在2016年2月3日的微信中，我们介绍了一种针对黑臭水体底泥处理的遥控吸泥船，可以说黑臭水体的淤泥清理是治标，只有让所有城市污水、混合污水和雨水进行截留和调蓄处理才是治本。通过海绵城市建设，在城市各处建造雨水调蓄池，可以最大限度地减少城市开发建设对河流湖泊的生态环境影响。这里着重介绍在欧洲市场上的经典技术，广泛应用的雨水调蓄池自动清洗装置——水力冲洗翻斗，其具有很强的工程实用价值，希望对我国的海绵城市建设有所启发和帮助。城市雨污混合溢流污水 (CSOs) 内含有大量未经处理的城市污水, 是我国水体的主要污染来源之一。合流溢流污水主要是由生活污水、商业污水、工业废水和马路地表雨水径流共同组成, 内含大量粪浆物质和卫生用纸、病原体、耗氧污染物、轮胎粉末、塑料袋、烟蒂和树叶等各种漂浮物质和悬浮物质，以及来自工业的有毒污染物质。这些物质进入受纳水体后，不仅对饮用水安全造成严重威胁和直接经济损失，也是造成疗养湖泊和娱乐海滩关闭，贝类和鱼类产量下降的主要原因。消减雨污混合溢流污染是消除城内河流黑臭和很多湖泊富营养化治理的必要措施。德国的工作经验显示，治理雨污混合溢流污水的主要措施是：（1） 在溢流构筑物内的排水堰上安装水平过滤格筛，有效阻挡截留各种漂浮物质和悬浮物质。（2）增设雨水调蓄池，提高下水道管网的储水能力，减少排放到天然水体的污染物量。（3）建立溢流事件发生频率和溢流污水流量的监测控制系统，指导和调控径流收集和管网污染控制管理。通过有效结合使用雨水调蓄池、冲浪洗涤设备和水平过滤格筛，可以有效降低雨污混合污水的溢流量，同时也可以截留去除各种漂浮物质和悬浮物质，大量泥砂物质和粪便物质，从而有效增强对雨污混合溢流污水的一级处理能力。在合流制或分流制排水系统内，通过雨水调蓄池可以消减雨水洪峰，截留部分溢流污水。但在调蓄过程中，池内液体流速缓慢, 会在池底区域沉积大量垃圾物质。这些沉积物质在旱季不会移动，而是进一步凝固沉积。此时一方面会产生甲烷气体, 另一方面在下次降雨时一些松散沉积物质会被重新掀起，被带入附近受纳水体，导致水域环境污染。根据降雨频率和降雨强度，全国各地的雨水调蓄池每年被充满的次数也各不相同。因此, 在每次降雨调蓄和放排空之后，会在雨水溢流池中沉积下来很厚一层淤泥，一般需要耗费大量的劳力才能被清除。从水域环境保护角度考虑，必须尽快地清除掉池内的淤泥，否则将会在下一次的降雨事件中将其污染物带入水体。因此每次降雨事件之后必须对雨水池进行清洗。如果采用手工在大型雨水调蓄池的池底清理淤泥时十分耗时耗力，尤其当雨水调蓄池地下安装时会对操作人员带来安全危险。因此欧洲各大公司相续开发了各种洗涤工艺技术对雨水调蓄池定期进行清理(图1)。在各种清理方法中，水力冲洗翻斗是一种最为经济有效的自动清洗装置，也是目前欧洲市场上清理雨水调蓄池内沉积物料时运用最为广泛的技术手段。在欧洲，这一池底清理方法的应用也已经历了几十年历史，应用工程数量已经超过8000个。
图2 安装在雨水调蓄池内的水力翻斗
水力翻斗由一个特殊形状的长型集水槽组成, 当槽内盛满水时会自己触发产生冲洗浪潮，然后可以保证缓慢返回至原来料槽的起始状态。当向料槽灌水时，必须将水灌至槽内事先规定的液位。在灌水期间，水力翻斗的重心逐渐向侧面偏移, 最后导致长型集水槽自动翻转，将槽内集水清空倒向调蓄池的后墙。通过池底的90°弧形墙，可将这些冲洗水柱转化成池底上的水平冲洗水浪。通过势能转化成动能，冲洗水浪的浪头因此含有很高流速和湍流状态，可以掀起池底的沉积物质，并可靠地运输带入冲洗集水槽 (图3)。
图3 水力翻斗在雨水调蓄池内的安装位置和工作方式在排空液体之后，水力翻斗自动转回原始工作状态，等待下一次的冲洗工作。水力翻斗的灌水时间与进水管直径和翻斗容积有关。冲洗次数与沉积物的特性有关，在多数情况下只需一次冲洗即可，但有时沉积物很厚很结实时，可能需要多次冲洗。水力翻斗本身含有一个或多个排水孔，可以防止在敞开式调蓄池安装时，会收集雨水在冬季产生结冰现象或者会产生无控制性的自动触发冲洗。在偏心状态下能翻转的水力冲洗翻斗在空斗时靠后支撑座支撑，该支撑座具有消能功能。在冲洗之前，逐渐用水充满翻倒，当水快溢出时翻斗倾到，在瞬间内倒出斗内全部水量，冲浪水所产生的巨大冲击力和剪切力可将沉积于池底的沉积物冲洗干净。完成冲洗后水力翻斗便又恢复原位，等待下一次任务。水力冲洗翻斗既可安装在开敞式矩形调蓄池内，也可安装在地下封闭式矩形调蓄池内；既可安装在新建的构筑物内，也十分适合安装在已建成的构筑物内。冲洗距离最长可达100 米以上，尤其是当水力翻斗安装在较高冲洗高度情况下，冲洗设备只需要少量洗涤水便可完成对池底进行一次性彻底清洗。（1）通过远距离强力冲洗水浪进行高效清理，水力冲洗耗时短，强劲有力；（2）冲洗距离很长，冲洗长度可达 100 m，翻斗宽度可达 12 m；（4）通过优化轴承系统，倾倒过程噪声小，翻转时轻松流畅；（6）在污水中不含移动部件，操作安全，几乎无需保养工作；（7）对各种形式的矩型雨水储存池进行经济有效的冲浪洗涤；在所有调蓄池清理系统中，水力冲洗翻斗是最为经典的洗涤设备，但这一冲洗技术只能应用在矩形雨水调蓄池内，至少池体底部应为矩形结构。当池子较宽时，应将池底用埂划分出数个冲洗廊道。冲洗走廊长度最长可达100米，廊道宽度最大可达10米。冲洗坡度范围为 1~5%，但最佳坡度是2%。底坡过大易发生滑到事故，底坡小于 1%会产生水洼。水力冲洗翻斗应仅可能地置于高处，以保证有足够的冲洗高度能将污染物冲洗干净。为了避免冲洗物在冲洗的尽头折返，要在尽头设置冲洗水收集槽。冲洗水收集槽的容积应不小于每次冲洗的水量。在一般情况下，水力冲洗翻斗根据用户的具体需要定制而成。共有 10 种标准规格, 可在单位容积为 200~ 2000 L/m的范围内供用户选择。与其他冲浪洗涤设备比较，水力冲洗翻斗的洗涤用水量相对很少。举例来说，在对雨水调蓄池内80 m 长的廊道进行洗涤清理时，门式冲洗装置需要的冲洗水量是8 m³/m单位宽度，而水力冲洗翻斗则只需要冲洗水量大约 1.4 m³/m 单位宽度。作为冲洗用水，水力冲洗翻斗最好采用干净的中水，例如雨水、井水或二沉池出水。在附近没有中水可利用的情况下，也可以采用过滤之后的污水进行洗涤清理。在采用污水进行冲洗的情况下，用户应该定期对水力翻斗进行清洗保养, 否则有时冲洗翻斗内部会受污染。在使用自来水时, 必须配置带有带电磁阀的专用水管。充水管最小管径为 2 英寸，以免充水时间过长。每一个水力冲洗翻斗要配备一台传感器, 当翻斗翻转时，能发出信号，关闭供水，并记录其翻转次数。水力翻斗一般安装在池内洗涤水收集槽的对面一侧，翻斗可以接受冲洗介质, 在转动重心的外部通过轴承固定安装。在灌水期间，随着翻斗内液位不断上升会产生旋转扭矩力, 当冲洗翻斗灌满水后会突发产生旋转运动。冲洗翻斗瞬间立即排空，通过半圆池底形状，冲洗介质从垂直运动转成水平方向的快速流动。然后冲洗翻斗自动返回原位，等待下一个冲洗过程。水力翻斗将通过专业安装队伍完成安装。货物在送到指定地点, 完成安装后便可使用。安装的前期工作, 如预埋固定件、预留空位、管道安装、及预铺电缆等, 用户应与供货方交流信息。水力冲洗翻斗现场供货并安装于建设方事先预埋好的固定件上(图 4)。
图4 水力翻斗在雨水调蓄池内的安装位置
在确定了水力翻斗的单位容积(l/m)之后，也就同时确定了构筑物二个重要的安装尺寸:在不同供货厂商和设备规格中，这二个重要参数是不一样的。只有准确设计，才能保证水力翻斗的冲洗清理效果。距墙距离是指水力翻斗的中轴至端墙之间的间隔距离。冲洗翻斗在构筑物上的固定安装具有四种选择方式，用户可以根据项目具体情况，选择确定下列固定安装方式(图5):
图5 水力翻斗在雨水调蓄池内的安装位置和工作方式以上四种安装方式可以覆盖所有安装情况。但我们一般建议，尽可能采用侧墙安装或侧墙池顶安装。这样一来，在土建构筑物内不需要设置预埋部件。在墙顶安装时, 必须根据设备布置图在顶墙内设置预埋固位部件。如果没有安装预埋固位部件，则在进行后安装时必须采用特殊的化学固位螺栓。检查工作只需要现场察看。两边的轴承需加一次润滑油。轴承上方有一个润滑油注入口, 润滑油的压力要适中, 以免破坏边上的密封。此外，用户可以额外选购配置运动探头(接近开关)，可以持续监视冲洗翻斗的运转情况。在水力冲洗翻斗工作期间不允许有人在雨水池中。水力冲洗翻斗产生的水波冲击力能将人冲倒。在雨水池进出口处应安装警示牌。进雨水池之前应关闭水力冲洗翻斗的控制装置。在不运行时，水力冲洗翻斗应处于空的状态。每个水力冲洗翻斗均有一个小孔，使得翻斗中 的雨水或终止冲洗后的余水能从该小孔中流出。出于安全考虑，不要堵上此小孔。在雨水调蓄期间，池内流速相对十分缓慢，多数固体物质此时沉积池底。在降雨事件过后并将这些雨水完全返送污水管网之后，必须完全彻底地清除这些沉积物质，从而可以避免产生臭气, 滋生病虫害，确保环境卫生。在清理之后，这些污染固体物质同样被返送会污水管网，然后送往污水处理厂进行后续处理。在清理雨水储存池和储存水渠时，一般采用能产生冲洗水浪的设备，这样才能有效去除沉积物质。
在各种清理雨水储存池和下水道的冲浪清理设备中，水力冲洗翻斗被证明是最为有效、可靠和价格低廉的清理方式。各种储存池都可简单有效地安装水力翻斗 进行清理，多年的应用实践证明其成熟可靠。
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