粤西某水环境综合治理项目中智能截流井节能降耗效果研究

常显志 王绍贵 周蓉

摘  要：以粤西某水环境综合治理项目中4 500 mm×2 000 mm合流暗渠污水和初期雨水收集处理为例，通过智能截流井和污水处理厂收集处理，或一体化污水处理设备收集处理2种方式，进行节能降耗效果分析。结果表明，在合流制排水体制下，以智能截流井和污水处理厂作为污水收集处理方式，具有节能、高效、稳定的特点，可作为指导城市水环境综合治理项目建设的相关依据，为市政排水系统的节能设计提供理论支持。

关键词：节能降耗；智能截流井；水环境综合治理；市政排水系统；对比研究

中图分类号：TU992.24      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）18-0096-04

Abstract： Taking 4 500 mm×2 000 mm confluence culvert sewage and initial Rain Water collection and treatment in a comprehensive water environment treatment project in western Guangdong as an example， through the collection and treatment of intelligent closure wells and sewage treatment plants， or integrated sewage treatment equipment collection and treatment， the effect of energy saving and consumption reduction is analyzed. The results show that under the combined drainage system， intelligent interception wells and sewage treatment plants as sewage collection and treatment methods have the characteristics of energy saving， high efficiency and stability， and can be used as the relevant basis for guiding the construction of urban water environment comprehensive treatment projects， thus providing theoretical support for the energy-saving design of municipal drainage system.

Keywords： energy saving and consumption reduction; intelligent closure well; comprehensive treatment of water environment; municipal drainage system; comparative study

随着城市人口的增加，现代化城市发展迅速，工业发展进程不断加快，使得水污染、雾霾、酸雨等环境问题越来越严重，从而对公众安全和环境构成威胁[1-3]。城市排水系统的建设可有效处理水污染问题，但城市市政排水管网的建设仍有待完善，污水收集覆盖率和污水处理效率较低，部分地区依旧采用合流制排水体制，合流制管道系统通常会在雨季产生溢流情况，污染周边水体[4-5]。

沿海城市河水水位受潮汐影响较大，在潮汐的作用下，潮流经常将泥沙和污染物倒灌回沿河截污管道，容易堵塞管道，影响排水干管的过流能力[6-7]。在水环境综合治理项目中，智能截流井在治理点源污染和面源污染方面发挥巨大作用[8]，不仅可收集合流管渠中污水和初期雨水，也可以防止潮汐水倒灌入截污管道[9]。

在近期不易完善雨污分流建设的地区，可采用一体化污水处理设备去除水中污染物，其一般可用于中小规模、用地紧张的项目[10-11]。

现今，人们更注重污水处理成本的控制，既可提升城市污水处理效益，也可改善城市环境[12]。所以，污水收集处理系统及处理效率就显得格外重要[13-15]。

1  工程概况

在粤西某水环境综合治理工程中，新建污水管网，收集合流管渠污水和初期雨水，经处理后须达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准及DB 44/26—2001广东省《水污染物排放限值》中规定的城镇污水处理厂第二时段一级排放标准要求中的较严值。

2  污水收集处理方式

项目以收集处理现状4 500 mm×2 000 mm合流暗渠中污水和初期雨水为例，通过2种污水收集处理方式，即采用智能截流井和污水处理厂收集处理污水的方式，或采用一体化污水处理设备（AAO）收集处理污水的方式，计算并分析消耗能量。

2.1  智能截流井和污水处理厂

采用智能截流井截流合流管渠末端，将污水和初期雨水收集至污水处理厂，经处理后须达标后排放。

根据粤西地区污水水质情况，采取有针对性的技术路线，并且考虑经济因素，因地制宜，将污水处理厂处理优势最大化[16-17]，所以采用两路进水预处理，分别进入由水解酸化池改造的初沉池。原CAST反应池采用“CAST+MBBR工艺”将处理量从20万m3/d提高至25万m3/d，并增加深度处理工艺（反硝化生物滤池+磁混凝沉淀池）；剩余5万m3/d采用“AAO+MBR工艺”进行建设，可更有效地处理污水[18-19]。

污水处理厂工艺流程图如图1所示。

2.1.1  智能截流井选型

现今在市政领域，智能截流井一般有下开堰式智能截流井、翻板堰式智能截流井、自动浮控堰阀式智能截流井。

1）下开堰式智能截流井。下开堰式智能截流井在截流管前装有液动控制的下开闸门，可对通往污水处理厂的最大污水量进行控制，同时也可防止外江水倒灌回污水管道。

晴天时，即雨量计测定无雨，限流闸门处于开启状态，液动下开式堰门处于关闭状态，居民生活污水完全截流入污水管道，并转输至污水处理厂。

降雨时，当降雨量小于设定临界值或智能井内液位低于警戒水位时，液动下开式堰门关至警戒水位设定的开度值，液动限流闸门的开启高度取决于流经进水管的流量值，并保证通过截流支管的流量不超过设置的限流值。

当智能井内液位达到设定值或降雨量达到设定值时，液动限流闸门实时关闭或部分关闭，同时，液动下开式堰门开启，后期较清澈的雨水排放至江河。

当智能井内水位超过警戒水位时，液动限流闸门完全关闭，同时液动下开式堰门开启行洪。

在液动下开式堰门系统设定时，当井内水位未达到警戒水位时，下开式堰门高度始终比外江水位高0.15 m。

2）翻板堰式智能截流井。翻板堰式智能截流井在出水管前装有可调节角度的堰板，在截流支管上装设调流阀，可将合流污水截至污水管网，并在控制截流量的同时，防止污水回流。

其通过监测堰门前后的液位差，可控制溢流量，减少溢流污染。控制系统配有倾角仪和限位开关，可通过井内液位调整堰板角度，控制截流污水量。

3）自动浮控堰阀式智能截流井。自动浮控堰阀式智能截流井设定原理：在达到设定水位前，阻挡智能井内合流污水的溢流排放，在达到设定水位值后，仅有堰板以上的水可溢流排放，通过控制井内的浮子，确保堰板在达到设定水位值前不被打开，且在低于设定水位值后再次关闭。

此类智能截流井可利用现有合流管的存储空间，通过浮箱控制堰门开启，无动力设计，减少排口溢流污染。

2.1.2  智能截流井选型对比分析

根据表1可知，下开堰式智能截流井、翻板堰式智能截流井、自动浮控堰阀式智能截流井通过对设备控制类型、施工难度、优点、缺点、运行维护、经济性和适用范围等方面综合比选，并依据当地地形地貌、资金等要求，采用下开堰式智能截流井更满足粤西地区实际情况，故选取下开堰式智能截流井作为本项目最优截流方案。

智能截流井总平面布置图如图2所示。

2.2  一体化污水处理设施

采用一体化污水处理设施（AAO），将合流管渠中污水和雨水全部处理，达到相同排放标准后排放。一体化污水处理设施总平面布置图如图3所示。

3  污水收集处理方式耗能分析

根据城市总体规划和污水专项规划，选取暗渠汇水范围、服务人口、城市综合用水量指标、污水排放系数、地下水渗入量、日变化系数和截流倍数等设计参数见表2，得出近期旱季水量为650 m3/d，近期雨季水量为2 000 m3/d，远期雨污分流后污水量为1 000 m3/d。

表2  水量计算设计参数表

3.1  智能截流井和污水处理厂耗能

暗渠污水和初期雨水经智能截流井接至截污干管，收集至污水处理厂进行处理，根据收集智能井厂家的相关资料，智能截流井设计截流水量为2 000 m3/d，耗电量为50 kW·h/d，根据污水处理厂相关资料显示，其设计规模为30万m3/d，水厂耗电量为49 810 kW·h/d。

城市污水处理厂根据DB11/T 1118—2022《城镇污水处理能源消耗限额》6.5条文要求，采用以下公式转换水量2 000 m3/d时污水处理厂的电耗为332 kW·h/d。单位污水处理电耗计算公式为

式中：EZD为单位污水处理电耗，单位为kW·h/m3；QZD为电耗，单位为kW·h；QWS为处理污水量，单位为m3。

则方案一：采用智能截流井和污水处理厂收集处理2 000 m3/d合流污水的耗能为382 kW·h/d。

3.2  一体化污水处理设施耗能

经收集相关设备厂家的资料后可知，经AAO处理2 000 m3/d暗渠合流污水的耗能约为1 520 kW·h/d。

3.3  耗能对比分析

根据表3耗能对比可知，处理相同水量合流污水、达标效果相同时，采用智能截流井和污水处理厂收集处理的方式比采用AAO处理合流污水的耗能少约1 138 kW·h/d，即耗能减少约75%。

4  结论

以粤西某水环境综合治理项目中4 500 mm×2 000 mm合流暗渠污水和初期雨水收集处理为例，通过采用智能截流井和污水处理厂收集处理污水的方式，或采用一体化污水处理设施收集处理污水的方式，进行节能降耗分析。结果表明，在合流制下排水体制下，采用智能截流井和污水处理厂作为污水收集处理方式，具有节能、高效、稳定的特点，可作为指导城市水环境综合治理项目建设的相关依据，并为市政排水系统的节能设计提供理论支持。

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