一种基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集系统及方法与流程

本发明涉及城镇水环境治理，尤其是一种基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集系统及方法。

背景技术：

1、分流制雨水管道是重要的城市排水安全保障设施，降雨期间排水通畅是确保城市排水安全的重要前提；但是，大部分城市都普遍存在沿街店铺、餐饮、洗浴、洗车等个体工商户，以及其他工业企业私搭乱接入雨水管的排污行为，很多雨水管道已经演变成污水污染物的排放通道；旱季时颗粒物、有机物、垃圾等各类污染物在雨水管道内积存，又在降雨期间中随雨水进入城市水体，以沉淀物或表面漂浮物的形式留在水中，不仅影响感官效果，甚至还会造成雨后水体黑臭问题。

2、目前，很多城市采取了雨水管道末端截流进入污水处理厂处理的方式，以期解决分流制雨水管道的污染收集问题，但是，由于很多雨水管道存在施工降水、低浓度工业企业达标出水等“清水”借道排放情况，存在河湖水倒灌的问题，旱季末端截污不仅截留了污水，也截留了“清水”，会进一步拉低污水处理厂的进水污染物浓度，甚至因排入水量超过管道输送能力或污水处理厂处理能力，而导致管道高程较低的点位或污水处理厂厂前产生冒溢污染问题；此外，末端截流由于相当于提升了管网溢流堰高，还会使雨水管道长期处于中高水位运行状态，也进一步加剧了泥砂等颗粒物在旱季或小雨阶段在管道内沉积，而在中大雨、暴雨期间高浓度排放进入城市水体，导致水环境质量变差甚至黑臭的情况，因此，末端截污治理并非解决雨水管道污染问题的明智之举。

3、基于以上实际问题，亟需研究开发一种针对雨水管道污染高效收集的系统和方法，通过收集降雨中后期或者中雨、暴雨期间雨水管道内高流速冲刷形成的高浓度降雨污染，从而高效解决雨水管道旱季“小散乱”排污沉积、雨季冲刷直接入河导致的城市水体雨后黑臭反复等问题，对于支撑现阶段各地降雨入河污染的精准管控和黑臭防控，助力城市水环境质量持续改善具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集系统及其方法，利用包括雨水主干管、提升泵站、提升泵组、压力管道、末端设施和自动监测控制装置等设施的收集系统，通过实时监测降雨量、降雨强度以及雨水主干管的冲刷流速并依此调节和控制提升泵组的运行，以实现高流速冲刷状态下对降雨及旱季排入沉积于雨水管道内污染物的清空和高效收集；本发明能够实现以雨水管道沉积为主的分流制雨水系统降雨污染的高效收集和入河bod5、cod、ss、tp、tn的总量削减，可解决目前大部分城市普遍存在的雨水管道旱季“小散乱”排污形成底泥沉积、雨季冲刷直接入河导致的城市水体雨后返黑返臭、水环境质量持续提升等难题，支撑降雨污染控制、水体黑臭抑制、雨水管网低碳运维等多重目标实现。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集系统，其中：包括雨水主干管、提升泵站、末端设施、降雨监测装置、自动监测控制装置和流速仪；

4、所述雨水主干管连接提升泵站，所述雨水主干管内设置流速仪；

5、所述提升泵站内设置提升泵组，所述提升泵组连接末端设施，提升泵站下端设置溢流口，所述溢流口出水通过重力流就近排入河道；

6、所述末端设施出水重力流就近排入河道；

7、所述自动监测控制装置将降雨监测装置、流速仪和提升泵组通过信号传输连接；

8、所述降雨监测装置用于采集降雨量和降雨强度信息，并将所述降雨量和降雨强度信息传送给自动监测控制装置；

9、所述降雨监测装置包括雨量传感器和中央处理器，雨量传感器用于监测降雨量和降雨历时，并将降雨量和降雨历时数据传输给中央处理器，中央处理器负责接收和处理雨量传感器提供的数据，并根据降雨量和降雨历时，自动计算降雨强度。

10、自动监测控制装置包括中央处理器与控制器，中央处理器用于接收降雨量、降雨强度、雨水主干管的冲刷流速的数据信息，并与提升泵组的启动阀值、关闭阀值进行比较，控制器直接与提升泵组相连，根据中央处理器的判断信号，启动或者停止提升泵组。

11、所述流速仪用于采集雨水主干管的冲刷流速信息，并将所述冲刷流速信息传送给自动监测控制装置；

12、所述自动监测控制装置用于接收降雨监测装置采集的降雨量和降雨强度信息并与提升泵组的启动阀值进行比较；自动监测控制装置用于接收流速仪采集的雨水主干管的冲刷流速信息并与提升泵组的关闭阀值进行比较，依据判断结果发出控制指令控制提升泵组的运行。

13、优选的是，所述的基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集系统，其中：提升泵组与末端设施通过压力管道连接；所述末端设施出水通过出水口重力流就近排入河道。

14、一种基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集方法，其中，包括以下步骤：

15、步骤s1：雨季开始前，启动降雨监测装置、自动监测控制装置和流速仪；

16、步骤s2：降雨初期，降雨监测装置监测到降雨量、降雨强度较小，自动监测控制装置通过降雨监测装置的降雨量、降雨强度信息判断尚不满足提升泵组的启动运行条件，雨水通过雨水主干管进入提升泵站存蓄，超过提升泵站蓄水阈值的雨水通过溢流口排入河道；

17、步骤s3：随着降雨增强，降雨监测装置监测到降雨量、降雨强度增大，自动监测控制装置通过降雨监测装置采集的降雨量和降雨强度信息判断达到提升泵组的启动运行条件并即时启动提升泵组，雨水主干管内的冲刷流速增大，雨水携带管道沉积物通过压力管道提升进入末端设施，超过提升泵组提升能力的雨水通过溢流口排入河道；

18、步骤s4：随着降雨减弱，进入雨水主干管的水量降低，冲刷流速减小，当流速仪采集的冲刷流速信息达到提升泵组的关闭阀值，自动监测控制装置控制关闭提升泵组，提升泵组停止运行，后期进入的雨水在提升泵站内存蓄，超过提升泵站蓄水阀值的雨水通过溢流口排入河道；

19、步骤s5：进入旱季，关闭降雨监测装置、自动监测控制装置和流速仪，对基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集系统进行检查和维护；

20、其中，步骤s2 ~ 步骤s4交替进行。

21、优选的是，所述的基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集方法，其中：步骤s3中启动提升泵组的条件为：当降雨监测装置的单场降雨量≥10 mm且降雨强度≥0.2 mm/min时，自动监测控制装置将发出指令启动提升泵组。

22、优选的是，所述的基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集方法，其中：步骤s4中关闭提升泵组的条件为：流速仪采集的雨水主干管内的冲刷流速≤0.8 ~ 3.0m/s且持续时间达到15 ~ 60min时，自动监测控制装置将发出指令关闭提升泵组；其中，冲刷流速和持续时间的阈值设置可根据降雨情况和末端设施的接纳能力调整。

23、优选的是，所述的基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集方法，其中：提升泵组包括若干个提升泵，提升泵组的启动数量根据实际降雨量和降雨强度确定，启动提升泵组后控制雨水主干管内的冲刷流速＞3.0 m/s。

24、优选的是，所述的基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集方法，其中：步骤s3中提升泵组的平均启停次数不高于5次/ h。

25、优选的是，所述的基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集方法，其中：步骤s3中降雨监测装置采集的降雨量和降雨强度信息以及流速仪的冲刷流速信息传输至自动监测控制装置的传输频次不低于1次/5 min。

26、优选的是，所述的基于流速调控的泵排型雨水管道污染收集方法，其中：步骤s3中末端设施为一体化就地快速处理设施或者雨水调蓄设施耦合集中处理设施的分体式设施，均具有削减bod5、cod、ss、tp、tn污染物浓度的功能。

27、本发明的优点：

28、（1）本发明通过实时监测降雨量、降雨强度以及雨水主干管的冲刷流速并依此调节和控制提升泵组的运行，通过控制提升泵组启停以形成高流速冲刷作用，进而对降雨及旱季排入沉积于雨水管道内污染物进行快速清空和高效收集，实现尽量收集较少降雨量而达到收集大部分降雨污染的效果，可为我国分流制雨水管道的污染控制提供全新的解决方案。

29、（2）本发明利用包括雨水主干管、提升泵站、提升泵组、压力管道、末端设施和自动监测控制装置等设施的收集系统，通过将城市雨水主干管与末端处理设施的耦合联通，可有效削减降雨期间入河的bod5、cod、ss、tp、tn污染物总量，避免出现雨后垃圾漂浮、水体发黑发臭等问题。

30、（3）本发明针对性、实用性和可操作性强，对于支撑我国降雨污染控制、雨水管网低碳运维、水环境质量持续提升都具有重要意义。