閘門(mén)在污水截污系統(tǒng)中的應(yīng)用

閘門(mén)在污水截污系統(tǒng)中的應(yīng)用

0排水設(shè)施設(shè)計(jì)近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，我國(guó)開(kāi)始重視廢水處理。在舊城改造中，通常沿水路岸修建截流干管，設(shè)置截流干管管道，將廢水引入污水處理廠進(jìn)行處理。這種對(duì)合流制系統(tǒng)的截流式改造在污水系統(tǒng)建設(shè)初期具有易于實(shí)施、見(jiàn)效快、可使污水系統(tǒng)盡快運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn),在我國(guó)南北地區(qū)均有廣泛應(yīng)用。截流設(shè)施的功能是使原有排水系統(tǒng)中的旱流污水和雨季時(shí)一定截流倍數(shù)的雨水通過(guò)截流管進(jìn)入污水系統(tǒng),同時(shí)所設(shè)置的截流設(shè)施既要不阻礙原有系統(tǒng)的雨天排水能力,又要能防止雨季河水倒灌。截流設(shè)施一般由截污設(shè)施、防倒灌設(shè)施和限流設(shè)施組成。截污井內(nèi)設(shè)槽、堰或閘門(mén)等;防倒灌設(shè)施采用拍門(mén)、鴨嘴閥等;限流設(shè)施有堰、小口徑喉管、旋流調(diào)節(jié)閥、控制閘等。在南方河網(wǎng)地區(qū)常用的截污和防倒灌設(shè)施有溢流堰、閘門(mén)井、拍門(mén)和鴨嘴閥,這幾種設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。南方河網(wǎng)地區(qū)一般降雨頻繁、降雨量大、地下水位和河涌水位較高,地面與河涌最高水位的高差很小,截污設(shè)施的選擇較為困難。在截污系統(tǒng)建設(shè)初期,由于閘門(mén)的造價(jià)相對(duì)較高,難以保證及時(shí)啟閉,而沒(méi)有被采用。所采用的溢流井、拍門(mén)等設(shè)施,在實(shí)際運(yùn)行中易發(fā)生漏污和倒灌,抬高堰頂后又易造成排水管上游積水。由此造成污水處理廠進(jìn)水濃度普遍偏低,處理效果不好,難以正常運(yùn)行。在這種情況下,南方很多河網(wǎng)地區(qū)的城市,如蘇州、杭州、中山等,都已開(kāi)始進(jìn)行雨污分流改造,規(guī)劃遠(yuǎn)期實(shí)行完全的雨污分流排水體制。雨污分流改造需要一個(gè)過(guò)程,在有些地方也極為困難。在分流改造之前和改造難以進(jìn)行的地方,仍然需要進(jìn)行截污,因此有必要改進(jìn)現(xiàn)有的截污設(shè)施。1河涌或一個(gè)流域沒(méi)有排洪在前述的幾種截污和防倒灌設(shè)施中,閘門(mén)截污具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是閘門(mén)密封性較好,平常關(guān)閉時(shí),不存在河水倒灌的問(wèn)題;二是閘門(mén)不阻水,打開(kāi)時(shí),保持原有的排洪能力。這些特點(diǎn)使之適合于在河網(wǎng)地區(qū)截污應(yīng)用,但由于人工管理困難的原因,在以往的截污工程中很少被采用。采用閘門(mén)截污時(shí),一條河涌或一個(gè)流域可能需要多個(gè)閘門(mén),如何在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī),及時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉閘門(mén)并控制合適的開(kāi)啟度,是閘門(mén)在截污系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵。當(dāng)前信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá),多點(diǎn)分散閘門(mén)的遠(yuǎn)程自控不再是障礙。1.1遠(yuǎn)程門(mén)診終端閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)閘門(mén)井內(nèi)水位、河涌水位和降雨量信息自動(dòng)控制閘門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)污水截流和排洪的自動(dòng)控制。系統(tǒng)由總控端、各遠(yuǎn)程閘門(mén)終端和信息采集點(diǎn)組成?？偪囟酥糜谥行目刂剖?負(fù)責(zé)依據(jù)信息運(yùn)算判斷發(fā)送指令。遠(yuǎn)程閘門(mén)終端就是各閘門(mén)井,每座閘門(mén)井內(nèi)裝有一套電動(dòng)閘門(mén)和一個(gè)超聲波液位計(jì)。信息采集點(diǎn)有河涌水位信息采集和降雨量采集。河涌水位信息采集點(diǎn)根據(jù)河涌情況和閘門(mén)分布數(shù)量設(shè)置,當(dāng)只有一個(gè)閘門(mén)或幾個(gè)距離較近、涌水位相差不大時(shí)可共用一個(gè)河涌水位信息;當(dāng)河涌較長(zhǎng),閘門(mén)較分散時(shí),可在河涌首尾兩個(gè)閘門(mén)井外設(shè)置超聲波液位計(jì),采集河涌水位信息,其余閘門(mén)井外水位信息可依據(jù)所在位置內(nèi)插計(jì)算得到。降雨量信息通過(guò)自動(dòng)雨量計(jì)獲取,自動(dòng)雨量計(jì)可置于總控室房頂。為了較好的通信穩(wěn)定性,線(xiàn)路租用電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)示意如圖1。1.2安全運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)閘門(mén)可以統(tǒng)一控制或單獨(dú)控制,具有三種控制狀態(tài):(1)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)狀態(tài),閘門(mén)及啟閉機(jī)須能夠回傳閘門(mén)狀態(tài)(開(kāi)啟度),在總控端實(shí)時(shí)顯示;(2)遠(yuǎn)程手控狀態(tài),總控室值班人員根據(jù)降雨和水位情況,遠(yuǎn)程控制閘門(mén)啟閉;(3)全自動(dòng)控制狀態(tài),總控室根據(jù)水位信息自動(dòng)控制閘門(mén)啟閉。閘門(mén)運(yùn)行控制如下:①Hx≤Hy時(shí):閘門(mén)保持關(guān)閉;②Hx>Hy時(shí):Hm<10mm且Hx<2.5m,閘門(mén)保持關(guān)閉;否則,閘門(mén)開(kāi)啟;③當(dāng)水位下降至Hx=Hy且ΔHm=0時(shí),延時(shí)5min關(guān)閉閘門(mén)。其中,Hm為降雨量,ΔHm為單位時(shí)間增加雨量,Hx為井內(nèi)水位,Hy為涌?jī)?nèi)水位。上述參數(shù)是初始運(yùn)行參數(shù),系統(tǒng)運(yùn)行信息有日志記錄,在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后,這些參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行記錄予以調(diào)整。2門(mén)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1電纜供電電源閘門(mén)終端一般沿河涌?jī)砂渡⒘蟹植?其啟閉機(jī)及儀表自控用電采用低壓380V/220V電纜供電,電源就近取自市政公共電源。PLC控制柜自帶不間斷電源(UPS),可提供2h在線(xiàn)式不間斷電源給工作站作備用電源,當(dāng)主電源中斷時(shí),可至少維持60min自控操作。2.2控制系統(tǒng)的組成閘門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門(mén)啟閉機(jī)控制系統(tǒng)、安防報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等幾部分組成。系統(tǒng)采用分層控制結(jié)構(gòu),由中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、一個(gè)PLC控制主站和各個(gè)閘門(mén)遠(yuǎn)程子站、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成。2.2.1壓力監(jiān)控中央控制室中控室可就近置于附近的排水值班室,如泵房控制室、水利值班室等,也可以集成至統(tǒng)一的排水管理中央控制室。如某市崩山涌閘門(mén)自控系統(tǒng)中,將PLC主站上位機(jī)設(shè)在崩山涌排水泵站值班室,另外通過(guò)以太網(wǎng)與市水利信息平臺(tái)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連。PLC主站值班人員和全市中央監(jiān)控人員均可以通過(guò)PLC監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控,系統(tǒng)有自動(dòng)、遙控、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)三種控制方式。2.2.2運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法滿(mǎn)足閘門(mén)PLC子站負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)的采集,以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。設(shè)備層由現(xiàn)場(chǎng)儀表、閘門(mén)啟閉機(jī)、安防報(bào)警門(mén)禁等設(shè)備組成。這些儀表設(shè)備通過(guò)24VDC開(kāi)關(guān)量信號(hào)及4～20mA模擬信號(hào),把工藝參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)送到閘門(mén)PLC子站。如下位機(jī)控制柜的超聲波液位傳感器把崩山涌中的水位值和各閘門(mén)的開(kāi)閉狀態(tài)送給編碼器,編碼器對(duì)水位及閘門(mén)開(kāi)閉信號(hào)進(jìn)行編碼,再將編碼信號(hào)通過(guò)RS-485通訊傳給就地控制柜子站PLC,子站PLC將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步加工和處理后,基于MODBUSTCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng),通過(guò)以太網(wǎng)模塊接入Hub與上位機(jī)進(jìn)行通訊,上位機(jī)即崩山涌排水泵站主站PLC,經(jīng)過(guò)計(jì)算按照要求對(duì)各閘門(mén)進(jìn)行控制,就地控制柜子站PLC接收到信息后,發(fā)出控制信號(hào)自動(dòng)控制閘門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉,達(dá)到遠(yuǎn)程自動(dòng)控制或遙控的目的。就地控制柜設(shè)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)按鈕,可優(yōu)先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制。2.2.3網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器至上位機(jī)閘門(mén)控制系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)之間通訊租用數(shù)據(jù)通信運(yùn)營(yíng)商的以太網(wǎng)線(xiàn)路互聯(lián);下位機(jī)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器至上位機(jī)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器線(xiàn)路段由通信運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)。下位機(jī)與PLC控制柜內(nèi)設(shè)備之間以RS-485方式通訊。這樣上位機(jī)與下位機(jī)可以分別通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制柜的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的近距離和遠(yuǎn)距離的控制。閘門(mén)開(kāi)度信號(hào)以4～20mA模擬量格式送至子站PLC采集。2.2.4系統(tǒng)被破壞的情況設(shè)備安防報(bào)警系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)到前端供電系統(tǒng)的工作狀態(tài),一旦前端供電系統(tǒng)被破壞,系統(tǒng)能將前端斷電信息上報(bào)監(jiān)控中心;系統(tǒng)安裝有門(mén)禁設(shè)備,如果PLC控制柜箱門(mén)、閘門(mén)防盜螺絲和啟閉機(jī)防盜罩被撬打開(kāi),系統(tǒng)會(huì)向中心控制室監(jiān)控系統(tǒng)上報(bào)被撬信息。3安全需求的監(jiān)控與監(jiān)測(cè)閘門(mén)自動(dòng)控制能夠?qū)χ饕O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、水位、降雨信息定時(shí)采集,并存于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示、制表打印及完成各種計(jì)算、控制等功能時(shí)使用。系統(tǒng)依據(jù)水位、降雨信息控制閘門(mén)啟閉,可以最大限度地截污,也可以有效地防止積水和河水倒灌。比如在降雨初期或小降雨量時(shí)保持閘門(mén)關(guān)閉,在井內(nèi)水位上升至安全限值時(shí)及時(shí)打開(kāi)閘門(mén),在河涌水位高于管網(wǎng)水位時(shí)保持關(guān)閉。系統(tǒng)控制分三層實(shí)現(xiàn),即中央控制、基本控制和就地控制,運(yùn)行穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)對(duì)包括閘門(mén)等設(shè)施內(nèi)的全部?jī)x表和機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控,提供工程范圍內(nèi)主要設(shè)備運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)視,提供故障報(bào)警和事故狀態(tài)下應(yīng)急處理的方案及手段。閘門(mén)自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在中控室可查看現(xiàn)場(chǎng)工藝、電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況、反映現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況的模擬圖、各類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、各類(lèi)參數(shù)的歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)等,可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)至最佳運(yùn)行狀態(tài)。閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人或半無(wú)人值守,大大減輕了排水設(shè)施管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高安全運(yùn)行水平。4截污工程運(yùn)行效果該閘門(mén)系統(tǒng)最早于2009年應(yīng)用于某市城區(qū)崩山涌的污水截流,崩山涌全長(zhǎng)約7.5km,起端兩岸地勢(shì)較高,采用溢流堰截污,效果較好。下游兩岸地勢(shì)較低,設(shè)計(jì)采用閘門(mén)截污,排污口經(jīng)整合后,有13處閘門(mén)井,各井外河涌水位采取內(nèi)插方式計(jì)算?？偪囟酥糜诒郎接科鸲说谋谜究刂剖?該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐,自動(dòng)控制運(yùn)行穩(wěn)定,達(dá)到旱流截污,雨季排水要求。閘門(mén)終端示意見(jiàn)圖2。該閘門(mén)自動(dòng)截污系統(tǒng)在崩山涌實(shí)現(xiàn)后(系統(tǒng)界面見(jiàn)圖3),很快得到認(rèn)可并被推廣。在坦洲河北岸截污工程中,設(shè)置有9個(gè)自控閘門(mén),并與南岸的7個(gè)閘門(mén)統(tǒng)一控制。此項(xiàng)工程的工程質(zhì)量有了很大的提高,閘門(mén)密封性很好,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。現(xiàn)在,三鄉(xiāng)、板芙、大涌等鎮(zhèn)區(qū)都已開(kāi)始采用此項(xiàng)技術(shù),僅在2011年就有5項(xiàng)截污工程,共30多個(gè)排污口采用此種截污方式。5注意設(shè)計(jì)和問(wèn)題5.1門(mén)診量與閘控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)該閘門(mén)自控系統(tǒng)中對(duì)閘門(mén)及閘門(mén)井質(zhì)量要求較高,閘門(mén)需采用鑲銅雙向止水閘門(mén),在河涌水位高于井內(nèi)水位時(shí),閘門(mén)處于防倒灌狀態(tài),因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高反向止水水頭要求。閘門(mén)控制機(jī)構(gòu)是閘門(mén)的核心,電機(jī)戶(hù)外防護(hù)等級(jí)需達(dá)到IP67,應(yīng)采用質(zhì)量較好的大廠產(chǎn)品。為滿(mǎn)足閘門(mén)開(kāi)啟度控制要求,閘門(mén)位置指示器需采用小模數(shù)配換齒輪組,并用精密電位器完成閘門(mén)位置的電信號(hào)反饋。閘門(mén)可根據(jù)需要選用明桿或暗桿。暗桿美觀,但不易于觀察閘門(mén)動(dòng)向。閘門(mén)井設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧功能的使用和對(duì)河岸景觀的影響。5.2質(zhì)量控制材質(zhì)閘門(mén)終端一般位于野外,材質(zhì)選用上需注意防腐。閘門(mén)材質(zhì)應(yīng)采用球墨鑄鐵,防護(hù)罩、絲桿等主要外露材質(zhì)應(yīng)選用不銹鋼,螺釘、螺母、預(yù)埋件等鐵質(zhì)配件應(yīng)采用熱浸鍍鋅處理。5.3安全井壁不垂直閘門(mén)井是閘門(mén)的基座,其施工質(zhì)量影響到閘門(mén)的密封性能和使用壽命,如果井壁不垂直,閘門(mén)安裝精確度差,閘門(mén)的啟閉會(huì)造成絲桿過(guò)早損壞。井壁不平會(huì)導(dǎo)致閘門(mén)漏水。5.4保護(hù)前保護(hù)環(huán)境質(zhì)量和截流能力分析設(shè)計(jì)時(shí)要注意井面高程和管底高程的距離,要保證閘門(mén)能夠完全打開(kāi),必要時(shí)可部分抬高井面高程,有隱蔽需要時(shí)可采取綠化圍護(hù)遮擋。每個(gè)啟閉機(jī)應(yīng)設(shè)置保護(hù)罩,保護(hù)罩兼具防盜報(bào)警功能和保護(hù)功能。有條件時(shí)可在閘門(mén)井內(nèi)和井外分別設(shè)置監(jiān)控?cái)z像頭,分別用于查看井內(nèi)情況和防盜。該系統(tǒng)還存在一項(xiàng)缺點(diǎn)有待改進(jìn),所采用限流設(shè)施是小口徑喉管,在降雨排水期并不能控制截流倍數(shù)。因此,有條件的應(yīng)考慮增加電動(dòng)控制閥門(mén)或旋流閥等限流設(shè)施,實(shí)現(xiàn)對(duì)截流倍數(shù)的控制。6第4階段:新安江流域閘門(mén)自動(dòng)截污系統(tǒng)較好地解決了拍門(mén)漏水和溢流堰阻水的問(wèn)題,并且能夠根據(jù)水位和降雨量信息自動(dòng)控制閘門(mén)啟閉,較好地實(shí)現(xiàn)了南方河網(wǎng)地區(qū)的污水截流問(wèn)題。新安江水質(zhì)保護(hù)跨省生態(tài)補(bǔ)償工程啟動(dòng)為保住長(zhǎng)三角大水缸千島湖的水質(zhì),據(jù)統(tǒng)計(jì),近些年黃山拒絕的投資有40多項(xiàng),投資總額超過(guò)40億元。2008年,財(cái)政部、環(huán)保部開(kāi)始醞釀在新安江流域首推跨省生態(tài)補(bǔ)償。這一新政的推行在我國(guó)現(xiàn)有的法律、法規(guī)和政策尚屬空白。經(jīng)過(guò)4年的磋商、磨合,一套中央及兩省共同認(rèn)可的規(guī)則終于在2012年初成型。其主要內(nèi)容是:中央財(cái)政支出3億元用于新安江治理。3年后,若兩省交界處的新安江水