一种初期雨水集蓄净化池及净化工艺的制作方法

1.本发明涉及一种初期雨水集蓄净化池及净化工艺，用于初期受污染雨水的集蓄与处理,属水环境治理及海绵城市建设技术领域。


背景技术：

2.城市的现代化建设过程中，因建筑物大量占用有限的地面，导致降雨期间产生的地表径流污染，尤其是初期雨水污染，是城市黑臭水体的重要成因之一，并因此成为城市水环境治理及海绵城市建设的主要针对性控制目标。为减小初期雨水对环境的污染，工程上采用的主要技术措施是通过调蓄池集蓄降雨初期的雨水，并在雨期或雨后再对其进行净化处理，一般的优先选择是将集蓄的雨水输送至城市污水处理厂。若建设条件不允许（如污水厂处理能力有限）或建设难度较大（如输送污水厂距离远或管道敷设困难），则选择设置独立的初雨净化厂，其净水工艺以物化处理方式为主。由于降雨在时间上的不均匀性，初雨净化厂中的水处理构筑物只在雨期运行，故存在设施利用率低、设备闲置率大、投资运行维护成本高、投资与建设效益低等诸多不足之处。因此，为提高初期雨水治理建设项目技术上的可行性与经济上的合理性，亟待开发针对性、适用性更好的初期雨水治理设施，以满足经济社会发展及应用市场需求。
3.发明专利“一种雨水渗滤集蓄与净化的方法”（201611100292.1）是通过砾石、pp棉、活性炭等材料过滤雨水，再结合杀菌方式进行处理，其不足之处是：批次处理量少，所述处理装置可重复使用周期短，处理成本高；新型专利“一种强化水质净化功能的雨水花园系统”（201721441941.4）所公开装置存在处理量少、占用场地大，不适合于城市雨水处理等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对背景技术所述问题，设计一种初期雨水集蓄净化池及净化工艺，初期雨水集蓄净化池包括：池体透气、雨水进水、混凝剂投加、排泥水配气、集蓄池排空5个系统，是利用雨水调蓄所需空间，在集蓄功能的基础上，兼具雨水净化及污泥排除功能，可实现水中杂质分离，无需再另行建设独立的净水构筑物；池体底部采用往复式牵引吸泥车组收集淤泥杂物，池体内无带电设备；所述净化工艺是以间歇运行方式，由配置的工控机自动控制，循序完成雨水集蓄
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投加混凝剂
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混凝沉淀
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排泥
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排（清）水
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待机等过程，混凝工艺采用空气泡搅拌方式，具有用地省、工程设施利用效率高，净水效果可靠，构造简单，运行管理方便，自动化程度高等优点；且具有投资省、运行维护成本低。
5.本发明的技术方案是：一种初期雨水集蓄净化池及净化工艺，所述初期雨水集蓄净化池包括：池体（1），所述池体（1）呈下凹的长方体状，池体（1）中自上至下依次设置有：在雨水调蓄所需构造空间内，通过配置相应的机电设备、管道阀件，水位水质传感器以及与之相连的自动化控制设备，形成：池体透气系统、雨水进水系统、混凝剂投加系统、排泥水配气系统、集蓄池排空系统。
6.所述池体透气系统包括：透气管（2）；所述透气管（2）均匀分布于池体（1）顶部；所述雨水进水系统包括：水位传感器（24）、进水阀（25）；所述水位传感器（24）用于测量池体中的水位是否处于高水位或低水位或排空水位；所述进水阀（25）用于引入外部雨水；所述混凝剂投加系统包括：加药阀（3）、加药管（4）；加药阀（3）通过加药管（4）向池体（1）内加入混凝剂类沉淀药物；所述排泥水配气系统包括：排泥水配气管道（5）、柔性连接软管（9）、牵引式双向潜水吸泥车（7）、吸泥车轨道（22）、牵引导向轮（10）、牵引绳（13）、联杆（11）和卷扬机（14）、排泥水泵（20）、鼓风机（27）、输气管（15）、输气阀（26）、排泥水管（18）、排泥阀（16）、排水阀（17）、在线浊度仪（23）；所述在线浊度仪（23）用于检测池体（1）中水体的浑浊度；所述牵引式双向潜水吸泥车（7）上固连有穿孔吸泥管（8），所述穿孔吸泥管（8）的上部与柔性连接软管（9）连接，柔性连接软管（9）的上部与排泥水配气管道（5）连接，排泥水配气管道（5）的另一端分别与排泥水泵（20）入口和输气管（15）对接；输气管（15）通过输气阀（26）与鼓风机（27）对接；排泥泵（20）出口并联排泥阀（16）和排水阀（17）；工作中的同一时段，排泥水泵（20）和鼓风机（27）仅有一台运转且，排泥阀（16）和排水阀（17）也仅有一个打开；排泥水泵（20）运转时，依次通过排泥水配气管道（5）、柔性连接软管（9）、穿孔吸泥管（8）吸入池体（1）中沉淀的泥或水，并经排泥水管（18）向外排出；鼓风机（27）工作时，外部空气依次通过输气阀（26）、输气管（15）、排泥水配气管道（5）、柔性连接软管（9）和穿孔吸泥管（8），向池体（1）内加入压缩空气；所述牵引式双向潜水吸泥车（7）沿池体（1）底部的长度方向呈列状串联分布，各串联的牵引式双向潜水吸泥车（7）之间通过联杆（11）铰接，构成单列吸泥车组；所述单列吸泥车组中牵引式双向潜水吸泥车（7）的数量依据池体（1）的长度设定，再根据池体（1）的宽度，设定单列吸泥车组的列数；单列吸泥车组的二端连接有牵引绳（13），所述牵引绳（13）通过牵引导向轮（10）与卷扬机（14）连接，所述卷扬机（14）用于牵引牵引式双向潜水吸泥车（7）在吸泥车轨道（22）上往复运动；所述集蓄池排空系统包括：排水泵（12）、排水管（19）和单向排水阀（21）；排水泵（12）的入口位于穿孔吸泥管（8）的入口之下，排水泵（12）用排空积沉于池体（1）中最低位置处的水；所述配属于池体（1）上的各类机电设备、控制阀件由与之相连的工控机自动控制。
7.本发明还公开了一种初期雨水集蓄净化工艺，初期雨水集蓄净化池在工作中设定为间歇运行方式，由配置的工控机自动控制，循序完成雨水集蓄
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投加混凝剂
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混凝沉淀
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排泥
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排（清）水
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待机等过程，分别如下：雨水集蓄：初期雨水通过市政雨水收集系统由进水阀（25）入池体（1）。当池内水面上升至设计水位时，通过水位传感器（24）高水位信号关闭进水阀（25），由此实现雨水调蓄功能；投加混凝剂：进水阀（25）关闭后，开启加药阀（3），将一定量的混凝剂通过加药管（4）定量投加至池内水中。混凝剂投加完成后，关闭加药阀（3）；混凝沉淀：投药完成后，开启鼓风机（27）、输气阀（26）以及卷扬机（14），关闭排泥
阀（16）和排水阀（17）。空气经由输气管（15）、排泥水配气管道（5）、柔性连接软管（9）和穿孔吸泥管（8）从池底以气泡的形式进入水中，通过气泡上升过程中对水体的扰动，完成混凝剂的混合和混凝反应。同时，卷扬机（14）通过牵引绳（13）、吸泥车联杆（11）带动牵引式双向潜水吸泥车（7）组沿吸泥车轨道（22），在一定行程内作双向往复运动，实现平面上的均匀配气，利用空气搅拌作用，完成混凝反应。
8.达到设定的空气搅拌时间后（约20~30分钟），关闭鼓风机（27）、输气阀（26）以及卷扬机（14）。此后，水中悬浮物经混凝反应所形成的絮凝体开始静置沉淀，水中絮凝体沉降至池底，形成积泥层，池体（1）中雨水逐步得到澄清。
9.排泥及排（清）水：经长时间（约4~6小时）静置沉淀、水中绝大部分悬浮物沉至池底且水质达标后，开启卷扬机（14）、排泥水泵（20）、排泥阀（16）。卷扬机（14）通过牵引绳（13）、吸泥车联杆（11）带动牵引式双向潜水吸泥车（7）沿吸泥车轨道（22），在一定行程内作双向往复运动，池底集泥通过穿孔吸泥管（8）吸入，再经由柔性连接软管（9）、排泥水配气管道（5）、排泥泵（20）、排泥水管（18）和排泥阀（16）排至池外作另行处理与处置。
10.当在线浊度仪（23）检测到池体（1）中雨水浑浊度低于设定值时，关闭卷扬机（14）和排泥阀（16），开启排水泵（12）和排水阀（17），将净化后的雨水排出池外。当池中水位降至设计低水位时，利用水位传感器（24）低水位信号关闭排泥水泵（20）。
11.水池排空及待机：当雨水池内的余水排空时，利用水位传感器（24）排空水位信号关闭排水泵（12）和排水阀（17）。然后，开启进水阀（25），整个系统恢复待机状态，直至下场雨到来，重复上述过程。
12.水池排空时间可根据初雨污染治理系统的降雨控制频次（两场雨的间隔时间）而定。
13.由上述技术方案可知，本发明一种初期雨水集蓄净化池，是利用雨水调蓄池的构造空间，采用间歇式物理化学处理方法，循序实现雨水调蓄与处理功能，处理效果可操控性强，构造简单，运行、维护、管理方便，投资及运行成本低，自动化程度高。
14.从上述对技术方案的分析可知，与目前常用的初期雨水集蓄净化设施相比，本发明具有如下显著特点：（1）在同一个构筑物内短历时完成雨水集蓄和雨水处理功能。即，利用雨水调池空间，即可实现水中杂质分离，无需输送至城市污水厂处理或建设独立的初期雨水净化厂；（2）为适合构筑物工艺构造要求，混凝工艺采用空气泡搅拌方式。
15.（3）由于雨水处理采用间歇式运行方式，混凝及沉淀时间的具有高度的可调性，从而可获得比连续式运行方式更好的处理效果；（4）初期雨水净化及水池排空时间短，从处理到排空的全过程耗时可小于12小时，适用于降雨场次间隔较短的场合；（5）采用往复式牵引吸呢车组，除潜水排水泵外，水池内无其它机电设备，适用于雨水调蓄池地下埋设深度较大、池内环境潮湿的特点；（6）构造简单，运行、维护、管理方便，投资及运行成本低，自动化程度高。
附图说明
16.图1是本发明实施例“一种初期雨水集蓄净化池”内部结构示意图。
17.附图中的标记说明：1—池体，2—透气管，3—加药阀，4—加药管，5—排泥水配气管道，7—牵引式双向潜水吸泥车，8—穿孔吸泥管，9—柔性连接软管，10—牵引导向轮，11—联杆，12—排水泵，13—牵引绳，14—卷扬机，15—输气管，16—排泥阀，17—排水阀，18—排泥水管，19—排水管，20—排泥水泵，21—单向排水阀，22—吸泥车轨道，23—在线浊度仪，24.1—高水位传感器，24.2—低水位传感器，24.3—排空水位传感器，25—进水阀，26—输气阀，27—鼓风机。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明实施例作进一步说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。
19.参见图1，本发明一种初期雨水集蓄净化池，包括：池体1，所述池体1呈下凹的长方体状，池体1中自上至下依次设置有：在雨水调蓄所需构造空间内，通过配置相应的机电设备、管道阀件，水位水质传感器以及与之相连的自动化控制设备，形成：池体透气系统、雨水进水系统、混凝剂投加系统、排泥水配气系统、集蓄池排空系统。
20.所述池体透气系统包括：透气管2；所述透气管2均匀分布于池体1顶部。
21.所述雨水进水系统包括：水位传感器24、进水阀25；所述水位传感器24用于测量池体中的水位是否处于高水位或低水位或排空水位；所述进水阀25用于引入外部雨。所述混凝剂投加系统包括：加药阀3、加药管4；加药阀3通过加药管4向池体1内加入混凝剂类沉淀药物。
22.所述排泥水配气系统包括：排泥水配气管道5、柔性连接软管9、牵引式双向潜水吸泥车7、吸泥车轨道22、牵引导向轮10、牵引绳13、联杆11和卷扬机14、排泥水泵20、鼓风机27、输气管15、输气阀26、排泥水管18、排泥阀16、排水阀17、在线浊度仪23；所述在线浊度仪23用于检测池体1中水体的浑浊。
23.所述牵引式双向潜水吸泥车7上固连有穿孔吸泥管8，所述穿孔吸泥管8的上部与柔性连接软管9连接，柔性连接软管9的上部与排泥水配气管道5连接，排泥水配气管道5的另一端分别与排泥水泵20入口和输气管15对接；输气管15通过输气阀26与鼓风机27对接；排泥泵20出口并联排泥阀16和排水阀1。
24.工作中的同一时段，排泥水泵20和鼓风机27仅有一台运转且，排泥阀16和排水阀17也仅有一个打开；排泥水泵20运转时，依次通过排泥水配气管道5、柔性连接软管9、穿孔吸泥管8吸入池体1中沉淀的泥或水，并经排泥水管18向外排出；鼓风机27工作时，外部空气依次通过输气阀26、输气管15、排泥水配气管道5、柔性连接软管9和穿孔吸泥管8，向池体1内加入压缩空。
25.所述牵引式双向潜水吸泥车7沿池体1底部的长度方向呈列状串联分布，各串联的牵引式双向潜水吸泥车7之间通过联杆11铰接，构成单列吸泥车组；所述单列吸泥车组中牵引式双向潜水吸泥车7的数量依据池体1的长度设定，再根据池体1的宽度，设定单列吸泥车组的列。
26.单列吸泥车组的二端连接有牵引绳13，所述牵引绳13通过牵引导向轮10与卷扬机14连接，所述卷扬机14用于牵引牵引式双向潜水吸泥车7在吸泥车轨道22上往复运。
27.所述集蓄池排空系统包括：排水泵12、排水管19和单向排水阀21；排水泵12的入口位于穿孔吸泥管8的入口之下，排水泵12用排空积沉于池体1中最低位置处的。
28.所述配属于池体1上的各类机电设备、控制阀件由与之相连的工控机自动控制。
29.本发明一种基于初期雨水集蓄净化池在工作中采用间歇运行方式，由配置的工控机自动控制，循序完成雨水集蓄
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投加混凝剂
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混凝沉淀
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排泥
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排清水
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待机等过程，分别如下：雨水集蓄：初期雨水通过市政雨水收集系统由进水阀25入池体1。当池内水面上升至设计水位时，通过水位传感器24高水位信号关闭进水阀25，由此实现雨水调蓄功能。
30.投加混凝剂：进水阀25关闭后，开启加药阀3，将一定量的混凝剂通过加药管4定量投加至池内水中。混凝剂投加完成后，关闭加药阀3。
31.混凝沉淀：投药完成后，开启鼓风机27、输气阀26以及卷扬机14，关闭排泥阀16和排水阀17。空气经由输气管15、排泥水配气管道5、柔性连接软管9和穿孔吸泥管8从池底以气泡的形式进入水中，通过气泡上升过程中对水体的扰动，完成混凝剂的混合和混凝反应。同时，卷扬机14通过牵引绳13、吸泥车联杆11带动牵引式双向潜水吸泥车7组沿吸泥车轨道22，在一定行程内作双向往复运动，实现平面上的均匀配气，利用空气搅拌作用，完成混凝反应。
32.达到设定的空气搅拌时间后约20~30分钟，关闭鼓风机27、输气阀26以及卷扬机14。此后，水中悬浮物经混凝反应所形成的絮凝体开始静置沉淀，水中絮凝体沉降至池底，形成积泥层，池体1中雨水逐步得到澄清。
33.排泥及排清水：经长时间约4~6小时静置沉淀、水中绝大部分悬浮物沉至池底且水质达标后，开启卷扬机14、排泥水泵20、排泥阀16。卷扬机14通过牵引绳13、吸泥车联杆11带动牵引式双向潜水吸泥车7沿吸泥车轨道22，在一定行程内作双向往复运动，池底集泥通过穿孔吸泥管8吸入，再经由柔性连接软管9、排泥水配气管道5、排泥泵20、排泥水管18和排泥阀16排至池外作另行处理与处置。
34.当在线浊度仪23检测到池体1中雨水浑浊度低于设定值时，关闭卷扬机14和排泥阀16，开启排水泵12和排水阀17，将净化后的雨水排出池外。当池中水位降至设计低水位时，利用水位传感器24低水位信号关闭排泥水泵20。
35.水池排空及待机：当雨水池内的余水排空时，利用水位传感器24排空水位信号关闭排水泵12和排水阀17。然后，开启进水阀25，整个系统恢复待机状态，直至下场雨到来，重复上述过程。
36.水池排空时间可根据初雨污染治理系统的降雨控制频次（两场雨的间隔时间）而定。
37.由上述技术方案可知，本初期雨水集蓄净化处理池，利用雨水调蓄池的构造空间，采用间歇式物理化学处理方法，循序实现雨水调蓄与处理功能，处理效果可操控性强，构造简单，运行、维护、管理方便，投资及运行成本低，自动化程度高。
38.本发明在同一个构筑物内短历时完成雨水集蓄和雨水处理功能。即，利用雨水调池空间，即可实现水中杂质分离，无需输送至城市污水厂处理或建设独立的初期雨水净化
厂。为适合构筑物工艺构造要求，混凝工艺采用空气泡搅拌方式。由于雨水处理采用间歇式运行方式，混凝及沉淀时间的具有高度的可调性，从而可获得比连续式运行方式更好的处理效果。初期雨水净化及水池排空时间短，从处理到排空的全过程耗时可小于12小时，适用于降雨场次间隔较短的场合。采用往复式牵引吸呢车组，除潜水排水泵外，水池内无其它机电设备，适用于雨水调蓄池地下埋设深度较大、池内环境潮湿的特点。所述装置构造简单，运行、维护、管理方便，投资及运行成本低，自动化程度高。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。