初期雨水調(diào)蓄池沖洗方案的比較與選擇

初期雨水調(diào)蓄池沖洗方案的比較與選擇

1雨水對(duì)城市黃江的污染黃浦江水生景觀是2010年上海世博會(huì)最重要的景觀之一。從2010年5月1日到10月31日，這是上海的洪水期。雨水稀少。因?yàn)樵谠缙陔A段，雨水中積累了大量黑污泥。cocdr的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了黃浦江河的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。如果直接進(jìn)入河流，河流將出現(xiàn)黑臭和破壞沿海水生景觀的感覺。因此,控制初期雨水對(duì)黃浦江產(chǎn)生的污染是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作。根據(jù)2010年上海世博會(huì)園區(qū)總體規(guī)劃,世博浦東園區(qū)采用雨污分流的排水體制,新建了3座雨水泵站,泵站出水均排入黃浦江。世博浦明雨水泵站設(shè)計(jì)規(guī)模Q=22m3/s,初期雨水調(diào)蓄池容積8000m3,與雨水泵房分建;世博后灘雨水泵站設(shè)計(jì)規(guī)模Q=11m3/s,南碼頭雨水泵站設(shè)計(jì)規(guī)模Q=11.5m3/s,初期雨水調(diào)蓄池容積分別為2800m3和3500m3,初期雨水調(diào)蓄池位于雨水泵房下方,結(jié)構(gòu)采用上下疊建方式,節(jié)約用地。2調(diào)蓄池的沖洗和清除沉積物在雨水泵站中設(shè)置初期雨水調(diào)蓄池,目的是將降雨初期污染相對(duì)較嚴(yán)重的雨水暫時(shí)儲(chǔ)存在調(diào)蓄池中,在降雨之后利用城市污水管網(wǎng)排放低谷時(shí)段,將初期雨水送至城市污水處理廠。由于初期雨水徑流中攜帶了地面和管道沉積的污物雜質(zhì),初期雨水調(diào)蓄池在使用后底部不可避免地滯留有沉積雜物。雨水滯留在池內(nèi)數(shù)小時(shí)后,水中污物雜質(zhì)會(huì)沉積下來,如果不及時(shí)進(jìn)行清理會(huì)造成污物變質(zhì),產(chǎn)生異味;而且沉積物積聚過多將使調(diào)蓄池?zé)o法發(fā)揮其功效。因此,在設(shè)計(jì)初期雨水調(diào)蓄池時(shí)必須考慮對(duì)底部沉積物的有效沖洗和清除。調(diào)蓄池的沖洗有多種方法,各有利弊。為達(dá)到節(jié)能減排的政策要求,出現(xiàn)了越來越多的環(huán)保型、節(jié)能型沖洗設(shè)施和方法。調(diào)蓄池通常采用的沖洗措施有人工清洗、水射器沖洗、水力沖洗翻斗、連續(xù)溝槽自清沖洗、門式自沖洗系統(tǒng)等。2.1人工清潔依靠人力進(jìn)入地下水池中,對(duì)沉積物用工具進(jìn)行清掃、沖洗、搬運(yùn)。缺點(diǎn)是危險(xiǎn)性高、勞動(dòng)強(qiáng)度大。2.2池底沉淀物沖洗清理水射器借助于吸氣管和特殊設(shè)計(jì)的管嘴,高壓水流在噴射管中產(chǎn)生負(fù)壓,將吸入的空氣和水混合,利用摻氣高壓水流對(duì)池底沉淀物進(jìn)行沖刷清理。優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)沖洗,沖洗時(shí)有曝氣過程,可減少異味,適用于所有池型。缺點(diǎn)是需建造沖洗水儲(chǔ)水池,運(yùn)行成本較高,設(shè)備位于池底,易被污染磨損。2.3調(diào)蓄池翻斗時(shí)的注意事項(xiàng)水力沖洗翻斗是一種節(jié)能型沖洗方式,其斷面為圓形和30°儲(chǔ)水三角水槽組成的形狀。翻斗安裝于調(diào)蓄池寬度方向池壁的上沿口(見圖1),在工作待命狀態(tài)翻斗口朝上,當(dāng)需清洗調(diào)蓄池時(shí),利用翻斗上方的進(jìn)水管道向翻斗內(nèi)充水,當(dāng)翻斗內(nèi)充滿水后,由于翻斗的偏心設(shè)計(jì),斗體在偏心力矩作用下失穩(wěn),水斗自動(dòng)翻轉(zhuǎn),斗內(nèi)儲(chǔ)水瞬間從斗口倒出,對(duì)池底進(jìn)行沖洗。待水倒空后,翻斗自動(dòng)回復(fù)原位。水力沖洗翻斗的優(yōu)點(diǎn)是無需電力或機(jī)械驅(qū)動(dòng),控制簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是必須提供有壓力的外部水源對(duì)翻斗進(jìn)行沖洗,運(yùn)行費(fèi)用較高;翻斗容量有限,沖洗范圍受到限制。2.4調(diào)蓄池底坡生活技術(shù)將調(diào)蓄池底部設(shè)計(jì)成為連續(xù)溝槽,調(diào)蓄池使用完畢后,利用晴天污水沖洗底部,通過跌水將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能進(jìn)入連續(xù)溝槽,并在溝槽內(nèi)達(dá)到自清流速,沖洗水最終流入泵坑,提升后排入污水管,達(dá)到清洗調(diào)蓄池的目的,這也是一種節(jié)能的方法。調(diào)蓄池底部的連續(xù)溝槽一般采用梯形斷面,混凝土澆筑成形,溝槽具有一定底坡,底坡及轉(zhuǎn)彎處水力損失要通過水力模型試驗(yàn)確定(見圖2)。這種方式優(yōu)點(diǎn)是無需電力或機(jī)械驅(qū)動(dòng),無需外部水源;缺點(diǎn)是依賴晴天污水作為沖洗水源,利用其自清流速進(jìn)行沖洗,難以實(shí)現(xiàn)徹底清洗,易產(chǎn)生二次沉積;連續(xù)溝槽的結(jié)構(gòu)形式加大了泵站的建造深度,有些調(diào)蓄池的建造深度超過20m。2.5門式自沖洗系統(tǒng)門式自沖洗系統(tǒng)是一種節(jié)能型、無動(dòng)力、無能源消耗的清洗方式。它利用水力學(xué)原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合,其沖洗裝置設(shè)計(jì)成門式外形,調(diào)蓄池分割成數(shù)條長(zhǎng)形沖洗廊道,廊道始端設(shè)置儲(chǔ)水池和沖洗門,廊道末端設(shè)置出水收集渠。主浮筒和控制浮筒安放在進(jìn)水端或出水端。工作過程是液位控制的兩套浮筒(主浮筒和控制浮筒)與數(shù)套沖洗門之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作。其間相連接的是全封閉的液動(dòng)系統(tǒng)。門式自沖洗系統(tǒng)適用于方形、矩形、異形的調(diào)蓄池,也可設(shè)置在管網(wǎng)中。調(diào)蓄池進(jìn)水先進(jìn)入儲(chǔ)水池,并逐檔進(jìn)入各廊道的儲(chǔ)水池,待儲(chǔ)水池蓄滿水后,水再?gòu)膬?chǔ)水池上部溢出進(jìn)入調(diào)蓄池廊道。無論在何種進(jìn)水量的情況下,進(jìn)水總是先充滿儲(chǔ)水池,儲(chǔ)存一定的沖洗水量。在調(diào)蓄池排空時(shí),控制浮筒隨水位降低至設(shè)置標(biāo)高時(shí),由控制系統(tǒng)觸發(fā),沖洗門瞬間將儲(chǔ)水釋放,門底部噴射出的水具有很大的動(dòng)能,形成強(qiáng)力的、席卷式的射流。射流形成的波浪將池底的沉積物卷起,沖流到調(diào)蓄池末端的收集渠,通過泵排出。門式自沖洗裝置的沖洗力非常強(qiáng)大,在法國(guó)巴黎的某個(gè)應(yīng)用實(shí)例中,對(duì)厚達(dá)0.4m的積泥一次沖洗即實(shí)現(xiàn)了清除,這是傳統(tǒng)沖洗方式所無法做到的。該裝置運(yùn)行示意見圖3。門式自沖洗方式優(yōu)點(diǎn)是無需電力或機(jī)械驅(qū)動(dòng),無需外部供水,控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單;單個(gè)沖洗波的沖洗距離長(zhǎng);調(diào)節(jié)靈活,手動(dòng)、電動(dòng)均可控制,即使在部分充水情況下,也可手動(dòng)控制進(jìn)行沖洗;運(yùn)行成本低、使用效率高。缺點(diǎn)是進(jìn)口設(shè)備,初期投資較高。表1為上海市部分已建或在建調(diào)蓄池的沖洗措施情況。3沖洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)世博園區(qū)雨水泵站地處黃浦江畔規(guī)劃濱江綠地,根據(jù)規(guī)劃和景觀要求,均建設(shè)成全地下式泵站,地面上僅有人員進(jìn)出口、通風(fēng)井、設(shè)備檢修孔等。全地下結(jié)構(gòu)的初期雨水調(diào)蓄池不具備人員經(jīng)常進(jìn)出和開大型設(shè)備吊裝孔的條件。因此,世博園區(qū)設(shè)計(jì)的雨水泵站中初期雨水調(diào)蓄池在國(guó)內(nèi)首次采用了國(guó)際先進(jìn)的門式自沖洗系統(tǒng)。浦明雨水泵站中初期雨水調(diào)蓄池設(shè)計(jì)容積8000m3,平面尺寸39.4m×32.6m,由儲(chǔ)水池、沖洗廊道、出水收集槽等三部分組成。每套沖洗門的前端設(shè)置儲(chǔ)水池,儲(chǔ)水池的設(shè)計(jì)寬度、高度、底坡及透氣平衡裝置與池型和沖洗范圍有關(guān)。對(duì)于每條沖洗廊道,需保證一定的底坡,根據(jù)沖洗水量和沖洗程序不同,一般設(shè)計(jì)底坡為1%~2%。根據(jù)沖洗廊道的寬度和長(zhǎng)度,通過計(jì)算確定儲(chǔ)水池的容積。儲(chǔ)水池中的蓄水應(yīng)有一定勢(shì)能(水位差),才能在沖洗門瞬間打開時(shí)形成強(qiáng)力的水動(dòng)能。儲(chǔ)水池寬3m,分為6格,設(shè)有兩級(jí)底坡;6條沖洗廊道內(nèi)各設(shè)置1套門式自沖洗裝置,沖洗廊道單長(zhǎng)29m,單寬4.65m,設(shè)有底坡,隔墻高度0.6m,門式自動(dòng)沖洗裝置寬度2.8m,孔口高度0.4m;出水收集槽寬5.5m,末端設(shè)置2臺(tái)潛水離心泵,用于調(diào)蓄池放空及沖洗水排空,初期雨水調(diào)蓄池12h放空,放空水及沖洗水排入浦明路市政污水管道。雨水調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)見圖4。4內(nèi)部自清潔系統(tǒng)的操作模式4.1調(diào)蓄池的進(jìn)入降雨初期,雨水出水閘門關(guān)閉,調(diào)蓄池進(jìn)水閘門開啟,初期雨水混合水經(jīng)雨水泵提升后進(jìn)入調(diào)蓄池。初期雨水首先進(jìn)入調(diào)蓄池的儲(chǔ)水池,待儲(chǔ)水池各格依次蓄滿水后,再?gòu)膬?chǔ)水池上部溢出進(jìn)入調(diào)蓄池各廊道。待調(diào)蓄池蓄滿時(shí),調(diào)蓄池進(jìn)水箱涵閘門關(guān)閉,同時(shí)開啟雨水出水閘門。4.2浦明路市政污水系統(tǒng)根據(jù)外部污水管網(wǎng)運(yùn)行情況及世博污水納管泵站的水量反饋情況,利用晴天污水量排放低谷時(shí)段(一般為夜間),人工控制調(diào)蓄池的放空,將初期雨水排放至浦明路市政污水系統(tǒng)。放空時(shí)首先開啟調(diào)蓄池高位溢流閘閥,當(dāng)調(diào)蓄池內(nèi)水位逐漸降低,關(guān)閉高位溢流閘閥,同時(shí)開啟調(diào)蓄池放空泵。當(dāng)水位下降至停泵水位,同時(shí)液位處于下降趨勢(shì),即變化率dL/dt<0時(shí),放空泵關(guān)閉。4.3道網(wǎng)劃分和出水流量調(diào)蓄池放空后,根據(jù)出水收集渠內(nèi)浮球開關(guān)的信號(hào)反饋,門式自沖洗系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行沖洗。全套沖洗過程根據(jù)廊道數(shù)量分為數(shù)組。第1組沖洗(第1條廊道):調(diào)蓄池放空結(jié)束(放空泵關(guān)閉)后由控制系統(tǒng)觸發(fā),第一條廊道開始