本发明涉及一种分流制排水管网系统，具体涉及一种污水和雨水的分流制排水系统与控制方法。
背景技术：
城市市政排水系统主要分为合流制排水系统和分流制排水系统。最早出现的合流制排水系统是将污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内，不经任何处理就直接就近排入水体，使受纳水体遭受严重污染，国内外很多老城市几乎都采用这种方式。现在常采用的是截流式合流制排水系统。
截流式合流制排水系统与传统的合流制排水系统在结构上基本相同，区别点在于截流式合流制排水系统在市政合流干管与污水处理厂之间设置有截流井。截流式合流制排水系统工作时，居民排出的污水和雨水口收集的雨水都通过合流总管进入市政合流干管，市政道路沿线的雨水口收集的雨水也都进入市政合流干管，在干管末端设置截流井。晴天时，所有污水都输送至污水厂，经处理后排放到自然水体。降雨时，污水和降雨初期的雨水也会被输送至污水厂，经处理后排放到自然水体。但随着降雨量的增加，雨水径流也增加，当混合污水的流量超过截流干管的输水能力后，就会有部分混合污水溢流而直接进入自然水体。
针对这种合流制排水系统，其问题主要是：①降雨时，居住区及市政道路上会产生面源污染，现有的合流制排水系统虽然在末端设有截流井进行截流，但是设计的截流倍数不够，使得截流井没能对面源污染物进行拦截，面源污染物直接进入自然水体，对自然水体造成污染。②若要对面源污染进行控制，就需要增大截流井的尺寸，增大截流干管的尺寸，增加污水厂的容量。③截流井的截流为粗放式的控制，不能精确地对初期雨水进行截流。
分流制排水系统按照排除雨水方式的不同，又分为完全分流制和不完全分流制两种排水系统。完全分流制排水系统是完全将雨水和生活污水、工业污水分离，由不同的管道进行输送。居民排出的污水通过污水管道进入污水干管，然后输送至污水厂处理后排放，雨水口收集的雨水通过雨水管道进入雨水干管，直接排放到自然水体。市政道路沿线的雨水口收集的雨水也都进入雨水干管，直接排放到自然水体。在这种分流制排水系统中，存在着很多问题：①居住区内的部分污水错误地进入了雨水管道，比如阳台上洗衣机排出的污水会直接排放到自然水体。②市政道路上的部分污水错误地进入了雨水管道，比如道路清洗时产生的污水会直接排放到自然水体。③降雨时，居住区及市政道路上会产生面源污染，面源污染物会直接进入自然水体。
不完全分流制主要是针对雨水的收集处理上，将居民区收集的雨水和市政道路上收集到的雨水进行分离。居民排出的污水和雨水口收集的雨水都通过合流总管排出，在进入市政排水管道之前设置截流井进行截流。市政道路沿线的雨水口收集的雨水进入雨水干管，直接排放到自然水体。晴天时，居住区排放的污水被截流至污水干管，然后输送至污水厂，经处理后排放到自然水体，但市政道路上会有部分污水进入雨水干管而直接排放到自然水体。降雨时，居住区排放的污水和降雨初期的雨水也会被截流至污水干管，然后输送至污水厂，经处理后排放到自然水体，但随着降雨量的增加，雨水径流也增加，当混合污水的流量超过截流管道的输水能力后，就会有部分混合污水溢流而直接进入雨水干管，同时市政道路上携带有大量污染物的初期雨水也会直接进入雨水干管，然后排放到自然水体。这种排水系统的问题主要是：①整个系统不能对面源污染物进行有效地拦截，拦截效率低。②不能对进入雨水管道的污水进行控制。③降雨时，污水易被雨水携带进入自然水体。④截流井的控制粗放，一方面可能不能将更多的初期雨水送入污水厂处理，使得面源污染物排放到了自然水体，另一方面可能将大量的后期雨水送入污水厂，增加了污水厂的负荷，降低了污水厂的处理效率。
总体说来，目前的排水体制存在着以下问题：第一，不能对面源污染进行控制；第二，控制粗放，不能对污水和初期雨水进行精确控制；第三，管道混接，污水直接排放到了自然水体；第四，对于用地紧张的地区，末端治理不能有效实施。
同时，本发明人还发现，在先的雨污管网设计的不够完善，大量原有的雨水管道及雨水干管没有对其收集的雨水与错接混接排入其中的生活污水进行分离，使污水和雨水直接排放到远端的自然水体，造成水体污染严重。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种污水和雨水的分流制排水系统，所述系统包括：
市政道路上的污水干管，所述污水干管的出口设置有污水处理厂；
市政道路上的雨水干管，所述雨水干管的末端与自然水体相连；
单元区域内的雨水管道和污水管道，所述污水管道与所述污水干管相连；
其中，所述雨水管道的出口设置雨水处理系统，所述雨水处理系统包括分流设备；所述分流设备具有三个开口，分别是进水口、第一出水口和第二出水口；
所述雨水管道与分流设备的进水口连接，分流设备的第一出水口与污水干管连接，分流设备的第二出水口与雨水干管相连。
根据本发明，所述单元区域为城市区域内以功能用途属性划分的包括建筑物和构筑物的土地区域。
根据本发明，所述单元区域的面积为0.01-0.6平方公里，优选为0.01-0.3平方公里。
根据本发明，所述雨水干管为市政道路上原有的雨水干管；或当所述市政道路上没有雨水干管时，在市政道路上铺设一条雨水干管。
根据本发明，所述分流设备选自分流井、弃流井或截流井。
根据本发明，在分流设备的出水口上设置水利开关。优选地，在每个出水口上均设置水利开关。在分流设备的第一出水口设置水利开关1，在分流设备的第二出水口设置水利开关2。
根据本发明，所述系统还包括控制系统，所述控制系统包括用于监测分流设备的第一监测装置和与所述第一监测装置信号连接的控制单元；所述控制单元与水利开关1和水利开关2信号连接；所述第一监测装置用于监测信号并将监测的信号输送给控制单元，控制单元根据接收的信号控制水利开关1和水利开关2的开度。
优选地，所述第一监测装置包括监测水体液位的装置(例如可以是液位传感器、液位计、液位开关等)，监测水体水质的装置(例如可以是水质检测器、在线cod监测仪、在线tss监测仪、在线bod监测仪、在线tn监测仪、在线tp监测仪、在线nh3-n监测仪、在线氨氮监测仪、电极、电导率仪等)，监测水体总量的装置(例如可以是带有计量功能的电动启闭机等)，监测雨量的装置(如雨量计等)，监测时间的装置(如计时器等)中的至少一种。
优选地，所述第一监测装置根据类型需求可设置在分流设备井体内或分流设备井体外。例如，监测水体液位的装置和监测水体水质的装置设置在分流设备井体内，监测雨量的装置设置在分流设备井体外，监测水体总量的装置设置在分流设备井体中的水利开关上，监测时间的装置设置在分流设备井体内或井体外。
优选地，所述分流设备可以为槽式、堰式或槽堰式分流设备。
根据本发明，所述水利开关1和水利开关2相同或不同；彼此独立地选自阀门、闸门、拍门或者堰门；优选为上开式闸门、下开式闸门、下开式堰门、旋转堰门、浮筒截流装置、闸阀、蝶阀、球阀、升降式橡胶瓣截流止回阀、或截流拍门。
根据本发明，所述分流设备可以为一个或更多个。
根据本发明，所述系统还包括雨水预处理系统；其可以并入所述雨水干管上，或者设于所述雨水干管旁。
根据本发明，所述雨水预处理系统包括分流井、雨水过滤器、颗粒分离器、圆筒过滤器、雨水分离器、水力旋流分离器、渗透池、磁分离装置、介质过滤器、在线处理池中的一种或多种。
优选地，所述雨水预处理系统还包括调蓄设施和/或截流装置和/或流量控制装置。
根据本发明，所述雨水预处理系统包括分流井、截流装置、流量控制装置、雨水过滤器、调蓄设施，所述分流井设置在所述市政道路上的雨水干管上，当所述分流井为槽式时，不设置截流装置；
分流井进水口位置处为分流井前侧，分流井第一出水口位置处为分流井后侧；
所述分流井的进水口与所述分流井前侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述分流井的第一出水口与所述分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述截流装置设置在所述分流井的第一出水口处；所述分流井的第二出水口处设置流量控制装置，所述流量控制装置的另一端与雨水过滤器、调蓄设施依次相连，所述调蓄设施的出水口与污水管道连通。
根据本发明，所述雨水预处理系统包括分流井、截流装置、颗粒分离器、圆筒过滤器，所述分流井设置在所述市政道路上的雨水干管上，当所述分流井为槽式时，不设置截流装置；
分流井进水口位置处为分流井前侧，分流井第一出水口位置处为分流井后侧；
所述分流井的进水口与所述分流井前侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述分流井的第一出水口与所述分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述截流装置设置在所述分流井的第一出水口处；所述分流井的第二出水口与颗粒分离器、圆筒过滤器依次相连，所述圆筒过滤器的出水口与所述分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通。
根据本发明，所述雨水预处理系统包括分流井、截流装置、水力旋流分离器、渗透池和流量控制装置，所述分流井设置在所述市政道路上的雨水干管上，当所述分流井为槽式时，不设置截流装置；
分流井进水口位置处为分流井前侧，分流井第一出水口位置处为分流井后侧；
所述分流井的进水口与所述分流井前侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述分流井的第一出水口与所述分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述截流装置设置在所述分流井的第一出水口处；所述分流井的第二出水口处设置流量控制装置，所述流量控制装置的另一端与水力旋流分离器、渗透池依次相连，位于所述渗透池内的水渗透至地下。
根据本发明，所述雨水预处理系统包括分流井、截流装置、磁分离装置、渗透池、介质过滤器，所述分流井设置在所述市政道路上的雨水干管上，当所述分流井为槽式时，不设置截流装置；
分流井进水口位置处为分流井前侧，分流井第一出水口位置处为分流井后侧；
所述分流井的进水口与所述分流井前侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述分流井的第一出水口与所述分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述截流装置设置在所述分流井的第一出水口处；所述分流井的第二出水口与磁分离装置、渗透池、介质过滤器依次相连，所述介质过滤器的出水口与所述分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通。
根据本发明，所述雨水预处理系统包括第一分流井、第二分流井、截流装置、在线处理池和流量控制装置，所述第一分流井设置在所述市政道路上的雨水干管上，当所述第一分流井为槽式时，不设置截流装置；
第一分流井进水口位置处为分流井前侧，第一分流井第一出水口位置处为分流井后侧；
所述第一分流井的进水口与所述第一分流井前侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述第一分流井的第一出水口与所述第一分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述截流装置设置在所述第一分流井的第一出水口处；所述第一分流井的第二出水口与所述第二分流井的进水口连接，所述第二分流井的第一出水口与污水管道的一端连接，污水管道的另一端与污水处理厂连接；所述第二分流井的第二出水口与在线处理池的进水口连接，在线处理池的出水口与所述第一分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通；
所述流量控制装置设置在第一分流井的第二出水口处或分别设置在第二分流井的第一出水口处和第二分流井的第二出水口处。
根据本发明，所述截流装置为固定堰；或者水利开关。
根据本发明，所述雨水干管上可以设置一个或多个雨水预处理系统，或多个雨水预处理系统的组合。
根据本发明，当雨水干管上设置多个雨水预处理系统或多个雨水预处理系统的组合时，相邻的两个雨水预处理系统或两个雨水预处理系统的组合之间的距离为0.2-1公里。
根据本发明，所述污水处理厂的出水管与自然水体相连。
根据本发明，所述系统还包括生物滤池，其可以设置在污水处理厂的出水管上。
根据本发明，所述生物滤池可以为一个或多个。
本发明还提供一种上述污水和雨水的分流制排水系统的控制方法，所述方法包括：
晴天时，污水管道的污水通过污水干管流入污水处理厂进行处理；分流设备将雨水管道错接混接的生活污水分流至污水干管进入污水处理厂处理；
初期降雨时，污水管道的污水通过污水干管流入污水处理厂进行处理；分流设备将雨水管道错接混接的生活污水与进入小区内的雨水管道的雨水形成的混合污水分流至污水干管进入污水处理厂处理；
中后期降雨时，当水量超过通往污水处理厂的截污管的最大过流量时，分流设备直接将混合污水分流至雨水干管。
优选地，本发明的方法还包括：
晴天时，水利开关1开启，水利开关2关闭，污水管道的污水通过污水干管流入污水处理厂进行处理；雨水管道错接混接的生活污水经过水利开关1和污水干管进入污水处理厂处理；
初期降雨时，水利开关1开启，水利开关2关闭，污水管道的污水通过污水干管流入污水处理厂进行处理；雨水管道错接混接的生活污水与进入小区内的雨水管道的雨水形成的混合污水经过水利开关1和污水干管进入污水处理厂处理；
中后期降雨时，当水量超过通往污水处理厂的截污管的最大过流量时，开启水利开关2，混合污水流入雨水干管。
本发明的有益效果
(1)本发明的系统结构简单、建造方便，只需在小区有限的区域内建造分流设备即可实现对小区区域内的混合污水的高效处理。
(2)本发明通过将分流设备设置于小区区域内，占地面积小，可设置于地下，有效地避免大幅度对小区区域内管道的改建，解决了小区用地紧张的问题。
(3)本发明源头的分流处理，初雨从地面到分流设备的过流时间大大缩短，从而减少此源头区域如小区后期雨水与初期雨水混合的概率，截留或收集的初期雨水浓度就会更高，截污效率很高。
(4)末端截污时，管道底部的积泥会影响初雨的特性，让初雨的特性变的不明显，但源头截污管道较短，积泥的影响基本可以忽略不计，初雨特征变得非常明显。
(5)末端截污时，管道距离较长，管道的破损会造成管线沿途地下水渗入，会稀释初雨的浓度，对初雨截取一定量的初雨就会含有一定比例的外来水；但在源头截污，由于管道较短，管网的问题基本可以忽略不计，截取的初雨浓度也将大大提高。
附图说明
图1为本发明实施例1小区污水和雨水的分流制排水系统；
各附图标记含义如下：a—小区，a-1—污水管道，a-2—雨水管道，b-1—污水干管，b-2—雨水干管，1—自然水体，2—污水处理厂，3—分流井，4—下开式堰门，5—下开式闸门，6—生物滤池，7—水力颗粒分离器，8—圆筒过滤器。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明系统做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1
如图1所示的小区污水和雨水的分流制排水系统，所述系统包括：市政道路上的污水干管b-1，所述污水干管b-1的出口设置有污水处理厂2，所述污水处理厂2的出水管通过生物滤池6与自然水体1相连；
市政道路上的雨水干管b-2，所述雨水干管b-2的末端与自然水体1相连；
小区a内的污水管道a-1与污水干管b-1相连；
小区a内的雨水管道a-2与分流井3的进水口连接，分流井3的第一出水口与污水干管连接，分流井3的第二出水口与雨水干管b-2相连，并且，在分流井3的第一出水口设置下开式堰门4，在分流井3的第二出水口设置下开式闸门5。
其中，所述系统还包括控制系统，所述控制系统包括用于监测分流井3的液位传感器和与所述液位传感器信号连接的控制单元；所述控制单元与下开式堰门4和下开式闸门5信号连接；所述液位传感器用于监测信号并将监测的信号输送给控制单元，控制单元根据接收的信号控制下开式堰门4和下开式闸门5的开度。
其中，所述液位传感器可设置在分流井井体内。
其中，在所述雨水干管b-2上设置多个雨水预处理系统，所述雨水预处理系统包括分流井、截流装置、颗粒分离器、圆筒过滤器，所述分流井设置在所述市政道路上的雨水干管上，当所述分流井为槽式时，不设置截流装置；
分流井进水口位置处为分流井前侧，分流井第一出水口位置处为分流井后侧；
所述分流井的进水口与所述分流井前侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述分流井的第一出水口与所述分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通，所述截流装置设置在所述分流井的第一出水口处；所述分流井的第二出水口与颗粒分离器、圆筒过滤器依次相连，所述圆筒过滤器的出水口与所述分流井后侧的所述市政道路上的雨水干管连通。每两个雨水预处理系统之间的距离为0.3公里。
实施例2
使用实施例1的小区污水和雨水的分流制排水系统的控制方法为：
晴天时，下开式堰门4开启，下开式闸门5关闭，污水管道的污水通过污水干管流入污水处理厂进行处理；雨水管道错接混接的生活污水经过下开式堰门4和污水干管进入污水处理厂处理；
初期降雨时，下开式堰门4开启，下开式闸门5关闭，污水管道的污水通过污水干管流入污水处理厂进行处理；雨水管道错接混接的生活污水与进入小区内的雨水管道的雨水形成的混合污水经过下开式堰门4和污水干管进入污水处理厂处理；
中后期降雨时，当水量超过通往污水处理厂的截污管的最大过流量时，开启下开式闸门5，混合污水流入雨水干管。
具体地，所述系统包括控制系统时，所述控制系统中的液位传感器主要用于监测水体液位，在该系统的控制单元中设定分流井的标准水位h1、分流井的警戒水位h2；所述方法包括如下步骤：
1a)水体从进水口进入分流井，通过液位传感器实时监测分流井井体内水体的液位高度h；
2a)当h<h1时，下开式堰门4处于开启状态，下开式闸门5处于关闭状态；
3a)当h1≤h<h2时，下开式堰门4处于开启状态，下开式闸门5处于关闭状态；
4a)当h≥h2时，下开式堰门4和下开式闸门5处于开启状态。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。