泵站日常维护的试车模式；所述控制阀门15关闭，控制阀门16关闭，控制阀门17开启时进入雨天泵站放江模式；所述控制阀门15开启，控制阀门16关闭，控制阀门17关闭时进入管道冲洗模式。

加排压力管道5引自市政排水泵站1中回笼水管14，控制阀门15设置在加排压力管道5上；所述加排压力管道5连接回笼水管14与排水系统总管2上的接入井6；所述接入井6为排水系统总管2上的检查井，经改造后接入加排压力管道5，接入井6按照除臭设施防止循环冲洗过程中臭气散溢。

地块及支管内的雨水、合流污水、混接污水汇入排水系统总管2，并输送至市政排水泵站1的泵站前池11。水中的污染物在输送过程中在管道内淤积形成管道沉积物，到达泵站前池11的污水污染物浓度较低，截污泵组12仅将低浓度污水输送至污水系统。当市政排水泵站1开启雨天泵站放江模式时，管道内沉积物会随水流冲刷进入河道；

管道冲洗模式开始后，雨水泵组13抽取泵站前池11内的水，通过回笼水管14及加排压力管道5，输送至排水系统总管2上的接入井6，用以提升接入井6至泵站前池11间排水系统总管2的管道中流速，对管底沉积物进行冲刷，管道内污染物浓度快速升高，污染物随水流流经泵站前池→回笼水管→加排压力管道→排水系统总管的循环；截污泵组12保持持续运行，将高浓度污水输送至城市污水系统；接入井6上游的低浓度污水补充进入循环冲洗系统继续进行冲刷。

采用本发明的削减管道沉积物实现泵站放污染江减少的方法包含如下步骤：

步骤1，管道内沉积物厚度达到管道高度的20%时（比例可以根据系统实际情况调整），智能控制系统启动冲洗过程，开启控制阀门15，关闭控制阀门16，关闭控制阀门17，开启雨水泵组13中雨水泵1~2台。

步骤2，截污泵组12开启正常运行，持续将泵站前池中高浓度污水输送至城市污水系统。

步骤3，当泵站前池11水质逐渐降低并趋于稳定后，可根据管道内沉积物情况选择关闭雨水泵组13的雨水泵，结束冲洗；截污泵组可根据系统内水位选择是否继续运行。

可以根据排水系统实际情况，通过敷设一路或多路加排压力管道5，至排水系统的各个位置，包括上游、中部、下游等，实现对排水系统内不同范围管道的沉积物冲洗。

本发明中，所述市政泵站雨水泵组、截污泵组、泵站前池均为一般市政泵站基本设施，无需改造即可应用于管道水力冲洗系统。所述市政泵站雨水泵组、截污泵组、泵站前池配套的设备均可以直接使用，无需改造。

所述回笼水管为一般泵站的基本设施，用于水泵调试，泵站挺正常运行后常年不使用。经改造后应用于管道水力冲洗系统。所述回笼水管在接入泵站前池处增设第二控制阀门，并增加旁路用于连接加排压力管道。所述的多路加排压力管道自泵站敷设至排水系统各路总管上的接入井；管道埋深、管位可根据实际情况自由调整。所述接入井为排水系统总管上的检查井，选择与泵站距离、改造难度合适的检查井进行改造，接入加排压力管道，并在井室内安装除臭设施，防止冲洗系统运行时臭气散溢。

所述接入井中，可在接入加排压力管道末端安装防回水装置7。所述防回水装置布置不同孔径出水孔（大孔径孔71孔径>中孔径孔72孔径>小孔径孔73孔径），上层设置大孔径孔71，保证过流能力，中层设中孔径孔72，下层设置小孔径孔73，增加下层出水流速，对管底沉积物起到冲刷作用，提高冲刷效率。

所述的智能控制系统包括管道内沉积物监测、泵站前池水质监测系统等。所述智能控制系统可以根据管道沉积情况自动开启、结束冲洗过程。

在旱天进行管道冲洗是在非降雨日利用闲置的雨水泵组进行管道冲洗；所述雨水泵组配置雨水泵可以从泵站前池中抽水并通过回笼水管及新建的压力管道接入总管上的检查井，实现对接入井至泵站前池段管道内沉积物的冲洗；所述雨水泵组的雨水泵输送能力强，可增加排水系统总管中管道流速，有利于管道内沉积物的冲刷。

可以根据排水系统实际情况，通过敷设一路或多路加排压力管道5，至排水系统的各个位置，包括上游、中部、下游等，实现对排水系统内不同范围管道的沉积物冲洗。通过市政泵站1内雨水泵组13开启，增大排水系统总管2内管道流速至管道不淤流速（≥0.75m/s），对管道内沉积物进行冲刷。通过分析雨水泵组13中水泵特性，设置加排压力管道长度和管径。对于雨水泵组13中水泵流量大、扬程小的系统，可敷设加排压力管道5至系统下游；对于雨水泵组13中水泵流量适中、扬程适中的系统，可敷设加排压力管道5至系统中游、下游；对于雨水泵组13中水泵流量小、扬程高的系统，可敷设加排压力管道5至系统上游、中游、下游。

循环冲洗指管道内沉积物经冲刷后可在管道内均匀混合，并经由排水系统总管输送至泵站前池；所述泵站前池中的水由雨水泵组雨水泵抽取，经由回笼水管和压力管道输送至接入井。经此循环往复，泵站前池水中污染物浓度增高；所述截污泵组持续运行，将高浓度污水输送至城市污水系统，接入井之前低浓度水再进入循环系统；经过长时间运行，循环冲洗系统中污水浓度逐步降低；接入井之后系统总管中管道沉积物基本被冲刷干净。

当泵站前池水质趋于稳定后，即接入井之后管道中沉积物冲刷干净后可停止循环系统运行，节约能耗；如果循环冲洗结束后长时间市政泵站雨水泵组未开车放江，智能控制系统将重新启动冲洗过程。

开启冲洗系统时管道沉积比例越低，自动化冲洗的开启频率越高，沉积物削减效果更好，但能耗更高；开启冲洗系统时管道沉积比例越高，自动化冲洗的开启频率越低，能耗更低，但沉积物削减效果更弱。

所述的加排压力管道敷设至排水系统各路总管上的接入井，通过阀门切换，可以实现多路系统总管同时冲洗，也可以实现各路主管交替冲洗。

所述的管道冲洗系统适应于分流制排水系统和合流制排水系统。对于分流制系统，可以通过放大泵站内截流设施规模及设施后端管路的输送能力（包括污水处理设施的处理能力等），加快前池水质趋于稳定的速度，减少冲洗过程的时间，降低能耗。合流制系统截流设施规模较大，不存在这个问题。

根据本发明的另一实施例，可以根据相邻、相近排水系统实际情况，通过加排一路或多路压力管道至相邻相近排水系统总管。可通过1#泵站61的回笼水管上接一路压力管道，敷设至2#排水系统52的系统总管；从2#泵站62的回笼水管上接一路压力管道，敷设至n#排水系统53的系统总管；从n#泵站63的回笼水管上接一路压力管道敷设至1#排水系统51的系统总管。通过对相邻、相近系统的泵站回笼水系统的改造，实现相邻、相近排水系统总管的循环冲洗，实现管道沉积物削减。

本发明通过削减管道沉积物实现泵站放江污染减少的方法最大可能利用了已建的市政设施，在避免大拆大建的前提下，力争以较小工程投入，在短期内实现对泵站放江污染进行有效控制。对于管径DN3600，长度约1.6公里的系统总管，通过10小时左右的管道冲洗，可削减冲刷范围内80%以上的管道沉积物。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，包括市政排水泵站中的泵站前池、截污泵组、雨水泵组以及一路排水系统总管，泵站前池与排水系统总管相连，泵站前池通过管道分别连接至截污泵组和雨水泵组，泵站前池和雨水泵组之间还设有回笼水管；其特征在于排水系统总管上设置多个接入井，所述多个接入井通过加排压力管道与回笼水管连接；所述加排压力管道与各接入井之间设有冲洗控制阀门，所述回笼水管和泵站前池之间设有第二控制阀门，所述雨水泵组和河道之间设有第三控制阀门。

2.如权利要求1所述的一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，其特征在于接入井中设置除臭装置防止循环系统运行时有毒有害气体散溢。

3.如权利要求1所述的一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，其特征在于排水系统总管的检查井内安装潜水搅拌器。

4.如权利要求1所述的一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，其特征在于接入井内安装沉积物监测系统，用以监测排水系统总管内沉积物厚度。

5.如权利要求4所述的一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，其特征在于泵站前池中安装水质监测系统，用以监测泵站前池的水质。

6.如权利要求5所述的一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，其特征在于所述装置还包括控制系统，所述控制系统分别与沉积物监测系统、水质监测系统、冲洗控制阀门、第二控制阀门和第三控制阀门连接。

7.如权利要求6所述的一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，其特征在于所述控制系统分为雨水泵站试车模式、泵站放江模式及管道冲洗模式三种模式，当沉积物监测系统检测到排水系统总管内沉积物超过设定值，则启动管道冲洗模式，当水质监测系统检测到泵站前池水质稳定时，则停止管道冲洗模式。

8.如权利要求7所述的一种通过泵站回笼水管的管道沉积物自动清除装置，其特征在于市政排水泵站包括n个相邻泵站，每一泵站的回笼水管均通过加排压力管道连接至相邻泵站排水系统总管的接入井，实现相邻泵站排水系统总管的循环冲洗。

9.一种相邻泵站排水系统的自动清除管道沉积物装置，市政排水泵站包括n个相邻泵站，每一泵站包括泵站前池、截污泵组、雨水泵组，泵站前池与排水系统总管相连，泵站前池通过管道分别连接至截污泵组和雨水泵组，泵站前池和雨水泵组之间还设有回笼水管；其特征在于每一泵站的排水系统总管上均设置接入井，每一泵站的回笼水管通过加排压力管道连接至相邻泵站排水系统总管的接入井，实现相邻泵站排水系统总管的循环冲洗。