一种兼顾城市涝水排除的合流制溢流控制系统及方法

本发明涉及合流制溢流污染，具体涉及一种兼顾城市涝水排除的合流制溢流控制系统及方法。

背景技术：

1、目前，很多省市的老旧城区都保留合流制排水，晴天时污水排入污水处理厂；雨天时雨水通过雨水口或检查井混合着污水共同输送到污水处理厂。当雨量过大时，混入的雨水会增加污水的稀释倍数，大大降低污染物的浓度，增加污水厂的处理负荷。合流制管道由于具有孔径大、流速慢的特点，导致晴天时运送到污水厂的污水有1/3会沉积在沿途管道内，而雨天，流量大、流速大的雨水会冲击管道内的沉积物，在允许合流制排水系统发生溢流的情况下，未经处理排入河流，导致黑臭。

2、合流制溢流污染(cso)控制的核心是减少后期较干净雨水进入截污系统，扩大管道合流水质与溢流水质的浓度差。当雨季来临，道路雨水中溶解大量来源广且复杂的污染物，其污染物的组成受到道路材料、老化程度，空气污染状况，本场降雨特征，道路车流量等多方面的影响，导致初期雨水污染物含量高，雨水混合污水在合流制管道中，在cso调蓄池前的分流井中，可将含有高浓度污染物的污水以及污染严重的初期雨水截流至污水处理厂。且通过简单高效分离技术再将后期低浓度污染物的雨水收集至cso调蓄池中进行处理、存储，待晴天时将存储的雨水再加以资源化利用。

3、但是，鉴于降雨强度及降雨总量有时会远超城市内涝防治标准和现状能力的降雨，其致灾速度快，易造成巨大财产损失和人员伤亡，严重威胁城市安全稳定运行。市政道路像下凹桥、下穿隧道等下凹点位常会发生内涝，传统的重力排水系统已无法满足快速排水的需求。

4、因此，如何在降雨强度和降雨总量大的情况下，快速有效解决市政积水本领域技术人员需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提出一种兼顾城市涝水排除的合流制溢流控制系统及方法，一方面本发明设计的分流井内结构采用的是无动力截污技术，依靠水力控制分流，不仅降低设备的占用空间，而且保证了溢流控制效果；另一方面设计虹吸结构对系统进行反向清洗，并排出，同时cso调蓄池中的分区设置，实现在暴雨情况下将积水进行积蓄和过滤，并且在道路出现积水的时候通过虹吸作用进行快速有效的排除积水，不仅保证排水效率，而且减少了工作成本。

2、为了实现上述目的，本发明目的之一提供一种兼顾城市涝水排除的合流制溢流控制系统，包括：分流井、cso调蓄池和道路虹吸快排装置；

3、其中，所述分流井内设置有：第一浮球控制模块，管道切换模块及牵引托举装置；

4、所述牵引托举装置固定在所述管道切换模块的底端，且所述第一浮球控制模块控制所述牵引托举装置的托举高度进而控制所述管道切换模块的管道切换；

5、所述cso调蓄池设置有左室和右室；

6、所述左室和所述管道切换模块连接；

7、所述右室和所述道路虹吸快排装置连接。

8、优选的，所述分流井的侧壁上设置有合流制进水管。

9、优选的，所述管道切换模块包括间隔设置的第一隔板、第二隔网、第三隔环和滑动装置；

10、所述第一隔板、第二隔网和第三隔环的两端均固定在所述分流井井壁上；

11、所述滑动装置包括：第四隔板、第五隔板和支撑杆一；

12、所述第二隔网和第三隔环之间设置有调蓄池入流管，所述调蓄池入流管与所述左室连接；

13、所述第三隔环和第四隔板之间设置有污水排出管；

14、所述第四隔板和第五隔板通过支撑杆一连接，且均与所述分流井井壁滑动连接；

15、所述牵引托举装置固定在所述第五隔板的底端，推动所述第四隔板和第五隔板同时平移。

16、优选的，所述第一浮球控制模块设置在所述分流井井盖与所述第一隔板之间；

17、所述第一浮球控制模块包括：限位装置，l型移动板、固定环、第一浮球和牵引装置；

18、所述限位装置固定在所述分流井侧壁上；

19、所述l型移动板嵌套在所述限位装置的内侧，且所述l型移动板通过所述限位装置进行限位；

20、所述固定环固定在所述l型移动板靠近所述限位装置一侧的端臂上，所述l型移动板的另一端臂的底端固定有所述牵引装置；

21、所述第一浮球固定在所述固定环上；

22、所述牵引装置与所述牵引托举装置连接。

23、优选的，所述第二隔网的中部设置有第二浮球，所述第二浮球通过顶托杆与所述第一浮球底部相贴合；

24、其中，所述顶托杆为t型顶托杆；

25、所述第一隔板、第四隔板和第五隔板均采用不透水的材质；

26、所述第三隔环和第四隔板均向所述污水排出管方向平行倾斜，且倾斜角度相同。

27、所述第四隔板和所述第五隔板之间通过平行排列的支撑杆一连接。

28、优选的，所述限位装置包括：辅助弹夹装置和限位部；

29、所述辅助弹夹装置固定在所述限位部的侧端；

30、所述l型移动板与所述限位部滑动连接；

31、所述辅助弹夹装置包括：固定钉，限位钩，u型钢杆，钢球，固定钩，拉伸弹簧，开口嵌位盒；

32、所述开口嵌位盒固定在所述限位部的底部；

33、所述钢球位于所述开口嵌位盒上方凹槽中，且所述钢球卡在所述u型钢杆自下而上的三分之一处；

34、所述u型钢杆与所述限位钩适配；

35、所述限位钩悬挂在所述固定钉上，可左右摆动；

36、所述u型钢杆底部的固定钩与所述拉伸弹簧的一端相连接，所述拉伸弹簧的另一端固定在所述开口嵌位盒底部。

37、辅助弹夹装置的限位钩不弹出时，此时拉伸弹簧处于拉伸状态；当l型移动板向上滑动超过限位钩高度时，拉伸弹簧恢复原长并垂直于开口嵌位盒底部，同时带动u型钢杆垂直于开口嵌位盒底部，此时限位钩弹出，限位钩的钩部与l型移动板的底端贴合。

38、所述牵引装置可以为钢丝。

39、所述牵引托举装置包括：固定斜面、动滑轮、支撑杆二、支撑盘、固定转向滑轮、钢丝绳和钢丝绳收缩器；

40、其中，所述固定斜面固定在所述分流井的底部；

41、所述钢丝绳收缩器固定在所述固定斜面最低处的中心位置；

42、所述固定斜面的中心位置设置有滑道，

43、所述固定转向滑轮固定在滑道的最高点，所述动滑轮位于滑道的最低点，且与滑道滑动连接；

44、所述支撑杆二的末端与所述动滑轮的中心轴连接，顶端与所述支撑盘的底部盘面固定连接；

45、所述支撑盘与所述第五隔板底面滑动连接；

46、所述动滑轮的中心轴设置有至少两个弯钩，其中一个所述弯钩与所述钢丝绳连接，所述钢丝绳收缩器对所述钢丝绳进行收缩；

47、所述牵引装置从所述固定转向滑轮的中心轴底部穿过与另一所述弯钩连接。

48、其中所述固定斜面与水平方向的夹角为θ，

49、所述第一浮球的体积满足

50、

51、其中，ρ为雨水密度，k为钢丝绳的弹簧系数，δx为钢丝绳的弹簧形变量。

52、当路面积水进入到第一浮球控制室中，积水深度达到第一浮球的一半高度时，此时浮球为悬浮状态，浮力与自身重力和向下拉力之和相等，按此要求设计，v需满足上述公式；当积水深度高于第一浮球的一半高度，对于第一浮球浮力增大，第一浮球继续上升，带动牵引装置向上移动。

53、优选的，所述左室由上至下依次设置有处理室和弃流室，且所述处理室中上部的侧端设置有进水渠；

54、所述第一浮球控制模块通过第一排空管与所述进水渠连接；

55、所述处理室包括：待净化水隔间、净水过流室；

56、所述待净化水隔间与所述净水过流室通过喇叭式隔板隔开；

57、进一步，所述喇叭式隔板喇叭端每侧隔板与水平方向的夹角在10-15°，这样角度的设计利于在反向净化时水流汇流到虹吸引流管底部。

58、其中，所述调蓄池入流管深入所述进水渠底端；

59、所述进水渠内设置有进水堰、滤网和液位感应器；

60、其中，所述滤网和进水堰均设置在所述调蓄池入流管和所述待净化进水管之间，所述滤网设置在靠近所述调蓄池入流管的一侧，所述进水堰设置在靠近所述待净化进水管的一侧；

61、所述液位感应器位于所述进水堰的上方。

62、进一步，所述第一排空管在所述进水渠侧壁上的高度高于所述进水堰顶端10-15cm；所述第一排空管上设置有第一排空管自动阀门；

63、这样的设计可以保证在调蓄池入流管入流时，水流不会流向第一排空管中，影响堰上出流。

64、所述待净化进水管的首端与所述进水渠底端连通，末端延伸至所述待净化水隔间内，且管口向上；

65、还包括：虹吸引流管、弃液截留管和过水廊道；

66、所述过水廊道位于所述进水渠的下方；

67、所述虹吸引流管位于所述喇叭式隔板的最高点；

68、所述虹吸引流管一端与所述待净化水隔间连通，另一端与所述弃流室连通；

69、所述待净化水隔间的底端通过所述过水廊道与所述净水过流室连通；

70、所述弃液截留管一端连接所述虹吸引流管，另一端淹没于所述净水过流室；

71、进一步，所述净水过流室内设置有溢流渠；

72、所述右室由上至下依次设置有市政道路雨水收集室和净水存储室；

73、进一步，所述市政道路雨水收集室和所述净化存储室通过隔板隔开；

74、所述市政道路雨水收集室通过雨水转输管与所述待净化水隔间连通；

75、所述净水存储室通过净水转输管与所述净水过流室连通；

76、进一步，所述雨水转输管上设置有雨水转输管自动阀门。

77、所述市政道路雨水收集室通过虹吸抽水管与所述道路虹吸快排装置连接。

78、优选的，还包括：功能辅助管、排气管和落水管；

79、所述功能辅助管的顶端、所述落水管均与所述虹吸引流管连通，

80、且，所述功能辅助管通过排气管与所述弃液截断管连通；

81、所述功能辅助管与所述落水管的下端均指向所述弃流室；

82、所述净水存储室的底端设置有存蓄水再利用管；

83、进一步，所述存蓄水再利用管上设置有液位阀。

84、优选的，所述道路虹吸快排装置包括：结构体、浮筒、盖板和倒装集水桶；

85、其中，所述浮筒嵌套在所述结构体外侧面的凹槽内；

86、所述浮筒通过衔接支撑架与盖板连接；

87、所述倒装集水桶通过固定架固定在结构体的中心位置；

88、且所述虹吸抽水管的顶端位于所述倒装集水桶的顶部。

89、进一步，所述浮筒在凹槽内上下移动，进而控制支撑架上下移动，实现盖板的开启和关闭。

90、更进一步，所述凹槽的外侧设置有过滤网；

91、所述浮筒通过中心设置的钢丝衔接所述支撑架。

92、更进一步，所述虹吸抽水管最顶端距离所述倒装集水桶的底部0.03-0.05m；且，所述虹吸抽水管设置有虹吸抽水管自动阀门。

93、根据钟罩式虹吸原理，一般钟罩的高度比中央立管高3-5cm比较适宜，在本设计方案中设定虹吸抽水管最顶端距离倒装集水桶的底部为0.05m，随着虹吸抽水管与倒装集水桶之间的液位升高，到达顶部时，这样的距离设置可以让液体快速形成一个密封节点形成水封后，即开始虹吸阶段。

94、所述待净化水隔间的底部设置有填料区，所述填料区包括承托层，以及位于所述承托层顶部的填料层。

95、优选的，还包括第二排空管，所述第二排空管从所述道路虹吸快排装置底部连通至所述虹吸抽水管；

96、且所述第二排空管上设有所述第二排空管自动阀门。

97、优选的，还包括：控制机构，所述控制机构接收所述液位感应器发出的信号，并根据接收到的信号控制所述第一排空管自动阀门，虹吸抽水管自动阀门、雨水转输管自动阀门的开启和关闭。

98、具体为，所述液位感应器根据水位高度发出指令，所述控制机构根据接收的指令控制所述第一排空管自动阀门，所述虹吸抽水管自动阀门、所述雨水转输管自动阀门的开启，当所述第一浮球控制模块和所述道路虹吸快排装置内的积存的水排出后，所述液位感应器再次发出指令，并传输给控制机构，所述控制机构控制第一排空管自动阀门，所述虹吸抽水管自动阀门、所述雨水转输管自动阀门的关闭。

99、本发明目的之二提供一种兼顾城市涝水排除的合流制溢流控制系统的控制方法，具体包括：

100、1)非雨天，合流制污水从合流制进水管道流入分流井中，直接途径管道切换模块的污水排出管流出至污水厂处理，cso调蓄池和道路虹吸快排装置不工作；

101、2)雨天时的降雨初期，初期雨水污染物浓度高，合流制污水混合初期雨水共同流入分流井内，直接途径管道切换模块的污水排出管流出至污水厂处理，此时cso调蓄池和道路虹吸快排装置不工作；

102、3)随着降雨的持续，雨量的增大，从道路上直接流入第一浮球控制模块内的水使其水位增加，在超过一定高度时，第一浮球上升；

103、在第一浮球上升的过程中通过牵引装置带动牵引托举装置对第五隔板进行托举，进而使第四隔板发生位移，直至第四隔板与第三隔环贴合，此时l型移动板抵达预设位置，管道从污水排出管切换到调蓄池入流管；

104、同时，合流制管道内的流量增大，分流井内的水位上升，当水位超过第二隔网的高度时候，第二浮球上升，辅助第一浮球上升；

105、4)污水通过调蓄池入流管进入进水渠，当水位高于进水堰时，通过待净化进水管将污水均匀输送至待净化水隔间内，经过待净化水隔间处理后通过过水廊道进入净水过流室；

106、5)净水过流室内的水位达到一定高度，通过净水转输管输送至净水存储室内暂存；

107、6)随着待净化水隔间对污水的不断净化，虹吸引流管中的水位不断上升，当上升至最高点时，通过功能辅助管流向弃流室，此时由于水流的抽吸作用使排气管和落水管中的空气抽走产生负压，进而使虹吸引流管和落水管内的水位快速上升，当虹吸引流管和落水管内中充满水流时，开始进行虹吸，净水过流室内的水倒流，通过过水廊道进入待净化水隔间，对待净化水隔间进行冲刷，冲洗后的废水再次进入虹吸引流管，并通过落水管进入弃流室；

108、7)当净水过流室中的水位低于弃液截断管末端管口高度，空气则重新进入虹吸引流管和落水管中，虹吸结束，恢复待净化水隔间的净水过程；

109、8)市政道路产生积水，积水深度超过浮筒一定高度后，浮筒升起，进而开启盖板，积水流入结构体内，当倒装集水桶内的积水深度超过虹吸抽水管顶端高度时，则倒装集水桶顶部形成汇流，积水和空气共同流进虹吸抽水管内并输送至市政道路雨水收集室内，虹吸抽水管内形成负压，产生虹吸，将结构体内的积水迅速排出。

110、优选的，降雨结束后，液位感应器感应污水水位低于进水堰高度时，第一排空管自动阀门、第二排空管自动阀门、雨水转输管自动阀门均开启，第一浮球控制模块内的污水通过第一排空管进入进水渠内，并通过调蓄池入流管进入分流井内；

111、随着第一浮球控制模块内水位的下降，第一浮球逐渐归位，进而牵引装置及牵引托举装置均回归原始状态，管道由调蓄池入流管切换至污水排出管；

112、所述道路虹吸快排装置内的积水通过第二排空管流入市政道路雨水收集室内，再经雨水转输管进入待净化水隔间内进行净化，完成上述操作后，第一排空管自动阀门、第二排空管自动阀门、雨水转输管自动阀门均关闭。

113、进一步，净水存储室中当液位达到预设水位，蓄水再利用管上的液位阀开启，存蓄的水经管道流向下游人工湿地等绿色海绵设施进行资源利用。

114、本发明设计的合流制溢流系统主要是在以合流制为主的城市中应用，收集蓄存在净水存储室的雨水通过存蓄水再利用管排放至下游人工湿地等绿色海绵设施进行资源化利用。

115、本发明属于采用了绿色设施即低影响开发设施与灰色基础设施如管道相结合的方法，这样比传统的灰色基础设施控制合流制溢流污染更加经济，投入成本更低。