合流制排水系统管道沉积物控制技术研究

论文摘要

通过现场调研和实验分析研究了不同功能区排水管道沉积物的性质，结果表明不同种类沉积物性质差异较大，此差异与功能区类型关系密切。针对沉积物性质和沉积物通过合流制管道溢流（Combined SewerOverflows,CSOs）污染水体的特点，提出了通过晴天经常性的管道清洗将管道沉积物分离出排水系统的控制策略。针对现有管道清洗方式的局限性开发了“管中管”管道清洗技术，同时通过参数优化得到沉积物旋流分离技术，综合以上技术将管道沉积物从排水管道中分离出来，即“管中管”清洗+旋流分离的沉积物综合控制技术。“管中管”管道清洗技术即在排水管道中预先敷设穿孔管，通过给穿孔管提供压力水在开孔处产生射流冲洗管道。针对穿孔管的开孔方向、开孔大小、孔间距和射流速度对冲洗效果的影响，通过模拟实验得到最优参数：轴向开孔角度45°、切向开孔角度22°、开孔孔径4mm、射流速度7.5m/s和孔间距50cm，上述参数的穿孔管可在90秒内将DN200管中厚度5cm的沉积层冲洗干净。旋流器的结构参数和运行参数通过正交试验和单因素试验得到优化。其中正交实验确定了影响评价指标的各参数的主次关系，影响旋流器效果的参数从主到次依次为溢流管直径、底流口直径、进料压力和锥角，对应的参数分别为30mm、20mm、0.12Mpa和8°；单因素试验结果表明最优参数或形式分别为进料口当量直径35mm，溢流管插入深度45mm，柱段高度为105mm，进料体形式为矩形收缩+进料轨迹线螺旋线型，溢流管形式为厚壁。旋流分离器分割粒径和折算分割粒径分别达到28.7μm和38.3μm，对SS、CODCr、TP和TN的去除率分别为59%、38%、35%和25%。将“管中管”清洗+旋流分离综合技术运用于沉积物控制工程。在两周一次的冲洗周期下“管中管”清洗可有效冲洗排水管道，工程运行和监测结果发现工程实施前后CSOs中SS和CODCr浓度分别降低了23.9%和23.2%，表明该工艺对通过沉积物控制削减CSOs污染效果较高，具有一定的推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 排水体制
• 1.1.1 排水体制的分类和应用场合
• 1.1.2 国内外排水体制采用情况
• 1.2 排水管道沉积物
• 1.2.1 定义
• 1.2.2 来源
• 1.2.3 性质特点
• 1.2.4 影响与危害
• 1.3 控制策略
• 1.3.1 源头控制
• 1.3.2 排水管网的设计与建设
• 1.3.3 末端控制
• 1.4 研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 合流制排水系统管道沉积物性质研究
• 2.1 试验分析和测定方法
• 2.1.1 常规指标分析方法
• 2.1.2 有机物含量
• 2.1.3 沉降速度
• 2.1.4 污染物在不同粒径段分布特征
• 2.2 结果
• 2.2.1 沉积物基本性质
• 2.2.2 污染物含量
• 2.2.3 沉积物其他性质
• 2.3 小结
• 第3章 管道冲刷试验研究
• 3.1 试验方法
• 3.1.1 试验平台和试验条件
• 3.1.2 试验参数控制
• 3.1.3 试验步骤
• 3.1.4 评价方法
• 3.2 试验结果
• 3.2.1 射流速度与冲洗系统压力的函数关系
• 3.2.2 开孔角度对管道冲洗的影响
• 3.2.3 开孔孔径对冲洗效果的影响
• 3.2.4 射流速度对冲刷效果的影响
• 3.2.5 孔间距对冲刷效果的影响
• 3.2.6 管道流对冲刷效果的影响
• 3.2.7 最佳参数的确定
• 3.2.8 冲洗效果评价
• 3.2.9 气冲试验结果
• 3.3 小结
• 第4章 沉积物水力旋流分离试验研究
• 4.1 试验方法
• 4.1.1 试验装置和试验条件
• 4.1.2 试验步骤
• 4.1.3 正交试验
• 4.1.4 单因素试验
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 主要参数的正交试验结果
• 4.2.2 其他因素对分离效果的影响
• 4.3 小结
• 第5章 示范工程及其评估
• 5.1 工程概况
• 5.2 设计
• 5.2.1 穿孔管管道冲洗
• 5.2.2 旋流分离
• 5.2.3 储泥池
• 5.3 运行方式
• 5.4 运行效果
• 5.4.1 冲洗曲线
• 5.4.2 旋流器的分离效果
• 5.4.3 工程实施前后 CSOs 污染物浓度的变化
• 5.4.4 污染负荷削减估算
• 5.5 经济性分析
• 5.6 讨论
• 5.6.1 技术特点
• 5.6.2 适用场合
• 5.6.3 管道清洗控制 CSOs 的相关思考
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A “管中管”冲洗系统水力计算程序
• 附录 B 管道沉积物控制示范工程操作规程
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果