闸门在污水截污系统中的应用

闸门在污水截污系统中的应用

0排水设施设计近年来，随着经济的发展和环境保护意识的提高，我国开始重视废水处理。在旧城改造中，通常沿水路岸修建截流干管，设置截流干管管道，将废水引入污水处理厂进行处理。这种对合流制系统的截流式改造在污水系统建设初期具有易于实施、见效快、可使污水系统尽快运转等特点,在我国南北地区均有广泛应用。截流设施的功能是使原有排水系统中的旱流污水和雨季时一定截流倍数的雨水通过截流管进入污水系统,同时所设置的截流设施既要不阻碍原有系统的雨天排水能力,又要能防止雨季河水倒灌。截流设施一般由截污设施、防倒灌设施和限流设施组成。截污井内设槽、堰或闸门等;防倒灌设施采用拍门、鸭嘴阀等;限流设施有堰、小口径喉管、旋流调节阀、控制闸等。在南方河网地区常用的截污和防倒灌设施有溢流堰、闸门井、拍门和鸭嘴阀,这几种设施的优缺点见表1。南方河网地区一般降雨频繁、降雨量大、地下水位和河涌水位较高,地面与河涌最高水位的高差很小,截污设施的选择较为困难。在截污系统建设初期,由于闸门的造价相对较高,难以保证及时启闭,而没有被采用。所采用的溢流井、拍门等设施,在实际运行中易发生漏污和倒灌,抬高堰顶后又易造成排水管上游积水。由此造成污水处理厂进水浓度普遍偏低,处理效果不好,难以正常运行。在这种情况下,南方很多河网地区的城市,如苏州、杭州、中山等,都已开始进行雨污分流改造,规划远期实行完全的雨污分流排水体制。雨污分流改造需要一个过程,在有些地方也极为困难。在分流改造之前和改造难以进行的地方,仍然需要进行截污,因此有必要改进现有的截污设施。1河涌或一个流域没有排洪在前述的几种截污和防倒灌设施中,闸门截污具有以下两个优点:一是闸门密封性较好,平常关闭时,不存在河水倒灌的问题;二是闸门不阻水,打开时,保持原有的排洪能力。这些特点使之适合于在河网地区截污应用,但由于人工管理困难的原因,在以往的截污工程中很少被采用。采用闸门截污时,一条河涌或一个流域可能需要多个闸门,如何在恰当的时机,及时开启或关闭闸门并控制合适的开启度,是闸门在截污系统中应用的关键。当前信息网络发达,多点分散闸门的远程自控不再是障碍。1.1远程门诊终端闸门自动控制系统能够根据闸门井内水位、河涌水位和降雨量信息自动控制闸门开启或关闭,实现污水截流和排洪的自动控制。系统由总控端、各远程闸门终端和信息采集点组成。总控端置于中心控制室,负责依据信息运算判断发送指令。远程闸门终端就是各闸门井,每座闸门井内装有一套电动闸门和一个超声波液位计。信息采集点有河涌水位信息采集和降雨量采集。河涌水位信息采集点根据河涌情况和闸门分布数量设置,当只有一个闸门或几个距离较近、涌水位相差不大时可共用一个河涌水位信息;当河涌较长,闸门较分散时,可在河涌首尾两个闸门井外设置超声波液位计,采集河涌水位信息,其余闸门井外水位信息可依据所在位置内插计算得到。降雨量信息通过自动雨量计获取,自动雨量计可置于总控室房顶。为了较好的通信稳定性,线路租用电信运营商网络。系统示意如图1。1.2安全运行状态设计闸门可以统一控制或单独控制,具有三种控制状态:(1)现场手动状态,闸门及启闭机须能够回传闸门状态(开启度),在总控端实时显示;(2)远程手控状态,总控室值班人员根据降雨和水位情况,远程控制闸门启闭;(3)全自动控制状态,总控室根据水位信息自动控制闸门启闭。闸门运行控制如下:①Hx≤Hy时:闸门保持关闭;②Hx>Hy时:Hm<10mm且Hx<2.5m,闸门保持关闭;否则,闸门开启;③当水位下降至Hx=Hy且ΔHm=0时,延时5min关闭闸门。其中,Hm为降雨量,ΔHm为单位时间增加雨量,Hx为井内水位,Hy为涌内水位。上述参数是初始运行参数,系统运行信息有日志记录,在系统运行一段时间后,这些参数根据系统运行记录予以调整。2门电气系统设计2.1电缆供电电源闸门终端一般沿河涌两岸散列分布,其启闭机及仪表自控用电采用低压380V/220V电缆供电,电源就近取自市政公共电源。PLC控制柜自带不间断电源(UPS),可提供2h在线式不间断电源给工作站作备用电源,当主电源中断时,可至少维持60min自控操作。2.2控制系统的组成闸门远程监控系统主要由数据采集系统、闸门启闭机控制系统、安防报警系统、数据通信系统等几部分组成。系统采用分层控制结构,由中央监控计算机、一个PLC控制主站和各个闸门远程子站、现场设备组成。2.2.1压力监控中央控制室中控室可就近置于附近的排水值班室,如泵房控制室、水利值班室等,也可以集成至统一的排水管理中央控制室。如某市崩山涌闸门自控系统中,将PLC主站上位机设在崩山涌排水泵站值班室,另外通过以太网与市水利信息平台中央监控计算机相连。PLC主站值班人员和全市中央监控人员均可以通过PLC监控平台实时监控,系统有自动、遥控、现场手动三种控制方式。2.2.2运行状态无法满足闸门PLC子站负责对现场仪表数据的采集,以及对现场设备进行控制。设备层由现场仪表、闸门启闭机、安防报警门禁等设备组成。这些仪表设备通过24VDC开关量信号及4～20mA模拟信号,把工艺参数、运行状态送到闸门PLC子站。如下位机控制柜的超声波液位传感器把崩山涌中的水位值和各闸门的开闭状态送给编码器,编码器对水位及闸门开闭信号进行编码,再将编码信号通过RS-485通讯传给就地控制柜子站PLC,子站PLC将数据进行初步加工和处理后,基于MODBUSTCP/IP协议的工业以太网,通过以太网模块接入Hub与上位机进行通讯,上位机即崩山涌排水泵站主站PLC,经过计算按照要求对各闸门进行控制,就地控制柜子站PLC接收到信息后,发出控制信号自动控制闸门开启或关闭,达到远程自动控制或遥控的目的。就地控制柜设现场手动按钮,可优先对现场设备进行手动控制。2.2.3网络收发器至上位机闸门控制系统上位机与下位机之间通讯租用数据通信运营商的以太网线路互联;下位机以太网网络收发器至上位机以太网网络收发器线路段由通信运营商负责。下位机与PLC控制柜内设备之间以RS-485方式通讯。这样上位机与下位机可以分别通过对现场控制柜的操作来实现对闸门的近距离和远距离的控制。闸门开度信号以4～20mA模拟量格式送至子站PLC采集。2.2.4系统被破坏的情况设备安防报警系统能监测到前端供电系统的工作状态,一旦前端供电系统被破坏,系统能将前端断电信息上报监控中心;系统安装有门禁设备,如果PLC控制柜箱门、闸门防盗螺丝和启闭机防盗罩被撬打开,系统会向中心控制室监控系统上报被撬信息。3安全需求的监控与监测闸门自动控制能够对主要设备的运行状态和参数、水位、降雨信息定时采集,并存于实时数据库,供计算机系统实现画面显示、制表打印及完成各种计算、控制等功能时使用。系统依据水位、降雨信息控制闸门启闭,可以最大限度地截污,也可以有效地防止积水和河水倒灌。比如在降雨初期或小降雨量时保持闸门关闭,在井内水位上升至安全限值时及时打开闸门,在河涌水位高于管网水位时保持关闭。系统控制分三层实现,即中央控制、基本控制和就地控制,运行稳定。实现对包括闸门等设施内的全部仪表和机电设备的监控,提供工程范围内主要设备运行工况的实时监视,提供故障报警和事故状态下应急处理的方案及手段。闸门自动化远程监控系统在中控室可查看现场工艺、电气设备的运行状况、反映现场运行状况的模拟图、各类统计报表、各类参数的历史和实时趋势曲线等,可根据历史数据调整系统运行参数至最佳运行状态。闸门自动控制系统可实现无人或半无人值守,大大减轻了排水设施管理人员的劳动强度,提高安全运行水平。4截污工程运行效果该闸门系统最早于2009年应用于某市城区崩山涌的污水截流,崩山涌全长约7.5km,起端两岸地势较高,采用溢流堰截污,效果较好。下游两岸地势较低,设计采用闸门截污,排污口经整合后,有13处闸门井,各井外河涌水位采取内插方式计算。总控端置于崩山涌起端的泵站控制室,该系统经过一段时间的运行实践,自动控制运行稳定,达到旱流截污,雨季排水要求。闸门终端示意见图2。该闸门自动截污系统在崩山涌实现后(系统界面见图3),很快得到认可并被推广。在坦洲河北岸截污工程中,设置有9个自控闸门,并与南岸的7个闸门统一控制。此项工程的工程质量有了很大的提高,闸门密封性很好,系统运行稳定可靠。现在,三乡、板芙、大涌等镇区都已开始采用此项技术,仅在2011年就有5项截污工程,共30多个排污口采用此种截污方式。5注意设计和问题5.1门诊量与闸控制机构设计该闸门自控系统中对闸门及闸门井质量要求较高,闸门需采用镶铜双向止水闸门,在河涌水位高于井内水位时,闸门处于防倒灌状态,因此设计时应适当提高反向止水水头要求。闸门控制机构是闸门的核心,电机户外防护等级需达到IP67,应采用质量较好的大厂产品。为满足闸门开启度控制要求,闸门位置指示器需采用小模数配换齿轮组,并用精密电位器完成闸门位置的电信号反馈。闸门可根据需要选用明杆或暗杆。暗杆美观,但不易于观察闸门动向。闸门井设计时要兼顾功能的使用和对河岸景观的影响。5.2质量控制材质闸门终端一般位于野外,材质选用上需注意防腐。闸门材质应采用球墨铸铁,防护罩、丝杆等主要外露材质应选用不锈钢,螺钉、螺母、预埋件等铁质配件应采用热浸镀锌处理。5.3安全井壁不垂直闸门井是闸门的基座,其施工质量影响到闸门的密封性能和使用寿命,如果井壁不垂直,闸门安装精确度差,闸门的启闭会造成丝杆过早损坏。井壁不平会导致闸门漏水。5.4保护前保护环境质量和截流能力分析设计时要注意井面高程和管底高程的距离,要保证闸门能够完全打开,必要时可部分抬高井面高程,有隐蔽需要时可采取绿化围护遮挡。每个启闭机应设置保护罩,保护罩兼具防盗报警功能和保护功能。有条件时可在闸门井内和井外分别设置监控摄像头,分别用于查看井内情况和防盗。该系统还存在一项缺点有待改进,所采用限流设施是小口径喉管,在降雨排水期并不能控制截流倍数。因此,有条件的应考虑增加电动控制阀门或旋流阀等限流设施,实现对截流倍数的控制。6第4阶段:新安江流域闸门自动截污系统较好地解决了拍门漏水和溢流堰阻水的问题,并且能够根据水位和降雨量信息自动控制闸门启闭,较好地实现了南方河网地区的污水截流问题。新安江水质保护跨省生态补偿工程启动为保住长三角大水缸千岛湖的水质,据统计,近些年黄山拒绝的投资有40多项,投资总额超过40亿元。2008年,财政部、环保部开始酝酿在新安江流域首推跨省生态补偿。这一新政的推行在我国现有的法律、法规和政策尚属空白。经过4年的磋商、磨合,一套中央及两省共同认可的规则终于在2012年初成型。其主要内容是:中央财政支出3亿元用于新安江治理。3年后,若两省交界处的新安江水