一体化自动截流井及截流方法与流程

本发明涉及排水管网技术领域，尤其涉及一种一体化自动截流井及截流方法。

背景技术：

截流井用在雨污合流系统中，目的是为了将雨污水分离。旱季时因管中只有污水，截流井可以将污水截住，流往污水管中，雨季时将部分雨水与污水截住并流入污水管中，其余雨水溢流通过井中堰，继续向下游流行。

近年来，全国各地开始兴建管道截污改造项目，通过截流井将城市旱季污水和雨季初期雨水截流入截污管后排至污水管网，实现清污分离，削减进入下游水体的污染物，避免城市水环境恶化。

实践证明，这一举措可以有效缓解水环境污染的问题，但是现有使用的截流井存在以下问题：

1)无法实现精确截流，在暴雨溢流的情况下，截流管内的合流污水为满流压力流，截流井的实际截流量远超设计截流量，不仅对截污干管输送能力提出了挑战，而且增大了污水处理厂的负荷，影响了污水处理厂的正常安全运行。

2)截污效率较低，当大量雨水涌入进水管时，截污管很快满流，上游污水无法截流，大量污染物随雨水入河，导致整体截污效率降低。

3)防倒灌设施运行效果较差，目前常用的防倒灌设施有鸭嘴阀、浮筒阀、拍门等，这类设施多为液压控制，雨季启闭频繁，零部件易磨损，使用寿命短，运行稳定性差；比如拍门运行时受不稳定的水流冲击,门叶频繁振动，铰链过度磨损，影响行洪安全。

4)采用智能截污井，进行水质水量监测控制截流。但其监测系统过于复杂，监测设备容易损坏，动态启闭的截污闸能耗高，防倒灌闸门底部易淤积泥砂，运行效果较差。此外，智能截污井造价高、占地面积大、施工安装不便，难以广泛应用。

为此，亟需研发一种以截污、控流、溢流、防倒灌功能为一体的截流井，并能精准控流、稳定运行、节能降耗，同时能优化施工安装流程，以提高整个排水管网的运行效率。

技术实现要素：

本发明提供一种一体化自动截流井及截流方法，用以解决现有技术中截流井的截流效率低、容易出现清水倒灌、污水浓度过低、能耗过高的问题，以及运行控制复杂等问题。

本发明第一方面提供一种一体化自动截流井，包括井体，以及设置在所述井体上的进水管、截污管和溢流管；

所述井体上端可拆卸连接有井盖，所述井体下端设有底座，所述井体与所述井盖和所述底座形成封闭的截流腔；

所述截流腔设有提篮格栅结构、截污阀门和溢流阀门；

其中，所述提篮格栅结构位于所述进水管的管口位置；

所述截污阀门位于所述截污管的管口位置；

所述溢流阀门位于所述溢流管的管口位置。

根据本发明提供的一体化自动截流井，所述提篮格栅结构包括网状格栅篮和牵拉组件，所述网状格栅篮通过所述牵拉组件固定，并能将所述网状格栅篮自由拉出井体。

根据本发明提供的一体化自动截流井，所述牵拉组件包括导轨、挂钩和环链，所述导轨沿所述井体轴向设置，所述网状格栅篮滑动连接于所述导轨，并通过所述环链与所述挂钩固定。

根据本发明提供的一体化自动截流井，截污阀门包括壳体和连接件，所述连接件由安装板和出水连接筒组成；所述安装板固定于截污管管口处，所述出水连接筒与所述壳体倾斜连接。

根据本发明提供的一体化自动截流井，所述壳体为蜗壳状构造，以使水流在所述壳体内形成涡流消散动能；且所述壳体上设有进水导流口和检修口。

根据本发明提供的一体化自动截流井，在所述截流腔底部设有汇流槽，所述汇流槽贴合所述截污阀门的外形设计，由所述进水导流口向处延伸至所述井体的内侧壁形成。

根据本发明提供的一体化自动截流井，所述溢流阀门包括浮筒、堰板、支架和阀门基座，所述浮筒通过所述支架与所述堰板相连，所述支架转动连接在所述阀门基座上，以使所述浮筒、所述支架与所述堰板可整体自由旋转。

根据本发明提供的一体化自动截流井，所述井体内部设有可伸缩的检修扶梯；所述井盖上设有与所述截流腔连通的若干检修孔和排气阀。

本发明第二方面提供一体化自动截流井的截流方法，包括如下步骤：

步骤s1：当截流腔内的液位高度h小于设定的液位高度h1时，溢流阀门关闭，旱流污水及初期雨水经截污阀门进入截污管，排放至污水管道；

步骤s2：当截流腔内的液位高度h大于设定的液位高度h1并小于设定的液位高度h2时，溢流阀门的堰板抬起，将截流腔与溢流管隔离，截流腔可蓄积污水至设定调蓄体积v，并通过截污阀门以设定流量q1排放至污水管；此时截污阀门内形成涡流，涡流气腔逐渐稳定，以不超过设定流量q1继续通过截污管排至污水管道；

步骤s3：当截流腔内的液位高度h超过设定的液位高度h2时，溢流阀门随液位高度旋转，堰板随之旋转放平在溢流管的管底；此时截污阀门以不超过设定流量q2的水量排放至污水管；

步骤s4：当溢流管下游水体的液位高度h大于截流腔内的液位高度h时，溢流阀门的浮筒与堰板受内外水位的共同作用，使堰板逐渐抬高，堰板顶部高度高于下游水体的液位高度h，保证截流腔与溢流管相对隔离；

此时上游来水仍可通过进水管进入到截流腔内，并通过截污阀门涡流限流后，以不超过设定流量q2通过截污管并排放至污水管道；

步骤s5：当溢流管下游水体的液位高度h已超过溢流管的管底高度，但未超过截流腔内的液位高度h时，堰板受内外水位共同作用，使堰板顶部的高度低于截流腔内的液位高度h，此时截流腔与溢流管仍连通，使截流腔内的雨水可通过溢流管继续排放，同时截污阀门以不超过设定流量q2的水量继续排放至污水管。

根据本发明提供的截流方法，步骤s1至步骤s5中，设定流量q1为旱流污水量；设定流量q2为截流污水量。

本发明提供的一体化自动截流井，本发明将自动截流井设置为一体化集成式结构，具有造价低，安装简便，占地面积小的优点，可有效节省土建施工费用，在城市水环境治理、黑臭水体治理、及合流制管网截污中能够广泛应用。

本发明的截污阀门与溢流阀门结构设计巧妙，分别通过阀门所处的水位情况自动调节，进行截污管与溢流管的流量控制，能够实现污水高效截流，以及初期雨水调蓄、防止倒灌发生、降低内涝风险等功能；并能有效避免智能截污井设置复杂的在线监测系统和智能控制系统进行截流控制，本发明的阀门无需电力控制，能耗较低，制造成本较低；同时可实现无人值守，进而有效节省运维成本。

另外，在本发明提供的一体化自动截流井的截流方法中，由于具备如上所述的一体化自动截流井，因此同样具备如上所述的优势。且通过本发明的截流方法能提高截污倍数和提高截流污水浓度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一体化自动截流井的主视图；

图2是本发明提供的一体化自动截流井的仰视图；

图3是本发明提供的一体化自动截流井的俯视图；

图4是本发明中提篮格栅结构的结构示意图；

图5是本发明中截污阀门的结构示意图；

图6是本发明中溢流阀门的结构示意图；

图7是本发明提供的一体化自动截流井的使用状态示意图之一；

图8是本发明提供的一体化自动截流井的使用状态示意图之二；

图9是本发明提供的一体化自动截流井的使用状态示意图之三；

图10是本发明提供的一体化自动截流井的使用状态示意图之四；

图11是本发明提供的一体化自动截流井的使用状态示意图之五；

附图标记：

1：井体；2：进水管；3：截污管；

4：溢流管；5：顶盖；6：底座；

7：截流腔；8：提篮格栅结构；81：网状格栅篮；

82：导轨；83：挂钩；84：环链；

9：截污阀门；91：壳体；92：进水导流口；

921：导流板；93：检修口；931：检修板；

94：安装板；95：出水连接筒；10：溢流阀门；

101：浮筒；102：支架；103：堰板；

104：阀门基座；11：汇流槽；12：检修扶梯；

13：检修孔；14：排气阀；15：浇筑孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图11，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下描述仅是本发明的示意性实施方式，并未对本发明构成任何限定。

作为本发明的一种实施例，本发明提供一种一体化自动截流井，包括井体1，在井体1上围绕侧壁设有进水管2、截污管3和溢流管4；其中，进水管2与上游雨水/污水管道相连通，截污管3与通往水处理厂的污水管相连通，溢流管4与下游的雨水管或自然水体相连通。

如图1至3所示，井体1为预制的中空结构件，可采用玻璃钢、不锈钢或碳钢制成。井体1形状为圆形或者方形，本实施例的图示井体1的形状为圆形，便于制造和安装。

井体1包括顶盖5和底座6，顶盖5可拆卸连接在井体1上；底座6外侧沿圆周方向预留浇筑孔15，地脚螺栓通过浇筑孔15与地面或混凝土底板进行安装，以使井体1固定。

井体1与顶盖5和底座6形成封闭腔体，即截流腔7；截污管3的管内底高程应低于进水管2与溢流管4的管内底高程，进水管2的管内底高程应高于溢流管4的管内底高程，从而确保截污井的截流效果更好。

另外，进水管2、截污管3与溢流管4的相对位置需要根据实际管道位置、高程进行调节。在不影响使用效果的前提下，还可以设置为其他的位置，比如截污管3设置在井体1靠近下端的位置，进水管2和溢流管4同轴且相对设置，截污管3垂直于进水管2和溢流管4设置。

本发明中，在井体1内部且位于进水管2的管口位置设置提篮格栅结构8，用于截留浮渣、垃圾等漂浮物，以使从进水管2进入的水均经过提篮格栅结构8预处理之后，进入截流腔7，进而有效削减进入自然水体的污染物。

具体的，提篮格栅结构8如图4所示，整体结构为复合材质，包括网状格栅篮81和牵拉组件，网状格栅篮81通过牵拉组件固定于井体1内部，并通过该牵拉组件能够将网状格栅篮81自由拉出井体1以清理网状格栅篮81内的过滤物。

更为具体的，牵拉组件包括导轨82、挂钩83和环链84，导轨82沿着井体1轴向设置，网状格栅篮81滑动连接在导轨82上，并通过环链84与挂钩83固定。截留浮渣、垃圾等漂浮物临时储存在网状格栅篮81内，定期进行清理维护。

另外，网状格栅篮81的栅网间距可以为5～10cm，该栅网间距可根据实际情况进行相应的调节。

在本实施例中，本发明还包括截污阀门9，截污阀门9安装在截污管3的管口，位于截流腔7底部的底座6上，用于控制截流至污水管道的污水量。

具体的，截污阀门9可以为水力旋转限流阀，如图5所示，截污阀门9整体为不锈钢材质，包括壳体91和连接件。其中壳体91上开设有进水导流口92和检修口9393，在进水导流口92设置有导流板921，在检修口93上设置有检修板931，检修板931可手动提起，用于对壳体91内部进行维护检修。

更为具体的，壳体91为蜗壳状构造，在壳体91内形成阀腔。连接件由安装板94和出水连接筒95组成，安装板94固定于截污管3管口周围的井体1内壁，使整个截污阀门9与截污管3连通；出水连接筒95与壳体91倾斜连接，也即出水连接筒95与壳体91相连接的端面为斜面。

进而使截流腔7中的污水经进水导流口92进入阀腔中时，流经的污水在阀腔内形成涡流消散动能，从而在水流中心形成空气柱，使截污阀门9出口流量变小，能够有效地控制截流的污水量。

并且水流在阀腔内以重力流或涡流形式通过，经出水连接筒95消散涡流并稳定流态后，由截污管3输送至污水管。

另外，需要说明的是，截污阀门9的整体尺寸及空间构造需依据实际水力条件，经水力计算后进行设计。

截污阀门9的结构简单，安装方便，占用空间小、不易堵塞、运行维护简单，可以达到较好的经济效益和环境效益；并且通过水力控制阀体流量，无需任何电力装置和控制，操作简单。

在本实施例中，本发明还包括溢流阀门10，溢流阀门10安装在溢流管4的管口位置并与溢流管4连通，用于控制通过溢流管4的过流水量。

具体的，溢流阀门10可以为浮筒翻板阀，如图6所示，包括浮筒101，以及与浮筒101通过支架102连接的堰板103，且支架102转动连接在阀门基座104上，以使浮筒101、支架102与堰板103可整体自由旋转。

其中，支架102可选通过转轴转动连接在阀门基座104，转轴安装在阀门基座104上，阀门基座104固定安装在井体1的侧壁上。堰板103的旋转以转轴为基点，支架102与转轴的连接处进行密封连接。

其中，堰板103与溢流管4内底的夹角可实现90°范围内的旋转，并可在旋转角度内的任意位置停止。在实际运行中，堰板103在某一时刻的位置由截流腔7内的液位高度和溢流管4外的液位高度之间的高差决定，因此在水力液位的驱动下，堰板103可实现开启、关闭以及调整溢流管4的排水量，能够有效调节和控制溢流至下游通道的水量，并能防止清水倒灌。

在上述实施例的基础上，作为本发明的一种可选实施方式，在截流腔7的底部设置有汇流槽11，即汇流槽11位于底座6上。汇流槽11贴合截污阀门9的外形设计，由进水导流口92向处延伸至井体1内侧壁。并且汇流槽11设有一定坡度，四周较高，中间较低，呈锅底形状，也即进水导流口92位于汇流槽11的最低位置，用于汇集污水，提高污水流速，降低淤积堵塞风险。

在上述实施例的基础上，作为本发明的一种可选实施方式，在井体1内部还设置有可伸缩的检修扶梯12，当需要人工检查时，可将可伸缩的检修扶梯12打开，进入井内进行检查并清理截流腔7。

在上述实施例的基础上，作为本发明的一种可选实施方式，顶盖5上设有与截流腔7连通的若干个检修孔13。在截流井运行周期结束后，可打开检修口93，将提篮格栅结构8的网状格栅篮81沿导轨82提起，清理拦截垃圾漂浮物等，当需要人工检查时，通过检修口93可将可伸缩检修扶梯12打开，进入井内进行检查并清理截流腔7。

另外，在顶盖5设有排气阀14，用于有毒气体及臭味气体溢散。在本实施例中，还可以针对有毒气体及臭味气体在排气阀14上设置气体过滤装置，避免有毒气体或者臭味气体直接排放到空气中。

本发明提供一种一体化自动截流井的截流方法：

在本发明中，截流腔7内的液位高度记为h，设定的液位高度记为h1和h2，溢流管4下游水体的液位高度记为h；

其中，h1为管段设计旱流污水时的液位，此时为重力流，h1由旱流污水量计算得出，为规划设计范畴，本领域技术人员知晓，因此，不再赘述。

其中，h2为溢流液位，由溢流阀门在静置状态下的堰板高度决定内，当内部水位再升高时，堰板旋转，随即合流污水溢流，即到达步骤s3的状态。

另外，设定流量q1是旱流污水量：即合流制管道系统中晴天时的城镇污水量；并考虑初期雨水流量综合确定。

设定流量q2是截流污水量：在合流制排水管渠上设置截流井后，将高浓度雨污混流水截流至污水干管，剩余雨水排放至自然水体，其中截流至污水干管的这部分合流污水的设计流量q2＝(n0+1)q1；其中n0为截流倍数。

当污水或雨污水全部通过进水管2进入提篮格栅结构8时，先拦截浮渣、垃圾等漂浮物，初步处理后雨污水进入截流腔7内，可产生如下情形：

步骤s1：如图7所示，当截流腔7内的液位高度h小于设定的液位高度h1时，即h<h1时，溢流阀门10关闭，污水及初期雨水经截污阀门9进入截污管3，排放至污水管道；

步骤s2：如图8所示，当截流腔7内的液位高度h大于设定的液位高度h1并且小于设定的液位高度h2时，即为h1<h<h2时。溢流阀门10的堰板103抬起，将截流腔7与溢流管4隔离，截流腔7可蓄积污水至设定调蓄体积v，通过截污阀门9以设定流量q1排放至污水管。此时截污阀门9内形成涡流，涡流气腔逐渐稳定，可控制不超过设定流量q1水量继续通过截污管3排至污水管道，该过程能有效提高污水截污倍数；

其中，调蓄容积v的目的是在降雨期间缓解上游来水的水量波动对下游截污管道的冲击，尽量减少溢流，提高截污倍数。调蓄容积v的计算需考虑初期雨水水量波动情况，通过模型或经验参数考虑即可，并配合规划设计要求。

步骤s3：如图9所示，当截流腔7内的液位高度h超过设定的液位高度h2时，溢流阀门10随液位高度旋转，堰板103随之旋转放平在溢流管4的管底，大量雨水由溢流管4排放至下游水体，实现行洪功能。此时截污阀门9以不超过设定流量q2的水量排放至污水管；

步骤s4：如图10所示，当溢流管4下游水体的液位高度h大于截流腔7内的液位高度h时，也即h>h时，溢流阀门10的浮筒101与堰板103受内外水位的共同作用，使堰板103逐渐抬高，堰板103顶部高度始终高于下游水体的液位高度h，保证截流腔7与溢流管4相对隔离。

此时上游来水仍可通过进水管2进入到截流腔7内，并通过截污阀门9涡流限流后，以不超过设定流量q2通过截污管3并排放至污水管道，从而保证进水管2的水流通畅，以使上游管道不会雍水，减少内涝风险。

步骤s5：如图11所示，当溢流管4下游水体的液位高度h已超过溢流管4的管底高度，但未超过截流腔7内的液位高度h时，也即h<h时，堰板103受内外水位共同作用，使堰板103顶部的高度低于截流腔7内的液位高度h，此时截流腔7与溢流管4仍连通，使截流腔7内的雨水仍可通过溢流管4继续排放，不影响上游合流制管道的行洪功能，同时截污阀门9以不超过设定流量q2的水量继续排放至污水管。

可以理解为，本发明将自动截流井设置为一体化集成式结构，具有集成化高、截流率稳定、施工简单、坚固耐用、维修及管理方便的优点，同时占地面积小，可有效节省土建施工费用。

另外，发明的截污阀门9与溢流阀门10的开启度均依靠阀门前后水位差实现灵活控制，无需电力控制，从而有效避免现有智能截污井需要设置复杂的在线监测系统和智能控制系统，可实现无人值守，并有效节省运维成本，与节能减排及低影响开发等绿色环保理念相契合。

并且本发明通过采用两个结构不同、且通过水力控制的阀门进行截污管3与溢流管4的流量控制，根据阀门所处的水位情况自动调节，进而实现污水高效截流和高精度控制截污量，以及初期雨水调蓄、防止倒灌现象、降低内涝风险等功能。

另一方面，采用本发明的截流方法能提高截污倍数和提高截流污水浓度。

另外，本发明在截污腔底部设置汇流槽11，当上游来水流量较小时可有效提高污水流速，减少截流井内泥砂、悬浮物等固体颗粒物沉积板结，提高截污阀门9与溢流阀门10的运行稳定性，大大减少维护清理的工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。