閘門在污水截污系統(tǒng)中的應(yīng)用

閘門在污水截污系統(tǒng)中的應(yīng)用

0排水設(shè)施設(shè)計(jì)近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意識的提高，我國開始重視廢水處理。在舊城改造中，通常沿水路岸修建截流干管，設(shè)置截流干管管道，將廢水引入污水處理廠進(jìn)行處理。這種對合流制系統(tǒng)的截流式改造在污水系統(tǒng)建設(shè)初期具有易于實(shí)施、見效快、可使污水系統(tǒng)盡快運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn),在我國南北地區(qū)均有廣泛應(yīng)用。截流設(shè)施的功能是使原有排水系統(tǒng)中的旱流污水和雨季時一定截流倍數(shù)的雨水通過截流管進(jìn)入污水系統(tǒng),同時所設(shè)置的截流設(shè)施既要不阻礙原有系統(tǒng)的雨天排水能力,又要能防止雨季河水倒灌。截流設(shè)施一般由截污設(shè)施、防倒灌設(shè)施和限流設(shè)施組成。截污井內(nèi)設(shè)槽、堰或閘門等;防倒灌設(shè)施采用拍門、鴨嘴閥等;限流設(shè)施有堰、小口徑喉管、旋流調(diào)節(jié)閥、控制閘等。在南方河網(wǎng)地區(qū)常用的截污和防倒灌設(shè)施有溢流堰、閘門井、拍門和鴨嘴閥,這幾種設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。南方河網(wǎng)地區(qū)一般降雨頻繁、降雨量大、地下水位和河涌水位較高,地面與河涌最高水位的高差很小,截污設(shè)施的選擇較為困難。在截污系統(tǒng)建設(shè)初期,由于閘門的造價相對較高,難以保證及時啟閉,而沒有被采用。所采用的溢流井、拍門等設(shè)施,在實(shí)際運(yùn)行中易發(fā)生漏污和倒灌,抬高堰頂后又易造成排水管上游積水。由此造成污水處理廠進(jìn)水濃度普遍偏低,處理效果不好,難以正常運(yùn)行。在這種情況下,南方很多河網(wǎng)地區(qū)的城市,如蘇州、杭州、中山等,都已開始進(jìn)行雨污分流改造,規(guī)劃遠(yuǎn)期實(shí)行完全的雨污分流排水體制。雨污分流改造需要一個過程,在有些地方也極為困難。在分流改造之前和改造難以進(jìn)行的地方,仍然需要進(jìn)行截污,因此有必要改進(jìn)現(xiàn)有的截污設(shè)施。1河涌或一個流域沒有排洪在前述的幾種截污和防倒灌設(shè)施中,閘門截污具有以下兩個優(yōu)點(diǎn):一是閘門密封性較好,平常關(guān)閉時,不存在河水倒灌的問題;二是閘門不阻水,打開時,保持原有的排洪能力。這些特點(diǎn)使之適合于在河網(wǎng)地區(qū)截污應(yīng)用,但由于人工管理困難的原因,在以往的截污工程中很少被采用。采用閘門截污時,一條河涌或一個流域可能需要多個閘門,如何在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī),及時開啟或關(guān)閉閘門并控制合適的開啟度,是閘門在截污系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵。當(dāng)前信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá),多點(diǎn)分散閘門的遠(yuǎn)程自控不再是障礙。1.1遠(yuǎn)程門診終端閘門自動控制系統(tǒng)能夠根據(jù)閘門井內(nèi)水位、河涌水位和降雨量信息自動控制閘門開啟或關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)污水截流和排洪的自動控制。系統(tǒng)由總控端、各遠(yuǎn)程閘門終端和信息采集點(diǎn)組成?？偪囟酥糜谥行目刂剖?負(fù)責(zé)依據(jù)信息運(yùn)算判斷發(fā)送指令。遠(yuǎn)程閘門終端就是各閘門井,每座閘門井內(nèi)裝有一套電動閘門和一個超聲波液位計(jì)。信息采集點(diǎn)有河涌水位信息采集和降雨量采集。河涌水位信息采集點(diǎn)根據(jù)河涌情況和閘門分布數(shù)量設(shè)置,當(dāng)只有一個閘門或幾個距離較近、涌水位相差不大時可共用一個河涌水位信息;當(dāng)河涌較長,閘門較分散時,可在河涌首尾兩個閘門井外設(shè)置超聲波液位計(jì),采集河涌水位信息,其余閘門井外水位信息可依據(jù)所在位置內(nèi)插計(jì)算得到。降雨量信息通過自動雨量計(jì)獲取,自動雨量計(jì)可置于總控室房頂。為了較好的通信穩(wěn)定性,線路租用電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)示意如圖1。1.2安全運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)閘門可以統(tǒng)一控制或單獨(dú)控制,具有三種控制狀態(tài):(1)現(xiàn)場手動狀態(tài),閘門及啟閉機(jī)須能夠回傳閘門狀態(tài)(開啟度),在總控端實(shí)時顯示;(2)遠(yuǎn)程手控狀態(tài),總控室值班人員根據(jù)降雨和水位情況,遠(yuǎn)程控制閘門啟閉;(3)全自動控制狀態(tài),總控室根據(jù)水位信息自動控制閘門啟閉。閘門運(yùn)行控制如下:①Hx≤Hy時:閘門保持關(guān)閉;②Hx>Hy時:Hm<10mm且Hx<2.5m,閘門保持關(guān)閉;否則,閘門開啟;③當(dāng)水位下降至Hx=Hy且ΔHm=0時,延時5min關(guān)閉閘門。其中,Hm為降雨量,ΔHm為單位時間增加雨量,Hx為井內(nèi)水位,Hy為涌內(nèi)水位。上述參數(shù)是初始運(yùn)行參數(shù),系統(tǒng)運(yùn)行信息有日志記錄,在系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后,這些參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行記錄予以調(diào)整。2門電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1電纜供電電源閘門終端一般沿河涌兩岸散列分布,其啟閉機(jī)及儀表自控用電采用低壓380V/220V電纜供電,電源就近取自市政公共電源。PLC控制柜自帶不間斷電源(UPS),可提供2h在線式不間斷電源給工作站作備用電源,當(dāng)主電源中斷時,可至少維持60min自控操作。2.2控制系統(tǒng)的組成閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門啟閉機(jī)控制系統(tǒng)、安防報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等幾部分組成。系統(tǒng)采用分層控制結(jié)構(gòu),由中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、一個PLC控制主站和各個閘門遠(yuǎn)程子站、現(xiàn)場設(shè)備組成。2.2.1壓力監(jiān)控中央控制室中控室可就近置于附近的排水值班室,如泵房控制室、水利值班室等,也可以集成至統(tǒng)一的排水管理中央控制室。如某市崩山涌閘門自控系統(tǒng)中,將PLC主站上位機(jī)設(shè)在崩山涌排水泵站值班室,另外通過以太網(wǎng)與市水利信息平臺中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連。PLC主站值班人員和全市中央監(jiān)控人員均可以通過PLC監(jiān)控平臺實(shí)時監(jiān)控,系統(tǒng)有自動、遙控、現(xiàn)場手動三種控制方式。2.2.2運(yùn)行狀態(tài)無法滿足閘門PLC子站負(fù)責(zé)對現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)的采集,以及對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。設(shè)備層由現(xiàn)場儀表、閘門啟閉機(jī)、安防報(bào)警門禁等設(shè)備組成。這些儀表設(shè)備通過24VDC開關(guān)量信號及4～20mA模擬信號,把工藝參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)送到閘門PLC子站。如下位機(jī)控制柜的超聲波液位傳感器把崩山涌中的水位值和各閘門的開閉狀態(tài)送給編碼器,編碼器對水位及閘門開閉信號進(jìn)行編碼,再將編碼信號通過RS-485通訊傳給就地控制柜子站PLC,子站PLC將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步加工和處理后,基于MODBUSTCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng),通過以太網(wǎng)模塊接入Hub與上位機(jī)進(jìn)行通訊,上位機(jī)即崩山涌排水泵站主站PLC,經(jīng)過計(jì)算按照要求對各閘門進(jìn)行控制,就地控制柜子站PLC接收到信息后,發(fā)出控制信號自動控制閘門開啟或關(guān)閉,達(dá)到遠(yuǎn)程自動控制或遙控的目的。就地控制柜設(shè)現(xiàn)場手動按鈕,可優(yōu)先對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行手動控制。2.2.3網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器至上位機(jī)閘門控制系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)之間通訊租用數(shù)據(jù)通信運(yùn)營商的以太網(wǎng)線路互聯(lián);下位機(jī)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器至上位機(jī)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器線路段由通信運(yùn)營商負(fù)責(zé)。下位機(jī)與PLC控制柜內(nèi)設(shè)備之間以RS-485方式通訊。這樣上位機(jī)與下位機(jī)可以分別通過對現(xiàn)場控制柜的操作來實(shí)現(xiàn)對閘門的近距離和遠(yuǎn)距離的控制。閘門開度信號以4～20mA模擬量格式送至子站PLC采集。2.2.4系統(tǒng)被破壞的情況設(shè)備安防報(bào)警系統(tǒng)能監(jiān)測到前端供電系統(tǒng)的工作狀態(tài),一旦前端供電系統(tǒng)被破壞,系統(tǒng)能將前端斷電信息上報(bào)監(jiān)控中心;系統(tǒng)安裝有門禁設(shè)備,如果PLC控制柜箱門、閘門防盜螺絲和啟閉機(jī)防盜罩被撬打開,系統(tǒng)會向中心控制室監(jiān)控系統(tǒng)上報(bào)被撬信息。3安全需求的監(jiān)控與監(jiān)測閘門自動控制能夠?qū)χ饕O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、水位、降雨信息定時采集,并存于實(shí)時數(shù)據(jù)庫,供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畫面顯示、制表打印及完成各種計(jì)算、控制等功能時使用。系統(tǒng)依據(jù)水位、降雨信息控制閘門啟閉,可以最大限度地截污,也可以有效地防止積水和河水倒灌。比如在降雨初期或小降雨量時保持閘門關(guān)閉,在井內(nèi)水位上升至安全限值時及時打開閘門,在河涌水位高于管網(wǎng)水位時保持關(guān)閉。系統(tǒng)控制分三層實(shí)現(xiàn),即中央控制、基本控制和就地控制,運(yùn)行穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)對包括閘門等設(shè)施內(nèi)的全部儀表和機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控,提供工程范圍內(nèi)主要設(shè)備運(yùn)行工況的實(shí)時監(jiān)視,提供故障報(bào)警和事故狀態(tài)下應(yīng)急處理的方案及手段。閘門自動化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在中控室可查看現(xiàn)場工藝、電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況、反映現(xiàn)場運(yùn)行狀況的模擬圖、各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表、各類參數(shù)的歷史和實(shí)時趨勢曲線等,可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)至最佳運(yùn)行狀態(tài)。閘門自動控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人或半無人值守,大大減輕了排水設(shè)施管理人員的勞動強(qiáng)度,提高安全運(yùn)行水平。4截污工程運(yùn)行效果該閘門系統(tǒng)最早于2009年應(yīng)用于某市城區(qū)崩山涌的污水截流,崩山涌全長約7.5km,起端兩岸地勢較高,采用溢流堰截污,效果較好。下游兩岸地勢較低,設(shè)計(jì)采用閘門截污,排污口經(jīng)整合后,有13處閘門井,各井外河涌水位采取內(nèi)插方式計(jì)算?？偪囟酥糜诒郎接科鸲说谋谜究刂剖?該系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運(yùn)行實(shí)踐,自動控制運(yùn)行穩(wěn)定,達(dá)到旱流截污,雨季排水要求。閘門終端示意見圖2。該閘門自動截污系統(tǒng)在崩山涌實(shí)現(xiàn)后(系統(tǒng)界面見圖3),很快得到認(rèn)可并被推廣。在坦洲河北岸截污工程中,設(shè)置有9個自控閘門,并與南岸的7個閘門統(tǒng)一控制。此項(xiàng)工程的工程質(zhì)量有了很大的提高,閘門密封性很好,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。現(xiàn)在,三鄉(xiāng)、板芙、大涌等鎮(zhèn)區(qū)都已開始采用此項(xiàng)技術(shù),僅在2011年就有5項(xiàng)截污工程,共30多個排污口采用此種截污方式。5注意設(shè)計(jì)和問題5.1門診量與閘控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)該閘門自控系統(tǒng)中對閘門及閘門井質(zhì)量要求較高,閘門需采用鑲銅雙向止水閘門,在河涌水位高于井內(nèi)水位時,閘門處于防倒灌狀態(tài),因此設(shè)計(jì)時應(yīng)適當(dāng)提高反向止水水頭要求。閘門控制機(jī)構(gòu)是閘門的核心,電機(jī)戶外防護(hù)等級需達(dá)到IP67,應(yīng)采用質(zhì)量較好的大廠產(chǎn)品。為滿足閘門開啟度控制要求,閘門位置指示器需采用小模數(shù)配換齒輪組,并用精密電位器完成閘門位置的電信號反饋。閘門可根據(jù)需要選用明桿或暗桿。暗桿美觀,但不易于觀察閘門動向。閘門井設(shè)計(jì)時要兼顧功能的使用和對河岸景觀的影響。5.2質(zhì)量控制材質(zhì)閘門終端一般位于野外,材質(zhì)選用上需注意防腐。閘門材質(zhì)應(yīng)采用球墨鑄鐵,防護(hù)罩、絲桿等主要外露材質(zhì)應(yīng)選用不銹鋼,螺釘、螺母、預(yù)埋件等鐵質(zhì)配件應(yīng)采用熱浸鍍鋅處理。5.3安全井壁不垂直閘門井是閘門的基座,其施工質(zhì)量影響到閘門的密封性能和使用壽命,如果井壁不垂直,閘門安裝精確度差,閘門的啟閉會造成絲桿過早損壞。井壁不平會導(dǎo)致閘門漏水。5.4保護(hù)前保護(hù)環(huán)境質(zhì)量和截流能力分析設(shè)計(jì)時要注意井面高程和管底高程的距離,要保證閘門能夠完全打開,必要時可部分抬高井面高程,有隱蔽需要時可采取綠化圍護(hù)遮擋。每個啟閉機(jī)應(yīng)設(shè)置保護(hù)罩,保護(hù)罩兼具防盜報(bào)警功能和保護(hù)功能。有條件時可在閘門井內(nèi)和井外分別設(shè)置監(jiān)控?cái)z像頭,分別用于查看井內(nèi)情況和防盜。該系統(tǒng)還存在一項(xiàng)缺點(diǎn)有待改進(jìn),所采用限流設(shè)施是小口徑喉管,在降雨排水期并不能控制截流倍數(shù)。因此,有條件的應(yīng)考慮增加電動控制閥門或旋流閥等限流設(shè)施,實(shí)現(xiàn)對截流倍數(shù)的控制。6第4階段:新安江流域閘門自動截污系統(tǒng)較好地解決了拍門漏水和溢流堰阻水的問題,并且能夠根據(jù)水位和降雨量信息自動控制閘門啟閉,較好地實(shí)現(xiàn)了南方河網(wǎng)地區(qū)的污水截流問題。新安江水質(zhì)保護(hù)跨省生態(tài)補(bǔ)償工程啟動為保住長三角大水缸千島湖的水質(zhì),據(jù)統(tǒng)計(jì),近些年黃山拒絕的投資有40多項(xiàng),投資總額超過40億元。2008年,財(cái)政部、環(huán)保部開始醞釀在新安江流域首推跨省生態(tài)補(bǔ)償。這一新政的推行在我國現(xiàn)有的法律、法規(guī)和政策尚屬空白。經(jīng)過4年的磋商、磨合,一套中央及兩省共同認(rèn)可的規(guī)則終于在2012年初成型。其主要內(nèi)容是:中央財(cái)政支出3億元用于新安江治理。3年后,若兩省交界處的新安江水