在2016年2月3日的微信中，我們介紹了一種針對黑臭水體底泥處理的遙控吸泥船，可以說黑臭水體的淤泥清理是治標，只有讓所有城市污水、混合污水和雨水進行截留和調蓄處理才是治本。通過海綿城市建設，在城市各處建造雨水調蓄池，可以最大限度地減少城市開發建設對河流湖泊的生態環境影響。這里著重介紹在歐洲市場上的經典技術，廣泛應用的雨水調蓄池自動清洗裝置——水力沖洗翻斗，其具有很強的工程實用價值，希望對我國的海綿城市建設有所啟發和幫助。城市雨污混合溢流污水 (CSOs) 內含有大量未經處理的城市污水, 是我國水體的主要污染來源之一。合流溢流污水主要是由生活污水、商業污水、工業廢水和馬路地表雨水徑流共同組成, 內含大量糞漿物質和衛生用紙、病原體、耗氧污染物、輪胎粉末、塑料袋、煙蒂和樹葉等各種漂浮物質和懸浮物質，以及來自工業的有毒污染物質。這些物質進入受納水體后，不僅對飲用水安全造成嚴重威脅和直接經濟損失，也是造成療養湖泊和娛樂海灘關閉，貝類和魚類產量下降的主要原因。消減雨污混合溢流污染是消除城內河流黑臭和很多湖泊富營養化治理的必要措施。德國的工作經驗顯示，治理雨污混合溢流污水的主要措施是：（1） 在溢流構筑物內的排水堰上安裝水平過濾格篩，有效阻擋截留各種漂浮物質和懸浮物質。（2）增設雨水調蓄池，提高下水道管網的儲水能力，減少排放到天然水體的污染物量。（3）建立溢流事件發生頻率和溢流污水流量的監測控制系統，指導和調控徑流收集和管網污染控制管理。通過有效結合使用雨水調蓄池、沖浪洗滌設備和水平過濾格篩，可以有效降低雨污混合污水的溢流量，同時也可以截留去除各種漂浮物質和懸浮物質，大量泥砂物質和糞便物質，從而有效增強對雨污混合溢流污水的一級處理能力。在合流制或分流制排水系統內，通過雨水調蓄池可以消減雨水洪峰，截留部分溢流污水。但在調蓄過程中，池內液體流速緩慢, 會在池底區域沉積大量垃圾物質。這些沉積物質在旱季不會移動，而是進一步凝固沉積。此時一方面會產生甲烷氣體, 另一方面在下次降雨時一些松散沉積物質會被重新掀起，被帶入附近受納水體，導致水域環境污染。根據降雨頻率和降雨強度，全國各地的雨水調蓄池每年被充滿的次數也各不相同。因此, 在每次降雨調蓄和放排空之后，會在雨水溢流池中沉積下來很厚一層淤泥，一般需要耗費大量的勞力才能被清除。從水域環境保護角度考慮，必須盡快地清除掉池內的淤泥，否則將會在下一次的降雨事件中將其污染物帶入水體。因此每次降雨事件之后必須對雨水池進行清洗。如果采用手工在大型雨水調蓄池的池底清理淤泥時十分耗時耗力，尤其當雨水調蓄池地下安裝時會對操作人員帶來安全危險。因此歐洲各大公司相續開發了各種洗滌工藝技術對雨水調蓄池定期進行清理(圖1)。在各種清理方法中，水力沖洗翻斗是一種最為經濟有效的自動清洗裝置，也是目前歐洲市場上清理雨水調蓄池內沉積物料時運用最為廣泛的技術手段。在歐洲，這一池底清理方法的應用也已經歷了幾十年歷史，應用工程數量已經超過8000個。
圖2 安裝在雨水調蓄池內的水力翻斗
水力翻斗由一個特殊形狀的長型集水槽組成, 當槽內盛滿水時會自己觸發產生沖洗浪潮，然后可以保證緩慢返回至原來料槽的起始狀態。當向料槽灌水時，必須將水灌至槽內事先規定的液位。在灌水期間，水力翻斗的重心逐漸向側面偏移, 最后導致長型集水槽自動翻轉，將槽內集水清空倒向調蓄池的后墻。通過池底的90°弧形墻，可將這些沖洗水柱轉化成池底上的水平沖洗水浪。通過勢能轉化成動能，沖洗水浪的浪頭因此含有很高流速和湍流狀態，可以掀起池底的沉積物質，并可靠地運輸帶入沖洗集水槽 (圖3)。
圖3 水力翻斗在雨水調蓄池內的安裝位置和工作方式在排空液體之后，水力翻斗自動轉回原始工作狀態，等待下一次的沖洗工作。水力翻斗的灌水時間與進水管直徑和翻斗容積有關。沖洗次數與沉積物的特性有關，在多數情況下只需一次沖洗即可，但有時沉積物很厚很結實時，可能需要多次沖洗。水力翻斗本身含有一個或多個排水孔，可以防止在敞開式調蓄池安裝時，會收集雨水在冬季產生結冰現象或者會產生無控制性的自動觸發沖洗。在偏心狀態下能翻轉的水力沖洗翻斗在空斗時靠后支撐座支撐，該支撐座具有消能功能。在沖洗之前，逐漸用水充滿翻倒，當水快溢出時翻斗傾到，在瞬間內倒出斗內全部水量，沖浪水所產生的巨大沖擊力和剪切力可將沉積于池底的沉積物沖洗干凈。完成沖洗后水力翻斗便又恢復原位，等待下一次任務。水力沖洗翻斗既可安裝在開敞式矩形調蓄池內，也可安裝在地下封閉式矩形調蓄池內；既可安裝在新建的構筑物內，也十分適合安裝在已建成的構筑物內。沖洗距離最長可達100 米以上，尤其是當水力翻斗安裝在較高沖洗高度情況下，沖洗設備只需要少量洗滌水便可完成對池底進行一次性徹底清洗。（1）通過遠距離強力沖洗水浪進行高效清理，水力沖洗耗時短，強勁有力；（2）沖洗距離很長，沖洗長度可達 100 m，翻斗寬度可達 12 m；（4）通過優化軸承系統，傾倒過程噪聲小，翻轉時輕松流暢；（6）在污水中不含移動部件，操作安全，幾乎無需保養工作；（7）對各種形式的矩型雨水儲存池進行經濟有效的沖浪洗滌；在所有調蓄池清理系統中，水力沖洗翻斗是最為經典的洗滌設備，但這一沖洗技術只能應用在矩形雨水調蓄池內，至少池體底部應為矩形結構。當池子較寬時，應將池底用埂劃分出數個沖洗廊道。沖洗走廊長度最長可達100米，廊道寬度最大可達10米。沖洗坡度范圍為 1~5%，但最佳坡度是2%。底坡過大易發生滑到事故，底坡小于 1%會產生水洼。水力沖洗翻斗應僅可能地置于高處，以保證有足夠的沖洗高度能將污染物沖洗干凈。為了避免沖洗物在沖洗的盡頭折返，要在盡頭設置沖洗水收集槽。沖洗水收集槽的容積應不小于每次沖洗的水量。在一般情況下，水力沖洗翻斗根據用戶的具體需要定制而成。共有 10 種標準規格, 可在單位容積為 200~ 2000 L/m的范圍內供用戶選擇。與其他沖浪洗滌設備比較，水力沖洗翻斗的洗滌用水量相對很少。舉例來說，在對雨水調蓄池內80 m 長的廊道進行洗滌清理時，門式沖洗裝置需要的沖洗水量是8 m³/m單位寬度，而水力沖洗翻斗則只需要沖洗水量大約 1.4 m³/m 單位寬度。作為沖洗用水，水力沖洗翻斗最好采用干凈的中水，例如雨水、井水或二沉池出水。在附近沒有中水可利用的情況下，也可以采用過濾之后的污水進行洗滌清理。在采用污水進行沖洗的情況下，用戶應該定期對水力翻斗進行清洗保養, 否則有時沖洗翻斗內部會受污染。在使用自來水時, 必須配置帶有帶電磁閥的專用水管。充水管最小管徑為 2 英寸，以免充水時間過長。每一個水力沖洗翻斗要配備一臺傳感器, 當翻斗翻轉時，能發出信號，關閉供水，并記錄其翻轉次數。水力翻斗一般安裝在池內洗滌水收集槽的對面一側，翻斗可以接受沖洗介質, 在轉動重心的外部通過軸承固定安裝。在灌水期間，隨著翻斗內液位不斷上升會產生旋轉扭矩力, 當沖洗翻斗灌滿水后會突發產生旋轉運動。沖洗翻斗瞬間立即排空，通過半圓池底形狀，沖洗介質從垂直運動轉成水平方向的快速流動。然后沖洗翻斗自動返回原位，等待下一個沖洗過程。水力翻斗將通過專業安裝隊伍完成安裝。貨物在送到指定地點, 完成安裝后便可使用。安裝的前期工作, 如預埋固定件、預留空位、管道安裝、及預鋪電纜等, 用戶應與供貨方交流信息。水力沖洗翻斗現場供貨并安裝于建設方事先預埋好的固定件上(圖 4)。
圖4 水力翻斗在雨水調蓄池內的安裝位置
在確定了水力翻斗的單位容積(l/m)之后，也就同時確定了構筑物二個重要的安裝尺寸:在不同供貨廠商和設備規格中，這二個重要參數是不一樣的。只有準確設計，才能保證水力翻斗的沖洗清理效果。距墻距離是指水力翻斗的中軸至端墻之間的間隔距離。沖洗翻斗在構筑物上的固定安裝具有四種選擇方式，用戶可以根據項目具體情況，選擇確定下列固定安裝方式(圖5):
圖5 水力翻斗在雨水調蓄池內的安裝位置和工作方式以上四種安裝方式可以覆蓋所有安裝情況。但我們一般建議，盡可能采用側墻安裝或側墻池頂安裝。這樣一來，在土建構筑物內不需要設置預埋部件。在墻頂安裝時, 必須根據設備布置圖在頂墻內設置預埋固位部件。如果沒有安裝預埋固位部件，則在進行后安裝時必須采用特殊的化學固位螺栓。檢查工作只需要現場察看。兩邊的軸承需加一次潤滑油。軸承上方有一個潤滑油注入口, 潤滑油的壓力要適中, 以免破壞邊上的密封。此外，用戶可以額外選購配置運動探頭(接近開關)，可以持續監視沖洗翻斗的運轉情況。在水力沖洗翻斗工作期間不允許有人在雨水池中。水力沖洗翻斗產生的水波沖擊力能將人沖倒。在雨水池進出口處應安裝警示牌。進雨水池之前應關閉水力沖洗翻斗的控制裝置。在不運行時，水力沖洗翻斗應處于空的狀態。每個水力沖洗翻斗均有一個小孔，使得翻斗中 的雨水或終止沖洗后的余水能從該小孔中流出。出于安全考慮，不要堵上此小孔。在雨水調蓄期間，池內流速相對十分緩慢，多數固體物質此時沉積池底。在降雨事件過后并將這些雨水完全返送污水管網之后，必須完全徹底地清除這些沉積物質，從而可以避免產生臭氣, 滋生病蟲害，確保環境衛生。在清理之后，這些污染固體物質同樣被返送會污水管網，然后送往污水處理廠進行后續處理。在清理雨水儲存池和儲存水渠時，一般采用能產生沖洗水浪的設備，這樣才能有效去除沉積物質。
在各種清理雨水儲存池和下水道的沖浪清理設備中，水力沖洗翻斗被證明是最為有效、可靠和價格低廉的清理方式。各種儲存池都可簡單有效地安裝水力翻斗 進行清理，多年的應用實踐證明其成熟可靠。
策劃：衣春敏
責任編輯：衣春敏
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