CN215387738U - 一种排水沟末端沉沙池处理装置 - Google Patents

一种排水沟末端沉沙池处理装置 Download PDF

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王朝晖
郑磊夫
桂青
陈群
陈少将
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Abstract

本实用新型属于水土保持技术领域的一种排水沟末端沉沙池处理装置,技术方案为:沉沙池为一箱体结构,内部空间分为深区和浅区,深区和浅区通过分隔堰分隔;深区和浅区上部空间连通;深区设置进水管,与池外排水沟连接;浅区的侧墙上设置虹吸管,虹吸管为一根倒U形管,其进水口接至浅区中设计最低水位,出水口接入市政管网或河道,设计最低水位高于市政管网或河道的设计水位;虹吸管的溢流点距设计最低水位的高度不高于一个大气压支持的水柱高度;池外排水沟进水管最高水位大于浅区的设计溢流水位。从沉沙池的沉沙和排水考虑,其加快沉沙池泥沙沉淀,使沉沙池排出的水变得清澈,并且利用虹吸原理,自动排水。

Description

一种排水沟末端沉沙池处理装置
技术领域
本实用新型属于水土保持技术领域,涉及一种排水沟末端的沉沙池泥沙处理技术。
背景技术
水土保持中的施工场地,在雨水和施工用水情况下,通常很容易产生水土流失,因排水泥沙量大,造成沉沙池很容易淤积,泥水进入池内,直进直出,没有足够的停留时间,因此,泥沙难以完全沉淀,部分又排放到下游河道或水体,造成新的污染,致使排水无法达标。
目前沉沙池存在的主要技术问题是水中悬浮的泥沙沉淀不充分。沉沙池是水土保持中常用的设施,迫切需要一种适合沉沙池的处理技术和装置,解决水土保持行业的排水困境。从水污染的角度来讲,沉沙池中的水需要进行处理,除去水中的泥沙再排放,以减轻对江河湖海的污染。
实用新型内容
为解决上述技术问题,本实用新型提供了排水沟末端沉沙池处理装置,从沉沙池的沉沙和排水考虑,其加快沉沙池泥沙沉淀,使沉沙池排出的水变得清澈,从而符合排放要求。
本实用新型的技术方案为:一种排水沟末端沉沙池处理装置,沉沙池为一箱体结构,内部空间的下部分为深区和浅区,深区和浅区通过分隔堰分隔;深区和浅区上部空间连通;深区设置进水管,与池外排水沟连接;浅区的侧墙上设置虹吸管,虹吸管为一根倒U形管,其吸水口接至浅区中设计最低水位,出水口接入市政管网或河道,设计最低水位高于市政管网或河道的设计水位。
基于上述技术特征:虹吸管的设计溢流水位距设计最低水位的高度不大于一个大气压支持的水柱高度。
基于上述技术特征:池外排水沟进水管最高水位大于虹吸管的设计溢流水位。
基于上述技术特征:分隔堰顶以上,深区的深池静水位与浅区的静水位持平。
基于上述技术特征:分隔堰邻深区的侧壁为流线形。
基于上述技术特征:分隔堰上部设置分隔网,分隔网为拦沙网。
基于上述技术特征:分隔网的高度为浅区池深的2/3。
基于上述技术特征:沉沙池的顶板上,对应深区和浅区的位置处各设有清理孔。
基于上述技术特征:沉沙池内进水管加装减速框。
基于上述技术特征:虹吸管的进水口呈15度角接至浅区中设计最低水位。
基于上述技术特征:虹吸管的管径应小于池壁厚度的2/3。
本实用新型实现水土保持中泥沙的有效拦截,提高排放的水质要求。沉沙池由双区联动、虹吸排水协同工作,共同完成目标任务。本实用新型将物理学的虹吸原理,在沉沙池中进行应用。建立了一种新颖的沉沙池排水方案,以保证沉沙池中的泥水有足够的沉淀时间,解决了沉沙池泥沙不易沉淀的难题,使沉沙池名副其实的沉沙。
本实用新型在不改变排水沟常用构件和使用功能的前提下,通过改变沉沙池的形式,通过空间分区、虹吸排水,改变沉沙池的水力条件和自动排水。
沉沙池排水利用虹吸原理,科学简单,实施容易。在沉沙池池壁中设置虹吸管,使池外排水沟进入的泥水不是直进直出,而是进入池中后达到溢流水位时才能排出,具有阻截流水,减慢流速,沉淀水中的泥沙,改善排入城市排水管道的水质。目前沉沙池是直进直排,含有泥沙的水在池内停留时间较短,没有足够的处理时间,泥沙不容易沉淀,给处理增添了难度。
虹吸技术的应用,改变了现有技术的缺陷,使水土保持中沉沙池内的泥水有一定的停留时间,便于泥沙沉淀,提高了沉沙的效果。虹吸的应用,既能蓄水沉淀泥沙,又能自动排水,一举两得。虹吸排水具有简单、实用、便于实现、费用低、维护及使用方便、可靠,具有广泛的开展应用。
本技术由于其建设和运行费用低,收集泥沙方便,维护、更换快捷,在已建和新建沉沙池中均可使用,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的沉沙池平面布置示意图。
图2为本实用新型的沉沙池顶面平面图。
图3为本实用新型的沉沙池纵向剖面图。
图中标号示意为:
深区1;浅区2;分隔堰3;分隔网4;池外排水沟5;清理孔6;减速框7;虹吸管8;池壁9;深区底板10a,浅区底板10b;顶板11;盖板12;窨井13;市政排水管14。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型,而并非对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述,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实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外,在本实用新型的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
本实用新型包括沉沙池和虹吸管二大部分组成,以下结合图1至图3按照沉沙池、虹吸管阐述其主要构件和作用。通过运行解析,简单阐述其运行原理。
一、沉沙池
一池双区,同一空间;双区联动,动静分区,加速泥沙沉淀。深浅结合,协同作业,由粗至细,动态清淤。沉沙池结构可采用玻璃钢制作,作为标准化成品;玻璃钢结构简单,安装时方便快捷。条件允许时,也可以采用钢筋混凝土现场浇筑,图示为沉沙池为钢筋混凝土结构。
(1)沉沙池主要构件和作用
沉沙池为一箱体结构,由四周池壁9、底板和顶板11构成;内部空间分为深区1和浅区2。沉沙池的顶板11上,对应深区1和浅区2的位置处各设有清理孔6。深区1设置进水,浅区2设置排水。一池两区,深区1池底比浅区2低,池内两区之间可设置分隔堰3和分隔网4。
1)池壁和池底板
如图1至图3所示,沉沙池可为一个方形箱体,内设置深区1和浅区2,池底的为阶梯状,第一阶为深区底板10a,第二阶为浅区底板10b。深区1有三面池侧壁,池外排水沟5进水的孔洞可设置于其中任意一个池壁,池的顶板11在深区、浅区各设置1个孔洞作为清理孔6,清理孔6处设置盖板。
单池双区结构,上部空间连为一体,构成整个沉沙池。池外排水沟5的泥水进入沉沙池后,只进不出,处于不流动状态,水中的泥沙粗颗粒会慢慢直接沉到深区1的池底;细沙随水流会顺利翻过分隔堰3和分隔网4扩散到浅区2,在静止的水中慢慢沉淀。分区后,浅区2为相对的静区,更便于细颗粒泥沙沉淀。
2)分隔堰和分隔网
浅区2水体相对稳定,池外排水沟5进水对其直接干扰小,有利于泥沙细颗粒沉淀。分隔堰3上竖向设置分隔网4。分隔网4为拦沙网,网下部网目较小,上部网目较大。分隔网4的作用是减缓水流,加速泥沙沉淀。浑浊的水体通常是上清下浊,下部泥沙含量大于上部,分隔网4高度宜为沉沙池浅区2池深的2/3。分隔堰3邻深区1的侧壁为流线形,使悬浮物在水流的作用下,顺利地贴壁流过。
分隔网4:分隔网4由镀锌钢筋网制作,网的两边与可与池壁墙体的L型构件固结,采用压条和膨胀螺丝与两边的池壁墙体和底部的分隔堰顶墙面连接。
3)进水管和减速框
进水管连接池外排水沟5,为了减缓水流对沉沙池中水体的冲击,进水管加装减速框7,减速框7由细镀锌钢筋网制作,横截面为U形的方形罩,边长稍大于进水管直径,四周采用膨胀螺栓加压条固定于墙面。进水管设置减速框,分割水流,减缓流速,减小水流对池水的冲击,保持沉沙池水体相对稳定,有利于泥沙沉淀。
一池两区,深区1接入池外排水沟5,池外排水沟5的水进入深区1,大颗粒先沉淀;小颗粒随水流翻越堰顶进入浅区2,浅区2水体扰动较小,再沉淀,水位达到设计溢流水位B时,由虹吸管8自动排水。
深区1水深较大,能产生水垫作用,对池外排水沟5排入的泥水有缓冲效果,避免池水被不断被搅动,不利于泥沙沉淀。保持深区1有一个较大的死水位,深区1的深池最低水位D与堰顶持平,且高于浅区2的设计最低水位C;因为泥沙沉淀,设计最低水位C保持浅区2的水深,有利于沉淀的泥沙不被虹吸管8排出。
4)清理孔和盖板
清理孔6可为正方形,如深区1和浅区2采用泥沙收集袋收集,其尺寸可按收集袋收拢后的尺寸确定,为了满足人员下池检修,其洞口边长不宜小于700mm;洞口边设置L形槽口作为盖板支座,洞口可采用格栅或玻璃钢作为盖板,工作时,揭开盖板。
(2)沉沙池位置和尺寸
沉沙池的深度,应按照池外排水沟5进水的高程,沉沙池的容积宜满足泥沙沉淀所需最小时间的水量,沉沙池中浅区2的池底高程应满足外接池外排水需要,三者综合确定;沉沙池容积不宜太大,以池外排水沟5的泥水流入后,能得到及时沉淀为佳。
1)沉沙池位置
沉沙池的具体位置,根据当地地形和工程条件确定,一般情况,沉沙池布设在池外排水沟5末端。
2)沉沙池尺寸
沉沙池为矩形,宽1~2m,长2~4m,深1.5~2.0m。其宽度宜为池外排水沟5宽度的2倍,长度为池体宽度的2倍,并有适当深度,以利于水流入池后能缓流沉沙。
3)沉沙池中各高程确定的步骤
由拟排入的市政管网或河道的设计水位A确定沉沙池中浅区的设计最低水位C;沉沙池中浅区的设计最低水位C应高于市政管网或河道的设计水位A。
由浅区的设计最低水位C确定沉沙池的浅区的池底高程,浅区的池底高程应低于浅区的设计最低水位C,再确定沉沙池的深区的池底高程。
由确定沉沙池的深区的池底高程确定池外排水沟5进水管高程,再确定浅区的设计溢流水位B高程;池外排水沟5进水管最高水位应高于浅区的设计溢流水位B。
二、虹吸管
本实用新型将物理学的虹吸原理,应用在沉沙池中。建立了一种新颖的沉沙池排水方案,以保证沉沙池中的泥水有足够的沉淀时间,解决了沉沙池泥沙不易沉淀的难题。
(1)虹吸管布置和沉沙简析
浅区2外临市政排水管网或河道,浅区2任意一侧墙上均可设置虹吸管8,该管可采用pvc管材制作,为一根倒U形管,一端在池内,且其进水口呈15度角接至池中设计最低水位C,另一端接入市政排水管道或河道等水体,如图3所示,出水口接入窨井13,通过市政排水管14排至河道。
因为池外排水沟5的泥水有时间在沉沙池内沉淀,从池中最低水位,泥水不断流入,在一个排水期内(由空池至满池溢流),泥沙在池内有较多的沉淀时间。在进水流速度相同时,沉沙池容积越大,则泥水在池内静态的时间越长,泥沙沉淀效果越好。
虹吸管8应根据外排连接的河道或其它设施的位置而定,可以设置于浅池中的三面外墙中任意一面墙。其管径应小于池壁厚度的2/3,以便于管道预埋在池壁内;根据排水流量需要,可以平行设置一根或多根管道。
虹吸式排水有利于含泥沙的水沉淀,在池内沉淀时间不宜少于0.5h,虹吸管8的进水口与浅区2的池内死水位齐平,即与浅区2的设计最底水位C齐平,保留池内一定水位,有利于沉底的泥沙,不至于被虹吸的水流带走。沉沙池内浅区的设计最低水位C,应高于排入的市政排水管或河道的设计水位A,以利用高差形成虹吸管排水。
(2)虹吸原理
当沉沙池中水位不断上升,虹吸管8池内侧的竖管内的水同时不断上升,倒U形的虹吸管8之间的墙体相当于形成堰体,当达到堰顶满流从而产生虹吸作用,随后沉沙池中的水都是“水往高处走”,越过一个高出水面的堰,一直将池水排至浅区2的设计最低水位C,即虹吸管进水口露出水面为止。
由于管口水面承受不同的大气压力,水会由压力大的一边流向压力小的一边,利用虹吸现象很快就可将池内的水抽出。
在浅区2外临市政管网或排水河道一侧,墙上设置倒U形的虹吸管8,当沉沙池中水位不断上升,进入管内的水同时不断上升,当达到堰顶满流从而产生虹吸作用,进而提高管道系统的泄水能力。
一开始沉沙池水位较低,此时根据连通器原理,虹吸管8池内一侧水位也随池中水位同时上升,当池中水面超过虹吸管顶端溢流高程点时,由于重力作用,水迅速下流至管道出口。
要产生虹吸现象,倒U形虹吸管8的水流出口端必须比水进入端低。池水能从低处越过堰顶,由于压强差在起作用。当弯管两侧中同一液面的压强不同时,管中的水就会向着压强较小的一侧流动。
虹吸能够翻过的最大高度h就是一个标准大气压能够支撑的最高水柱的高度,1个标准大气压值为P=1.013×105Pa,由液体压强公式P=ρgh可得h为10.3m。
本实用新型中沉沙池只需要浅池浅埋,容积不大,有利于布置,节省工程投资。一般池的深度在2m左右,因此,溢流堰的高度,大大小于一个标准大气压能够支撑的最高水柱的高度,完全能满足虹吸原理的应用的条件。
综上所述,虹吸原理在沉沙池中均满足以下三个条件:(1)倒U形管内需先装满水;(2)倒U形管的最高点距池内的水面高度不得高于大气压支持的水柱高度;(3)出水口必须比沉沙池内浅区2的水面低,这样使得出水口水面受到向下的压强(大气压加水的压强)大于向上的大气压,保证池内水的流出。
当沉沙池水面上升到虹吸管弯曲处的顶端时,虹吸管开始向外吸水,直到将沉沙池内存有的水吸到虹吸管进水口漏出水面为止,然后排水沟又继续进水……如此循环。
虹吸技术的应用,改变了现有技术的缺陷,使水土保持中沉沙池内的泥水有一定的停留时间,便于泥沙沉淀,提高了沉沙的质量。虹吸的应用,既能蓄水沉淀泥沙,又能自动排水,一举两得。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:沉沙池为一箱体结构,内部空间的下部分为深区(1)和浅区(2),所述深区(1)和所述浅区(2)通过分隔堰(3)分隔;所述深区(1)和所述浅区(2)的上部空间连通;所述深区(1)设置进水管,与池外排水沟(5)连接;所述浅区(2)的侧墙上设置虹吸管(8),所述虹吸管(8)为一根倒U形弯管,虹吸管(8)的进水口接至所述浅区(2)中设计最低水位(C),虹吸管(8)的出水口接入市政管网或河道,所述设计最低水位(C)高于所述市政管网或河道的设计水位(A)。
2.根据权利要求1所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述虹吸管(8)的设计溢流水位(B)距所述设计最低水位(C)的高度不大于一个大气压支持的水柱高度。
3.根据权利要求1所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述池外排水沟(5)进水管最高水位大于所述虹吸管(8)的设计溢流水位(B)。
4.根据权利要求1所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述分隔堰(3)顶以上,所述深区(1)的深池静水位与所述浅区(2)的静水位持平。
5.根据权利要求1所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述分隔堰(3)邻所述深区的侧壁为流线形。
6.根据权利要求1或5所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述分隔堰(3)上部设置分隔网(4),所述分隔网(4)为拦沙网。
7.根据权利要求6所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述分隔网的高度为所述浅区(2)池深的2/3。
8.根据权利要求1所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述沉沙池的顶板上,对应所述深区和所述浅区的位置处各设有清理孔(6)。
9.根据权利要求1所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述沉沙池内所述进水管加装减速框(7)。
10.根据权利要求1所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述虹吸管(8)的进水口呈15度角接至所述浅区中所述设计最低水位(C)。
11.根据权利要求1所述的一种排水沟末端沉沙池处理装置,其特征在于:所述虹吸管(8)的管径应小于池壁厚度的2/3。
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