CN114607017A - 适用于合流制的溢流污水处理构筑物及其设计和运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于合流制的溢流污水处理构筑物及其设计和运行方法。本发明所采用的技术方案是：一种适用于合流制的溢流污水处理构筑物，具有污水总管、调蓄池和污水处理路线，其中调蓄池内设有潜污泵和液位计，潜污泵的出水口连通污水处理路线；所述潜污泵和液位计电路连接PLC控制单元，该PLC控制单元上还电路连接有天气预报模块；PLC控制单元通过液位计采集到调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为污水处理路线供水，采集到调蓄池内水位下降至低于设定低水位时控制潜污泵停止供水；PLC控制单元通过天气预报模块获取到的天气预报信息中显示未来一定时间内有雨情且此时潜污泵已停止供水超过设定时间时控制潜污泵为污水处理路线供水。

Description

适用于合流制的溢流污水处理构筑物及其设计和运行方法

技术领域

本发明涉及一种适用于合流制的溢流污水处理构筑物及其设计和运行方法。适用于污水处理领域。

背景技术

目前，我国大多数城镇的旧城区仍然是雨污合流的排水体制，在各片区未完全实施分流制改造之前，合流制截流式的排水体制仍将长期存在，特别是在某些高密度老城区，雨污分流改造难度极大，只能采取截流式措施。

然而，在截流式的排水体制中，当雨季时期的混合污水量大于截流倍数时候，多余的污水从溢流管道中排出进入河道，这些溢流通常称为雨污合流溢流，由于合流溢流除了雨水之外还含有大量生活污水和工业污水，以及各种污染物，这些污染物质将直接导致受纳水体水质急剧变差，造成对河道水质恶化，严重破坏水体生态。

合流制存在的溢流污染问题长期以来严重制约我国水环境质量改善，已成为现阶段海绵城市建设与黑臭水体整治中不可回避且亟待解决的重大难题。目前不少学者展开对合流制排水体制中的溢流污染的治理研究，最有效的处理方式主要通过源、移、汇等污染物迁移路径的三个阶段分别对其进行处理：第一阶段为源头控制措施：主要是指对合流片区进行雨污分流制改造、海绵改造；对污染物进行源头控制分流制改造是彻底解决溢流污染问题的措施。第二阶段为迁移控制措施：主要指污染物从进入收集管网系统中，至最终排入受纳水体的过程。迁移过程中的治理措施主要有混错接改造、管道的定期冲洗等措施。第三阶段为汇控制措施：主要是指对于最终汇集的污染物在排口末端进行集中处理，主要包括调蓄塘或末端治理综合体。

基于现状为合流制截流式的排水体制，目前只能对溢流的污水在末端采取相关的措施，溢流的污水中的COD、BOD₅、总氮等含量仍然可能较高，仅采取物理化学处理方式很难达到排放标准，需采用生化处理方式才能达到处理目标。但是目前存在两个痛点，第一个痛点是：雨季发生溢流污染时，产生的污水量较大，相应的污水处理设施的工程投资及占地面积较大；第二痛点是：由于只有雨季时期才合流管道才会发生溢流风险，在旱季时期污水全部被截流至污水系统中，因此，非降雨期间的溢流污染处理系统中的有关生化处理池由于无污水未开启运行，池中不存在微生物群落，当突然发生溢流污染时，生化处理池中的微生物群落难以立刻大量繁殖而正常运行，起不到处理有机物的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种适用于合流制的溢流污水处理构筑物及其设计和运行方法。

本发明所采用的技术方案是：一种适用于合流制的溢流污水处理构筑物，其特征在于：具有污水总管、用于存蓄溢流污水的调蓄池和用于处理溢流污水的污水处理路线，其中调蓄池内设有潜污泵和液位计，潜污泵的出水口连通所述污水处理路线；

所述潜污泵和液位计电路连接PLC控制单元，该PLC控制单元上还电路连接有用于获取未来一定时间内天气预报信息的天气预报模块；

所述PLC控制单元通过液位计采集到调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为污水处理路线供水，采集到调蓄池内水位下降至低于设定低水位时控制潜污泵停止供水；

所述PLC控制单元通过天气预报模块获取到的天气预报信息中显示未来一定时间内有雨情且此时潜污泵已停止供水超过设定时间时控制潜污泵为污水处理路线供水。

所述调蓄池内分为第一格调蓄池和第二格调蓄池；所述污水总管分别经第一路进水管和第二路进水管连通第一格调蓄池和第二格调蓄池，污水进水总管上装有与所述PLC控制器电路连接的污水浓度检测仪，第一路进水管和第二路进水管上分别装有与PLC控制器电路连接的第一、二路进水电动阀；所述污水处理路线包括与第一格调蓄池对应的高浓度污水处理路线和与第二格调蓄池对应的低浓度污水处理路线。

所述低浓度污水处理路线包括依次设置的混凝沉淀池、纤维滤布滤池、清水池和集成式人工湿地。

所述高浓度污水处理路线包括依次设置的混凝沉淀池、曝气生物滤池、纤维滤布滤池、清水池和集成式人工湿地。

一种所述适用于合流制的溢流污水处理构筑物的设计方法，其特征在于：

通过调查获取所在区域的历史天气信息，对该区域雨季时期的雨水进行归纳分类，分类为产生高浓度污水的雨型和产生低浓度污水的雨型；

根据历史天气信息中产生高浓度污水的雨型中的历史最大雨量确定第一格调蓄池的容量V1；

根据历史天气信息中产生低浓度污水的雨型中的历史最大雨量确定第二格调蓄池的容量V2。

所述产生高浓度污水的雨型包括短历时的小雨、短历时的中大雨以及短历时的暴雨；所述产生低浓度污水的雨型包括长历时的小雨、长历时的中大雨和长历时的暴雨。其中长、短历时的雨型对应的降雨历时持续时间如下表所示：

所述根据历史天气信息中产生高浓度污水的雨型中的历史最大雨量确定第一格调蓄池的容量V1，包括：

Q＝(W+q1)-(n+1)W

V1＝Q*T1

其中，q1、T1分别为产生高浓度污水的雨型中历史最大雨量对应的单位时间降雨量和降雨历时；Q为溢流的污水量；W为所在区域范围内的旱季污水总量；n为合流制排水系统的截流倍数。

所述根据历史天气信息中产生低浓度污水的雨型中的历史最大雨量确定第二格调蓄池的容量V2，包括：

Q＝(W+q2)-(n+1)W

V2＝Q*T2

其中，q2、T2分别为产生低浓度污水的雨型中历史最大雨量对应的单位时间降雨量和降雨历时；Q为溢流的污水量；W为所在区域范围内的旱季污水总量；n为合流制排水系统的截流倍数。

一种所述适用于合流制的溢流污水处理构筑物的运行方法，其特征在于：

当装置开始运行，溢流污水进入污水总管时，污水浓度检测仪检测污水的BOD和COD的浓度，通过PLC控制器计算其比值，当BOD₅/COD大于0.3时，第一路进水电动阀开启，第二路进水电动阀关闭，污水先进入至第一格调蓄池中，当第一格调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为高浓度污水处理路线供水，污水进入高浓度污水处理路线进行处理，最后排入河湖中；

若检测污水的BOD₅/COD小于0.3时，第一路进水电动阀关闭，第二路进水电动阀开启，污水先进入至第二格调蓄池中，当第二格调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为低浓度污水处理路线供水，污水进入低浓度污水处理路线进行处理，最后排入河湖中。

当旱季不再下雨时，滞留在第一格调蓄池中的污水暂时存储，待天气预报信息中显示未来一定时间内有雨情且为产生高浓度污水的雨型时，开启第一格调蓄池中的潜污泵，在潜污泵的作用下将污水输送至高浓度污水处理路线进行处理。

本发明的有益效果是：本发明设置调蓄池，对溢流的污水进行调蓄处理，使污水处理设施能在一个较长的时间范围内处理污水，有效降低对处理设施处理能力的要求，从而降低工程投资和占地。同时，将调蓄池采取相对应的体积大小进行设计，根据当地的雨量大小，降雨强度，降雨历时，污水设计规模等进行计算得到，设计更加科学。

本发明高浓度的污水处理路线，由于接入天气预报系统，可在降雨前的一定时间内启动设施开始运行，可在一周后降雨发生溢流污水后，大量繁殖的微生物可实现对污水中的有机物进行有效降解。而传统的设施一般在非降雨时候处于干枯状态，降雨发生溢流时临时开启设备运行，短时间内曝气生物滤池中难以培育大量微生物实现对有机物进行分解，效果十分差，处理后的污水仍会对河道造成极大的危害。

附图说明

图1为实施例的结构框图。

图2为实施例中调蓄池的俯视图。

图3为图2的1-1剖面图。

图4为图2的2-2剖面图。

图5为实施例中控制系统的结构框图。

1、调蓄池；1-1、第一格调蓄池；1-2、第二格调蓄池；1-3、第一路进水电动阀；1-4、第一路出水电动阀；1-5、第二路进水电动阀；1-6、第二路出水电动阀；1-7、螺旋搅拌器；1-8a、第一潜污泵；1-8b、第二潜污泵；1-9a、第一液位计；1-9b、第二液位计；2、混凝沉淀池；3、曝气生物滤池；4、纤维滤布滤池；5、清水池；6、消毒系统；7、集成式人工湿地；8、脱水机房；9、COD浓度检测仪；10、BOD浓度检测仪；11、天气预报模块；12、PLC控制器。

具体实施方式

本实施例为一种适用于合流制的溢流污水处理构筑物，具有PLC控制器、污水总管、用于存蓄溢流污水的调蓄池和用于处理溢流污水的污水处理路线，其中调蓄池内分为第一格调蓄池和第二格调蓄池。

本例中污水总管分别经第一路进水管和第二路进水管连通第一格调蓄池和第二格调蓄池。在污水总管上装有污水浓度检测仪(BOD浓度检测仪和COD浓度检测仪，第一路进水管和第二路进水管上分别装有第一路进水电动阀和第二路进水电动阀。

本例在第一格调蓄池内设有螺旋搅拌器、第一液位计和第一潜污泵，第一潜污泵的出水口经第一路出水电动阀连通污水处理路线中的高浓度污水处理路线；在第二格调蓄池内设有螺旋搅拌器、第二液位计和第二潜污泵，第二潜污泵的出水口经第二路出水电动阀连通污水处理路线中的低浓度污水处理路线。

本实施例中高浓度污水处理路线包括沿污水处理方向依次布置的混凝沉淀池、曝气生物滤池、纤维滤布滤池、清水池和集成式人工湿地；低浓度污水处理路线包括依次设置的混凝沉淀池、纤维滤布滤池、清水池和集成式人工湿地。

本实施例中PLC控制器电路连接污水浓度检测仪、第一路进水电动阀、第一路出水电动阀、第二路进水电动阀、第二路出水电动阀、第一潜污泵、第二潜污泵、第一液位计和第二液位计，PLC控制器根据污水浓度检测仪的检测结果控制第一路进水电动阀和第一路出水电动阀的通断；该PLC控制器还通过液位计采集到调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制相应潜污泵为对应的污水处理路线供水，采集到调蓄池内水位下降至低于设定低水位时控制相应潜污泵停止供水。

本例中PLC控制器还电路连接有天气预报模块，在第一潜污泵停止工作一段时间后通过天气预报模块获取未来7天时间内的天气预报信息，如天气预报模块获取到的天气预报信息中显示未来一定时间内有雨情，且该雨情为能生高浓度污水的雨型时，控制第一潜污泵工作，将存蓄于第一格调蓄池内的污水输送至高浓度污水处理路线进行污水处理。

本实施例中适用于合流制的溢流污水处理构筑物的设计方法包括：

通过调查获取所在区域的历史天气信息，对该区域雨季时期的雨水进行归纳分类，分类为产生高浓度污水的雨型和产生低浓度污水的雨型。调查所在区域的雨水天气信息，当处于雨季时期，统计不同雨量下的平均降雨强度和连续平均降雨历时，具体如下表所示；

短历时的小雨、短历时的中大雨以及短历时的暴雨所造成的污水溢流，一般其污水浓度相对较高，为产生高浓度污水的雨型。

确定上述三种的雨水总量以便于确定需要处理的“高”浓度污水的最大量，根据公式：V＝max{q_a*T_a、q_b*T_b、q_c*T_c}，用于判断上述三种雨型，在哪种情况下产生的雨量最大值，进而确定该雨量类型下的单位时间内降雨量参数q1和降雨历时T1。

根据已知区域范围内的旱季污水总量为W(m³/h)，合流制排水系统的截流倍数为n，以及确定的降雨量参数q1(m³/h)，那么得到溢流的污水量Q＝(W+q1)-(n+1)W。已知降雨的持续时间T1(h)，计算求得体积V1＝Q*T1，所得值即为所述的调蓄池的第一格调蓄池的设计体积。

长历时的小雨、长历时的中大雨和长历时的暴雨所造成的溢流的污水浓度较“低”，产生低浓度污水的雨型。

确定上述两种的雨水总量以便于确定需要处理的“低”浓度污水的最大量，根据公式：V＝max{q_d*T_d、q_e*T_e、q_f*T_f}，用于判断上述三种雨型，在哪种情况下产生的雨量最大值，进而确定该雨量类型下的单位时间内降雨量参数q2和降雨历时T2。

根据已知区域范围内的旱季污水总量为W(m³/h)，合流制排水系统的截流倍数为n，以及确定的降雨量参数q2(m³/h)，那么得到溢流的污水量Q＝(W+q2)-(n+1)W。已知降雨的持续时间T2(h)，计算求得体积V2＝Q*T2，所得值即为所述的调蓄池的第二格调蓄池的设计体积。

本实施例中适用于合流制的溢流污水处理构筑物的运行方法包括以下步骤：

溢流污水进入污水总管时，检测污水的BOD和COD的浓度，通过PLC控制器计算其比值BOD₅/COD大于0.3时，第一路进水电动阀和第一路出水电动阀开启，第二路进水电动阀、第二路出水电动阀关闭，进入的污水先进入至第一格调蓄池中，当污水水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为高浓度污水处理路线供水，污水进入高浓度污水处理路线进行处理，最后排入河湖中；

若检测污水的BOD和COD的浓度，通过PLC控制器计算其比值BOD₅/COD小于0.3时，第一路进水电动阀和第一路出水电动阀关闭，第二路进水电动阀、第二路出水电动阀关闭，进入的污水先进入至第二格调蓄池中，当第二格调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为低浓度污水处理路线供水，污水进入低浓度污水处理路线进行处理，最后排入河湖中。

本实施例中当旱季不再下雨时，滞留在第一格调蓄池中的污水暂时存储，第一潜污泵已停止工作一定时间，待根据天气预报系统获取未来7天内将出现“长历时的小雨，短历时的中大雨，短历时的暴雨”这三种雨型中的任意一种或几种时，开启第一格调蓄池中的第一潜污泵，在第一潜污泵的作用下继续输送至高浓度污水处理路线进行处理，以保证生物处理能不间断运行，避免微生物群落因运营停止缺水而死亡，影响运行效果。

本发明的具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故凡依据本申请的结构、形状以及原理等所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于合流制的溢流污水处理构筑物，其特征在于：具有污水总管、用于存蓄溢流污水的调蓄池和用于处理溢流污水的污水处理路线，其中调蓄池内设有潜污泵和液位计，潜污泵的出水口连通所述污水处理路线；

所述潜污泵和液位计电路连接PLC控制单元，该PLC控制单元上还电路连接有用于获取未来一定时间内天气预报信息的天气预报模块；

所述PLC控制单元通过液位计采集到调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为污水处理路线供水，采集到调蓄池内水位下降至低于设定低水位时控制潜污泵停止供水；

所述PLC控制单元通过天气预报模块获取到的天气预报信息中显示未来一定时间内有雨情且此时潜污泵已停止供水超过设定时间时控制潜污泵为污水处理路线供水。

2.根据权利要求1所述的适用于合流制的溢流污水处理构筑物，其特征在于：所述调蓄池内分为第一格调蓄池和第二格调蓄池；所述污水总管分别经第一路进水管和第二路进水管连通第一格调蓄池和第二格调蓄池，污水进水总管上装有与所述PLC控制器电路连接的污水浓度检测仪，第一路进水管和第二路进水管上分别装有与PLC控制器电路连接的第一、二路进水电动阀；所述污水处理路线包括与第一格调蓄池对应的高浓度污水处理路线和与第二格调蓄池对应的低浓度污水处理路线。

3.根据权利要求2所述的适用于合流制的溢流污水处理构筑物，其特征在于：所述低浓度污水处理路线包括依次设置的混凝沉淀池、纤维滤布滤池、清水池和集成式人工湿地。

4.根据权利要求2所述的适用于合流制的溢流污水处理构筑物，其特征在于：所述高浓度污水处理路线包括依次设置的混凝沉淀池、曝气生物滤池、纤维滤布滤池、清水池和集成式人工湿地。

5.一种权利要求1～4任意一项所述适用于合流制的溢流污水处理构筑物的设计方法，其特征在于：

通过调查获取所在区域的历史天气信息，对该区域雨季时期的雨水进行归纳分类，分类为产生高浓度污水的雨型和产生低浓度污水的雨型；

根据历史天气信息中产生高浓度污水的雨型中的历史最大雨量确定第一格调蓄池的容量V1；

根据历史天气信息中产生低浓度污水的雨型中的历史最大雨量确定第二格调蓄池的容量V2。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于：所述产生高浓度污水的雨型包括短历时的小雨、短历时的中大雨以及短历时的暴雨；所述产生低浓度污水的雨型包括长历时的小雨、长历时的中大雨和长历时的暴雨。

7.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述根据历史天气信息中产生高浓度污水的雨型中的历史最大雨量确定第一格调蓄池的容量V1，包括：

Q＝(W+q1)-(n+1)W

V1＝Q*T1

其中，q1、T1分别为产生高浓度污水的雨型中历史最大雨量对应的单位时间降雨量和降雨历时；Q为溢流的污水量；W为所在区域范围内的旱季污水总量；n为合流制排水系统的截流倍数。

8.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述根据历史天气信息中产生低浓度污水的雨型中的历史最大雨量确定第二格调蓄池的容量V2，包括：

Q＝(W+q2)-(n+1)W

V2＝Q*T2

其中，q2、T2分别为产生低浓度污水的雨型中历史最大雨量对应的单位时间降雨量和降雨历时；Q为溢流的污水量；W为所在区域范围内的旱季污水总量；n为合流制排水系统的截流倍数。

9.一种权利要求1～4任意一项所述适用于合流制的溢流污水处理构筑物的运行方法，其特征在于：

当装置开始运行，溢流污水进入污水总管时，污水浓度检测仪检测污水的BOD和COD的浓度，通过PLC控制器计算其比值，当BOD₅/COD大于0.3时，第一路进水电动阀开启，第二路进水电动阀关闭，污水先进入至第一格调蓄池中，当第一格调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为高浓度污水处理路线供水，污水进入高浓度污水处理路线进行处理，最后排入河湖中；

若检测污水的BOD₅/COD小于0.3时，第一路进水电动阀关闭，第二路进水电动阀开启，污水先进入至第二格调蓄池中，当第二格调蓄池内水位上升至高于设定高水位时控制潜污泵为低浓度污水处理路线供水，污水进入低浓度污水处理路线进行处理，最后排入河湖中。

10.根据权利要求9所述的运行方法，其特征在于：

当旱季不再下雨时，滞留在第一格调蓄池中的污水暂时存储，待天气预报信息中显示未来一定时间内有雨情且为产生高浓度污水的雨型时，开启第一格调蓄池中的潜污泵，在潜污泵的作用下将污水输送至高浓度污水处理路线进行处理。

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