一种液控弯管虹吸溢流式截流井的设计

殷晓中，陈兴和

（镇江高等专科学校 机械系，江苏 镇江 212001）

0 引言

城市污水截流井是合流制管道一个重要的附属构筑物，其主要功能是将城市旱流污水和初期雨水截流入污水截流管，以免城市水体受到更为严重的污染［1］。截流井设计的基本要求可归纳为以下几点［2］：1）保证旱流时污水的截流；2）雨天时，保证初期雨水的截流，当达到设计截流倍数时，能顺畅地溢流，排入水体；3）安全可靠，截流效率高，维修量少，管理方便，能适应不同截流倍数的要求；4）构造简单，加工方便，造价便宜。

1 国内常用污水截流井类型及其优缺点

国内目前涉及的截流井设计及其计算规范和规程主要包括《合流制系统污水截流井设计规程》（CECS 91：97）（以下简称《规程》）、《室外排水设计规范》（GB50101—2005）、《给水排水设计手册》（第5册）等。《规程》中提及的污水截流井主要有堰式截流井、槽式截流井、槽堰结合式截流井三种型式［3］。

1.1 堰式截流井

该类型截流井的特点是在井中设置溢流堰，当雨季上游来水较多时，超量的水从堰顶跌落排入溢流管。主要应用于雨水、污水管道基本一致或合流管道与污水管道高程相仿时。在两条管道间加两个检查井做连接管，并在雨水或合流管内加设档堰。档堰可以砌砖或做成木板闸，高度视截流污水量的大小而定。这样，在非汛期，管道内的污水被堰或堰板挡住，折返进入污水管；当雨季来临，合流管或雨水管道内的雨污混合水就会越过堰排入河湖中［4］。其结构如图1所示。

根据堰的平面布置形式可以分为正堰、斜堰、侧堰和曲线堰。侧堰式截流井是在合流制截污系统中应用的较为成熟的一种。

1.2 槽式截流井

此类型截流井只用于已建成的合流制管道。该井无需改变下游管道，可以由已建合流制管道上的污水检查井改造而成。但因其截流量难以控制，雨季时会有大量的雨水进入截流管道，增加污水处理厂的负荷，在使用中受到一定的限制［5］。其结构如图2所示。

除此之外，在工程上，槽式截流井实施的前提是截流管管底标高必须低于合流管道的现状管底标高，而且在现状合流管道截断面较大时，对其进行槽式截流会破坏其现有的结构，增大施工难度。因此，槽式截流井在实际工程设计中受制约因素较多。

1.3 槽堰结合式截流井

该类型截流井是一种主要的截流井型式，兼有槽式和堰式的优点。井内中间固定堰高度可根据运行时实际水量的大小进行相应的调节。当下游排水管道为新敷设的管道时，一般可采用此种型式截流井，而对于已经建成合流制管道，则不宜采用。其结构如图3所示。

图1 堰式截流井

图2 槽式截流井

图3 槽堰结合式截流井

2 液控弯管虹吸溢流式截流井

2.1 工作原理

如图4所示，一般截流井包括：内部中空且具有一定容积的外形为正方体或长方体的井体，井体壁上至少一个雨污混合水流进口即合流管，截流污水的截流管，溢流堰和溢流管。液控弯管虹吸溢流式截流井的主要特征在于带浮力控制装置的弯管虹吸装置。

图4 液控弯管虹吸溢流式截流井

弯管虹吸装置的管道由引流管、塑料管和弯管组成。引流管的底部与弯管连接，塑料管的右端与弯管固定连接。弯管安装在内井体上，右端插入储水池中，有一处是半圆弯头，位置较高，还有一处是90°弯头，位置较低，靠近塑料管。引流管与塑料管之间有一定的间隙，其间隙大于阀门的厚度，以不影响阀门的开启为度，引流管与塑料管直径相同，在同一轴线上。引流管与合流管在同一轴线上，以方便后期雨水能较顺利地进入弯管实现溢流，而前期污染物较大的雨水则留在截流井及其附属空间内，以实现最大限度的截污。浮力控制装置由浮球、杠杆和阀门组成，杠杆的一端铰接在井体上，另一端与浮球连接，中间安装阀门。

当旱流或雨量较小时，溢流井内水面较低，浮球下落，带动阀门下落，使阀门逐渐闭合，此时，阀门位于引流管与塑料管之间的间隙处。在阀门闭合过程中，弯管的溢流量也随之减小，以达到留住污染物较大的污水或前期雨水，而溢流掉污染物较小的后期雨水的目的。为了使阀门开启灵活，减少阀门与塑料管之间的摩擦力，塑料管的材料可以选用尼龙或含油铸尼龙。

2.2 相关计算过程

1）如图5所示，设杠杆总长度为L，初始角度为α，开启阀门时的液面高度为h1，则有

即

2）如图6（a）所示，随着液面的升高，杠杆在浮球浮力的作用下绕支点顺时针转动，由位置1升到位置2，当阀门与管道两圆相切时，阀门完全开启，此时的液面高度为h2，设管道及阀门的直径为d，根据图6（b），有

得

则

图5 杠杆组合图

图6 杠杆位置变化图

3 结语

在截流系统的设计中，截流井的设计至关重要，它既要使截流的污水进入截污系统，达到整治水环境的目的，又要保证在大雨时不让超过截流量的雨水进入截污系统，避免发生污水反冒和给污水处理厂带来冲击［6］。本文介绍的由液面高度控制溢流量的弯管虹吸溢流式污水截流井可用以解决在现有污水处理厂处理、储存能力和截流井、管网储存能力不变的情况下，减少污染物含量较高的初期雨水的排放，而让污染物较低的后期雨水溢流，实现污染物截流的最大化。

［1］周建忠，罗本福，蒋岭.新型城市污水截流井介绍［J］.西南给排水，2007（3）：5-7.

［2］曹久耕，林淑佳.钟罩虹吸式溢流井的探讨［J］.给水排水，1994（7）：20-22.

［3］李胜海，许晓毅.污水截流井设计计算方法探讨［J］.中国给水排水，2006（24）：41-44.

［4］陈鲲.山区城市内河污水截流方案及技术措施研究［D］.长沙：中南大学土木建筑学院，2008.

［5］李胜海，戴玉苗，张启友.不同污水截流井型式的设计比较与优化初探［J］.山西建筑，2008（5）：221-222.

［6］张宏达，杨曦，何强.德国的截流井及相关设计［J］.中国给水排水，2005（6）：104-106.