南方某城镇现状截流井运行现状分析及智能截流井运用的探究

南方某城镇现状截流井运行现状分析及智能截流井运用的探究

郑伟浩

北京市市政工程设计研究总院有限公司佛山分院 广东省佛山市 528200

摘要：随着城市建设的飞速发展，排水管道的建设逐年增加，城市地下管网的系统的不断完善。然而，从排水管道普查结果看，珠三角地区目前污水管道普遍存在高水位运行情况，污水处理厂进水浓度偏低，城市排水系统应有的排水和治污功能不能充分发挥。拍门失效河涌水倒灌入是导致污水管道高水位运行的主要原因。因此，需通过排水口改造实现消除旱天污水直排、削减雨天溢流，提升污水处理效益、减少污水外渗，降低系统运行水位、恢复截流倍数等多重目标。本文主要结合工程实例，阐述了目前截污管道防倒灌措施运行现状分析及新型截流井运用。

关键词：截污改造;智能截流；水环境治理。

引言：

经济的快速发展使城市河道的污染问题日益严重，通过截流井将合流制排水系统的污水截流后排至市政污水管道系统，最大程度地消减进入河道的污染物含量。是改善河道水质的有效手段，截流井设置的合理与否决定了截污系统运行的成败。

国务院印发实施的《水污染防治行动计划》明确提出“到2017年底，直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体；到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内”的目标。为确保各地如期完成国务院确定的城市黑臭水体整治目标，住房城乡建设部等部门制定了《城市黑臭水体整治工作指南》，提出了“控源截污、内源治理、生态修复”的技术路线，将“控源截污”作为城市黑臭水体整治工作的根本措施。

大多数城市，尤其是城村结合处，由于没有完全做到雨水管和污水管独立敷设，那么雨水及污水大部分是混合后进入管道，管道末端安装有传统的拍门装置，当管道水位高于河道水位时，拍门自动打开，起到排涝作用，当河道水位高于管道水位时，起到防止倒灌作用。但由于管道内污水横流，拍门标高及管网系统性问题，导致晴天也有大量黑臭污水流出，污染河道，而雨天又无法打开拍门，导致内涝，传统的拍门无法起到既能防倒灌，又能排涝的作用，功能单一，而且的拍门的状态也无从所知，往往处于被动的管控状态。

1传统截流井运行现状及存在问题

传统的截流井有槽式、堰式和槽堰结合式，传统的截流井设置在合流管道排放口，通常位于截流干管和合流排水管的相交处，从功能上来说，截流井作为雨污分离的临界点，应实现污水截流和溢流污染控制的功能，而传统的截流井设计简单，存在以下问题：

（1)污水截流量难以控制

传统截流井的截流量的控制主要是通过截流井溢流堰及截流管大小与坡度相结合来实现的。无论是堰式、槽式还是堰槽结合式截流井，其截流量都是随截流井内液位的升高而不断加大，从而导致截流污水量远远大于设计截污量，而截污的污染物浓度则大大小于设计值，导致截污管终端污水厂污染物负荷过低，影响生物处理效果。

（2)溢流污染物拦截效果差

雨污混合污水中含大量漂浮物、悬浮物、泥沙等大量污染物质，截流污水并不能完全将其带走，并有大量的污染物通过溢流口排放至地表水体，造成地表水体的污染。

（3)外部河（海）水倒灌

如果截流井的溢流管管底低于设计的洪水位或潮水位时，为了防止河水或涨潮海水倒灌进入截流井，需采取防倒灌措施。传统的防倒灌措施多采用拍门。

拍门是截流式合流制管网的重要组件之一，拍门能否正常运行直接关系到截流式合流制管网系统的成败。但经现场调查，相当部分排出口拍门关闭不严、损坏或人为打开，造成河涌水倒灌进入污水管道系统，导致污水管道水位上升，污水管网系统瘫痪，不能正常运行。产生这种现象的原因具体如下：

1）拍门本身生产质量、安装不合格，造成拍门关闭时还留有一定的缝隙；

2）周边的居民随意向河涌中乱扔垃圾，或在河涌旁设置垃圾堆放点，导致垃圾滞留在污水管道排出口处，阻碍拍门关闭，造成拍门无法紧闭；

3）由于河涌涌底有大量的淤泥沉积，且未能及时疏浚，阻碍了拍门的正常关闭；

4）拍门长时间的使用造成机械耗损、甚至失效等现象，由于管理维护不及时，拍门将不能正常工作。

5）暴雨期间，河涌沿线居民将拍门吊起。雨后未及时关闭，导致大量河涌水进入污水管道系统。

目前所调查污水处理厂片区内自然村落的合流管道截污，主要采用拍门式截流井的截流设施。据统计，片区内共有300多个拍门，拍门多位于河涌挡墙且淹没在河涌中。由于拍门经常受垃圾堵塞、机械损耗、水力条件不足等因素影响，未能起到防止河涌水倒灌的作用，反而成为河涌水进入污水管网系统的漏洞。同时，拍门位于水中，日常维护管理困难，即使投入大量先进机具设备，也未能确保拍门完全不漏水。

2新型截流井介绍

新型截流井主要是将污染截流量控制、防止河水倒灌两大功能集为一体的截流井。

2.1截流量控制系统

在合流制排水管网系统中，由于终端污水处理厂的处理能力受限，为了确保终端污水处理厂的进水水量不超标，必须限制流入下游污水厂的流量。

（1）浮筒内置限流器

浮筒内置限流器无需外接电源控制，限流器安装在排水系统排放孔的前端，无论井中水位是多少，保证恒定控制设计排放流量。这归功于限流器内的浮球，孔口闸板的开启度与浮球即液位高低联动，通过液位与孔口面积实现出流的恒定控制。

图2.1.1浮筒内置限流器

（2）液动限流器

液动限流器主要用于在径流系统中污水的统一调控。液动限流器是一个融合自动化监控及自动防止堵塞为一体的集成系统。该系统可以安装在大多数的应用中。它的主要组成有：闸门、液位计、控制面板等。当液位计测量到水位达到最高水位时，会传送一个信号到控制面板。该信号用于确定闸门是否在正确的位置，以确保正确的水流流向。随后液压驱动限流器打开，水流通过。

图2.1.2液动限流器

浮筒内置限流器无动力不需要接电，安装调试运维都更方便，水力驱动，水位控制，预先设定截流量，现场小范围调整；液动限流器，液压驱动，PLC控制，现场PLC控制根据水质及水量情况实时调整，截流更精确，现场可调范围更广。

2.2防倒灌系统

当雨量特别大时，外部河水水位或潮水位急速增高，如果截流井的溢流管管底低于设计的洪水位或潮水位时，则河水或海水将倒灌至截流井而进入截污管道，使截污管道的实际流量大大超过设计流量。为了防止河水或涨潮海水倒灌进入截流井，需采取防倒灌措施。传统拍门关闭不严、损坏或人为打开，造成河涌水倒灌进入污水管道系统，导致污水管道水位上升，污水管网系统瘫痪，不能正常运行。

（1）液压旋转堰门

液压旋转堰门安装于截流井内，位于溢流管之前，由液压控制，可实现快速调节溢流堰顶高度的功能，保证堰顶高度高于外部河道/海水液位标高。其组成为堰门主体、液压缸伸缩臂、水位监测系统、液压系统、控制系统等。当外部河水位高于溢流管管顶时，液压旋转堰门抬起防止倒灌。堰门主体与截流井井壁之间有特殊密封结构，保证零泄漏。

图2.1.3 截流井中的液压旋转堰门

（2）液压下开式堰门

下开式堰门安装于截流井内，位于溢流管之前，由液压控制，可实现快速调节溢流堰顶高度的功能，保证堰顶高度高于外部河道/海水液位标高。其组成为堰门主体、液压缸伸缩臂、水位监测系统、液压系统、控制系统等。当外部河水位高于溢流管管顶时，可加配孔口适配器，用来完全关闭溢流口，防止倒灌。堰门主体与截流井井壁之间有特殊密封结构，保证零泄漏。

图2.1.4 截流井中的液压下开式堰门

（3）智能型拍门止水装置

智能型拍门止水装置机械简单、在不该变原有拍门功能的基础上赋予了更多性能，当失电时，可完全恢复至原有拍门功能。当得电时，拍门是可以智能化管控，化被动为主动。在智能值守情况下，晴天管网液位低时主动关闭，下大雨时，拍门内管道水位达到预设的高度，马上自动打开，做到晴天截污和雨天排涝两不误。

图2.1.5智能型拍门止水装置

3结束语

沿河截污工程作为避免污水入河的最后一道防线，截污成效直接影响河涌水质。传统截流采用拍门防倒灌，从运营效果上来看显然没有发挥到其应有的功能，目前各别城镇已有明确表示不可采用拍门。新型截流井具有污染截流量控制及防止河水倒灌两大功能，可以针对现场环境及实际情况对相关产品进行有机组合，可针对问题排口进行改造，对改善水环境，保护水资源，实现可持续发展目标，具有重要意义。

参考文献：

[1] 智慧截流井自动化控制技术设计及应用[J]. 华铮,张胜雷,杨天龙,程子韬,张良波. 住宅产业. 2021(Z1).

[2] 智能截流井在惠州市城区截污治污工程中的应用[J]. 谭建国,蔡桂安,余路路. 广东水利水电. 2020(10).

[3]旋流限流阀在初期雨水截流中的应用[J]. 赵奇奇,武福平,袁国文,唐鑫,冯霖. 中国给水排水. 2018(07)