CN111335437A - 一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，该控制污水和初期雨水污染的分流制系统，包括雨水管道、污水管道和分流控制单元，所述雨水管道与污水管道并行，雨水管道上设有若干个分流控制单元，分流控制单元通过分流管道连接污水管道；分流控制单元包括分流井，分流井的一侧设有第一进口，第一进口对应另一侧的分流井上设有第一出口，第一进口和第一出口分别连接分流井两侧的雨水管道；分流井靠近污水管道的一侧设有第二出口；分流控制单元设有通路控制单元，通路控制单元用于控制第二出口的开度；本发明创造性的采用雨水管道分流的方式，避免降雨初期雨水、地面清洗、污水雨水混排污染自然水体。

Description

一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统。

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管道进入市政合流干管，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管道排出，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。

公开号为CN105625545A、发明名称为“一种基于分流制管网的区域分片雨水处理系统”的中国发明专利，提供了一种新的管网划分方法来解决上述问题。该申请将整个管网按面积划分为网格状的多个片区，每个片区内设置单独的在线雨水处理设施，通过片区内的在线雨水处理设施对该片区内的雨水进行综合处理。但本发明人经过大量的试验后发现，这种末端治理思路，虽然一定程度上提高了相应片区内的雨水处理效率和程度，并对该片区内的面源污染进行控制；但是依然存在表面径流收集难以精确控制的问题，而且，对于距离在线雨水处理设施最远端和最近端的初雨收集存在时间差，初雨和面源污染的收集无法实现精确控制，从而不能做到精确治理。另外，由于城市规划的问题，将城市管网划分为网格状片区存在很多干扰，实现难度非常大，会给这种模式的城市管网布置方式造成很大的困扰。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够解决降雨初期雨水、地面清洗、污水雨水混排污染自然水体的控制污水和初期雨水污染的分流制系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，包括雨水管道、污水管道和分流控制单元，所述雨水管道与污水管道并行，雨水管道上设有若干个分流控制单元，分流控制单元通过分流管道连接污水管道；

分流控制单元包括分流井，分流井的一侧设有第一进口，第一进口对应另一侧的分流井上设有第一出口，第一进口和第一出口分别连接分流井两侧的雨水管道；

分流井靠近污水管道的一侧设有第二出口，第二出口连接分流管道的进端，分流管道的出端连接污水管道；

第一出口的高度大于第二出口的高度，位于第二出口的上方；

分流控制单元设有通路控制单元，通路控制单元用于控制第二出口的开度。

作为本发明的进一步优化方案，所述污水管道上设有若干个污水井，污水井上设有与分流管道连接的进口。

作为本发明的进一步优化方案，所述污水管道最终连接到污水处理厂。

作为本发明的进一步优化方案，所述通路控制单元包括动态动力传动机构、升降机构、开合机构和复位机构，所述动态动力传动机构通过升降机构连接开合机构，开合机构设于第二出口上控制第二出口的开度；复位机构连接升降机构带动开合机构复位；

动态动力传动机构包括叶轮、输入轴、换向传动机构和输出轴；

升降机构包括齿轮和齿条；

开合机构包括阀板和滑座；

复位机构包括拉簧；

叶轮设于第一进口一侧的雨水管道内，叶轮固定设于输入轴的下端，输入轴的上端通过换向传动机构连接输出轴的一端，输出轴的另一端固定连接齿轮，齿轮与齿条啮合，齿条的下端固定连接阀板，阀板与滑座滑动连接，阀板的顶部与滑座之间设有拉簧。

雨水管道内的雨水冲击叶轮带动叶轮转动，叶轮转动带动输入轴转动，输入轴转动通过传动机构的传动带动输出轴转动，输出轴转动带动齿轮转动，齿轮带动齿条上下移动，进而带动阀板上下移动，阀板移动与第二出口的相对位置改变对于第二出口的覆盖面积，实现对于其开度的调节。

作为本发明的进一步优化方案，所述换向传动机构为锥齿轮传动机构，包括主动锥齿轮和从动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮分别固定连接输入轴和从动轴，主动锥齿轮与从动锥齿轮相互啮合。

作为本发明的进一步优化方案，所述输入轴和输出轴的外部均设有套管，输入轴与套管之间设置轴承，输出轴与套管之间设置轴承。套管一方面隔绝机械结构与土壤的接触，另一方面对输入轴和输出轴进行支撑。

作为本发明的进一步优化方案，所述输出轴连接限位机构，限位机构包括棘轮、棘爪、弹簧、滑块、滑轨、连杆和浮球，棘轮固定设于输出轴上，棘轮与棘爪配合，棘爪通过销轴连接滑块，并且棘爪的底部与滑块之间设有弹簧，滑块与分流井内的滑轨滑动连接，滑块的底部固定连接连杆的上端，连杆的下端固定连接浮球。

作为本发明的进一步优化方案，所述通路控制单元为电动阀门，电动阀门连接控制系统，控制系统包括控制器、供电单元和雨量传感器，控制器连接雨量传感器和电动阀门，电动阀门和控制器均连接供电单元。

作为本发明的进一步优化方案，所述电动阀门包括电机和阀门，电机的输出轴连接阀门的阀杆，电机通过驱动器连接供电单元，驱动器的信号输入端连接控制器的信号输出端。

本发明的有益效果在于：

1)本发明创造性的采用雨水管道分流的方式，设置分流控制单元可控的连通污水管道，将初期雨水、地面清洗水、阳台污水等污染较大的污水排入污水管道，而在降水初期过后的降水期封闭第二出口，将雨水正常排入自然水体，同时保持了雨水管道的正常功能；

2)本发明创造性的采用纯机械结构的通路控制单元，能够通过管道内流水获得动力，不需要外部动力源，并且能够与管道内雨水的流动产生联动，动态同步，通过管道内雨水的流动达到动态控制阀板的作用，从而解决初雨的排污的问题。

附图说明

图1是实施例一中本发明的系统结构示意图；

图2是实施例一中本发明的分流控制单元的晴天时的示意图；

图3是实施例一中本发明的分流控制单元的降雨初期雨水、地面清洗、污水雨水混排时的示意图；

图4是实施例一中本发明的分流控制单元的雨天时的示意图；

图5是实施例二中本发明的分流控制单元的结构示意图；

图6是实施例三中本发明的分流控制单元的结构示意图；

图7是实施例三中本发明的棘轮和棘爪的结构示意图。

图中：雨水管道1、污水管道2、分流控制单元3、分流井4、第一进口5、第一出口6、第二出口7、通路控制单元8；

动态动力传动机构81、升降机构82、开合机构83、复位机构84；

叶轮811、输入轴812、换向传动机构813、输出轴814；

齿轮821、齿条822；

阀板831、滑座832；

拉簧841；

棘轮851、棘爪852、弹簧853、滑块854、滑轨855、连杆856和浮球857。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例一

如图1-4所示，一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，包括雨水管道1、污水管道2和分流控制单元3，所述雨水管道1与污水管道2并行，雨水管道1上设有若干个分流控制单元3，分流控制单元3通过分流管道连接污水管道2；

分流控制单元3包括分流井4，分流井4的一侧设有第一进口5，第一进口5对应另一侧的分流井4上设有第一出口6，第一进口5和第一出口6分别连接分流井4两侧的雨水管道1；

分流井4靠近污水管道2的一侧设有第二出口7，第二出口7连接分流管道的进端，分流管道的出端连接污水管道2；

第一出口6的高度大于第二出口7的高度，位于第二出口7的上方；

分流控制单元3设有通路控制单元8，通路控制单元8用于控制第二出口7的开度；

对于降雨来说，降雨初期雨水从地面井盖进入雨水管道1，然后从分流管道排入污水管道2，降雨初期之后通路控制单元8关闭第二出口7，雨水从第一出口6排出最终排入河流等自然水体中。

对于地面清洗来说，由于水量较小，直接从第二出口7排出，进入污水管道2中，不会排入自然水体。

对于污水雨水混排来说，虽然阳台污水等排入雨水管道1，但是由于排量较小，因此会直接从第二出口7排出，进入污水管道2中，不会排入自然水体。

优选的，污水管道2上设有若干个污水井，污水井上设有与分流管道连接的进口。

优选的，污水管道2最终连接到污水处理厂。

为了解决现有技术中降雨初期雨水、地面清洗、污水雨水混排等现象导致初期雨水、地面清洗水、阳台污水等污染较大的污水进入自然水体设置分流控制单元3可控的连通污水管道2，将初期雨水、地面清洗水、阳台污水等污染较大的污水排入污水管道2，而在降水初期过后的降水期封闭第二出口7，将雨水正常排入自然水体。

实施例二

如图5所示，作为一种具体的实施方式，通路控制单元8包括动态动力传动机构81、升降机构82、开合机构83和复位机构84，所述动态动力传动机构81通过升降机构82连接开合机构83，开合机构83设于第二出口7上控制第二出口7的开度；复位机构84连接升降机构82带动开合机构83复位；

动态动力传动机构81包括叶轮811、输入轴812、换向传动机构813和输出轴814；

升降机构82包括齿轮821和齿条822；

开合机构83包括阀板831和滑座832；

复位机构84包括拉簧841；

叶轮811设于第一进口5一侧的雨水管道1内，叶轮811固定设于输入轴812的下端，输入轴812的上端通过换向传动机构813连接输出轴814的一端，输出轴814的另一端固定连接齿轮821，齿轮821与齿条822啮合，齿条822的下端固定连接阀板831，阀板831与滑座832滑动连接，阀板831的顶部与滑座832之间设有拉簧841。

雨水管道1内的雨水冲击叶轮811带动叶轮811转动，叶轮811转动带动输入轴812转动，输入轴812转动通过传动机构的传动带动输出轴814转动，输出轴814转动带动齿轮821转动，齿轮821带动齿条822上下移动，进而带动阀板831上下移动，阀板831移动与第二出口7的相对位置改变对于第二出口7的覆盖面积，实现对于其开度的调节。

优选的，换向传动机构813为锥齿轮821传动机构，包括主动锥齿轮821和从动锥齿轮821，主动锥齿轮821与从动锥齿轮821分别固定连接输入轴812和从动轴，主动锥齿轮821与从动锥齿轮821相互啮合。

优选的，输入轴812和输出轴814的外部均设有套管，输入轴812与套管之间设置轴承，输出轴814与套管之间设置轴承。套管一方面隔绝机械结构与土壤的接触，另一方面对输入轴812和输出轴814进行支撑。

本发明的工作原理：晴天时由于雨水管道1内流量较小，液位较低，导致无法带动叶轮811转动，因此阀板831由于拉簧841的作用保持高位，使第二出口7处于常开状态；

降水时，降雨初期水流带动叶轮811转动，进而带动输入轴812转动，输入轴812通过换向传动机构813带动输出轴814转动，进而通过升降机构82带动阀板831下降，此过程是一个连续的过程，并非瞬态过程，阀板831的下降直到第二出口7完全关闭这个过程具有一定的时间T，由于叶轮811转速基本不变，因此可以改变动态动力传动机构81和升降机构82的机械传动比来调整时间T，在时间T内第二出口7仍然处于打开状态，使降雨初期的初期雨水从第二出口7排入污水管道2，避免污染自然水体，实现降雨雨水的分流，时间T之后第二出口7被关闭，雨水从第一出口6排出到自然水体。

正是因为时间T的存在，即使是地面清洗导致叶轮811转动，由于地面清洗导致的排水时间较短，第二出口7未闭合，因此地面清洗的污水也会从第二出口7排入污水口，不会导致地面清洗水误排进入自然水体的问题。

实施例三

如图6-7所示，再进一步的，作为实施例二的优化，输出轴814连接限位机构，限位机构包括棘轮851、棘爪852、弹簧853、滑块854、滑轨855、连杆856和浮球857，棘轮851固定设于输出轴814上，棘轮851与棘爪852配合，棘爪852通过销轴连接滑块854，并且棘爪852的底部与滑块854之间设有弹簧853，滑块854与分流井4内的滑轨855滑动连接，滑块854的底部固定连接连杆856的上端，连杆856的下端固定连接浮球857。

浮球857受到分流井4内液位的影响，晴天时由于无液位或液位较低，浮球857位于低位，滑块854和棘爪852同样位于低位，棘爪852与棘轮851分离；

雨天时分流井4内部液位升高，带动浮球857和棘爪852升高，棘爪852与棘轮851配合，使棘轮851单向转动，此时输出轴814带动棘轮851单向转动带动阀板831下降，由于棘爪852的作用，拉簧841不会带动阀板831复位(输出轴814反转)，保持阀板831只能下降的状态。

当晴天时分流井4内部液位下降，带动浮球857和棘爪852下降与棘轮851分离，棘轮851单向限位解除，拉簧841能够带动阀板831复位重新打开第二出口7。

棘爪852底部设置弹簧853，该弹簧853能够保持棘爪852与棘轮851的配合，避免重力导致棘爪852无法与棘轮851配合。

晴天时浮球857高度为第一出口6的高度的1/4。使浮球857能够较早的上升带动棘爪852与棘轮851配合。

实施例四

作为另一种成本较高的实施方式，通路控制单元8为电动阀门，电动阀门连接控制系统，控制系统包括控制器、供电单元和雨量传感器，控制器连接雨量传感器和电动阀门，电动阀门和控制器均连接供电单元。

优选的，控制器内部包含电路模块，电路模块连接供电单元。电路模块能够将供电单元的供电转化为控制器所用低压电源。

优选的，电动阀门包括电机和阀门，电机的输出轴814连接阀门的阀杆，电机通过驱动器连接供电单元，驱动器的信号输入端连接控制器的信号输出端。

优选的，供电单元采用太阳能电池。采用太阳能供电，布置较为灵活，当然也可以采用普通蓄电池以及市电供电。

这种实施方式较为自动化，只有雨量传感器检测到降雨时才关闭电动阀门关闭第二出口7，其余时刻均打开第二出口7，将地面清洗水、阳台污水等污染较大的污水排入污水管道2；

检测到降水时延迟关闭阀门，延迟阶段的初期雨水仍然能够通过第二出口7进入污水管道2，阀门关闭后干净雨水通过第一出口6最终排入自然水体。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：包括雨水管道、污水管道和分流控制单元，所述雨水管道与污水管道并行，雨水管道上设有若干个分流控制单元，分流控制单元通过分流管道连接污水管道；

分流控制单元包括分流井，分流井的一侧设有第一进口，第一进口对应另一侧的分流井上设有第一出口，第一进口和第一出口分别连接分流井两侧的雨水管道；

分流井靠近污水管道的一侧设有第二出口，第二出口连接分流管道的进端，分流管道的出端连接污水管道；

第一出口的高度大于第二出口的高度，位于第二出口的上方；

分流控制单元设有通路控制单元，通路控制单元用于控制第二出口的开度。

2.根据权利要求1所述的一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：所述污水管道上设有若干个污水井，污水井上设有与分流管道连接的进口。

3.根据权利要求1所述的一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：所述污水管道最终连接到污水处理厂。

4.根据权利要求1所述的一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：所述通路控制单元包括动态动力传动机构、升降机构、开合机构和复位机构，所述动态动力传动机构通过升降机构连接开合机构，开合机构设于第二出口上控制第二出口的开度；复位机构连接升降机构带动开合机构复位；

动态动力传动机构包括叶轮、输入轴、换向传动机构和输出轴；

升降机构包括齿轮和齿条；

开合机构包括阀板和滑座；

复位机构包括拉簧；

叶轮设于第一进口一侧的雨水管道内，叶轮固定设于输入轴的下端，输入轴的上端通过换向传动机构连接输出轴的一端，输出轴的另一端固定连接齿轮，齿轮与齿条啮合，齿条的下端固定连接阀板，阀板与滑座滑动连接，阀板的顶部与滑座之间设有拉簧。

5.根据权利要求4所述的一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：所述换向传动机构为锥齿轮传动机构，包括主动锥齿轮和从动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮分别固定连接输入轴和从动轴，主动锥齿轮与从动锥齿轮相互啮合。

6.根据权利要求4所述的一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：所述输入轴和输出轴的外部均设有套管，输入轴与套管之间设置轴承，输出轴与套管之间设置轴承。

7.根据权利要求4所述的一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：所述输出轴连接限位机构，限位机构包括棘轮、棘爪、弹簧、滑块、滑轨、连杆和浮球，棘轮固定设于输出轴上，棘轮与棘爪配合，棘爪通过销轴连接滑块，并且棘爪的底部与滑块之间设有弹簧，滑块与分流井内的滑轨滑动连接，滑块的底部固定连接连杆的上端，连杆的下端固定连接浮球。

8.根据权利要求1所述的一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：所述通路控制单元为电动阀门，电动阀门连接控制系统，控制系统包括控制器、供电单元和雨量传感器，控制器连接雨量传感器和电动阀门，电动阀门和控制器均连接供电单元。

9.根据权利要求8所述的一种控制污水和初期雨水污染的分流制系统，其特征在于：所述电动阀门包括电机和阀门，电机的输出轴连接阀门的阀杆，电机通过驱动器连接供电单元，驱动器的信号输入端连接控制器的信号输出端。

Images