粵西某水環境綜合治理項目中智能截流井節能降耗效果研究

常顯志 王紹貴 周蓉

摘 ?要：以粵西某水環境綜合治理項目中4 500 mm×2 000 mm合流暗渠污水和初期雨水收集處理為例，通過智能截流井和污水處理廠收集處理，或一體化污水處理設備收集處理2種方式，進行節能降耗效果分析。結果表明，在合流制排水體制下，以智能截流井和污水處理廠作為污水收集處理方式，具有節能、高效、穩定的特點，可作為指導城市水環境綜合治理項目建設的相關依據，為市政排水系統的節能設計提供理論支持。

關鍵詞：節能降耗；智能截流井；水環境綜合治理；市政排水系統；對比研究

中圖分類號：TU992.24 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：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

隨著城市人口的增加，現代化城市發展迅速，工業發展進程不斷加快，使得水污染、霧霾、酸雨等環境問題越來越嚴重，從而對公眾安全和環境構成威脅[1-3]。城市排水系統的建設可有效處理水污染問題，但城市市政排水管網的建設仍有待完善，污水收集覆蓋率和污水處理效率較低，部分地區依舊采用合流制排水體制，合流制管道系統通常會在雨季產生溢流情況，污染周邊水體[4-5]。

沿海城市河水水位受潮汐影響較大，在潮汐的作用下，潮流經常將泥沙和污染物倒灌回沿河截污管道，容易堵塞管道，影響排水干管的過流能力[6-7]。在水環境綜合治理項目中，智能截流井在治理點源污染和面源污染方面發揮巨大作用[8]，不僅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設的地區，可采用一體化污水處理設備去除水中污染物，其一般可用于中小規模、用地緊張的項目[10-11]。

現今，人們更注重污水處理成本的控制，既可提升城市污水處理效益，也可改善城市環境[12]。所以，污水收集處理系統及處理效率就顯得格外重要[13-15]。

1 ?工程概況

在粵西某水環境綜合治理工程中，新建污水管網，收集合流管渠污水和初期雨水，經處理后須達到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準及DB 44/26—2001廣東省《水污染物排放限值》中規定的城鎮污水處理廠第二時段一級排放標準要求中的較嚴值。

2 ?污水收集處理方式

項目以收集處理現狀4 500 mm×2 000 mm合流暗渠中污水和初期雨水為例，通過2種污水收集處理方式，即采用智能截流井和污水處理廠收集處理污水的方式，或采用一體化污水處理設備（AAO）收集處理污水的方式，計算并分析消耗能量。

2.1 ?智能截流井和污水處理廠

采用智能截流井截流合流管渠末端，將污水和初期雨水收集至污水處理廠，經處理后須達標后排放。

根據粵西地區污水水質情況，采取有針對性的技術路線，并且考慮經濟因素，因地制宜，將污水處理廠處理優勢最大化[16-17]，所以采用兩路進水預處理，分別進入由水解酸化池改造的初沉池。原CAST反應池采用“CAST+MBBR工藝”將處理量從20萬m3/d提高至25萬m3/d，并增加深度處理工藝（反硝化生物濾池+磁混凝沉淀池）；剩余5萬m3/d采用“AAO+MBR工藝”進行建設，可更有效地處理污水[18-19]。

污水處理廠工藝流程圖如圖1所示。

2.1.1 ?智能截流井選型

現今在市政領域，智能截流井一般有下開堰式智能截流井、翻板堰式智能截流井、自動浮控堰閥式智能截流井。

1）下開堰式智能截流井。下開堰式智能截流井在截流管前裝有液動控制的下開閘門，可對通往污水處理廠的最大污水量進行控制，同時也可防止外江水倒灌回污水管道。

晴天時，即雨量計測定無雨，限流閘門處于開啟狀態，液動下開式堰門處于關閉狀態，居民生活污水完全截流入污水管道，并轉輸至污水處理廠。

降雨時，當降雨量小于設定臨界值或智能井內液位低于警戒水位時，液動下開式堰門關至警戒水位設定的開度值，液動限流閘門的開啟高度取決于流經進水管的流量值，并保證通過截流支管的流量不超過設置的限流值。

當智能井內液位達到設定值或降雨量達到設定值時，液動限流閘門實時關閉或部分關閉，同時，液動下開式堰門開啟，后期較清澈的雨水排放至江河。

當智能井內水位超過警戒水位時，液動限流閘門完全關閉，同時液動下開式堰門開啟行洪。

在液動下開式堰門系統設定時，當井內水位未達到警戒水位時，下開式堰門高度始終比外江水位高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裝有可調節角度的堰板，在截流支管上裝設調流閥，可將合流污水截至污水管網，并在控制截流量的同時，防止污水回流。

其通過監測堰門前后的液位差，可控制溢流量，減少溢流污染。控制系統配有傾角儀和限位開關，可通過井內液位調整堰板角度，控制截流污水量。

3）自動浮控堰閥式智能截流井。自動浮控堰閥式智能截流井設定原理：在達到設定水位前，阻擋智能井內合流污水的溢流排放，在達到設定水位值后，僅有堰板以上的水可溢流排放，通過控制井內的浮子，確保堰板在達到設定水位值前不被打開，且在低于設定水位值后再次關閉。

此類智能截流井可利用現有合流管的存儲空間，通過浮箱控制堰門開啟，無動力設計，減少排口溢流污染。

2.1.2 ?智能截流井選型對比分析

根據表1可知，下開堰式智能截流井、翻板堰式智能截流井、自動浮控堰閥式智能截流井通過對設備控制類型、施工難度、優點、缺點、運行維護、經濟性和適用范圍等方面綜合比選，并依據當地地形地貌、資金等要求，采用下開堰式智能截流井更滿足粵西地區實際情況，故選取下開堰式智能截流井作為本項目最優截流方案。

智能截流井總平面布置圖如圖2所示。

2.2 ?一體化污水處理設施

采用一體化污水處理設施（AAO），將合流管渠中污水和雨水全部處理，達到相同排放標準后排放。一體化污水處理設施總平面布置圖如圖3所示。

3 ?污水收集處理方式耗能分析

根據城市總體規劃和污水專項規劃，選取暗渠匯水范圍、服務人口、城市綜合用水量指標、污水排放系數、地下水滲入量、日變化系數和截流倍數等設計參數見表2，得出近期旱季水量為650 m3/d，近期雨季水量為2 000 m3/d，遠期雨污分流后污水量為1 000 m3/d。

表2 ?水量計算設計參數表

3.1 ?智能截流井和污水處理廠耗能

暗渠污水和初期雨水經智能截流井接至截污干管，收集至污水處理廠進行處理，根據收集智能井廠家的相關資料，智能截流井設計截流水量為2 000 m3/d，耗電量為50 kW·h/d，根據污水處理廠相關資料顯示，其設計規模為30萬m3/d，水廠耗電量為49 810 kW·h/d。

城市污水處理廠根據DB11/T 1118—2022《城鎮污水處理能源消耗限額》6.5條文要求，采用以下公式轉換水量2 000 m3/d時污水處理廠的電耗為332 kW·h/d。單位污水處理電耗計算公式為

式中：EZD為單位污水處理電耗，單位為kW·h/m3；QZD為電耗，單位為kW·h；QWS為處理污水量，單位為m3。

則方案一：采用智能截流井和污水處理廠收集處理2 000 m3/d合流污水的耗能為382 kW·h/d。

3.2 ?一體化污水處理設施耗能

經收集相關設備廠家的資料后可知，經AAO處理2 000 m3/d暗渠合流污水的耗能約為1 520 kW·h/d。

3.3 ?耗能對比分析

根據表3耗能對比可知，處理相同水量合流污水、達標效果相同時，采用智能截流井和污水處理廠收集處理的方式比采用AAO處理合流污水的耗能少約1 138 kW·h/d，即耗能減少約75%。

4 ?結論

以粵西某水環境綜合治理項目中4 500 mm×2 000 mm合流暗渠污水和初期雨水收集處理為例，通過采用智能截流井和污水處理廠收集處理污水的方式，或采用一體化污水處理設施收集處理污水的方式，進行節能降耗分析。結果表明，在合流制下排水體制下，采用智能截流井和污水處理廠作為污水收集處理方式，具有節能、高效、穩定的特點，可作為指導城市水環境綜合治理項目建設的相關依據，并為市政排水系統的節能設計提供理論支持。

參考文獻：

[1] XIA Y Q， LI Y F， ZHANG X Y， et al. Nitrate source apportionment using a combined dual isotope， chemical and bacterial property， and Bayesian model approach in river systems[J]. Journal of Geophysical Research： Biogeosciences，2017（1）：122-136.

[2] WANG L N， PAN Y Q， WANG Y T， et al. Literature Review on Pricing of Initial Discharge Right of Sewage[J]. American Journal of Industrial and Business Management，2019（9）：1187-1200.

[3] JENINAH A， MORGAN A， JANE Y， et al. The Physico-Chemical Quality of Effluents of Selected Sewage Treatment Plants Draining into River Rwizi， Mbarara Municipality， Uganda[J]. Journal of Water Resource and Protection， 2019（11）：20-36.

[4] MALICK B， CHRIS S， KENNETH T， et al. Poisson Process and Its Application to the Storm Water Overflows[J]. Computational Water Energy and Environmental Engineering，2016（5）：47-53.

[5] ADRIANA S， VINICIUS P D S， DECIO T， et al. Impact of Urban Expansion on Superficial Water Quality in Periurban Areas[J]. Journal of Environmental Protection，2019（10）：1591-1601.

[6] EVANGEELOS T， PANAGIOTIS A， NIKOLAOS K. Mixing Characteristics under Tide， Meteorological and Oceanographic Conditions in the Euboean Gulf Greece[J]. Computational Water， Energy， and Environmental Engineering，2019（8）：99-123.

[7] ?RODNEY M， ALAN S， PHILIP G. Solid Transfer in Low Flow Sewers， the Distance Travelled So Far Is Not Enough[J]. Journal of Environmental Protection，2019（10）：164-207.

[8] 曹玉婷.漫水河水質污染特征及綜合生態整治[J].節能與環保，2021（11）：65-66.

[9] 王彬，高磊，李虹，等.智能截流井在某大型湖泊沿湖排口截污改造工程中的應用[J].凈水技術，2021，40（9）：139-145.

[10] KENNETH K D， NUNIA J N. Computer-Aided Design and Simulation of a Membrane Bioreactor for Produced Water Treatment[J]. Advances in Chemical Engineering and Science，2018（8）：144-160.

[11] 趙琦.污水處理廠電氣控制設計及節能措施探討[J].工程建設與設計，2019（1）：79-85.

[12] 許志欣.城市生活污水處理廠節能降耗措施探討[J].水污染及處理，2022，10（2）：89-94.

[13] 楊嵐，彭永臻，李健偉，等.缺氧MBBR耦合部分厭氧氨氧化強化城市生活污水深度脫氮[J].環境科學，2019，40（8）：3668-3674.

[14] ZHU H J， QIU X L. The Application of PLC in Sewage Treatment[J]. Journal of Water Resource and Protection，2017（9）：841-850.

[15] 劉淑惠，田偉君，周建仁，等.多環芳烴及其衍生物在SBR/MBBR工藝中的分布與去除[J].環境科學，2019，40（2）：747-753.

[16] 譚建國，蔡桂安，余路路.智能截流井在惠州市城區截污治污工程中的應用[J].廣東水利水電，2020（10）：105-108.

[17] 張婧怡，高嵩，宮徽，等.國外典型地下污水處理廠空聞設計與節能措施案倒分析[J].給水排水，2018，44（3）：136-142.

[18] 張顯忠，程俊，徐波.基于低碳節能的城鎮污水處理廠MBR工藝設計要點[J].中國市政工程，2023（1）：36-40.

[19] 王萌萌，杜娟娟.改良A2O污水處理工藝擴建改造分析與探究[J].節能與環保，2022（12）：63-65.