一种适用于污水管道沉积的自清洁装置与方法与流程

本发明属于水环境治理，具体涉及一种适用于污水管道沉积的自清洁装置与方法。

背景技术：

1、近年来，城市污水管道均存在不同程度的淤积和堵塞问题，其中建设年代较久的污水管道尤为突出，污水管道污染物沉积及沉积物存在的生化反应，已成为我国城镇污水处理厂普遍存在低碳高氮磷问题的重要原因之一，此外，在合流制管道中，降雨时合流制管道沉积的污染物被冲刷、释放至水体，严重威胁受纳水体水环境质量，造成水体反黑反臭。污水管道污染物沉积包括以下原因：一是污水量时变化系数较大，水流速过慢，污水管网污水流速低于《室外排水设计标准》（gb 50014-2021）中要求的0.6m/s，污水管网中的水流速过慢时，冲刷带来的动力无法带走污水携带的颗粒物，导致固体颗粒逐渐沉积下来。尤其是在管道末端或较为平坦的地方，水流动力不足，沉积现象更为明显；二是管道设计不合理，在进行城市管网更新改造时未按照实际排水量校核污水管网管径，设计充满度与管网实际充满度不符，低流量运行，导致污水管网污染物沉积。

2、当前，行业内对污水管网污染物沉积关注度逐渐升高，但关于在如何预防污水管网污染物沉积技术相关工作较少，同时，在现有管网更新改造时，未按照实际排水量校核污水管网的管径，现状管网难以通过更新改造解决污堵、沉积问题。综上所述，亟需构建一种适用于污水管道的沉积自清洁装置与方法的新型排水模式，解决低流量、水流速慢，管网污染物易沉积等问题，实现污染物高效转输、高效收集，助力城市污水收集处理高质量发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于污水管道沉积的自清洁装置与方法。本发明以污水管道污水量变化规律为基础，以管道污染物沉积为控制对象，以解决污水厂进水浓度低和污水检查井及污水管道内部污染物沉积为目标，提供了一种适用于污水管道的沉积自清洁装置与方法。本发明能够显著削减污水管道及检查井污染物沉积量，能够解决因污水量时变化系数较大、水流速过慢、低流量等因素带来污水管网污染物沉积的问题，同时实现污染物高效转输、提高污水厂进水浓度，助力城市污水收集处理高质量发展。

2、为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种适用于污水管道沉积的自清洁装置，包括检查井，所述检查井的进水口连接有上游来水管，所述检查井的出水口连接有下游排水管，所述进水口的设置高度h进大于等于所述出水口的设置高度h出；

4、所述检查井的内部设置有水平支撑板，所述水平支撑板的设置高度h＜h进，所述水平支撑板的一端设置在所述检查井的侧壁上，另一端的上表面放置有重力板；

5、所述重力板远离所述进水口的一端与倾斜挡水板连接，所述倾斜挡水板前后两侧均连接在所述检查井的侧壁上，所述水平支撑板、倾斜挡水板与所述检查井之间形成蓄水区，所述倾斜挡水板的中部或下部与扭动轴连接，所述扭动轴的两端连接在所述检查井的侧壁上；

6、所述倾斜挡水板的顶部设置有蓄水池，所述蓄水池的底部设置有排水孔；

7、随着所述蓄水区水量的改变，位于所述倾斜挡水板两端的重力板与蓄水池相对所述扭动轴上下转动，所述重力板、扭动轴、倾斜挡水板及蓄水池配合能够实现低水位时蓄水、高液位时瞬间高位排水冲刷检查井底部和下游排水管沉积物的全过程无外动力、水力学控制。

8、进一步地，所述重力板自身重力g重力板大于所述蓄水池自身重力g蓄水池。

9、进一步地，当所述蓄水区的水位h小于所述倾斜挡水板的垂直高度h垂直时，且所述蓄水池及其内水的总重力g总小于等于所述重力板的自身重力g重力板时，所述重力板与所述水平支撑板贴合在一起或者重力板带动所述倾斜挡水板围绕所述扭动轴向下旋转，分离的重力板与水平支撑板逐渐靠近。

10、进一步地，当所述蓄水区的水位h大于等于所述倾斜挡水板的垂直高度h垂直，且所述蓄水池及其内水的总重力g总大于所述重力板的自身重力g重力板时，所述蓄水池带动所述倾斜挡水板围绕所述扭动轴向下旋转，所述重力板与水平支撑板分离。

11、进一步地，当所述蓄水区的水位h大于等于所述倾斜挡水板的垂直高度h垂直，且所述蓄水池及其内水的总重力g总小于等于所述重力板的自身重力g重力板时，所述重力板与水平支撑板贴合在一起。

12、进一步地，所述上游来水管的管径小于等于所述下游排水管的管径。

13、进一步地，所述上游来水管和下游排水管采用硬聚氯乙烯塑料管、无规共聚聚丙烯管、复合管、工程塑料管、聚丁烯管、波纹管、聚乙烯管和聚乙烯缠绕结构壁管中的一种。

14、进一步地，所述检查井为预制检查井，采用钢筋砼或pe材质制成；

15、或者所述检查井采用混凝土加钢筋现场浇筑或现场砖砌而成，现场制作过程中，保证地基承载力特征值不小于100kpa。

16、进一步地，所述水平支撑板的一端通过嵌入的方式连接在所述检查井的侧壁上，并且所述水平支撑板与所述检查井的连接处不允许污水通过；

17、所述水平支撑板的水平长度小于等于所述检查井的半径r。

18、第二方面，本发明实施例提供了一种适用于污水管道沉积的自清洁方法，利用第一方面所述的自清洁装置进行污水管道沉积物冲刷和排水，包括以下过程：

19、过程p1、蓄水状态：污水自进水口不断地进入所述检查井中，蓄积在由水平支撑板、倾斜挡水板及所述检查井形成的蓄水区，所述蓄水区的水位h不断增大，当h小于倾斜挡水板的垂直高度h垂直时，且所述蓄水池及其内水的总重力g总小于等于所述重力板的自身重力g重力板时，所述水平支撑板与重力板一直处于贴合状态；

20、过程p2、排水状态：随着所述蓄水区内水量不断增多，当h大于等于倾斜挡水板的垂直高度h垂直时，污水开始进入蓄水池，并且进入所述蓄水池的水量大于自所述蓄水池底部排水孔流出的水量；

21、当所述蓄水池及其内污水的总重量g总大于重力板的自身重力g重力板时，所述重力板与水平支撑板分离，所述蓄水池倾倒，污水在重力作用下对所述检查井和下游排水管底部的沉积物形成瞬时高流速物理冲刷，沉积物随污水排入下一个检查井或市政排水管道；

22、过程p3、复位状态：随着所述蓄水区内的污水不断排入下游检查井或市政污水主管，所述蓄水区的水位h不断降低，当h小于倾斜挡水板的垂直高度h垂直时，污水不再进入蓄水池，当所述蓄水池及其内污水的总重量g总小于所述重力板的自身重力g重力板时，所述重力板逐渐复位，直至所述水平支撑板与重力板贴合在一起，进入下一个蓄水冲刷阶段；

23、过程p4、循环状态：过程p1-过程p3交替、往复进行。

24、本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

25、（1）本发明充分利用污水检查井可调蓄容积，通过小水量蓄水、高液位排水的工作模式，使得部分排水能够在井内暂时蓄积，能够对污水管网产生的沉积形成高效冲刷效果，显著提高污水管网污染物的高效转输，减少污水管道及检查井内部污染物沉积，实现污水排水通畅，为今后污水管网新建及改造工程中提供新的设计思路及参考依据。

26、（2）本发明基于污水管网新建和改造工程为出发点，蓄水冲刷装置可耦合于检查井内部，形成了依靠水力学自动控制的自动蓄水的冲刷过程，能够实现日常自动化运行，无需人工操作，保证排水安全的同时，冲刷装置稳定运行，无电耗、成本低。

27、（3）本发明装置具有操作简单、适用性强、成本低廉、环境友好等优点，可为排水通畅、污染物高效转输提供新的设计思路、管理理念。

28、（4）本发明在提高排水系统运行稳定性、减少维护成本和提升环保效果等方面具有显著优点，能够支撑我国污水高效收集、管网低碳运行和城市生活污水收集率提升，助力排水行业绿色低碳高质量发展。