CN112067264A - 用于测试截流装置的限流效果的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测试截流装置的限流效果的系统及方法，包括：限流池底部设有排水口，顶部设有溢流口，排水口处能够安装截流装置，以改变排水口的过流面积；集水池低于限流池的排水口且分别与排水口和溢流口相连接；升装置设于集水池内，用于将集水池内的水提升至限流池内；测量模块用于测量排水口的流量和溢流口的流量；控制模块分别与提升装置、测量模块和截流装置连接，控制模块控制提升装置的操作，并根据测量模块测得的排水口的流量控制截流装置改变排水口的过流面积，以测试截流装置的限流效果。本发明实现了对截流装置的限流效果的量化，且能耗低、操作维护简单、设备投入少。

Description

用于测试截流装置的限流效果的系统及方法

技术领域

本发明属于市政污水治理技术领域，更具体地，涉及一种用于测试截流装置的限流效果的系统及方法。

背景技术

整治城市黑臭水体，实现河道清洁、河水清澈、河岸美丽，对于促进城市生态文明建设、提升城市品质、促进经济发展具有重要意义。国内外很多黑臭水体整治技术采用截流的方式，在工程案例中，通常在截污井内设置截流装置，以充分发挥截污井的限流作用。比如晴天时，截污井使直排入河的污水改道进入污水处理系统；而初雨时，使雨污混合液进入污水处理系统进行处理；随着降雨强度和降雨历时增加，井内水位上升，截污管道上设置的截流装置开启，截流装置通过缩小过流面积来控制混合液入污水厂水量以及溢流入河水量。由此可见，截流装置直接影响污水厂运行状态以及污染物入河量，从而直接关系黑臭水体治理品质和流域整体水环境质量。截流装置对市政实际污水处理能力也具有很大的调节作用，市政实际污水处理能力包括污水处理厂处理能力、河流生态容纳量和配套雨水调蓄设施调节能力，要保证市政排水系统稳定运行，则必须保证排水量不大于污水处理厂处理能力，溢流水量不大于河流生态容纳量，且积水量不能大于配套雨水调蓄设施调节能力。

近年来，很多工程引进了截流装置，但是普遍存在溢流污水水量、入污水厂水量不明，污染物入河、入厂总量不明的现象，因此无法判断截流装置的限流效果，不能满足对于水环境治理的高标准要求，不能够适应行业厂、网、河流域统筹考虑的大趋势要求，也不能够满足未来智慧水务大数据调控的要求。

因此期待研发一种用于测试截流装置的限流效果的系统及方法，测试截流装置的限流效果，实现对截流装置的限流效果的量化。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测试截流装置的限流效果的系统及方法，测试截流装置的限流效果，实现对截流装置的限流效果的量化，且能耗低、操作维护简单、设备投入少。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于测试截流装置的限流效果的系统，包括：

限流池，所述限流池底部设有排水口，顶部设有溢流口，所述排水口处能够安装所述截流装置，以改变所述排水口的过流面积；

集水池，所述集水池低于所述限流池的排水口且分别与所述排水口和溢流口相连接；

提升装置，所述提升装置设于所述集水池内，用于将所述集水池内的水提升至所述限流池内；

测量模块，所述测量模块分别用于测量所述排水口的流量和所述溢流口的流量；

控制模块，所述控制模块分别与所述提升装置、所述测量模块和所述截流装置连接，所述控制模块控制所述提升装置的操作，并根据所述测量模块测得的所述排水口的流量控制所述截流装置改变所述排水口的过流面积，以测试所述截流装置的限流效果。

可选地，所述测量模块包括第一流量计，所述第一流量计设置于所述截污干管上，所述第一流量计连接于所述控制模块；

当所述第一流量计测得的流量大于预设值时，所述控制模块控制所述截流装置减小所述排水口的过流面积。

可选地，还包括稳流池，所述稳流池设置于所述限流池与所述集水池之间，所述稳流池低于所述限流池的排水口且高于所述集水池，所述限流池的排水口通过连接管连接于所述稳流池，所述稳流池通过截污干管连接于所述集水池；

所述测量模块还包括第二流量计，所述限流池的溢流口与所述集水池之间通过溢流管连接，所述第二流量计设置于所述溢流管上，所述第二流量计与所述控制模块连接。

可选地，所述截污干管上还包括阀门，所述阀门设置于所述第一流量计的下游，所述阀门与所述控制模块电连接。

可选地，所述集水池的容积不小于所述限流池和所述稳流池的容积之和。

可选地，所述提升装置包括泵和合流干管，所述泵设置于所述集水池底部，所述合流干管连接于所述集水池与所述限流池之间，所述集水池中的水能够在所述泵的作用下通过所述合流干管回流至所述限流池中。

可选地，所述合流干管的管径与所述溢流管的管径相等，所述连接管的管径与所述截污干管的管径相等，且所述合流干管的管径大于所述连接管的管径。

可选地，所述控制模块分别计算所述第一流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比以及所述第二流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比。

本发明还提供一种测试截流装置的限流效果的方法，利用上述的用于测试截流装置的限流效果的系统，所述方法包括如下步骤：

1)向集水池中注入足够的启动水源，将截流装置安装于排水口；

2)启动提升装置，将集水池中的水源提升至限流池，使系统进入晴天运行状态；

3)逐渐增加提升装置的流量，使系统进入初期降雨运行状态，测量模块将测得的所述排水口的流量实时传输至控制模块，控制模块根据所述排水口的流量控制截流装置逐渐减小排水口的过流面积；

可选地，所述系统还包括稳流池，所述稳流池设置于所述限流池与所述集水池之间，所述稳流池低于所述限流池的排水口且高于所述集水池，所述限流池的排水口通过连接管连接于所述稳流池，所述稳流池通过截污干管连接于所述集水池；

所述测量模块包括还第二流量计，所述限流池的溢流口与所述集水池之间通过溢流管连接，所述第二流量计设置于所述溢流管上，所述第二流量计与所述控制模块连接；

所述方法还包括：

4)当排水口的过流面积达到最小值时，控制提升装置的流量保持稳定，系统进入降雨稳定期，当限流池内水位上升至溢流水位，溢流现象发生，所述第二流量计将测得的流量实时传输至控制模块；

5)所述控制模块分别计算所述第一流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比以及所述第二流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比。

本发明的有益效果在于：

1、本方案利用限流池模拟截污井，利用提升装置模拟降雨，排水口模拟截污进厂，溢流口模拟溢流入河，同时利用测量模块收集水量数据反馈至控制模块，通过控制模块控制截流装置调节截污进厂和溢流入河的水量，能够模拟市政合流制截污管道实际运行情况，充分发挥其功能，并明确在截流装置的作用下截污进厂水量和溢流入河水量，而且结构简单紧凑，造价低且占地面积小；限流池和集水池沿水流方向设置，使排水口和溢流口的水流自动汇合至集水池，节省了水流推动能量；测试用水可以循环利用。

2、利用本方法进行截流装置限流效果的测试，能够通过排水量和溢流适量实时反馈截流装置不同阶段的限流效果，实现对截流装置的限流效果的量化，且能耗低、操作维护简单、设备投入少。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于测试截流装置的限流效果的系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的用于测试截流装置的限流效果的系统的流程图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的截流装置的开启状态示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的截流装置的半关闭状态示意图。

附图标记说明

1、限流池；2、稳流池；3、集水池；4、合流干管；5、连接管；6、截污干管；7、溢流管；8、截流装置；9、泵10、第一流量计；11、第二流量计；12、控制模块；13、阀门。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明公开了一种用于测试截流装置的限流效果的系统，包括：

限流池，限流池底部设有排水口，顶部设有溢流口，排水口处能够安装截流装置，以改变排水口的过流面积；

集水池，集水池低于限流池的排水口且分别与排水口和溢流口相连接；

提升装置，提升装置设于集水池内，用于将集水池内的水提升至限流池内；

测量模块，测量模块用于测量排水口的流量和溢流口的流量；

控制模块，控制模块分别与提升装置、测量模块和截流装置连接，控制模块控制提升装置的操作，并根据测量模块测得的所述排水口的流量控制截流装置改变排水口的过流面积，以测试截流装置的限流效果。

具体地，本方案利用限流池模拟截污井，利用提升装置模拟降雨，排水口模拟截污进厂，溢流口模拟溢流入河，同时利用测量模块收集水量数据反馈至控制模块，通过控制模块控制截流装置调节截污进厂和溢流入河的水量，能够模拟市政合流制截污管道实际运行情况，充分发挥其功能，并明确在截流装置的作用下截污进厂水量和溢流入河水量，而且结构简单紧凑，造价低且占地面积小；限流池和集水池沿水流方向设置，使排水口和溢流口的水流自动汇合至集水池，节省了水流推动能量；测试用水可以循环利用。

作为可选方案，测量模块包括第一流量计，第一流量计设置于截污干管上，第一流量计连接于控制模块；

当第一流量计测得的流量大于预设值时，控制模块控制截流装置减小排水口的过流面积。

具体地，第一流量计设置于截污干管上，其所在位置应该距离截污干管上游端至少5倍管径的距离，距下游端至少3倍管径的距离。

作为可选方案，还包括稳流池，稳流池设置于限流池与集水池之间，稳流池低于限流池的排水口且高于集水池，限流池的排水口通过连接管连接于稳流池，稳流池通过截污干管连接于集水池；

测量模块还包括第二流量计，限流池的溢流口与集水池之间通过溢流管连接，第二流量计设置于溢流管上，第二流量计与控制模块连接。

具体地，在截污干管前端设置稳流池，能够稳定水流，缓解管道流态变化，为截污干管流量的计量提供稳定的水流，第二流量计设置于溢流管上，其所在位置应该距离溢流管上游端至少5倍管径的距离，距下游端至少3倍管径的距离。。

本发明为了优化装置空间布置，减少占地面积，将传统的分散的功能：限流、稳流和截流，优化结合到同一系统中，通过提升装置将集水池中的水提升至限流池，然后通过管道坡度设计、统筹各区竖直高度，利用重力作用作为水流推动力，连接管、截污干管、溢流管中的水流再次汇合至集水池，水流闭合。

作为可选方案，截污干管上还包括阀门，阀门设置于第一流量计的下游，阀门与控制模块电连接。

具体地，在系统发生故障时控制模块能够通过关闭阀门，阻止截污干管中的水流入集水池。

作为可选方案，集水池的容积不小于限流池和稳流池的容积之和。

具体地，集水池的容积足够大，能够为系统提供足够的水源，同时能够避免系统中的水溢流，在系统未运行时，能够将限流池和稳流池中的水都存入集水池中。

作为可选方案，提升装置包括泵和合流干管，泵设置于集水池底部，合流干管连接于集水池与限流池之间，集水池中的水能够在泵的作用下通过合流干管回流至限流池中。

作为可选方案，合流干管的管径与溢流管的管径相等，连接管的管径与截污干管的管径相等，且合流干管的管径大于连接管的管径。

具体地，在本系统中，限流池为A、稳流池为B、集水池为C，限流池A主要功能是模拟截污井对上游收集的混合污水进行分流的作用，使一部分进入污水厂即截污干管，另一部分溢流入外界水体即溢流管；稳流池B主要功能是提供稳定水流；集水池C主要功能是收集限流池A的溢流水量、稳流池B的出水量，同时通过提升装置为限流池A提供水源；

连接管为L_A-B，管径D_A-B；截污干管为L_B-C管径D_B-C；合流干管为L_C-A，管径D_C-A；溢流管为L_A-C，管径D_A-C；其中管径关系D_C-A＝D_A-C＞D_A-B＝D_B-C，流量关系Q_C-A>Q_A-B＝Q_B-C＝(n+1)Q_dr(n为截污干管截流倍数，Q_dr为旱季污水量)，Q_C-A≈Q_A-C+Q_A-B；长度L_B-C＞＝5*D_B-C+L_J1+3*D_B-C，L_A-C＞＝5*D_A-C+L_J2+3*D_A-C(L_J1为第一流量计所占用管道长度，L_J2为第二流量计所占用管道长度)；管内底高程H的相对关系H_A-C＞H_C-A＞H_A-B＝H_B-C，各管道坡度i对应其管径常用坡度；容积V_C＞＝V_A+V_B，V_B>V_A。

作为可选方案，控制模块分别计算第一流量计测得的流量与提升装置的提升流量之比以及第二流量计测得的流量与提升装置的提升流量之比。

具体地，控制模块优选为PLC控制器，利用PLC控制器获取截污干管中的流量来控制截流装置开启度以调节进入截污干管的水量，从根本上控制水量排放，对限流效果的量化具有重要作用；

第一流量计测得的流量即为排水口进入截污干管的水量，第二流量计测得的流量即为溢流口进入溢流管的水量，通过控制模块计算排水量与提升装置的提升流量之比以及溢流量与提升装置的提升流量之比，既能体现出截流装置的截流效果，并通过各部分水量所占的比例将截流的效果量化。

本发明还公开了一种测试截流装置的限流效果的方法，利用上述的用于测试截流装置的限流效果的系统，方法包括如下步骤：

1)向集水池中注入足够的启动水源，将截流装置安装于排水口；

2)启动提升装置，将集水池中的水源提升至限流池，使系统进入晴天运行状态；

3)逐渐增加提升装置的流量，使系统进入初期降雨运行状态，测量模块将测得的排水口的流量实时传输至控制模块，控制模块根据排水口的流量控制截流装置逐渐减小排水口的过流面积。

作为可选方案，系统还包括稳流池，稳流池设置于限流池与集水池之间，稳流池低于限流池的排水口且高于集水池，限流池的排水口通过连接管连接于稳流池，稳流池通过截污干管连接于集水池；

测量模块还包括第二流量计，限流池的溢流口与集水池之间通过溢流管连接，第二流量计设置于溢流管上，第二流量计与控制模块连接；

所述方法还包括：

4)当排水口的过流面积达到最小值时，控制提升装置的流量保持稳定，系统进入降雨稳定期，当限流池内水位上升至溢流水位，溢流现象发生，所述第二流量计将测得的流量实时传输至控制模块；

5)控制模块分别计算第一流量计测得的流量与提升装置的提升流量之比以及第二流量计测得的流量与提升装置的提升流量之比。

具体地，利用本方法进行截流装置限流效果的测试，能够通过排水量和溢流适量实时反馈截流装置不同阶段的限流效果，实现对截流装置的限流效果的量化，且能耗低、操作维护简单、设备投入少。

系统运行时，控制模块根据测量模块测得的数据调节截流装置，控制排水量，使排水量不高于预设值(相当于污水处理厂处理能力)，并同步监测溢流水量，其中排水量相当于截污进厂量，溢流水量相当于溢流入河量，利用排水量与提升装置流量之比及溢流水量与提升装置流量之比，量化截流装置的限流效果，体现截流装置的限流能力。

实施例

图1示出了本实施例的用于测试截流装置的限流效果的系统的结构示意图；图2示出了本实施例的用于测试截流装置的限流效果的系统的流程图。

如图1、图2所示，用于测试截流装置的限流效果的系统，包括：限流池1、稳流池2和集水池3，集水池3的容积大于限流池1和稳流池2的容积之和；

限流池1为矩形池体，其中一个侧壁的下部设有排水口，另一个侧壁的上部设有溢流口，截流装置8安装于限流池1中的排水口处，以改变排水口的过流面积，安装示意图如图3和图4所示，截流装置的开启状态如图3所示，截流装置的半关闭状态如图4所示；

限流池1的排水口通过连接管5连接于稳流池2，稳流池2通过截污干管6连接于集水池3，集水池3通过提升装置连接于限流池1，限流池1的溢流口与集水池3之间通过溢流管7连接；系统运行时，通过提升装置将集水池3中的水提升至限流池1，然后通过管道坡度设计，利用重力作为水流推动力，使连接管5、截污干管6、溢流管7中的水流再次汇合至集水池3，水流闭合；

其中，提升装置包括泵9和合流干管4，泵9设置于集水池3底部，合流干管4连接于集水池3与限流池1之间，集水池3中的水能够在泵9的作用下通过合流干管4回流至限流池1中；

测量模块包括第一流量计10和第二流量计11，第一流量计10设置于截污干管6上，用于测量截污干管6中的排水量，第二流量计11设置于溢流管7上，用于测量溢流管7中的溢流水量，阀门13设置于截污干管6上且位于第一流量计10的下游

控制模块12为PLC控制器，分别连接于泵9、截流装置8、第一流量计10、第二流量计11和阀门13，当第一流量计10测得的流量大于预设值时，PLC控制器控制截流装置8减小排水口的过流面积，并且分别计算第一流量计测得的流量与提升装置的提升流量之比以及第二流量计测得的流量与提升装置的提升流量之比。

利用上述系统测试截流装置的限流效果的方法包括如下步骤：

1)向集水池3中注入足够的启动水源，将截流装置8安装于排水口；

2)启动提升装置，将集水池3中的水源提升至限流池1，使系统进入晴天运行状态；

3)逐渐增加提升装置的流量，使系统进入初期降雨运行状态，测量模块将测得的所述排水口的流量实时传输至PLC控制器，PLC控制器根据所述排水口的流量控制截流装置8逐渐减小排水口的过流面积；

4)当排水口的过流面积达到最小值时，控制提升装置的流量保持稳定，系统进入降雨稳定期，当限流池内水位上升至溢流水位，溢流现象发生，，所述第二流量计将测得的流量实时传输至PLC控制器；

5)PLC控制器分别计算所述第一流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比以及所述第二流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比，利用出排水量占提升装置流量的比例和溢流水量占提升装置流量的比例，量化截流装置8的限流效果。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，包括：

限流池，所述限流池底部设有排水口，顶部设有溢流口，所述排水口处能够安装所述截流装置，以改变所述排水口的过流面积；

集水池，所述集水池低于所述限流池的排水口且分别与所述排水口和溢流口相连接；

提升装置，所述提升装置设于所述集水池内，用于将所述集水池内的水提升至所述限流池内；

测量模块，所述测量模块用于测量所述排水口的流量和所述溢流口的流量；

控制模块，所述控制模块分别与所述提升装置、所述测量模块和所述截流装置连接，所述控制模块控制所述提升装置的操作，并根据所述测量模块测得的所述排水口的流量控制所述截流装置改变所述排水口的过流面积，以测试所述截流装置的限流效果。

2.根据权利要求1所述的用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，所述测量模块包括第一流量计，所述第一流量计设置于所述截污干管上，所述第一流量计连接于所述控制模块；

当所述第一流量计测得的流量大于预设值时，所述控制模块控制所述截流装置减小所述排水口的过流面积。

3.根据权利要求2所述的用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，还包括稳流池，所述稳流池设置于所述限流池与所述集水池之间，所述稳流池低于所述限流池的排水口且高于所述集水池，所述限流池的排水口通过连接管连接于所述稳流池，所述稳流池通过截污干管连接于所述集水池；

所述测量模块还包括第二流量计，所述限流池的溢流口与所述集水池之间通过溢流管连接，所述第二流量计设置于所述溢流管上，所述第二流量计与所述控制模块连接。

4.根据权利要求3所述的用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，所述截污干管上还包括阀门，所述阀门设置于所述第一流量计的下游，所述阀门与所述控制模块电连接。

5.根据权利要求3所述的用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，所述集水池的容积不小于所述限流池和所述稳流池的容积之和。

6.根据权利要求3所述的用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，所述提升装置包括泵和合流干管，所述泵设置于所述集水池底部，所述合流干管连接于所述集水池与所述限流池之间，所述集水池中的水能够在所述泵的作用下通过所述合流干管回流至所述限流池中。

7.根据权利要求6所述的用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，所述合流干管的管径与所述溢流管的管径相等，所述连接管的管径与所述截污干管的管径相等，且所述合流干管的管径大于所述连接管的管径。

8.根据权利要求3所述的用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，所述控制模块分别计算所述第一流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比以及所述第二流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比。

9.一种测试截流装置的限流效果的方法，利用根据权利要求1-8中任意一项所述的用于测试截流装置的限流效果的系统，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)向集水池中注入足够的启动水源，将截流装置安装于排水口；

2)启动提升装置，将集水池中的水源提升至限流池，使系统进入晴天运行状态；

3)逐渐增加提升装置的流量，使系统进入初期降雨运行状态，测量模块将测得的所述排水口的流量实时传输至控制模块，控制模块根据所述排水口的流量控制截流装置逐渐减小排水口的过流面积。

10.根据权利要求9所述的测试截流装置的限流效果的方法，其特征在于，所述系统还包括稳流池，所述稳流池设置于所述限流池与所述集水池之间，所述稳流池低于所述限流池的排水口且高于所述集水池，所述限流池的排水口通过连接管连接于所述稳流池，所述稳流池通过截污干管连接于所述集水池；

所述测量模块包括还第二流量计，所述限流池的溢流口与所述集水池之间通过溢流管连接，所述第二流量计设置于所述溢流管上，所述第二流量计与所述控制模块连接；

所述方法还包括：

4)当排水口的过流面积达到最小值时，控制提升装置的流量保持稳定，系统进入降雨稳定期，当限流池内水位上升至溢流水位，溢流现象发生，所述第二流量计将测得的流量实时传输至控制模块；

5)所述控制模块分别计算所述第一流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比以及所述第二流量计测得的流量与所述提升装置的提升流量之比。

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