在2016年2月3日的微信中，我們介紹了一種針對黑臭水體底泥處理的遙控吸泥船，可以說黑臭水體的淤泥清理是治標(biāo)，只有讓所有城市污水、混合污水和雨水進(jìn)行截留和調(diào)蓄處理才是治本。通過海綿城市建設(shè)，在城市各處建造雨水調(diào)蓄池，可以最大限度地減少城市開發(fā)建設(shè)對河流湖泊的生態(tài)環(huán)境影響。這里著重介紹在歐洲市場上的經(jīng)典技術(shù)，廣泛應(yīng)用的雨水調(diào)蓄池自動清洗裝置——水力沖洗翻斗，其具有很強(qiáng)的工程實用價值，希望對我國的海綿城市建設(shè)有所啟發(fā)和幫助。城市雨污混合溢流污水 (CSOs) 內(nèi)含有大量未經(jīng)處理的城市污水, 是我國水體的主要污染來源之一。合流溢流污水主要是由生活污水、商業(yè)污水、工業(yè)廢水和馬路地表雨水徑流共同組成, 內(nèi)含大量糞漿物質(zhì)和衛(wèi)生用紙、病原體、耗氧污染物、輪胎粉末、塑料袋、煙蒂和樹葉等各種漂浮物質(zhì)和懸浮物質(zhì)，以及來自工業(yè)的有毒污染物質(zhì)。這些物質(zhì)進(jìn)入受納水體后，不僅對飲用水安全造成嚴(yán)重威脅和直接經(jīng)濟(jì)損失，也是造成療養(yǎng)湖泊和娛樂海灘關(guān)閉，貝類和魚類產(chǎn)量下降的主要原因。消減雨污混合溢流污染是消除城內(nèi)河流黑臭和很多湖泊富營養(yǎng)化治理的必要措施。德國的工作經(jīng)驗顯示，治理雨污混合溢流污水的主要措施是：（1） 在溢流構(gòu)筑物內(nèi)的排水堰上安裝水平過濾格篩，有效阻擋截留各種漂浮物質(zhì)和懸浮物質(zhì)。（2）增設(shè)雨水調(diào)蓄池，提高下水道管網(wǎng)的儲水能力，減少排放到天然水體的污染物量。（3）建立溢流事件發(fā)生頻率和溢流污水流量的監(jiān)測控制系統(tǒng)，指導(dǎo)和調(diào)控徑流收集和管網(wǎng)污染控制管理。通過有效結(jié)合使用雨水調(diào)蓄池、沖浪洗滌設(shè)備和水平過濾格篩，可以有效降低雨污混合污水的溢流量，同時也可以截留去除各種漂浮物質(zhì)和懸浮物質(zhì)，大量泥砂物質(zhì)和糞便物質(zhì)，從而有效增強(qiáng)對雨污混合溢流污水的一級處理能力。在合流制或分流制排水系統(tǒng)內(nèi)，通過雨水調(diào)蓄池可以消減雨水洪峰，截留部分溢流污水。但在調(diào)蓄過程中，池內(nèi)液體流速緩慢, 會在池底區(qū)域沉積大量垃圾物質(zhì)。這些沉積物質(zhì)在旱季不會移動，而是進(jìn)一步凝固沉積。此時一方面會產(chǎn)生甲烷氣體, 另一方面在下次降雨時一些松散沉積物質(zhì)會被重新掀起，被帶入附近受納水體，導(dǎo)致水域環(huán)境污染。根據(jù)降雨頻率和降雨強(qiáng)度，全國各地的雨水調(diào)蓄池每年被充滿的次數(shù)也各不相同。因此, 在每次降雨調(diào)蓄和放排空之后，會在雨水溢流池中沉積下來很厚一層淤泥，一般需要耗費大量的勞力才能被清除。從水域環(huán)境保護(hù)角度考慮，必須盡快地清除掉池內(nèi)的淤泥，否則將會在下一次的降雨事件中將其污染物帶入水體。因此每次降雨事件之后必須對雨水池進(jìn)行清洗。如果采用手工在大型雨水調(diào)蓄池的池底清理淤泥時十分耗時耗力，尤其當(dāng)雨水調(diào)蓄池地下安裝時會對操作人員帶來安全危險。因此歐洲各大公司相續(xù)開發(fā)了各種洗滌工藝技術(shù)對雨水調(diào)蓄池定期進(jìn)行清理(圖1)。圖1 雨水調(diào)蓄池和污水渠內(nèi)的各種洗滌技術(shù)在各種清理方法中，水力沖洗翻斗是一種最為經(jīng)濟(jì)有效的自動清洗裝置，也是目前歐洲市場上清理雨水調(diào)蓄池內(nèi)沉積物料時運用最為廣泛的技術(shù)手段。在歐洲，這一池底清理方法的應(yīng)用也已經(jīng)歷了幾十年歷史，應(yīng)用工程數(shù)量已經(jīng)超過8000個。
圖2 安裝在雨水調(diào)蓄池內(nèi)的水力翻斗
水力翻斗由一個特殊形狀的長型集水槽組成, 當(dāng)槽內(nèi)盛滿水時會自己觸發(fā)產(chǎn)生沖洗浪潮，然后可以保證緩慢返回至原來料槽的起始狀態(tài)。當(dāng)向料槽灌水時，必須將水灌至槽內(nèi)事先規(guī)定的液位。在灌水期間，水力翻斗的重心逐漸向側(cè)面偏移, 最后導(dǎo)致長型集水槽自動翻轉(zhuǎn)，將槽內(nèi)集水清空倒向調(diào)蓄池的后墻。通過池底的90°弧形墻，可將這些沖洗水柱轉(zhuǎn)化成池底上的水平?jīng)_洗水浪。通過勢能轉(zhuǎn)化成動能，沖洗水浪的浪頭因此含有很高流速和湍流狀態(tài)，可以掀起池底的沉積物質(zhì)，并可靠地運輸帶入沖洗集水槽 (圖3)。
圖3 水力翻斗在雨水調(diào)蓄池內(nèi)的安裝位置和工作方式在排空液體之后，水力翻斗自動轉(zhuǎn)回原始工作狀態(tài)，等待下一次的沖洗工作。水力翻斗的灌水時間與進(jìn)水管直徑和翻斗容積有關(guān)。沖洗次數(shù)與沉積物的特性有關(guān)，在多數(shù)情況下只需一次沖洗即可，但有時沉積物很厚很結(jié)實時，可能需要多次沖洗。水力翻斗本身含有一個或多個排水孔，可以防止在敞開式調(diào)蓄池安裝時，會收集雨水在冬季產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象或者會產(chǎn)生無控制性的自動觸發(fā)沖洗。在偏心狀態(tài)下能翻轉(zhuǎn)的水力沖洗翻斗在空斗時靠后支撐座支撐，該支撐座具有消能功能。在沖洗之前，逐漸用水充滿翻倒，當(dāng)水快溢出時翻斗傾到，在瞬間內(nèi)倒出斗內(nèi)全部水量，沖浪水所產(chǎn)生的巨大沖擊力和剪切力可將沉積于池底的沉積物沖洗干凈。完成沖洗后水力翻斗便又恢復(fù)原位，等待下一次任務(wù)。水力沖洗翻斗既可安裝在開敞式矩形調(diào)蓄池內(nèi)，也可安裝在地下封閉式矩形調(diào)蓄池內(nèi)；既可安裝在新建的構(gòu)筑物內(nèi)，也十分適合安裝在已建成的構(gòu)筑物內(nèi)。沖洗距離最長可達(dá)100 米以上，尤其是當(dāng)水力翻斗安裝在較高沖洗高度情況下，沖洗設(shè)備只需要少量洗滌水便可完成對池底進(jìn)行一次性徹底清洗。（1）通過遠(yuǎn)距離強(qiáng)力沖洗水浪進(jìn)行高效清理，水力沖洗耗時短，強(qiáng)勁有力；（2）沖洗距離很長，沖洗長度可達(dá) 100 m，翻斗寬度可達(dá) 12 m；（4）通過優(yōu)化軸承系統(tǒng)，傾倒過程噪聲小，翻轉(zhuǎn)時輕松流暢；（5）全不銹鋼結(jié)構(gòu)，抗腐蝕性能強(qiáng)，保養(yǎng)工作量少；（6）在污水中不含移動部件，操作安全，幾乎無需保養(yǎng)工作；（7）對各種形式的矩型雨水儲存池進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的沖浪洗滌；（8）可進(jìn)行多次洗滌清理，到達(dá)最佳清理效果。在所有調(diào)蓄池清理系統(tǒng)中，水力沖洗翻斗是最為經(jīng)典的洗滌設(shè)備，但這一沖洗技術(shù)只能應(yīng)用在矩形雨水調(diào)蓄池內(nèi)，至少池體底部應(yīng)為矩形結(jié)構(gòu)。當(dāng)池子較寬時，應(yīng)將池底用埂劃分出數(shù)個沖洗廊道。沖洗走廊長度最長可達(dá)100米，廊道寬度最大可達(dá)10米。沖洗坡度范圍為 1~5%，但最佳坡度是2%。底坡過大易發(fā)生滑到事故，底坡小于 1%會產(chǎn)生水洼。水力沖洗翻斗應(yīng)僅可能地置于高處，以保證有足夠的沖洗高度能將污染物沖洗干凈。為了避免沖洗物在沖洗的盡頭折返，要在盡頭設(shè)置沖洗水收集槽。沖洗水收集槽的容積應(yīng)不小于每次沖洗的水量。在一般情況下，水力沖洗翻斗根據(jù)用戶的具體需要定制而成。共有 10 種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格, 可在單位容積為 200~ 2000 L/m的范圍內(nèi)供用戶選擇。與其他沖浪洗滌設(shè)備比較，水力沖洗翻斗的洗滌用水量相對很少。舉例來說，在對雨水調(diào)蓄池內(nèi)80 m 長的廊道進(jìn)行洗滌清理時，門式?jīng)_洗裝置需要的沖洗水量是8 m³/m單位寬度，而水力沖洗翻斗則只需要沖洗水量大約 1.4 m³/m 單位寬度。作為沖洗用水，水力沖洗翻斗最好采用干凈的中水，例如雨水、井水或二沉池出水。在附近沒有中水可利用的情況下，也可以采用過濾之后的污水進(jìn)行洗滌清理。在采用污水進(jìn)行沖洗的情況下，用戶應(yīng)該定期對水力翻斗進(jìn)行清洗保養(yǎng), 否則有時沖洗翻斗內(nèi)部會受污染。在使用自來水時, 必須配置帶有帶電磁閥的專用水管。充水管最小管徑為 2 英寸，以免充水時間過長。每一個水力沖洗翻斗要配備一臺傳感器, 當(dāng)翻斗翻轉(zhuǎn)時，能發(fā)出信號，關(guān)閉供水，并記錄其翻轉(zhuǎn)次數(shù)。水力翻斗一般安裝在池內(nèi)洗滌水收集槽的對面一側(cè)，翻斗可以接受沖洗介質(zhì), 在轉(zhuǎn)動重心的外部通過軸承固定安裝。在灌水期間，隨著翻斗內(nèi)液位不斷上升會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩力, 當(dāng)沖洗翻斗灌滿水后會突發(fā)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。沖洗翻斗瞬間立即排空，通過半圓池底形狀，沖洗介質(zhì)從垂直運動轉(zhuǎn)成水平方向的快速流動。然后沖洗翻斗自動返回原位，等待下一個沖洗過程。水力翻斗將通過專業(yè)安裝隊伍完成安裝。貨物在送到指定地點, 完成安裝后便可使用。安裝的前期工作, 如預(yù)埋固定件、預(yù)留空位、管道安裝、及預(yù)鋪電纜等, 用戶應(yīng)與供貨方交流信息。水力沖洗翻斗現(xiàn)場供貨并安裝于建設(shè)方事先預(yù)埋好的固定件上(圖 4)。
圖4 水力翻斗在雨水調(diào)蓄池內(nèi)的安裝位置
在確定了水力翻斗的單位容積(l/m)之后，也就同時確定了構(gòu)筑物二個重要的安裝尺寸:在雨水調(diào)蓄池內(nèi), 水力翻斗和端墻之間的間距離A在不同供貨廠商和設(shè)備規(guī)格中，這二個重要參數(shù)是不一樣的。只有準(zhǔn)確設(shè)計，才能保證水力翻斗的沖洗清理效果。距墻距離是指水力翻斗的中軸至端墻之間的間隔距離。沖洗翻斗在構(gòu)筑物上的固定安裝具有四種選擇方式，用戶可以根據(jù)項目具體情況，選擇確定下列固定安裝方式(圖5):4. 固定在側(cè)墻池頂?shù)闹Ъ苌?/section>還可以根據(jù)需要采用以上四種固定方式的組合方式。
圖5 水力翻斗在雨水調(diào)蓄池內(nèi)的安裝位置和工作方式以上四種安裝方式可以覆蓋所有安裝情況。但我們一般建議，盡可能采用側(cè)墻安裝或側(cè)墻池頂安裝。這樣一來，在土建構(gòu)筑物內(nèi)不需要設(shè)置預(yù)埋部件。在墻頂安裝時, 必須根據(jù)設(shè)備布置圖在頂墻內(nèi)設(shè)置預(yù)埋固位部件。如果沒有安裝預(yù)埋固位部件，則在進(jìn)行后安裝時必須采用特殊的化學(xué)固位螺栓。檢查工作只需要現(xiàn)場察看。兩邊的軸承需加一次潤滑油。軸承上方有一個潤滑油注入口, 潤滑油的壓力要適中, 以免破壞邊上的密封。此外，用戶可以額外選購配置運動探頭(接近開關(guān))，可以持續(xù)監(jiān)視沖洗翻斗的運轉(zhuǎn)情況。在水力沖洗翻斗工作期間不允許有人在雨水池中。水力沖洗翻斗產(chǎn)生的水波沖擊力能將人沖倒。在雨水池進(jìn)出口處應(yīng)安裝警示牌。進(jìn)雨水池之前應(yīng)關(guān)閉水力沖洗翻斗的控制裝置。在不運行時，水力沖洗翻斗應(yīng)處于空的狀態(tài)。每個水力沖洗翻斗均有一個小孔，使得翻斗中 的雨水或終止沖洗后的余水能從該小孔中流出。出于安全考慮，不要堵上此小孔。在雨水調(diào)蓄期間，池內(nèi)流速相對十分緩慢，多數(shù)固體物質(zhì)此時沉積池底。在降雨事件過后并將這些雨水完全返送污水管網(wǎng)之后，必須完全徹底地清除這些沉積物質(zhì)，從而可以避免產(chǎn)生臭氣, 滋生病蟲害，確保環(huán)境衛(wèi)生。在清理之后，這些污染固體物質(zhì)同樣被返送會污水管網(wǎng)，然后送往污水處理廠進(jìn)行后續(xù)處理。在清理雨水儲存池和儲存水渠時，一般采用能產(chǎn)生沖洗水浪的設(shè)備，這樣才能有效去除沉積物質(zhì)。水力翻斗可以經(jīng)濟(jì)有效地用于清理以下儲水池：
在各種清理雨水儲存池和下水道的沖浪清理設(shè)備中，水力沖洗翻斗被證明是最為有效、可靠和價格低廉的清理方式。各種儲存池都可簡單有效地安裝水力翻斗 進(jìn)行清理，多年的應(yīng)用實踐證明其成熟可靠。
策劃：衣春敏
責(zé)任編輯：衣春敏
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