技术领域
本发明涉及一种利用自然势能处理高架桥路面径流颗粒物的装置。
背景技术：
随着城市化进程的加快，城市交通负荷越来越高。为缓解交通压力，城市高架桥建设规
模越来越大。从面源污染的角度来讲，高架桥的快速发展，使得路面径流污染对地表水环境
造成的影响越来越严重。其中，悬浮颗粒物作为径流污染的重要组成部分，由于其吸附有大
量其它污染物质(如氮、磷、重金属、多环芳烃等)，对水环境的污染负荷不容忽视。另一
方面，径流中较高的颗粒物含量也会导致相关生态处理设施的堵塞等问题。故有效分离径流
中的悬浮颗粒物是城市地表径流管理与控制的关键。
目前，应用于处理地表径流悬浮颗粒物的水力涡流分离器主要有4类。1)连续Deflective
涡流分离器(CDS)，该装置依靠内部的细孔格栅捕并分离径流携带颗粒物；2)下向流水力
涡流分离器(DownstreamDefender)，以波兰H.I.L.Technology，Inc公司专利技术为代表。
该涡流分离器依靠其倾斜基底、浸水挡板和内部其它组件的联合作用捕获径流污染物质；3)
加拿大Stormceptor公司专利技术。该装置主要有溢流室和处理室两部分组成。
在应用得当的条件下，对悬浮颗粒物的去除效率可达50-80％；4)Vortechs涡流分离器，以波
兰VortechnicsTM公司专利技术为代表。该装置综合利用涡流分离与流量控制技术来分离径流携
带悬浮颗粒物。在以上水力分离装置的基础上，近年又出现了不同的发展产品，如美国
Aqua-Swirl公司的水力涡流分离器等。虽然以上分离装置都能在一定程度上去除径流悬浮颗
粒物，但对小粒径颗粒物分离效果不理想，且受径流流量的影响比较大，在流量较低时，分
离效率较低。且装置自身体积较大，不适合空间受限的城市高架桥路面径流悬浮颗粒物的分
离。而且需要提供动力装置，不符合绿色低能耗的面源污染管理措施选择标准。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种不需要动力装置，仅利用自然势能就能
够分离高架桥路面径流颗粒物的装置。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种涡流分离器，包括上方的圆筒部和下方的圆锥部；圆筒部的顶盖设有管状上出口，
侧面设有管状流入口，管状流入口上方与圆筒部顶盖平齐，圆锥部的底部设有管状下出口；
所述管状上出口向圆筒部内延伸形成上出口导流管；圆筒部的内径为D，下出口内径0＜Du
＜1/3D，上出口内径Do＝0.35D，流入口内径Di＝1/3D，上出口导流管高度H1＝0.4D，圆筒部
高度H2＝D，圆锥部高度H3＝2D。
一种利用自然势能处理高架桥路面径流颗粒物的装置，包括垂直设置的集流管和如上所
述的涡流分离器，集流管底部经自动控制阀门与涡流分离器的流入口连通；集流管顶部为径
流入口，集流管侧壁近径流入口一端开有安全溢流孔，集流管侧壁设有压力感应器，压力感
应器与自动控制阀门连接。
进一步地，所述压力感应器设于集流管侧壁近自动控制阀门一端。
本发明的有益效果：
(1)涡流分离器工作动力完全由高架桥路面至涡流分离器之间的自然势能提供，无需额
外提供，径流中悬浮颗粒物浓度高的液体和悬浮颗粒物浓度低的液体得以分离。由于悬浮颗
粒物的有效分离，从而减轻了后续深度处理装置的污染负荷，避免了堵塞等问题的发生。
(2)本发明提供的利用自然势能处理高架桥路面径流颗粒物的装置绿色环保，是一种亲
环境低能耗绿色水力分离装置。
附图说明
图1是涡流分离器结构示意图；
图2是利用自然势能处理高架桥路面径流颗粒物装置的结构示意图；
图3是不同粒径颗粒物分离效率图；
图4是集流管内压力与颗粒物分离效率关系图；
图5是本发明利用自然势能处理高架桥路面径流颗粒物装置结合潜流碎石床系统处理高
架桥径流的示意图；
其中，1、上出口；2、流入口；3、上出口导流管；4、圆筒部；5、圆锥部；6、下出口；
7、集流管；8、自动控制阀门；9、径流入口；10、安全溢流孔；11、压力感应器；12、潜流
碎石床系统；。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的技术方案。
如图1所示的一种涡流分离器，包括上方的圆筒部4和下方的圆锥部5；圆筒部4的顶
盖设有管状上出口1，侧面设有管状流入口2，管状流入口2上方与圆筒部4顶盖平齐，圆锥
部5的底部设有管状下出口6；所述管状上出口1向圆筒部内延伸形成上出口导流管3；圆筒
部的内径为D，下出口内径Du＜1/3D，上出口内径Do＝0.35D，流入口内径Di＝1/3D，上出
口导流管高度H1＝0.4D，圆筒部高度H2＝D，圆锥部高度H3＝2D。
如图2所示的利用自然势能处理高架桥路面径流颗粒物的装置，包括垂直设置的集流管
7和如权利要求1所述的涡流分离器，集流管7底部经自动控制阀门8与涡流分离器的流入
口连通；集流管7顶部为径流入口9，集流管侧壁近径流入口9一端开有安全溢流孔10，集
流管侧壁近自动控制阀门8一端设有压力感应器11，压力感应器11与自动控制阀门8连接。
工作原理：
径流从涡流分离器的流入口切向进入涡流分离器后，在一定的压力作用下使水体旋流，
密度较小的水体向上旋流，而密度较大的颗粒物向下旋流，分别通过上出口和下出口流出，
达到分离目的。其中，圆筒部的主要功能是保证水体以切向流进涡流分离器并形成旋流，圆
锥部的功能主要是增加流体在涡流分离器内停留时间。该涡流分离器实现上述分离的前提是
各部分必须满足一定的尺寸要求，具体为：设圆筒部的内径为D，则下出口内径Du＜1/3D，
上出口内径Do＝0.35D，流入口内径Di＝1/3D，上出口导流管高度H1＝0.4D，圆筒部高度H2＝D，
圆锥部高度H3＝2D。以D＝75mm，下出口Du＝0.133D，流入口压力为1atm时为例，其对径
流携带颗粒物的分离效率如图3所示，对于粒径大于45μm的颗粒物的分离效率在50％以上。
具体应用时，装置如图2所示。压力感应器的作用是实时监测集流管内压力，当压力超
过设定值(该压力值用以保证足够压力以维持涡流分离器有效工作，其大小依据桥面高度与
实际径流颗粒物粒径情况分别设定)时，自动控制阀门开启，径流进入涡流分离器进行固液
分离。在径流量超过涡流分离器处理能力时，径流可通过安全溢流孔及时排出。涡流分离器
工作动力完全由高架桥路面至涡流分离器之间的自然势能提供，无需额外提供。分离后的颗
粒物可定期做后续处理，上清液可进入其它深度处理工艺流程(如结合潜流碎石床系统进一
步处理，如图5所示)。由于悬浮颗粒物的有效分离，从而减轻了后续深度处理装置的污染
负荷，避免了堵塞等问题的发生。
效果实施例：
在最大可用自然水头为7m的高架桥中试点，通过对35次降雨事件的实验分析得知，当
降雨强度分别为1-5mm/hr、5-10mm/hr和>10mm/hr时，集流管内可形成的压力平均值分别为
1.5m水头、5.0m水头和6.7m水头(详见表1)。径流颗粒物分离效率与压力的关系如图4
所示。当压力大于4.5m水头时，分离效率可在50％以上，35次降雨事件中，颗粒物的分离
效率平均值为71％。
表1降雨强度与集流管内流量及压力统计
本发明涡流分离器工作动力完全由高架桥路面至涡流分离器之间的自然势能提供，无需
额外提供，径流中悬浮颗粒物浓度高的液体和悬浮颗粒物浓度低的液体得以分离。由于悬浮
颗粒物的有效分离，从而减轻了后续深度处理装置的污染负荷，避免了堵塞等问题的发生。
本发明提供的利用自然势能处理高架桥路面径流颗粒物的装置绿色环保，是一种亲环境低能
耗绿色水力分离装置。
上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。
本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱
离本发明技术方案的实质和保护范围。