CN113089790B - 一种提升污染治理设施运行效能的排水系统及调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升污染治理设施运行效能的排水系统及调度方法，它包括用于收集雨水和污水的雨污水收集单元，所述雨污水收集单元通过排放单元与受纳水体相连；所述雨污水收集单元上连通有用于蓄水的调蓄池单元；所述雨污水收集单元上连接有用于对污水进行处理的污水处理单元，所述污水处理单元的排放端与受纳水体相连；还包括用于进行控制调度的调度单元。利用受纳水体纳污能力、污水处理单元处理能力，减少了调蓄单元的储水量，进而降低调蓄池运行能耗，具有高度产业利用价值。

Description

一种提升污染治理设施运行效能的排水系统及调度方法

技术领域

本发明涉及生态环保工程技术领域，尤其涉及一种提升污染治理设施运行效能的排水系统及调度方法。

背景技术

城市排水系统是城市水环境治理、保障受纳水体实现管控目标的重要设施，为进一步降低污水雨水对城市水环境的污染，城市排水系统增建了许多治理设施；在城市污水雨水共管的合流制排水系统中，增建合流污水调蓄池已成为主要手段之一。一般在降雨开始时就启动调蓄池池，将部分合流污水引入调蓄池，待降雨结束后再将调蓄池内的合流污水转输至污水处理设施。调蓄池一般建设于地表以下，转输其合流污水以及降低内部污水臭气对环境和安全的影响，需设置提升及通风除臭设施，此需耗费大量的能源，运行的效能不高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种提升污染治理设施运行效能的排水系统及调度方法。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种提升污染治理设施运行效能的排水系统，其特征在于：它包括用于收集雨水和污水的雨污水收集单元，所述雨污水收集单元通过排放单元与受纳水体相连；所述雨污水收集单元上连通有用于蓄水的调蓄池单元；所述雨污水收集单元上连接有用于对污水进行处理的污水处理单元，所述污水处理单元的排放端与受纳水体相连；

还包括用于进行控制调度的调度单元。

所述雨污水收集单元包括多个污水产生区，所有的所述污水产生区都通过连通管与合流管道相连通；

所述合流管道通过雨水篦子与地面雨水相连通。

所述合流管道的管径按照可排放污水产生区远期产生量的最高峰值加上一定量的雨水量设计建设，一定量的雨水量至少为1倍的污水最高峰值；

晴天时，所述合流管道内只有污水产生区的污水，经污水处理单元处理后尾水排放受纳水体；

降雨时，所述合流管道内为污水产生区的污水、地面径流经雨水篦子进入的雨水混合形成的合流污水，合流污水的流动由各治理设施根据调度指令运行。

所述污水处理单元包括提升泵组，提升泵组通过进厂管与预处理装置相连，预处理装置通过连接管与生化处理装置相连，生化处理装置的排水口连接有尾水出水管。

所述连接管上安装有控制开关，所述预处理装置和尾水出水管之间安装有超越管，所述超越管上安装有超越开关。

所述排放单元包括排放管，所述排放管上安装有排放开关；

晴天时，关闭排放开关，合流管道内的污水不进入排放管；

降雨时，关闭排放开关，合流污水不进入排放管；打开排放开关，合流污水进入排放管，进入量的全部排入受纳水体。

所述调蓄池单元包括顺水流方向依次布置的进水开关、进水管、调蓄池、出水开关和出水管；

所述调蓄池位于地表以下，水流通过重力进入调蓄池，通过动力提升出调蓄池；

晴天时，调蓄池内有合流污水，打开出水开关，通过动力将池内合流污水转输至合流管道，进入污水处理单元；

降雨时，关闭进水开关，合流污水不进入调蓄池；打开进水开关，合流污水进入调蓄池。

所述调度单元由监测中心单元和调度中心单元构成；

所述监测中心单元设置有受纳水体监测装置、预处理监测装置、生化处理监测装置、尾水监测装置、排放监测装置、超越监测装置；

受纳水体监测装置安装于受纳水体内，各排入口的下游；预处理监测装置安装于连接管上，并位于控制开关前；生化处理监测装置安装于生化处理装置的出口；尾水监测装置安装于尾水出水管入受纳水体的出口；排放监测装置安装于排放管入受纳水体的出口；超越监测装置安装于超越管上；

受纳水体监测装置测量与纳污能力计算相关的参数；

各监测装置通过无线或者有线通讯与监测中心单元连接，监测中心单元向调度中心按时间发送所测量的参数；

所述调度中心单元设置有纳污能力计算模块、排污量分配模块和调度指令模块。

所述纳污能力计算模块能够根据从监测中心单元接受的相关参数，通过计算机制计算出单位时间内受纳水体的纳污能力，纳污能力为动态值；

排污量分配模块由尾水出水管最大承担量计算机制、排放管最大承担量计算机制、分配机制组成；尾水出水管最大承担量和排放管最大承担量，能够根据从监测中心单元接受的相关参数，通过计算机制计算得出，为动态值；根据动态的纳污能力，排污量按三级分配形成分配机制，第一级按尾水出水管最大承担量，剩下为第二级，按排放管最大承担量，再剩下为第三级按调蓄池承担；分配至各级的排污量为动态值，排污量分配总是优先满足第一级；

调度指令模块，根据分配机制形成的动态分配的排污量、监测中心单元发送的监测参数，形成动态的调度指令；污水处理单元、排放单元、调蓄池单元接受调度指令运行内部开关的开启、关闭，管控各设施内部流动水量及向受纳水体排放的水量。

提升污染治理设施运行效能的排水系统的调度方法，通过纳污能力计算模块、排污量分配模块、调度指令模块构建的调度中心单元，调度雨污水收集单元、污水处理单元、排放单元、调蓄池单元实现，调度中心单元的纳污能力计算模块计算出受纳水体的动态纳污能力，排污量分配模块根据分配机制形成排污量的动态分配，调度指令模块根据动态分配的排污量、排入浓度生成动态的调度指令，污水处理单元、排放单元、调蓄池单元接受调度指令运行内部开关的开启、关闭，管控各设施内部流动水量及向受纳水体排放的水量；

其中，受水质目标管控的受纳水体具有自然净化能力，单位时间内一般均可接受一定量的外部排污量而水质目标仍可实现，可接受的单位时间最大外部排污量称为水体的纳污能力，纳污能力根据水体流动性、水体水量、气候和水体环境通过数学公式形成的计算机制计算得出，水体环境发生变化时，纳污能力也会变化，单位时间采用小时、天、月或年，其与管控的水质目标所要求的时间单位一致；

水体流动性强、水体水量大时，纳污能力大，可接受的单位时间最大外部排污量大；水体流动性弱、水体水量小时，纳污能力小，可接受的单位时间最大外部排污量小，单位时间外部排污量小于纳污能力时，水质目标仍可实现；

单位时间外部排入水量相同，排入浓度低，则排污量低；排入浓度高，则排污量高；单位时间外部排入浓度相同，排入水量小，则排污量低；排入水量大，则排污量高。

本发明有如下有益效果：

1、本发明具有节能、降耗、精准实施的特点，可提升排水系统污染治理设施的运行效能。

2、本发明利用受纳水体纳污能力、污水处理单元处理能力，减少了调蓄单元的储水量，进而降低调蓄池运行能耗，具有高度产业利用价值。

3、通过本发明的雨污水收集单元能够对雨水和污水进行有效的收集。

4、通过本发明的污水处理单元能够用于对污水进行净化处理。

5、通过本发明的排放单元能够用于控制雨污水的排放。

6、通过调蓄池单元能够实现蓄水调节和缓冲。

7、通过调度单元能够实现整个排水的调度控制。

附图说明

图1显示为本发明实施例布置的示意图。

图2显示为本实施例的雨污水收集单元的示意图。

图3显示为本实施例的污水处理单元示意图。

图4显示为本实施例的排放单元示意图。

图5显示为本实施例的调蓄池单元示意图。

图6显示为本实施例的调度单元示意图。

图中：01雨水、02污水、03合流污水、04尾水；

1雨污水收集单元、11合流管道、12污水产生区、13雨水篦子；

2污水处理单元、21提升泵组、22进厂管、23预处理装置、24生化处理装置、25尾水出水管、26连接管、27超越管、28控制开关、29超越开关；

3排放单元、31排放管、32排放开关；

4调蓄池单元、41进水开关、42进水管、43调蓄池、44出水开关、45出水管；

5调度单元、51监测中心单元、511受纳水体监测装置、512预处理监测装置、513生化处理监测装置、514尾水监测装置、515排放监测装置、516超越监测装置；

52调度中心单元、521纳污能力计算模块、522排污量分配模块、523调度指令模块。

具体实施方式

受水质目标管控的受纳水体具有自然净化能力，单位时间内一般均可接受一定量的外部排污量而水质目标仍可实现，可接受的单位时间最大外部排污量称为水体的纳污能力。纳污能力可根据水体流动性、水体水量、气候等水体环境通过数学公式形成的计算机制计算得出，水体环境发生变化时，纳污能力也会变化。单位时间一般可以是小时、天、月、年，其一般与管控的水质目标所要求的时间单位一致。

一般情况时，水体流动性强、水体水量大时，纳污能力大，可接受的单位时间最大外部排污量大；水体流动性弱、水体水量小时，纳污能力小，可接受的单位时间最大外部排污量小。单位时间外部排污量小于纳污能力时，一般水质目标仍可实现。

单位时间外部排入水量相同，排入浓度低，则排污量低；排入浓度高，则排污量高。单位时间外部排入浓度相同，排入水量小，则排污量低；排入水量大，则排污量高。

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，本发明实例以每小时的化学需氧量总量为单位时间水体纳污能力、化学需氧量总量为排污量、化学需氧量浓度为排入浓度，为例说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

实施例1：

参见图1-5，一种提升污染治理设施运行效能的排水系统，它包括用于收集雨水和污水的雨污水收集单元1，所述雨污水收集单元1通过排放单元3与受纳水体相连；所述雨污水收集单元1上连通有用于蓄水的调蓄池单元4；所述雨污水收集单元1上连接有用于对污水进行处理的污水处理单元2，所述污水处理单元2的排放端与受纳水体相连；还包括用于进行控制调度的调度单元5。具体使用过程中，调度中心单元的纳污能力计算模块计算出受纳水体的动态纳污能力，排污量分配模块根据分配机制形成排污量的动态分配，调度指令模块根据动态分配的排污量、排入浓度生成动态的调度指令。污水处理单元、排放单元、调蓄池单元接受调度指令运行内部开关的开启、关闭，管控各设施内部流动水量及向受纳水体排放的水量。

实施例2：

参见图2，所述雨污水收集单元1包括多个污水产生区12，所有的所述污水产生区12都通过连通管与合流管道11相连通；所述合流管道11通过雨水篦子13与地面雨水相连通。

进一步的，所述合流管道11的管径按照可排放污水产生区12远期产生量的最高峰值加上一定量的雨水量设计建设，一定量的雨水量至少为1倍的污水最高峰值；一般时，特别是非早、晚时间段的污水产生高峰期时，合流管道内的空置空间较大。

晴天时，所述合流管道11内只有污水产生区12的污水，经污水处理单元2处理后尾水排放受纳水体；

降雨时，所述合流管道11内为污水产生区的污水、地面径流经雨水篦13子进入的雨水混合形成的合流污水，合流污水的流动由各治理设施根据调度指令运行。

实施例3：

参见图3，所述污水处理单元2包括提升泵组21，提升泵组21通过进厂管22与预处理装置23相连，预处理装置23通过连接管26与生化处理装置24相连，生化处理装置24的排水口连接有尾水出水管25。

进一步的，所述连接管26上安装有控制开关28，所述预处理装置23和尾水出水管25之间安装有超越管27，所述超越管27上安装有超越开关29。

进一步的，提升泵组21由多种出水量的常规水泵组成，也设有多余能力的备用水泵。

污水或合流污水经预处理装置处理后，其排入浓度可得到降低；再经过生化处理装置处理后，其排入浓度将可得到进一步降低。

晴天时，污水或合流污水通过提升泵组提升，经进厂管进入预处理装置处理，处理后全部水量通过控制开关经连接管进入生化处理装置处理，处理后经尾水出水管排入受纳水体。

降雨时，一般时，合流污水通过提升泵组提升，经进厂管进入预处理装置处理，处理后全部水量通过控制开关经连接管进入生化处理装置处理，处理后经尾水出水管排入受纳水体。或预处理装置处理后，部分水量通过控制开关经连接管进入生化处理装置处理，处理后经尾水出水管排入受纳水体；其余部分水量通过超越开关经超越管进入尾水出水管，排入受纳水体。

控制开关、超越开关接受调度指令管控合流污水的动向、通过的水量。

实施例4：

参见图4，所述排放单元3包括排放管31，所述排放管31上安装有排放开关32；晴天时，关闭排放开关32，合流管道11内的污水不进入排放管31；降雨时，关闭排放开关32，合流污水不进入排放管31；打开排放开关32，合流污水进入排放管31，进入量的全部排入受纳水体。

实施例5：

参见图5，所述调蓄池单元4包括顺水流方向依次布置的进水开关41、进水管42、调蓄池43、出水开关44和出水管45；所述调蓄池43位于地表以下，水流通过重力进入调蓄池43，通过动力提升出调蓄池43；

晴天时，调蓄池43内有合流污水，打开出水开关44，通过动力将池内合流污水转输至合流管道11，进入污水处理单元2；

降雨时，关闭进水开关41，合流污水不进入调蓄池43；打开进水开关41，合流污水进入调蓄池43。进入的合流污水只在晴天转输。

进水开关、出水开关接受调度指令管控合流污水的动向、通过的水量。

实施例6：

参见图6，所述调度单元5由监测中心单元51和调度中心单元52构成；所述监测中心单元51设置有受纳水体监测装置511、预处理监测装置512、生化处理监测装置513、尾水监测装置514、排放监测装置515、超越监测装置516。

进一步的，受纳水体监测装置511安装于受纳水体内，各排入口的下游；预处理监测装置512安装于连接管26上，并位于控制开关28前；生化处理监测装置513安装于生化处理装置24的出口；尾水监测装置514安装于尾水出水管25入受纳水体的出口；排放监测装置515安装于排放管31入受纳水体的出口；超越监测装置516安装于超越管27上；受纳水体监测装置511测量与纳污能力计算相关的参数；各监测装置通过无线或者有线通讯与监测中心单元连接，监测中心单元向调度中心按时间发送所测量的参数；一般可采用10分钟、30分钟测量、发送一次。

进一步的，所述调度中心单元52设置有纳污能力计算模块521、排污量分配模块522和调度指令模块523。所述纳污能力计算模块521能够根据从监测中心单元51接受的相关参数，通过计算机制计算出单位时间内受纳水体的纳污能力，纳污能力为动态值。

进一步的，排污量分配模块522由尾水出水管最大承担量计算机制、排放管最大承担量计算机制、分配机制组成；尾水出水管最大承担量和排放管最大承担量，能够根据从监测中心单元接受的相关参数，通过计算机制计算得出，为动态值；根据动态的纳污能力，排污量按三级分配形成分配机制，第一级按尾水出水管25最大承担量，剩下为第二级，按排放管31最大承担量，再剩下为第三级按调蓄池承担；分配至各级的排污量为动态值，排污量分配总是优先满足第一级。

进一步的，调度指令模块523，根据分配机制形成的动态分配的排污量、监测中心单元发送的监测参数，形成动态的调度指令；污水处理单元、排放单元、调蓄池单元接受调度指令运行内部开关的开启、关闭，管控各设施内部流动水量及向受纳水体排放的水量。

实施例7：

提升污染治理设施运行效能的排水系统的调度方法，通过纳污能力计算模块521、排污量分配模块522、调度指令模块523构建的调度中心单元52，调度雨污水收集单元1、污水处理单元2、排放单元3、调蓄池单元4实现，调度中心单元52的纳污能力计算模块计算出受纳水体的动态纳污能力，排污量分配模块根据分配机制形成排污量的动态分配，调度指令模块根据动态分配的排污量、排入浓度生成动态的调度指令，污水处理单元、排放单元、调蓄池单元接受调度指令运行内部开关的开启、关闭，管控各设施内部流动水量及向受纳水体排放的水量；

其中，受水质目标管控的受纳水体具有自然净化能力，单位时间内一般均可接受一定量的外部排污量而水质目标仍可实现，可接受的单位时间最大外部排污量称为水体的纳污能力，纳污能力根据水体流动性、水体水量、气候和水体环境通过数学公式形成的计算机制计算得出，水体环境发生变化时，纳污能力也会变化，单位时间采用小时、天、月或年，其与管控的水质目标所要求的时间单位一致；

水体流动性强、水体水量大时，纳污能力大，可接受的单位时间最大外部排污量大；水体流动性弱、水体水量小时，纳污能力小，可接受的单位时间最大外部排污量小，单位时间外部排污量小于纳污能力时，水质目标仍可实现；

单位时间外部排入水量相同，排入浓度低，则排污量低；排入浓度高，则排污量高；单位时间外部排入浓度相同，排入水量小，则排污量低；排入水量大，则排污量高。

Claims (4)

1.一种提升污染治理设施运行效能的排水系统，其特征在于：它包括用于收集雨水和污水的雨污水收集单元（1），所述雨污水收集单元（1）通过排放单元（3）与受纳水体相连；所述雨污水收集单元（1）上连通有用于蓄水的调蓄池单元（4）；所述雨污水收集单元（1）上连接有用于对污水进行处理的污水处理单元（2），所述污水处理单元（2）的排放端与受纳水体相连；

还包括用于进行控制调度的调度单元（5）；

所述调度单元（5）由监测中心单元（51）和调度中心单元（52）构成；

所述监测中心单元（51）设置有受纳水体监测装置（511）、预处理监测装置（512）、生化处理监测装置（513）、尾水监测装置（514）、排放监测装置（515）、超越监测装置（516）；

受纳水体监测装置（511）安装于受纳水体内，各排入口的下游；预处理监测装置（512）安装于连接管（26）上，并位于控制开关（28）前；生化处理监测装置（513）安装于生化处理装置（24）的出口；尾水监测装置（514）安装于尾水出水管（25）入受纳水体的出口；排放监测装置（515）安装于排放管（31）入受纳水体的出口；超越监测装置（516）安装于超越管（27）上；

受纳水体监测装置（511）测量与纳污能力计算相关的参数；

各监测装置通过无线或者有线通讯与监测中心单元连接，监测中心单元向调度中心按时间发送所测量的参数；

所述调度中心单元（52）设置有纳污能力计算模块（521）、排污量分配模块（522）和调度指令模块（523）；

所述纳污能力计算模块（521）能够根据从监测中心单元（51）接受的相关参数，通过计算机制计算出单位时间内受纳水体的纳污能力，纳污能力为动态值；

排污量分配模块（522）由尾水出水管最大承担量计算机制、排放管最大承担量计算机制、分配机制组成；尾水出水管最大承担量和排放管最大承担量，能够根据从监测中心单元接受的相关参数，通过计算机制计算得出，为动态值；根据动态的纳污能力，排污量按三级分配形成分配机制，第一级按尾水出水管（25）最大承担量，剩下为第二级，按排放管（31）最大承担量，再剩下为第三级按调蓄池承担；分配至各级的排污量为动态值，排污量分配总是优先满足第一级；

调度指令模块（523），根据分配机制形成的动态分配的排污量、监测中心单元发送的监测参数，形成动态的调度指令；污水处理单元、排放单元、调蓄池单元接受调度指令运行内部开关的开启、关闭，管控各设施内部流动水量及向受纳水体排放的水量；

所述雨污水收集单元（1）包括多个污水产生区（12），所有的所述污水产生区（12）都通过连通管与合流管道（11）相连通；

所述合流管道（11）通过雨水篦子（13）与地面雨水相连通；

所述污水处理单元（2）包括提升泵组（21），提升泵组（21）通过进厂管（22）与预处理装置（23）相连，预处理装置（23）通过连接管（26）与生化处理装置（24）相连，生化处理装置（24）的排水口连接有尾水出水管（25）；

所述连接管（26）上安装有控制开关（28），所述预处理装置（23）和尾水出水管（25）之间安装有超越管（27），所述超越管（27）上安装有超越开关（29）；

所述排放单元（3）包括排放管（31），所述排放管（31）上安装有排放开关（32）；

晴天时，关闭排放开关（32），合流管道（11）内的污水不进入排放管（31）；

降雨时，关闭排放开关（32），合流污水不进入排放管（31）；打开排放开关（32），合流污水进入排放管（31），进入量的全部排入受纳水体。

2.根据权利要求1所述一种提升污染治理设施运行效能的排水系统，其特征在于：所述合流管道（11）的管径按照可排放污水产生区（12）远期产生量的最高峰值加上一定量的雨水量设计建设，一定量的雨水量至少为1倍的污水最高峰值；

晴天时，所述合流管道（11）内只有污水产生区（12）的污水，经污水处理单元（2）处理后尾水排放受纳水体；

降雨时，所述合流管道（11）内为污水产生区的污水、地面径流经雨水篦（13）子进入的雨水混合形成的合流污水，合流污水的流动由各治理设施根据调度指令运行。

3.根据权利要求1所述一种提升污染治理设施运行效能的排水系统，其特征在于：所述调蓄池单元（4）包括顺水流方向依次布置的进水开关（41）、进水管（42）、调蓄池（43）、出水开关（44）和出水管（45）；

所述调蓄池（43）位于地表以下，水流通过重力进入调蓄池（43），通过动力提升出调蓄池（43）；

晴天时，调蓄池（43）内有合流污水，打开出水开关（44），通过动力将池内合流污水转输至合流管道（11），进入污水处理单元（2）；

降雨时，关闭进水开关（41），合流污水不进入调蓄池（43）；打开进水开关（41），合流污水进入调蓄池（43）。

4.权利要求1-3任意一项所述提升污染治理设施运行效能的排水系统的调度方法，其特征在于：通过纳污能力计算模块（521）、排污量分配模块（522）、调度指令模块（523）构建的调度中心单元（52），调度雨污水收集单元（1）、污水处理单元（2）、排放单元（3）、调蓄池单元（4）实现，调度中心单元（52）的纳污能力计算模块计算出受纳水体的动态纳污能力，排污量分配模块根据分配机制形成排污量的动态分配，调度指令模块根据动态分配的排污量、排入浓度生成动态的调度指令，污水处理单元、排放单元、调蓄池单元接受调度指令运行内部开关的开启、关闭，管控各设施内部流动水量及向受纳水体排放的水量；

其中，受水质目标管控的受纳水体具有自然净化能力，单位时间内一般均可接受一定量的外部排污量而水质目标仍可实现，可接受的单位时间最大外部排污量称为水体的纳污能力，纳污能力根据水体流动性、水体水量、气候和水体环境通过数学公式形成的计算机制计算得出，水体环境发生变化时，纳污能力也会变化，单位时间采用小时、天、月或年，其与管控的水质目标所要求的时间单位一致；

水体流动性强、水体水量大时，纳污能力大，可接受的单位时间最大外部排污量大；水体流动性弱、水体水量小时，纳污能力小，可接受的单位时间最大外部排污量小，单位时间外部排污量小于纳污能力时，水质目标仍可实现；

单位时间外部排入水量相同，排入浓度低，则排污量低；排入浓度高，则排污量高；单位时间外部排入浓度相同，排入水量小，则排污量低；排入水量大，则排污量高。

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