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工业废水主干管中倒虹吸方法的应用

2019/11/19 阅读:

摘要:针对常规单管倒虹吸结构所存在的缺陷,对倒虹吸的结构作了改进。主要利用倒虹吸井的合理分区,设置双排倒虹管,并通过阀门启闭控制,使倒虹吸结构内输送的工业废水具备自冲洗功能,从而减少了管道堵塞的风险。实践证明:设置双排倒虹管的方法,降低了管道内部堵塞、维护、无法停水导致倒虹管无法进行抢修及倒虹吸失效的风险,确保了工业废水主干管的运行稳定性。

关键词:倒虹吸;自冲洗;改进;运行控制

1工程概况

成都双流中电子配套再生水厂进厂管网扩建工程为新建工业废水专用管网,因穿越既有河道需要在过河处设置倒虹吸结构,在倒虹吸结构上游工业废水汇水范围为536m,下游服务范围为3160m。上游服务范围绝对高程为505.72~470.74m,下游服务范围绝对高程为470.14~453.55m。专用工业废水管道工程主要服务成都中电熊猫显示科技公司第8.6代薄膜晶体液晶显示器项目,工业废水管道收集该项目经处理达到GB/T31962—2015《工业废水排入城镇下水道水质标准》后排放的工业废水。工业废水量计算按照该项目向政府提交的可研报告中确定的工业废水量指标和用地面积计算,工业废水量为40000m3/d。河道属于老河道按照规划后期标准拓宽,属季节性河流,非汛期水量较小,河道内无通航要求。在管道穿越既有河道段设置倒虹段,采用2根φ820mm×8mm钢管平行布置,钢管总长度97m,钢管外部采用C20混凝土进行管道包封。

2倒虹吸结构设计

本工程管网设计输送工业废水量为40000m3/d,由于废水量变化不确定,因此,按照GB50014—2006《室外排水设计规范》,采用插法求得综合生活工业废水量变化系数为1.67,设计工业废水量为771L/s。倒虹井进水管及出水管管径均为1000mm、上游坡度4%,下游坡度为0.5%,设计流量时进水管充满度为0.64。倒虹管采用2条,管径均为800mm,从管道的耐腐蚀性的强度综合分析,设计采用球墨铸铁管,管道采用C20混凝土满包。单管长度为45m,管道中心线距离为2.5m,达到设计流量两管同时运行时管道流速为0.97m/s,此时水力坡降i为0.005。考虑到水量较小时,在初期采用2条管“一用一备”,当工业废水量接近设计流量时2条管同时运行,避免沉积。倒虹井平面尺寸为3.5m×3.1m(内净空),进水井和出水井前后均分为2个区域,进、出水井靠近倒虹管的一仓左右分为2部分,每一部分前均安装闸门,为了减少局部水头损失以充分发冲洗效果,闸门采用0.8m×0.8m方形闸门(图1~图3)。

3自冲式双管倒虹吸简介

3.1主要特点

3.1.1单管倒虹吸和双管(多管)倒虹吸的共同点倒虹吸是在人工水穿越障碍物中常用的工法之一,其具有结构简单,施工便捷,便于后期维护等优点,设置倒虹吸一般是人工水穿越沟壑、河流、道路、地下障碍物下部的设施,并宜与河流、沟渠、道路中心线正交,管轴线在平面布置上的投影宜为直线。倒虹吸一般由倒虹井和倒虹管2部分组成(倒虹吸管由进口段、管道段和出口段3部分组成)[1-5]。

3.1.2单管倒虹吸的缺点目前国内的倒虹吸一般采用单管倒虹吸,单管设置存在一定运营风险及无法检修,且运营维护、堵塞后无法疏通等弊病;单管倒虹吸适用于环行管网,且设计时预留一定的富余量可以满足功能需求,但应用于污水专线上风险较大。传统倒虹吸事故原因多为倒虹管内淤积、堵塞。当运行的倒虹管淤积到一定程度将导致倒虹管的过流能力大大减弱,如倒虹管淤积长时间未被发现,随着淤积程度的增加,可能导致上游倒虹井或工业废水管道积水,工业废水将从系统局部最低点漫溢,造成污染事故、影响城市环境。随着城市不断扩大,倒虹吸数量也不断增加,对倒虹吸的冲洗、维护的工作量也不断增大。对传统的倒虹吸做法进行适当的功能优化,以达到提高倒虹吸运行的安全性及经济性。

3.1.3双管倒虹吸的优点双管倒虹吸运用倒虹井通过井室分区,安装阀门来达到双管独立运行。通过倒虹管设置一定坡比和选用合理的管道直径,利用进出水高低差来实现管道内部自冲沉积物。通过设置双管倒虹管,单管独立运行对倒虹管防清淤效果好,可靠性高,而且构造合理,可以在不影响运营及使用的前提下,对倒虹管进行维护及保养。

3.2构造要求

自冲洗双管倒虹吸进、出水井井室布置形式类似“品”字形,进、出水井井室布局见图1、图2;设置2条过水管道形成多道倒虹管。进水井内闸门可配备常规启闭机驱动,也可配备液压启闭机驱动;出水井的闸门配备液压启闭机驱动的闸门,以实现闸门快速开闭。冲洗分为强制冲洗和定期冲洗:强制冲洗是根据液位仪探测的进出水井水面高差,通过对闸门开启的控制,在倒虹井及倒虹管内完成蓄水、冲洗,实现利用输送的工业废水对倒虹吸管定期、快速、有效冲洗的目的,定期冲洗是倒虹吸管运行过程中周期性对倒虹吸管进行定期冲洗。

4实例计算

4.1进出水水面确定

4.1.1水力计算水力计算主要是计算倒虹吸各个部分的水头损失,根据水头损失确定设计时倒虹吸进、出水进水面差。

4.1.2进出水井水位确定为了降低下游工业废水管网的埋深,进水井水面标高取设计工业废水量时进水管对应的水位为471.744m,设计流量时全部水头损失为0.27m,进出水井水面高差为0.6m,则出水井水面标高为471.744m。

4.2最高水位确定

4.2.1倒虹井内最高水位确定井内最高水位是为了尽量在倒虹井和上游工业废水管中多蓄积工业废水,为冲洗时提供充足的水量和水头。倒虹井内最高水位的控制尤为重要,如果井内最高水位过高,工业废水可能在系统最不利点向外漫溢;如果水位过低,蓄水量减少、冲洗水头降低,会削弱冲洗效果。最高水位的确定原则上按照最不利点不漫流,同时倒虹井内水位距离设备层底板0.3~0.5m,在设计中应根据服务范围的地形、管道布置等综合分析后确定。在运行中,根据实际情况可以相应调整。

4.2.2倒虹井最高水位确定按照服务范围内的地形地势结合管道布置分析,最不利点为进水倒虹井地面标高为474.107m,管顶标高470.744m,倒虹井设备层板底467.750m。综合分析,最高水位定为474.107m。

4.3运行控制

4.3.1实际运行控制正常工作时,根据工业废水量的实际情况,合理确定倒虹管的运行条数。随着连续运行时间的增加倒虹管内逐渐出现淤积,上游倒虹井内水位增加,当增加至一定水位时,需对倒虹管进行自冲。根据需要对倒虹管进行逐条冲洗,冲洗完成后进入正常工作状态,等待下一次冲洗。

4.3.2冲洗水量估算根据工业废水管施工图,按照设计流量时管道的充满度、管道蓄水至474.107m时管道蓄水的范围估算,用于冲洗的水量(因为蓄水而使管道内增加的水量)约为93m3,倒虹井中蓄水约138m3,总蓄水量约231m3。

4.3.3冲洗水头及冲洗流速测算最大冲洗水头为3.96m,冲洗流速可达6.6m/s,随着冲洗的进行,强度逐渐减弱,冲洗时间长达10~15min,经高流速、大水量、长时间的冲洗,可有效冲洗管道。

5结语

目前该工程已经投入使用1a,未出现过因倒虹管淤积而引起的工业废水排水不畅或者工业废水溢流现象,运行效果良好,从该工程中总结了以下经验。1)自冲洗双管倒虹吸构造简单,可通过阀门控制水位,通过水流压力进行自冲洗,采取双管倒虹吸,有效提高工业废水管网运行的安全性。2)自冲洗倒虹吸利用管网内的工业废水对倒虹设施进行自冲洗,冲洗速度大、冲洗水量大、冲洗时间长,可对管道进行有效冲洗。3)后期类似工程建议增加PLC智能控制系统,以节约冲洗过程中人工控制,降低安全风险,实现自冲洗自动化、信息化,更便捷对倒虹吸实现远程监管,对管网运行的不同阶段进行针对性冲洗。

参考文献

[1]潘金锋.自冲洗倒虹吸在污水设计中的应用[J].城市建筑,2015(24):322-323.

[2]范伟,吕军.微型拦蓄冲洗系统在倒虹吸污水管道中的应用[J].给水排水,2014,40(2):109-111.

[3]马丽辉,李彦.倒虹吸管水力设计[J].黑龙江科技信息,2008(26):245.

[4]廖志勇.浅谈市政道路污水管网改造设计[J].江西建材,2015(11):7-8.

[5]袁娇如.浅谈市政道路排水管道改造设计要点[J].安徽建筑,2018,24(5):305-306.

作者:罗波 单位:中国建筑一局有限公司

工业废水主干管中倒虹吸方法的应用

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