本实用新型涉及雨水处理设备领域，具体是一种雨水除渣沉沙装置。
背景技术：
初期雨水污染主要是指在降雨的初始时期，雨滴经淋洗空气，冲刷城市道路、各类建筑物、废弃物等之后，携带各种污染物质(如氮氧化物、有机物以及病原体等)进入地表水和地下水，加重城市河道、水源地的污染，从而影响城市水资源的可持续利用。在当前城市点源污染逐步得到控制和治理的同时，由于城市中不可渗透表面的不断增长，导致由雨水径流引起的非点源污染即城市地面初期雨水污染日益突出。城市地面初期雨水的污染程度较高，初期雨水中含有大量的悬浮固体、有机物、重金属、油脂、病原体等污染物，这些污染物的来源主要有混凝土道路垃圾、汽车产生的污染物、屋面建筑材料和城区污水等。如果不对初期雨水进行处理，直接排入到城市水体中，将会对城市水体如河道、湖泊或自然承受水体造成非常严重的污染。
相关研究表明，作为初期雨水中的典型特征污染物，悬浮固体泥沙(SS)的存在对于其他溶解性污染物浓度有着较大影响。旋流沉砂技术作为一种高效的泥沙削减控制方法，在雨水管道及雨污合流管道泥沙处理中得到了广泛的应用，并开发了多种商业化旋流分离器。国内现有的城市排水管道旋流沉砂技术普遍存在一定不足，运行管理不便，旋流沉砂装置要么需要叶轮或搅拌桨，要么设有过滤网等过滤设备，要么需要人工下井清淤，而排水管道水流携带的固体物成分复杂且量大，容易发生搅拌桨被纤维状物体缠绕、过滤设备被阻塞、人工下井清淤工作量繁重等运行管理上的困难。机械搅拌消耗较多能源，降雨量不均匀造成机械桨板工作时断时续，驱动电机间歇性运转耗能大且易发生事故。预制的旋流沉砂设备因受容积限制，处理能力较小，一般小于700L/s，仅限于小区范围，无法应用于市政大流域范围的初期雨水截污处理。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种雨水除渣沉沙装置，以达到节约能耗，适用大流域范围的目的。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种雨水除渣沉沙装置，包括依次设置且连通的旋流筒、浮渣截留室、竖流沉砂室和均衡出水室，旋流筒沿竖直方向设置，旋流筒设置有进口管路和第一排水口，进口管路在竖直方向上高于第一排水口，进口管路沿旋流筒切向设置并与旋流筒内腔连通，第一排水口设置在旋流筒的筒壁上，第一排水口与浮渣截留室连通；浮渣截留室与竖流沉砂室之间的连接壁底部开设有第二通孔；竖流沉砂室与均衡出水室之间的连接壁中部开设有第三通孔；均衡出水室与竖流沉砂室相对的侧壁下部设置有排水管路。
进一步地，旋流筒的筒壁上对应开设有第二排水口，第二排水口位于第一排水口竖直方向的上方，且第二排水口与浮渣截留室连通。
进一步地，第一排水口的面积小于第二排水口的面积。
进一步地，竖流沉砂室与均衡出水室之间的连接壁上还开设有第五通孔，第五通孔位于第三通孔竖直方向的上方。
进一步地，第五通孔的面积大于第三通孔的面积。
进一步地，旋流沉砂室的顶部设置有第一清污口。
进一步地，浮渣截留室的顶部设置有第二清污口。
进一步地，竖流沉砂室的顶部设置有第三清污口。
进一步地，均衡出水室的顶部设置有第四清污口。
本实用新型的有益效果是：
旋流沉砂室与浮渣截留室，竖流沉砂室联合作用，提高了对初期雨水除渣沉砂的效果；
不消耗能源，维护检修方便；
建造方式灵活，可根据处理水量选择预制或现场浇筑；
占地面积小，处理效率高；
设有高流量通道，对于大峰值流量雨水有较好的处理效果，可用于大排水流域范围的初期雨水处理。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例的俯视结构示意图；
图2为图1中A-A剖视图；
图3为图1中B-B剖视图；
图4为图1中C-C剖视图；
图5为图1中D-D剖视图；
图6为本实用新型实施例中旋流筒的结构示意图。
图中附图标记：10、旋流沉砂室；11、第一清污口；20、浮渣截留室；21、第二清污口；30、竖流沉砂室；31、第三清污口；40、均衡出水室；41、第四清污口；42、排水管路；50、旋流筒；51、进口管路；52、第一排水口；53、第二排水口；61、第一通孔；62、第二通孔；63、第三通孔；64、第四通孔；65、第五通孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
如图1至图6所示，本实用新型实施例提供了一种雨水除渣沉沙装置，包括依次设置且连通的旋流筒50、浮渣截留室20、竖流沉砂室30和均衡出水室40，旋流筒50沿竖直方向设置，旋流筒50设置有进口管路51和第一排水口52，进口管路51在竖直方向上高于第一排水口52，进口管路51沿旋流筒50切向设置并与旋流筒50内腔连通，第一排水口52设置在旋流筒50的筒壁上，第一排水口52与浮渣截留室20连通；浮渣截留室20与竖流沉砂室30之间的连接壁底部开设有第二通孔62；竖流沉砂室30与均衡出水室40之间的连接壁中部开设有第三通孔63；均衡出水室40与竖流沉砂室30相对的侧壁下部设置有排水管路42。
其中，需要说明的是，图1是俯视结构示意图，沿垂直纸面方向为正常使用时的由上向下方向。图2中沿纸面由左向右方向为正常使用时的由上向下方向。
本实用新型实施例利用进口管路51与第一排水口52的水位差形成水位压力，使整个雨水除渣沉沙装置不需要设置任何机械搅拌组件即可进行旋流运动除渣沉砂，由于没有设置机械搅拌装置，因此本实用新型实施例相对于现有技术具有节能的优点。
同时，通过依次设置且连通的旋流筒50、浮渣截留室20、竖流沉砂室30和均衡出水室40，可以有效提升除渣沉沙效率和污染物去除率。本实用新型实施例对于100μm以上污染物的去除率可达80％以上。
雨水除渣沉沙装置还包括旋流沉砂室10，旋流筒50设置在旋流沉砂室10内，旋流沉砂室10与浮渣截留室20之间的连接壁上设置有第一通孔61和第四通孔64。第一排水口52与第一通孔61位置对应，第二排水口53与第四通孔64对应。在处理雨水中上述第一排水口52能够与第一通孔61连通，第二排水口53能够与第四通孔64连通，雨水能够通过上述第一通孔61和第四通孔64(降雨峰值时使用)导入浮渣截留室20。
在一种实施例中，第一排水口52与第一通孔61位置对应但间隔设置，第二排水口53与第四通孔64位置对应但间隔设置，由旋流筒50中流出的雨水经旋流沉砂室10进一步沉淀后，由第一通孔61和第四通孔64(降雨峰值时使用)导入浮渣截留室20。
在另一种实施例中，旋流沉砂室10与浮渣截留室20之间的连接壁与旋流筒50的筒壁形状相适配，上述第一排水口52与第一通孔61密封贴合，上述第二排水口53与第四通孔64密封贴合。
具体地，在非降雨峰值进行污染物去除操作时，将雨水由进口管路51导入，利用旋流筒50的旋流作用，密度大于水的泥沙等悬浮固体被推向周边，沿旋流筒50的筒壁落入底部沉砂贮存区；密度小于水的浮渣，如易拉罐和空水瓶，油脂等垃圾被推向中心区域，浮于中心区域的水面上。其中图1至图6中箭头方向为水流方向。
旋流筒的直径根据公式确定，其中D为旋流筒直径(m),Q为雨水峰值流量(m3/s)，π为3.14，q为设计水力表面负荷(m3/m2·s)。旋流筒的有效水深其中h为旋流筒有效水深(m)，t为旋流筒水力停留时间(s)，其余符号同上。峰值流量时的水力停留时间至少为30s。
雨水在旋流筒内进行初步清洁，形成半净雨水(含有部分沉砂和浮渣)，该半净雨水由第一排水口52进入到浮渣截留室20中。由于浮渣截留室20与竖流沉砂室30之间的连接壁底部开设第二通孔62，上述浮渣的密度比水轻，因此会漂浮在水面上，而第二通孔62位于底部位置，所以浮渣会被过滤在浮渣截留室20。
进入竖流沉砂室30的雨水携带部分沉砂，由于沉砂密度较大，会沉积在竖流沉砂室30的底部，而第三通孔63开设在竖流沉砂室30与均衡出水室40之间的连接壁中部，因此雨水中的该部分沉砂被截留在竖流沉砂室30中，而干净的雨水会进入到均衡出水室40中，在均衡出水室40中均衡水质和水量后由排水管路42导出至雨水调蓄池或接入人工湿地处理系统。第三通孔63沿竖直方向至竖流沉砂室30底部的深度至少大于1/3倍的竖流沉砂室30平行水流方向上的长度。
优选地，旋流筒50的筒壁上对应开设有第二排水口53，第二排水口53位于第一排水口52上方，旋流沉砂室10与浮渣截留室20之间的连接壁上还开设有第四通孔64，第四通孔64位于第一通孔61上方。第二排水口53与第四通孔64位置对应。第一排水口52与第一通孔61的形状和大小相同，第二排水口53与第四通孔64的形状和大小相同，并且第一排水口52的面积小于第二排水口53的面积。
设置第二排水口53和第四通孔64，目的是作为高流量通道使用。即在降雨过程中，如果某时段的雨量过大，高于设计能力的雨水通过高流量通道排走，减少旋流沉砂室10的水体湍流，防止流量波动对沉砂除渣过程的干扰。
进一步地，竖流沉砂室30与均衡出水室40之间的连接壁上还开设有第五通孔65，第五通孔65位于第三通孔63竖直方向的上方。第五通孔65的面积大于第三通孔63的面积。该第五通孔65也作为高流量通道使用，此处不再进行赘述。
需要说明的是，该第五通孔65建成矩形堰的形式，其溢流过水能力根据确定，其中A为矩形堰的过水能力(m3/s)，b为堰宽(m)，g为重力加速度，H为堰上水深(m)，m为修正系数，取值0.4-0.6。矩形堰可实现较低水位溢流，溢流能力较大，降低溢流的水流对第三通孔63出水水流的干扰。
旋流沉砂室10的顶部设置有第一清污口11。浮渣截留室20的顶部设置有第二清污口21。竖流沉砂室30的顶部设置有第三清污口31。均衡出水室40的顶部设置有第四清污口41。旱季时市政吸污车能够通过上述清污口吸取底部沉积物和表面浮渣，清除周期为3～6个月。
本实用新型实施例当处理水量较小(小于700L/S)时，可进行预制；当处理水量较大(大于700L/S)时,可现场砌筑，因此本实用新型实施例具有处理流量范围广泛，建造灵活方便的优点。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
1、旋流沉砂室与浮渣截留室，竖流沉砂室联合作用，提高了对初期雨水除渣沉砂的效果；
2、不消耗能源，维护检修方便；
3、建造方式灵活，可根据处理水量选择预制或现场浇筑；
4、占地面积小，处理效率高；
5、设有高流量通道，对于大峰值流量雨水有较好的处理效果，可用于大排水流域范围的初期雨水处理。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。