馬小琴

（ 廣東水電二局股份有限公司,廣東 廣州 511340）

0 引言

大沙河是南山區(qū)的母親河,經(jīng)過前期沿河截流箱涵工程的實施,流域解決了旱季漏排污水入河問題,但降雨期間,河道雨季溢流嚴重,水質保障率較低,面源污染隨雨水會溢流入河入灣,影響大沙河及深圳灣水質,同時,截流箱涵積水散發(fā)臭味,不符合大沙河生態(tài)長廊景觀公園的環(huán)境標準,已引起較大的社會負面反響,也經(jīng)常受到市民游客的投訴反映。大沙河“逢雨必益,水質反復”現(xiàn)象已不能滿足人們對美好環(huán)境日益增長的訴求。同時,國家環(huán)保督查對黑臭水體治理長治久清的要求日益嚴格,對面源污染控制、局部合流制區(qū)的污染控制等均提出了更高的要求,初期雨水達標考核等亦逐步提上日程,因此對初雨調蓄處理等建設已刻不容緩。結合其他城市和深圳市已建調蓄池運行經(jīng)驗,調蓄池泥沙淤積嚴重且難以清理,為提高工人的工作環(huán)境、便于運行管理,需要在調蓄池內設置沖洗系統(tǒng),減小調蓄池池內清淤次數(shù)[1-4]。

本文基于大沙河調蓄池工程,提出了空沖洗方案、門式?jīng)_洗方案、智能噴射器方案以及水力翻斗沖洗方案等多種泥沙沖洗方案,并對各方案的工作原理和優(yōu)缺點進行了對比分析,以期能為減輕大型調蓄池池內泥沙淤積情況,提高調蓄池的運行效率提供借鑒。

1 工程概況

大沙河是南山區(qū)的母親河,貫穿整個南山區(qū),流域面積92.99 km2,干流河長13.7 km,其中山林地生態(tài)區(qū)及水庫控制面積約為59.21 km2,占總面積63.67%,建成區(qū)約33.78 km2,占總面積的36.33%。作為深圳市高新技術產(chǎn)業(yè)匯聚區(qū)。近年來,南山區(qū)人口數(shù)量與日俱增,流域生態(tài)環(huán)境壓力十分大,目前,大沙河流域主要存在以下問題：（1）雨季面源污染溢流、水體黑臭問題；（2）流域生態(tài)山林區(qū)未實現(xiàn)清污分流。為緩解大沙河初小雨面源污染問題,按照“清污分流；分質排放；復合開發(fā)；智慧運維；統(tǒng)籌調度”的總體思路,決定在大沙河流域建設5 座調蓄池,布局方案見圖1。

圖1 調蓄池布局方案

結合現(xiàn)狀用地協(xié)調情況、工程經(jīng)濟性、施工難度及后期的運營管理等因素,調蓄池優(yōu)先采用箱涵+局部新增重力轉輸方案,在該方案下中1#、2#、3#、4#、5#調蓄池的規(guī)模分別為2.3 萬m2、4.0 萬m2、12.8 萬m2、3.5 萬m2和1.4 萬m2,流域初（?。┯杲亓骺傄?guī)模為24.0 萬m2/d,將匯水分區(qū)內的區(qū)域共分為兩類區(qū)域,Ⅰ類區(qū)域為雨污分流區(qū)域,截流標準為8 mm/1.5 h,Ⅱ類區(qū)域為截流式合流制區(qū)域, 截流標準為15 mm/1.5 h。各調蓄池具體設計參數(shù)見表1。

表1 調蓄池設計參數(shù)概況

2 沖洗方案設計

設計了四種調蓄池泥沙沖洗方案：方案一為真空沖洗方案；方案二為門式?jīng)_洗方案；方案三為智能噴射器方案；方案四為水力翻斗沖洗方案[5-8]。以下將對各泥沙沖洗方案進行設計說明。

2.1 真空沖洗方案

真空沖洗是一種利用真空泵的抽真空作用,通過真空控制系統(tǒng)和真空閥將存水室中的空氣抽出,形成一定的真空度,使存水室內的液位升高至設定液位,調節(jié)池需要沖洗時將存水室頂部的隔膜閥打開,破壞真空,通過存水室內的蓄水對調節(jié)池底泥進行沖洗。該方案具有節(jié)能型、無動力、無能源消耗等特點。真空沖洗系統(tǒng)全套設備均設置于調節(jié)池外部,主要由真空隔膜閥、控制柜及電纜、超聲波液位計等主要設備組成,真空隔膜閥的主要作用是調節(jié)池存水室真空釋放和存水室氣室開閉,超聲波液位計的主要作用是沖洗水收集槽和調節(jié)池液位監(jiān)控。

真空沖洗系統(tǒng)的工作管理見圖2。第一步,調節(jié)池和存水室均空置；第二步,調節(jié)池開始進水,合流制污水開始流入雨水調節(jié)池,調節(jié)池液位開始升高；第三步,當調節(jié)池達到設定液位值時,真空泵開始工作,將存水室中的空氣抽出,形成一定的真空度,由于調節(jié)池內氣壓高于存水室,因此存水室內的液位升高至設定液位；第四步,調節(jié)池開始排水時,調節(jié)池內的液位逐漸下降,直至排空；由于存水室內保有真空,存水室底部和調節(jié)池連接處為虹吸結構,因此存水室內的液位維持高位不變；第五步,調節(jié)池清空后,池底沉積有污泥和固形物,需要及時沖洗,防止產(chǎn)生異味和污泥固化。此時將存水室頂部的隔膜閥打開,破壞真空,通過存水室內的蓄水對調節(jié)池底泥進行沖洗,沖洗水和底泥通過調節(jié)池底部的出水收集槽排放出調節(jié)池。

圖2 真空沖洗系統(tǒng)工作原理

2.2 門式?jīng)_洗方案

門式?jīng)_洗是一種利用水力學原理和機械結構相結合,對調蓄池進行沖洗的方案。沖洗裝置的結構型式為門型,將調節(jié)池分割成數(shù)條長形沖洗廊道,在沖洗廊道的始端設置儲水池和沖洗門,在沖洗廊道的末端設置出水收集渠。門式?jīng)_洗系統(tǒng)主要由液壓沖洗門、電力液壓控制系統(tǒng)、控制柜和超聲波液位計組成,液壓沖洗門的主要作用是調節(jié)池存水室沖洗水的攔蓄和排放。

第一步,調節(jié)池和存水室均空置,在旱流情況下,沖洗門保持打開狀態(tài)；第二步,調節(jié)池開始進水,污水開始流入雨水調節(jié)池,調節(jié)池液位開始升高,升高到一定的液位,浮球就會傳遞信號給沖洗門,在液壓的驅動下,沖洗門關閉,一旦沖洗門關閉,液壓泵停止工作；第三步,沖洗室的水位與調節(jié)池的水位一致；第四步,調節(jié)池開始排水,清空后會留下沉積物在調節(jié)池底部；第五步,當調節(jié)池排空之后,沖洗程序將自動啟動。浮球帶動液壓系統(tǒng)將存水室中的沖洗門開啟,存水室中的攔蓄水形成強勁的席卷流,對調節(jié)池底部的沉積物進行有效沖洗。

2.3 智能噴射器方案

智能噴射器系統(tǒng)是一種利用氣液混合物對調蓄池內含有沉渣的污水進行曝氣、攪拌,待水中的沉渣成為懸浮物再進行抽排,調蓄池內的污水排空后,再對調蓄池的底部進行沖洗的技術方案。 智能噴射器系統(tǒng)主要由智能噴射器本體、液位計、高清攝像頭、控制系統(tǒng)等結構組成,其中智能噴射器本體主要由旋轉驅動器、固定支撐座、水泵、旋轉接頭、出水管、氣液混合腔、噴管、進氣管等組成,見圖3。高清攝像頭的主要作用是自動捕捉調蓄池底部圖像并進行圖像智能化分析,當分析到底部有未沖洗干凈的區(qū)域時,向控制系統(tǒng)發(fā)出指令,對該區(qū)域實施定點沖洗。

圖3 智能噴射器系統(tǒng)

智能噴射器系統(tǒng)的主要工作原理為：當調蓄池內有一定深度的水體時,智能噴射器在控制系統(tǒng)的控制下,每隔一段時間便會噴出氣液混合物,對調蓄池內的水體進行曝氣,降解水體中的COD 含量,可以最大限度避免調蓄池產(chǎn)生異味。在調蓄池底部的潛污泵排水時,當配置的液位計探測到調蓄池的水位達到設定水位時,智能控制系統(tǒng)控制智能噴射器的噴管開始一邊在0～260°范圍內旋轉,一邊對調蓄池進行全方位攪拌,使池底的沉積物處于懸浮狀態(tài),同時,潛污泵抽排懸浮狀態(tài)的污水,避免懸浮物再次在池底沉積。當調蓄池內的水快要排盡時,智能噴射器利用調蓄池集水坑的水對調蓄池的底部進行強力沖洗,沖洗后的污水經(jīng)過調蓄池集水坑中的潛污泵排出調蓄池外。

2.4 水力翻斗沖洗方案

水力翻斗安裝在調蓄池寬度方向池壁的上方,主要由一個特殊形狀的長形集水槽組成,當處于工作待命狀態(tài)時,翻斗口朝上,當向料槽灌水至規(guī)定的液位,水力翻斗的重心逐漸向右側偏移,最后導致長形集水槽自動翻轉,將槽內集水清空倒向調蓄池,通過池底90°弧形墻,可將沖洗水柱轉化成池底水平的沖洗水浪,見圖4。水力翻斗系統(tǒng)利用勢能轉化為動能,產(chǎn)生流速很高的浪潮,從而掀起池底的泥沙沉積物,并將其帶入沖洗集水槽。水力翻斗系統(tǒng)有一個明顯缺點是只能應用在矩形調蓄池內,且池體底部應為矩形結構,應用面較窄。

圖4 水力翻斗沖洗系統(tǒng)示意圖

3 沖洗方案比選

為了選擇最合理的調蓄池沖洗方案,從設備套數(shù)、單個沖洗廊道寬度、蓄水高度、設備總造價、總功率、外源水量、隔墻寬度、設備位置、運行費用、維護、土建、沖洗效果和使用壽命等多個方面對四種沖洗方案進行對比,結果見表2。從表2 中可知：在四種沖洗方案下,設備總造價排序為：智能噴射器方案>門式?jīng)_洗方案>真空沖洗方案>水力翻斗方案,水力翻斗方案造價最低,真空沖洗方案也具有明顯的造價優(yōu)勢；運行費用排序為：智能噴射器方案、水力翻斗方案>門式?jīng)_洗方案>真空沖洗方案；真空沖洗運行費用最低,僅為智能噴射器和水力翻斗方案的1/3 不到；從維護方便性上來講,智能噴射器方案水下有用電設備,出現(xiàn)故障時需要下池維護,檢修維護頻率高,水力翻斗和門式?jīng)_洗方案出現(xiàn)故障時需要下池維護,真空沖洗方案基本零維護,只需在池外定期巡檢維護,且無需人員下池作業(yè),更安全；從沖洗效果上來講：水力翻斗沖洗水量小,沖洗效果差,需反復沖洗,而真空沖洗方案單個理論沖程達200 m,實際也可達到100 m～150 m,同時真空沖洗方案的使用壽命在四種方案中是最長的。

表2 沖洗方案比選

綜上,考慮到設備價格、運行費用、運行維護、沖洗效果和使用壽命等因素,真空沖洗方案為最佳的沖洗方案。

4 結語

對深圳市南川區(qū)大沙河流域調蓄池泥沙沖洗進行了設計分析,得出如下結論：

（1）根據(jù)工程特點,提出了真空沖洗方案、門式?jīng)_洗方案、智能噴射器方案以及水力翻斗沖洗方案四種方案,并對各方案的工作原理進行了詳細分析。

（2）相比其他三種沖洗方案,真空沖洗方案的運行費用最低,維護更加簡單、安全,沖洗效果最好,使用壽命最長,且設備造價相對較低,因此真空沖洗方案為最佳方案。

（3）調蓄池泥沙沖洗方案要根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行確定,不同地區(qū)的工程項目情況有其特殊性,應具體問題具體分析。