CN111379305A - 一种用于流域治理的系统及其布设方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于流域治理的系统及其布设方法，该系统包括第一污水处理厂、多个用于收集初雨的调蓄池、用于管控所述调蓄池水质水量的管控装置和输水管线；调蓄池分散设置于排水管网处，且调蓄池的污水入口与排水管网的出水口连通，调蓄池的污水出口通过输水管线与第一污水处理厂的进水口连通，相邻调蓄池与调蓄池之间的距离为L，L＝排水管网中初雨流速×初雨时间，其中，排水管网中初雨流速为0.4‑10m/s，初雨时间为20‑40min。本公开的系统可以实现对输水管网中的初期雨污精准截污并集中收集处理，大大提升了截污控源的功效。

Description

一种用于流域治理的系统及其布设方法

技术领域

本公开涉及雨污处理领域，具体地，涉及一种用于流域治理的系统及其布设方法。

背景技术

随着现代社会经济不断发展，当前我国很多地区，其环境承载力已经达到或者接近最大限度，进而导致出现严重的污染问题，特别是在经济活动及人口活动均比较密集的一些河流及湖泊附近，往往存在十分突出的水环境污染问题。流域水环境治理是一项长期、复杂和艰巨的系统工程。传统的水环境治理系统通常采取单纯的污水处理或者河道治理的“末端治理”模式，思路局部化、零散化、线性化，缺乏流域尺度水量水质一体化的系统综合解决方案。随着流域治理理念的转变，应按照流域统筹、系统治理的思路，从根本上构建健康高效的流域“自然一社会”水循环系统、水环境系统和水生态系统。

从降雨、产流，到蓄流、汇流、泄流，几乎全部过程都受到人类活动的巨大影响，除少数新建城区在一开始就建设了采用雨污分流制的排水系统，多数老城区都还在采用合流制排水或者还未完成雨污分流的改造。雨时合流污水挟带大量地表污染物和城市污水溢流到河流、湖泊等水体，增加了受纳水体污染负荷，会造成严重污染。作为流域治理的重要环节，截污控源的效果在很大程度上会直接影响到后续污水治理的规模和效果。

在污水处理厂前建设调蓄池，可以控制合流污水、溢流污染的排放量，收集初期雨水或混合污水并起到调蓄净化的效果，大大减少暴雨期间的溢流量，从而减少对水体的污染。但大部分调蓄池集中在排水干管的末端设置，为承接整个流域的初雨或混合污水，需要很大蓄水容量和占地规模，管网的末端管径也会放大，埋深加深。并且水体需要在管道系统中长时间流动，往往造成上下游水质参差不齐，截污流量难以控制，截留的混合污水水质也难以判断，容易加大收集和处理规模，从而增加工程投资。

发明内容

本公开的目的是为了克服现有的雨污调蓄系统的截污效果不好、调蓄和处理规模大的缺点，提供一种用于流域治理的系统及其布设方法。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种用于流域治理的系统，该系统包括第一污水处理厂、多个用于收集初雨的调蓄池、用于管控所述调蓄池水质水量的管控装置和输水管线；

所述调蓄池沿排水管网分散设置，且调蓄池的污水入口与排水管网的出水口连通，所述调蓄池的污水出口通过输水管线与所述第一污水处理厂的进水口连通，相邻所述调蓄池之间的距离为L，L＝排水管网中初雨流速×初雨时间，其中，所述排水管网中初雨流速为0.4-10m/s，初雨时间为20-40min；

所述管控装置包括化学需氧量检测设备、电控阀门和控制器，所述化学需氧量检测设备设置于调蓄池的污水入口以检测调蓄池的污水入口处污水的化学需氧量，所述电控阀门设置于所述调蓄池的污水入口处以控制调蓄池的污水入口的开合，所述控制器与所述化学需氧量检测设备和电控阀门连接以在化学需氧量检测设备检测到调蓄池的污水入口处污水的化学需氧量高于预设阈值时控制电控阀门打开，而检测到调蓄池的污水入口处污水的化学需氧量低于预设阈值时控制电控阀门关闭。

可选地，所述系统还包括截污管，所述截污管与所述调蓄池的污水入口连通。

可选地，所述管控装置还包括用于检测调蓄池中水位的水位检测器，所述水位检测器与所述控制器相连以在水位检测器检测调蓄池中水位高于预定高度时控制所述电控阀门关闭。

可选地，所述系统还包括第二污水处理厂和第三污水处理厂，至少一个所述调蓄池通过第二污水处理厂与居民区的中水回用系统连通，至少一个所述调蓄池通过第三污水处理厂与流域连通。

可选地，所述调蓄池还包括用于对调蓄池进行清洗的清洗器。

可选地，所述输水管线包括输水主管与输水支管，所述调蓄池的污水出口通过输水支管与所述输水主管的入水口连通，所述输水主管的出水口与第一污水处理厂的进水口连通。

可选地，所述输水主管与输水支管上设置有第一水泵。

可选地，所述系统还包括第二水泵，所述第二水泵的进水口连通所述排水管网，出水口连通所述第一污水处理厂的进水口。

可选地，所述调蓄池设置于地下。

本公开第二方面提供一种根据本公开第一方面提供的系统进行布设系统的方法。

通过上述技术方案，本公开的系统在需要治理的流域内的输水管网中分散布设调蓄池，可以实现对输水管网中的初期雨污精准截污并集中收集处理，减少了调蓄和处理的规模，大大提升了截污控源的功效。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开提供的用于流域治理的系统的一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1第一污水处理厂 100排水管网

2调蓄池 21清洗器 200居民区

31输水主管 32输水支管

33第一水泵 300流域

41检测设备 42电控阀门 43控制器

44水位检测器

5截污管 6第二污水处理厂 7第三污水处理厂

8第二水泵

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

如图1所示，本公开第一方面提供一种用于流域治理的系统，该系统包括第一污水处理厂1、多个用于收集初雨的调蓄池2、用于管控所述调蓄池水质水量的管控装置和输水管线；调蓄池2沿排水管网100分散设置，且调蓄池2的污水入口与排水管网100的出水口连通，调蓄池2的污水出口通过输水管线与第一污水处理厂1的进水口连通，相邻调蓄池2之间的距离为L，L＝排水管网中初雨流速×初雨时间，其中，排水管网中初雨流速为0.4-10m/s，初雨时间为20-40min；管控装置(图1中仅示出一个调蓄池的管控装置，其余管控装置未示出)包括化学需氧量检测设备41、电控阀门42和控制器43，化学需氧量检测设备41设置于调蓄池2的污水入口以检测调蓄池2的污水入口处污水的化学需氧量，电控阀门42设置于调蓄池2的污水入口处以控制调蓄池2的污水入口的开合，控制器43与化学需氧量检测设备41和电控阀门42连接以在化学需氧量检测设备41检测到调蓄池2的污水入口处污水的化学需氧量高于预设阈值时控制电控阀门42打开，而检测到调蓄池2的污水入口处污水的化学需氧量低于预设阈值时控制电控阀门42关闭。化学需氧量检测设备为本领域的技术人员所常规采用的，例如可以为化学需氧量检测仪。

现有调蓄池一般设置在排水管网末端，对于流域治理这种较大尺度的汇水范围的排水系统，水体在排水管网中流行的时间很长，多数可能需要几个小时。如果只在末端设置初期雨水或污水调蓄池，势必存在一种现象，即下游靠近调蓄池处所收集的雨水已经超过30分钟，水质较好，但此时上游降雨初期污染物浓度很高的水才经管网流到末端调蓄池处。为了收集远端污染物浓度很高的初期雨水，需要延长收集时间从而导致多收集近端本不需收集的雨水，无疑会显著加大收集和处理的规模，同时溢流规模的控制也难保障。本公开的系统通过在排水管网中分散布设调蓄池，并根据不同区域排水管网中初雨的流速和初雨的时间确定相邻调蓄池间的距离，使得排水管网中不同位置处的调蓄池可以实现精准截污控源，并对该位置处的初期雨水进行集中回收处理。同时，通过管控装置对调蓄池的水质水量进行检测、控制，当检测到调蓄池的污水入口处的污水的化学需氧量较低时，此时水质较好，可以控制电控阀门关闭调蓄池的污水入口，污水不再进入调蓄池，直接排入流域或作其它处理；当检测到调蓄池的污水入口处的污水的化学需氧量较高时，此时水质较差，可以控制电控阀门打开调蓄池的污水入口，污水进入调蓄池集中回收储存后再经污水处理厂处理，以实现根据实际水体情况截断污水，减少雨污调蓄和处理的规模，避免增加污水处理厂的处理量，有效控制溢流规模，进一步提高截污控源的效率和效果。

根据本公开，该系统还可以包括截污管5，截污管5可以与调蓄池2的污水入口连通。截污管可以将流域中的污水或流域附近工厂等产生的排放物进行回收并送入调蓄池中，具有截污控源的作用，避免河流污染物随水流而污染整个河流的水质。截污管可以为本领域的技术人员所常规采用的，其敷设方式可以根据河道的情况具体分析，例如可以为河边敷设截污管道、河道内敷设截污管，其他方式在此不再赘述。

一种具体实施方式，管控装置还可以包括用于检测调蓄池2中水位的水位检测器44，水位检测器44与控制器43相连以在水位检测器44检测调蓄池2中水位高于预定高度(例如最高高度)时控制电控阀门42关闭。水位检测器可以为任意种类的水位检测器，例如超声波式水位传感器、光电式水位传感器。水位检测器通过检测调蓄池中的水位将检测结果反馈给控制器，可以根据所检测到的调蓄池中的储水量进一步控制调蓄池污水入口处的电控阀门的开合，提高调蓄的准确性。

如图1所示，为了提高污水处理效率、降低能耗，本公开的系统还可以包括第二污水处理厂6和第三污水处理厂7，至少一个调蓄池2可以通过第二污水处理厂6与居民区200的中水回用系统连通，至少一个调蓄池2可以通过第三污水处理厂7与流域300连通。在调蓄池附近布设的第二污水处理厂和第三污水处理厂可以就近处理污水，并将净化达标的尾水就近回补河道等流域，或者结合城市的中水回用系统就近提供城市居民用水。这样既提高了水资源的循环利用率，又避免了以往长距离、高扬程补水的弊端，具有节能环保的优点。

根据本公开，调蓄池2还可以包括用于对调蓄池2进行清洗的清洗器21。由于调蓄池中储存的雨污中夹带较多的泥沙等污物杂质，在调蓄池中的雨污排出后这些颗粒物通常会在沉积于调蓄池的池底，导致池底泥沙堆积而减少调蓄池的有效池容，甚至会堵塞调蓄池的污水出口使得调蓄池无法完全发挥其功效。因此，在调蓄池排水后通过清洗器对进行及时清理，可以有效保证调蓄池的正常使用，保证调蓄效果。清洗器可以为本领域的技术人员所常规采用，例如水力喷射清洗器，其他种类的清洗器在此不再赘述。

如图1所示，一种具体实施方式，输水管线可以包括输水主管31与输水支管32，调蓄池2的污水出口可以通过输水支管32与输水主管31的入水口连通，输水主管31的出水口可以与第一污水处理厂1的进水口连通。分散设置的调蓄池通过输水支管就近与输水主管连通，避免了远程设置多条输水管路至污水处理厂、管路敷设距离过长的问题，减小管路维护难度，有利于对雨污进行集中回收处理。

根据本公开，如图1所示，输水主管31与输水支管32上可以设置有第一水泵33，以进一步提升输水主管与输水支管的输水效率，可以快速将调蓄池中的雨污输送至污水处理厂，进而可以大大提升污水处理效率。

根据本公开，一种具体实施方式，该系统还可以包括第二水泵8，第二水泵8的进水口可以连通排水管网100，出水口可以连通第一污水处理厂1的进水口，第二水泵可以为设置于泵房内的多个水泵。在雨季时降雨量较大，第二水泵关闭，此时排水管网中的雨污经调蓄池收集后再送入污水处理厂进行处理；但是在旱季时降雨量较小，此时开启第二水泵，排水管网内的雨污不再进入调蓄池集中收集，而是通过第二水泵被直接提升至第一污水处理厂进行净化处理，大大提高了本公开系统的操作灵活性和污水处理效率。

根据本公开，调蓄池2可以设置于地下以减少占地面积，一种优选的实施方式，可以在调蓄池上方设置人工湿地或各种文化景观，改善当地人民的生活环境。

本公开第二方面提供一种根据本公开第一方面的系统进行布设系统的方法，具体设备的布设方法可以参照现有技术进行，符合本公开系统的结构和分布方式即可。就具体布设而言，可以包括如下步骤：

S1、区域分析：对流域内雨污调蓄池分散设置的各项影响因素进行分析，根据流域范围内的排放口统计数据、雨污水流量、地形地势、地质条件、排放口入河情况及排水系统的近远期规划等条件，对整个需要治理的区域进行分析，将流域区域以合理的方式进行划分片区。合理划分区域、分散布设调蓄池，不但可以有效调控每个调蓄池所的接水量，使水量分布均衡，而且可以最大限度减少输水管网下游管道的管径，减少调蓄和后续处理的规模，使得整个流域的污水可以按上中下游进行均衡分配，也杜绝了下游系统压力过大而造成大范围排放口污水溢流的情况。

S2、调蓄池选址：根据每个片区内的排水管网和调蓄池分散位置的空间关系分析选取调蓄池建设位置。具体地，通过对一个片区的调研，找到排水管网下游地区的水文、地理、社会、经济等资料进行研究和分析，同时进行实地考察，结合初雨或合流污水水质随时间变化的规律，按管道中水体流行时间，并考虑用地、高程和水力连接等情况，全面综合分析流域内各区块间相互影响选择最适合设置调蓄池的地点。并结合土地占用、移民补偿、水源地保护等技术因素以外的社会因素，通盘考虑，进行全面的可行性分析。

S3、调蓄池容量计算：根据片区排水管网的情况，采用调蓄池容积计算方法计算和校核调蓄池容量，调蓄池容量主要根据其服务范围内的截流口流量和初雨收集时长来确定。可以先采用初雨水量对于时间累积的方法和截留倍数法进行初步计算，同时考虑到其服务区域内排水管网的运行情况，按照实际沿河排放口在雨季不溢流的情况进行复核计算调蓄池规模，结合沿河排放口的统计和各排放口的管径大小，确定限流管管径，按照20-40分钟计算初期雨水容积，经过计算和复核后初步确定调蓄池容量。

调蓄池容积计算方法如下所示：

(1)初雨水量对时间的累积法

暴雨强度是降雨量关于时间的函数，故初雨水量也是关于时间的累积过程。当汇水面积超过2km²时，宜考虑降雨在时空分布的不均匀性和管网汇流过程，采用数学模型法计算雨水设计流量：

式中：Q_s为雨水设计流量(L/s)；t为降雨历时(min)；p为设计重现年(年)；

为径流系数；F为汇水面积(hm²)；A₁，C，b，n为根据统计方法进行计算确定的参数。

(2)截留倍数法

当用于合流制排水管网的径流污染控制时，调蓄池有效容积可以按照下式计算：

V＝3600t_i(n-n₀)Q_drβ

式中：V为调蓄池有效容积(m³)；t_i为调蓄池进水时间(h)，宜采用0.5h-1h。当合流制排水系统雨天溢流污水水质在单次降雨事件中无明显初期效应时，宜取上限；反之可取下限；n为调蓄池建成运行后的截流倍数，由要求的污染负荷目标削减率、当地截留倍数和截留量占降雨量比例之间的关系求得；n₀为系统原截留倍数；Q_dr为截流井以前的旱流污水量(m³/s)；β为安全系数，可取1.1-1.5。

当用于分流制排水管网径流污染控制时，调蓄池的有效容积可以按照下式计算：

式中：V为调蓄池有效容积；D为调蓄量(mm)，按降雨量计，可取4mm-8mm；F为汇水面积(hm²)；

为径流系数；β为安全系数，可取1.1-1.5。

当用于削减排水管道洪峰流量时，调蓄池的有效容积可以按照下式计算：

式中：V为调蓄池有效容积；α为脱过系数，取值为调蓄池下游设计流量和上游设计流量之比；Q_i为调蓄池上游设计流量(m³/min)；b、n为暴雨强度公式参数；t为降雨历时(min)。

S4、水量水质平衡分析：计算入河道污染物总量、河道水量，通过与流域内考核目标进行比较，如果达标则设计方法可行；如果不达标则需通过不断调整截污管尺寸和调蓄池容积以及流域治理的其他单元，配合进行水质、水量平衡分析以确定调蓄池最合适的规模。

此外，根据流域地域特点选择合适的河流生态环境需水量计算模型，分析当地水量供需平衡。为保障流域内生态环境的有利发展，可以根据流域实际情况，选择适合的几种模型进行计算，并以各种计算结果相比的外包线作为该河流最小生态环境需水量。根据模型计算的生态环境需水量，分析流域内水量供需，若为丰水型流域，调蓄池内贮水在降雨过后进入水质净化站或污水处理厂进行处理达标后即可正常排放。若为缺水型流域，水量无法满足流域内河流的生态需水量，需要对河流进行补水，此时流域治理过程中分散布设的各调蓄池，经水质净化站或污水厂对污水和雨水进行处理达标后，可以就近排放入各支流和干流对河道进行生态补水，此外，再生水资源还可以再次进行生产、生活循环利用。

S5、设置管控装置：以水质模型和洪水预报模型为基础，在各区块截污口，调蓄池入口、河道断面等处设置多维在线监测设备，通过监测水质、雨量、管网流量等各方信息并经平台软件信息数据分析，利用远程控制技术控制各调蓄池的进水闸门开合。

在分散式调蓄池中安装自动化智慧控制设备，可以分区域分段对水量和水质进行实时监测，根据每个区域、每条支流不同的水量和水质变化情况进行针对性的控制收集。一方面可以最大程度的收集污染物浓度高的雨污，另一方面又可以最大程度的降低无效的收集规模。在流域治理过程中，可以对干流沿河所有较大的排放口设置水质在线监测设备及水质闸门，并在每个调蓄池入口也设置水质在线监测设备及水质闸门。采用本公开的方法可以实时监测主要排放口在整个降雨过程中水量和水质变化，并通过中控平台实现远程自动化控制，在区域混合污水水质转好后或者水量达到控制标准后可以及时关闭该区域水质闸门，实现精准截污。

上述步骤S1-S5可以根据具体流域的具体情况进行具体分析，综合把控，以治理效果最优和经济效益最好为宜。

下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

实施例

如图1所示，一种用于流域治理的系统，包括第一污水处理厂1、第二污水处理厂6、第三污水处理厂7、设置于排水管网100处的调蓄池2、用于管控所述调蓄池水质水量的管控装置、输水主管31和输水支管32。

其中，调蓄池2的污水入口与排水管网100的出水口连通，调蓄池2的污水出口通过输水支管32与输水主管31的入水口连通，输水主管31的出水口与第一污水处理厂1的进水口连通，输水主管与输水支管上设置有第一水泵33。流域300中设置有截污管，截污管5与调蓄池的污水入口连通。

相邻调蓄池2与调蓄池2之间的距离为3.6km，居民区200附近的调蓄池通过其附近的第二污水处理厂6与居民区200的中水回用系统连通，流域300附近的调蓄池通过第三污水处理厂7与流域300连通，以将净化达标的水就近补回河流或者送回至居民区。调蓄池2内设置有水力喷射清洗器和超声波式水位传感器，水力喷射清洗器可以将调蓄池在调蓄池内排净水后将其内存积的污染物清洁除去，超声波式水位传感器测量调蓄池中的水位并将控制电控阀门的开合。调蓄池设置于地下。

管控装置包括设置于调蓄池2的污水入口处的化学需氧量检测仪41、设置于调蓄池2的污水入口处的电控阀门42和控制器43。控制器43与化学需氧量检测设备41和电控阀门42连接，当在化学需氧量检测设备41检测到调蓄池2的污水入口处污水的化学需氧量高于50mg/L的预设阈值时控制电控阀门42打开，而当检测到调蓄池2的污水入口处污水的化学需氧量低于50mg/L的预设阈值时控制电控阀门42关闭。

排水管网100处还设置有第二水泵8，第二水泵8的进水口连通排水管网100，出水口连通第一污水处理厂1的进水口，可以在旱季时将雨污直接提升至污水处理厂1进行处理。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于流域治理的系统，其特征在于，该系统包括第一污水处理厂(1)、多个用于收集初雨的调蓄池(2)、用于管控所述调蓄池水质水量的管控装置和输水管线；

所述调蓄池(2)沿排水管网(100)分散设置，且调蓄池(2)的污水入口与排水管网(100)的出水口连通，所述调蓄池(2)的污水出口通过输水管线与所述第一污水处理厂(1)的进水口连通，相邻所述调蓄池(2)之间的距离为L，L＝排水管网中初雨流速×初雨时间，其中，所述排水管网中初雨流速为0.4-10m/s，初雨时间为20-40min；

所述管控装置包括化学需氧量检测设备(41)、电控阀门(42)和控制器(43)，所述化学需氧量检测设备(41)设置于调蓄池(2)的污水入口以检测调蓄池(2)的污水入口处污水的化学需氧量，所述电控阀门(42)设置于所述调蓄池(2)的污水入口处以控制调蓄池(2)的污水入口的开合，所述控制器(43)与所述化学需氧量检测设备(41)和电控阀门(42)连接以在化学需氧量检测设备(41)检测到调蓄池(2)的污水入口处污水的化学需氧量高于预设阈值时控制电控阀门(42)打开，而检测到调蓄池(2)的污水入口处污水的化学需氧量低于预设阈值时控制电控阀门(42)关闭。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括截污管(5)，所述截污管(5)与所述调蓄池(2)的污水入口连通。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管控装置还包括用于检测调蓄池(2)中水位的水位检测器(44)，所述水位检测器(44)与所述控制器(43)相连以在水位检测器(44)检测调蓄池(2)中水位高于预定高度时控制所述电控阀门(42)关闭。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第二污水处理厂(6)和第三污水处理厂(7)，至少一个所述调蓄池(2)通过第二污水处理厂(6)与居民区(200)的中水回用系统连通，至少一个所述调蓄池(2)通过第三污水处理厂(7)与流域(300)连通。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调蓄池(2)还包括用于对调蓄池(2)进行清洗的清洗器(21)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输水管线包括输水主管(31)与输水支管(32)，所述调蓄池(2)的污水出口通过输水支管(32)与所述输水主管(31)的入水口连通，所述输水主管(31)的出水口与第一污水处理厂(1)的进水口连通。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述输水主管(31)与输水支管(32)上设置有第一水泵(33)。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第二水泵(8)，所述第二水泵(8)的进水口连通所述排水管网(100)，出水口连通所述第一污水处理厂(1)的进水口。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调蓄池(2)设置于地下。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述系统进行布设系统的方法。

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