工業(yè)廢水主干管中倒虹吸方法的應用范文

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摘要：針對常規(guī)單管倒虹吸結構所存在的缺陷，對倒虹吸的結構作了改進。主要利用倒虹吸井的合理分區(qū)，設置雙排倒虹管，并通過閥門啟閉控制，使倒虹吸結構內輸送的工業(yè)廢水具備自沖洗功能，從而減少了管道堵塞的風險。實踐證明：設置雙排倒虹管的方法，降低了管道內部堵塞、維護、無法停水導致倒虹管無法進行搶修及倒虹吸失效的風險，確保了工業(yè)廢水主干管的運行穩(wěn)定性。

關鍵詞：倒虹吸；自沖洗；改進；運行控制

1工程概況

成都雙流中電子配套再生水廠進廠管網(wǎng)擴建工程為新建工業(yè)廢水專用管網(wǎng)，因穿越既有河道需要在過河處設置倒虹吸結構，在倒虹吸結構上游工業(yè)廢水匯水范圍為536m，下游服務范圍為3160m。上游服務范圍絕對高程為505.72～470.74m，下游服務范圍絕對高程為470.14～453.55m。專用工業(yè)廢水管道工程主要服務成都中電熊貓顯示科技公司第8.6代薄膜晶體液晶顯示器項目，工業(yè)廢水管道收集該項目經(jīng)處理達到GB/T31962—2015《工業(yè)廢水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》后排放的工業(yè)廢水。工業(yè)廢水量計算按照該項目向政府提交的可研報告中確定的工業(yè)廢水量指標和用地面積計算，工業(yè)廢水量為40000m3/d。河道屬于老河道按照規(guī)劃后期標準拓寬，屬季節(jié)性河流，非汛期水量較小，河道內無通航要求。在管道穿越既有河道段設置倒虹段，采用2根φ820mm×8mm鋼管平行布置，鋼管總長度97m，鋼管外部采用C20混凝土進行管道包封。

2倒虹吸結構設計

本工程管網(wǎng)設計輸送工業(yè)廢水量為40000m3/d，由于廢水量變化不確定，因此，按照GB50014—2006《室外排水設計規(guī)范》，采用插法求得綜合生活工業(yè)廢水量變化系數(shù)為1.67，設計工業(yè)廢水量為771L/s。倒虹井進水管及出水管管徑均為1000mm、上游坡度4%，下游坡度為0.5%，設計流量時進水管充滿度為0.64。倒虹管采用2條，管徑均為800mm，從管道的耐腐蝕性的強度綜合分析，設計采用球墨鑄鐵管，管道采用C20混凝土滿包。單管長度為45m，管道中心線距離為2.5m，達到設計流量兩管同時運行時管道流速為0.97m/s，此時水力坡降i為0.005。考慮到水量較小時，在初期采用2條管“一用一備”，當工業(yè)廢水量接近設計流量時2條管同時運行，避免沉積。倒虹井平面尺寸為3.5m×3.1m（內凈空），進水井和出水井前后均分為2個區(qū)域，進、出水井靠近倒虹管的一倉左右分為2部分，每一部分前均安裝閘門，為了減少局部水頭損失以充分發(fā)沖洗效果，閘門采用0.8m×0.8m方形閘門（圖1～圖3）。

3自沖式雙管倒虹吸簡介

3.1主要特點

3.1.1單管倒虹吸和雙管（多管）倒虹吸的共同點倒虹吸是在人工水穿越障礙物中常用的工法之一，其具有結構簡單，施工便捷，便于后期維護等優(yōu)點，設置倒虹吸一般是人工水穿越溝壑、河流、道路、地下障礙物下部的設施，并宜與河流、溝渠、道路中心線正交，管軸線在平面布置上的投影宜為直線。倒虹吸一般由倒虹井和倒虹管2部分組成（倒虹吸管由進口段、管道段和出口段3部分組成）[1-5]。

3.1.2單管倒虹吸的缺點目前國內的倒虹吸一般采用單管倒虹吸，單管設置存在一定運營風險及無法檢修，且運營維護、堵塞后無法疏通等弊病；單管倒虹吸適用于環(huán)行管網(wǎng)，且設計時預留一定的富余量可以滿足功能需求，但應用于污水專線上風險較大。傳統(tǒng)倒虹吸事故原因多為倒虹管內淤積、堵塞。當運行的倒虹管淤積到一定程度將導致倒虹管的過流能力大大減弱，如倒虹管淤積長時間未被發(fā)現(xiàn)，隨著淤積程度的增加，可能導致上游倒虹井或工業(yè)廢水管道積水，工業(yè)廢水將從系統(tǒng)局部最低點漫溢，造成污染事故、影響城市環(huán)境。隨著城市不斷擴大，倒虹吸數(shù)量也不斷增加，對倒虹吸的沖洗、維護的工作量也不斷增大。對傳統(tǒng)的倒虹吸做法進行適當?shù)墓δ軆?yōu)化，以達到提高倒虹吸運行的安全性及經(jīng)濟性。

3.1.3雙管倒虹吸的優(yōu)點雙管倒虹吸運用倒虹井通過井室分區(qū)，安裝閥門來達到雙管獨立運行。通過倒虹管設置一定坡比和選用合理的管道直徑，利用進出水高低差來實現(xiàn)管道內部自沖沉積物。通過設置雙管倒虹管，單管獨立運行對倒虹管防清淤效果好，可靠性高，而且構造合理，可以在不影響運營及使用的前提下，對倒虹管進行維護及保養(yǎng)。

3.2構造要求

自沖洗雙管倒虹吸進、出水井井室布置形式類似“品”字形，進、出水井井室布局見圖1、圖2；設置2條過水管道形成多道倒虹管。進水井內閘門可配備常規(guī)啟閉機驅動，也可配備液壓啟閉機驅動；出水井的閘門配備液壓啟閉機驅動的閘門，以實現(xiàn)閘門快速開閉。沖洗分為強制沖洗和定期沖洗：強制沖洗是根據(jù)液位儀探測的進出水井水面高差，通過對閘門開啟的控制，在倒虹井及倒虹管內完成蓄水、沖洗，實現(xiàn)利用輸送的工業(yè)廢水對倒虹吸管定期、快速、有效沖洗的目的，定期沖洗是倒虹吸管運行過程中周期性對倒虹吸管進行定期沖洗。

4實例計算

4.1進出水水面確定

4.1.1水力計算水力計算主要是計算倒虹吸各個部分的水頭損失，根據(jù)水頭損失確定設計時倒虹吸進、出水進水面差。

4.1.2進出水井水位確定為了降低下游工業(yè)廢水管網(wǎng)的埋深，進水井水面標高取設計工業(yè)廢水量時進水管對應的水位為471.744m，設計流量時全部水頭損失為0.27m，進出水井水面高差為0.6m，則出水井水面標高為471.744m。

4.2最高水位確定

4.2.1倒虹井內最高水位確定井內最高水位是為了盡量在倒虹井和上游工業(yè)廢水管中多蓄積工業(yè)廢水，為沖洗時提供充足的水量和水頭。倒虹井內最高水位的控制尤為重要，如果井內最高水位過高，工業(yè)廢水可能在系統(tǒng)最不利點向外漫溢；如果水位過低，蓄水量減少、沖洗水頭降低，會削弱沖洗效果。最高水位的確定原則上按照最不利點不漫流，同時倒虹井內水位距離設備層底板0.3～0.5m，在設計中應根據(jù)服務范圍的地形、管道布置等綜合分析后確定。在運行中，根據(jù)實際情況可以相應調整。

4.2.2倒虹井最高水位確定按照服務范圍內的地形地勢結合管道布置分析，最不利點為進水倒虹井地面標高為474.107m，管頂標高470.744m，倒虹井設備層板底467.750m。綜合分析，最高水位定為474.107m。

4.3運行控制

4.3.1實際運行控制正常工作時，根據(jù)工業(yè)廢水量的實際情況，合理確定倒虹管的運行條數(shù)。隨著連續(xù)運行時間的增加倒虹管內逐漸出現(xiàn)淤積，上游倒虹井內水位增加，當增加至一定水位時，需對倒虹管進行自沖。根據(jù)需要對倒虹管進行逐條沖洗，沖洗完成后進入正常工作狀態(tài)，等待下一次沖洗。

4.3.2沖洗水量估算根據(jù)工業(yè)廢水管施工圖，按照設計流量時管道的充滿度、管道蓄水至474.107m時管道蓄水的范圍估算，用于沖洗的水量（因為蓄水而使管道內增加的水量）約為93m3，倒虹井中蓄水約138m3，總蓄水量約231m3。

4.3.3沖洗水頭及沖洗流速測算最大沖洗水頭為3.96m，沖洗流速可達6.6m/s，隨著沖洗的進行，強度逐漸減弱，沖洗時間長達10～15min，經(jīng)高流速、大水量、長時間的沖洗，可有效沖洗管道。

5結語

目前該工程已經(jīng)投入使用1a，未出現(xiàn)過因倒虹管淤積而引起的工業(yè)廢水排水不暢或者工業(yè)廢水溢流現(xiàn)象，運行效果良好，從該工程中總結了以下經(jīng)驗。1）自沖洗雙管倒虹吸構造簡單，可通過閥門控制水位，通過水流壓力進行自沖洗，采取雙管倒虹吸，有效提高工業(yè)廢水管網(wǎng)運行的安全性。2）自沖洗倒虹吸利用管網(wǎng)內的工業(yè)廢水對倒虹設施進行自沖洗，沖洗速度大、沖洗水量大、沖洗時間長，可對管道進行有效沖洗。3）后期類似工程建議增加PLC智能控制系統(tǒng)，以節(jié)約沖洗過程中人工控制，降低安全風險，實現(xiàn)自沖洗自動化、信息化，更便捷對倒虹吸實現(xiàn)遠程監(jiān)管，對管網(wǎng)運行的不同階段進行針對性沖洗。

參考文獻

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[3]馬麗輝,李彥.倒虹吸管水力設計[J].黑龍江科技信息,2008(26):245.

[4]廖志勇.淺談市政道路污水管網(wǎng)改造設計[J].江西建材,2015(11):7-8.

[5]袁嬌如.淺談市政道路排水管道改造設計要點[J].安徽建筑,2018,24(5):305-306.

作者：羅波 單位：中國建筑一局有限公司