本發(fā)明屬于排水管道技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種徑流雨水截流裝置和方法，尤其涉及一種利用光電感應(yīng)技術(shù)截流高濃度污染徑流雨水、排放低濃度清潔徑流雨水的截流裝置和方法。

背景技術(shù)：

降雨淋洗大氣塵埃，沖刷地面污染物，形成地面徑流雨水，通過市政排水管網(wǎng)直接排入城市河湖，對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重污染。據(jù)調(diào)查，徑流雨水中ss(懸浮固體)、cod、氨氮、總磷和總氮的平均濃度較高，其中ss濃度高于城市污水，其它污染物濃度超過了污水排放一級(jí)b標(biāo)準(zhǔn)限額。徑流雨水污染現(xiàn)已成為城市河湖主要的污染源之一。在一場降雨中，初期的雨水首先沖刷地面及雨水管網(wǎng)，攜帶大量的污染物，濃度很高；隨著降雨的進(jìn)行，地面、管網(wǎng)系統(tǒng)中積累的污染物減少，雨水變得相對(duì)清潔。降雨初期的雨水污染物濃度高、體積小，是治理的主要對(duì)象，需要對(duì)其截流凈化；降雨后期的雨水污染物濃度低，直接排放。目前國內(nèi)外均開展了徑流雨水污染的控制與治理，探索出不少用于攔截初期雨水的裝置，主要包括跳越堰式截流井、溢流堰式截流井、截流槽式截流井等。這些裝置的截流依據(jù)是水量或時(shí)間，即對(duì)于一場降雨，攔截降雨前期一定體積的雨水，或截流降雨前期一定時(shí)段的雨水，放流后期雨水。這些裝置的截流依據(jù)并沒有直接與雨水的水質(zhì)掛鉤，沒有考慮雨量大小、地面清潔程度對(duì)雨水水質(zhì)的影響，對(duì)于不同場次的降雨，截流的水質(zhì)存在較大差異。如大雨將地面沖刷干凈所用的時(shí)間比小雨短，而沖刷的地面污染物更多，排放的渾水總量更大，如果采用相同的截流時(shí)間，則在大雨時(shí)會(huì)截流部分清潔水，而在小雨時(shí)會(huì)棄流部分渾濁水；如果采用相同的截流體積，則在大雨時(shí)會(huì)棄流部分渾水，而在小雨時(shí)會(huì)截流部分清潔水。當(dāng)連續(xù)降雨后地面較清潔時(shí)，將地面沖刷干凈需要的時(shí)間更短、水量更少，如果還用固定的截流時(shí)間或截流體積，會(huì)使截流的水量偏大。因此，這種基于時(shí)間和體積的截流方式不能準(zhǔn)確截流渾水，棄流清水，因而不適用于截流高濃度的徑流雨水。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有截流井存在的缺點(diǎn)與不足，提出一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置和方法，采用直接與水質(zhì)掛鉤的徑流雨水分質(zhì)截流裝置，利用水質(zhì)越清潔透光性越強(qiáng)的特性，建立徑流雨水水質(zhì)與透光性的關(guān)系，用激光照射徑流雨水，用光感檢測器檢測透射光強(qiáng)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而建立水質(zhì)與電信號(hào)的關(guān)系，水質(zhì)越清潔，電信號(hào)越強(qiáng)。設(shè)置應(yīng)棄流的徑流雨水水質(zhì)閾值及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度閾值。由自控系統(tǒng)作出實(shí)時(shí)判斷，當(dāng)電信號(hào)強(qiáng)度小于設(shè)定的閾值時(shí)，指令電動(dòng)翻板旋轉(zhuǎn)到截流位置；當(dāng)電信號(hào)強(qiáng)度大于設(shè)定的閾值時(shí)，指令電動(dòng)翻板旋轉(zhuǎn)到棄流位置，實(shí)現(xiàn)高濃度污染雨水的準(zhǔn)確截流、低濃度清潔雨水的自動(dòng)棄流。將該裝置安裝于雨水管道末端時(shí)，能對(duì)徑流雨水實(shí)現(xiàn)分質(zhì)截流，有效減少入河湖污染。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置，包括由井底、外井壁、蓋板組成的外井、進(jìn)水管、出水管、截流管；其特征在于：所述外井內(nèi)設(shè)有由內(nèi)井壁構(gòu)成的內(nèi)井，所述內(nèi)井緊貼外井的一角設(shè)置，所述內(nèi)井與外井共用兩面井壁、蓋板和井底，所述內(nèi)井壁的邊長小于外井壁的邊長；所述進(jìn)水管垂直穿過內(nèi)井壁、外井壁與市政雨水管相連；所述出水管垂直穿過內(nèi)井壁與河湖相通；所述截流管垂直穿過內(nèi)井壁與市政污水管或污水蓄水池相通；所述內(nèi)井的中部豎向位置設(shè)有電動(dòng)翻板，所述進(jìn)水管、出水管設(shè)置在所述電動(dòng)翻板的上方，所述截流管設(shè)置在所述電動(dòng)翻板的下方，所述進(jìn)水管的末端底部設(shè)有導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽與進(jìn)水管相通；所述電動(dòng)翻板設(shè)水平和豎直兩種可調(diào)節(jié)狀態(tài)，當(dāng)電動(dòng)翻板處于水平狀態(tài)時(shí)正好封堵住內(nèi)井的橫斷面，當(dāng)電動(dòng)翻板處于豎直狀態(tài)時(shí)正好封堵住出水管的入口；所述導(dǎo)流槽外側(cè)壁上設(shè)有流速傳感器，所述流速傳感器監(jiān)測所述導(dǎo)流槽中水流的流速；所述內(nèi)井與外井的夾層空間中設(shè)有水泵、光感檢測器和控制器；所述導(dǎo)流槽、水泵、光感檢測器和進(jìn)水管之間設(shè)有連通管，所述連通管與水泵進(jìn)口相連的一端插入導(dǎo)流槽中，另一端插入進(jìn)水管中；信號(hào)線將所述光感檢測器、流速傳感器與控制器相連；電源線將控制器與外部電源相連，并將所述光感檢測器、電動(dòng)翻板、水泵與控制器相連。

所述外井與內(nèi)井的橫截面均為矩形，蓋板為矩形平板。

所述電動(dòng)翻板由電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、2個(gè)軸承、止水套、面板組成；面板為矩形平板，面板一邊固定在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸每端套入1個(gè)軸承，其中一端還套入止水套，末端與電機(jī)的軸固定，電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸、面板在軸承和止水套內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)軸緊貼出水管一側(cè)的內(nèi)井壁內(nèi)側(cè)水平放置，兩端軸承、止水套嵌入內(nèi)井壁中，止水套允許轉(zhuǎn)軸在其中轉(zhuǎn)動(dòng)，但阻止內(nèi)井中的水從止水套與轉(zhuǎn)軸之間的縫隙流入外井；電機(jī)固定在內(nèi)井壁的外側(cè)，具有水平和豎直兩個(gè)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，水平狀態(tài)時(shí)面板水平，面板封堵內(nèi)井橫斷面，豎直狀態(tài)時(shí)面板向上旋轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，面板封堵出水管入口。

所述水泵、光感檢測器和控制器均固定在內(nèi)井壁的外側(cè)。

所述導(dǎo)流槽為矩形槽，位于內(nèi)外井夾層空間中的進(jìn)水管末端底部，且與進(jìn)水管相通。

所述光感檢測器由透光室、激光源和光電池組成。

所述透光室為一長方體透明小室，兩端設(shè)有進(jìn)口和出口，進(jìn)口通過連通管與水泵相連，出口通過連通管與進(jìn)水管相連。

所述激光源為半導(dǎo)體激光燈，通過電源線與控制器相連，光電池為硅光電池，通過信號(hào)線與控制器相連；激光源、光電池分別安裝于透光室相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面，且激光源正對(duì)光電池，光電池能檢測從激光源照射過來的光強(qiáng)度，并產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)強(qiáng)度與光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)。

所述控制器是plc自控模塊，內(nèi)部記錄了應(yīng)該截流的高濃度徑流雨水對(duì)應(yīng)的透射光強(qiáng)度及其電信號(hào)強(qiáng)度閾值，控制器能實(shí)時(shí)記錄流速傳感器測得的流速、光電池的電信號(hào)強(qiáng)度，控制器內(nèi)部嵌入邏輯運(yùn)算程序，能根據(jù)流速大小作出判斷，實(shí)施切斷或接通激光源、水泵、電機(jī)電源的操作，能根據(jù)電信號(hào)強(qiáng)度大小指令電機(jī)旋轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)或豎直狀態(tài)。

一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置的使用方法，其特征在于，使用方法如下：

(1)實(shí)測不同水質(zhì)的徑流雨水流過透光室時(shí)光電池監(jiān)測到的電信號(hào)強(qiáng)度，建立水質(zhì)與電信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系，設(shè)定截流的臨界水質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度，并輸入控制器；

(2)控制器實(shí)時(shí)采集流速傳感器流速信號(hào)；

(3)當(dāng)控制器采集到的流速傳感器測得的導(dǎo)流槽中水流速度大于零時(shí)，自動(dòng)接通電機(jī)、水泵和激光源的電源；當(dāng)控制器采集到的流速傳感器測得的導(dǎo)流槽中水流速度等于零時(shí)，關(guān)閉電機(jī)、水泵和激光源的電源；

(4)控制器實(shí)時(shí)采集光電池的電信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)電信號(hào)強(qiáng)度小于等于設(shè)定的臨界水質(zhì)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，指令電機(jī)旋轉(zhuǎn)到豎直狀態(tài)，徑流雨水進(jìn)入截流管；

(5)當(dāng)控制器采集到的光電池電信號(hào)強(qiáng)度大于設(shè)定的臨界水質(zhì)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，指令電機(jī)旋轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)，徑流雨水進(jìn)入出水管。

本發(fā)明的有益之處：本發(fā)明提出的一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置和使用方法，裝置結(jié)構(gòu)新穎，方法原理清晰、操作簡單，結(jié)合光電感應(yīng)技術(shù)，采用電動(dòng)翻板，配合自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了徑流雨水的分質(zhì)截流。

具體有益效果如下：

(1)利用徑流雨水中污染物濃度與透光性的關(guān)系，通過光電轉(zhuǎn)換，將透射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以此控制徑流雨水的截流與棄流，克服了常規(guī)攔截技術(shù)不能與水質(zhì)直接掛鉤，不能準(zhǔn)確截流的缺點(diǎn)；

(2)采用光電池實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，該設(shè)備具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，保證了分質(zhì)截流的準(zhǔn)確性，有效控制入河的徑流污染；

(3)一體化的截流設(shè)備配備電動(dòng)翻板與具有自檢、自啟閉功能的控制系統(tǒng)，大大降低誤操作的發(fā)生率，運(yùn)行管理方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明裝置截流狀態(tài)結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖3為本發(fā)明裝置棄流狀態(tài)結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖4為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖5為本發(fā)明裝置電動(dòng)翻板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明裝置光感檢測器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：外井1、內(nèi)井2、進(jìn)水管3、出水管4、截流管5、電動(dòng)翻板6、電機(jī)7、水泵8、光感檢測器9、控制器10、電源線11、信號(hào)線12、地面13、蓋板14、井底15、外井壁16、內(nèi)井壁17、流速傳感器18、導(dǎo)流槽19、轉(zhuǎn)軸20、軸承21、止水套22、面板23、側(cè)齒坎24、透光室25、激光源26、光電池27、連通管28、前齒坎29。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1-6所示，一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置，包括外井1、內(nèi)井2、進(jìn)水管3、出水管4、截流管5、電動(dòng)翻板6、水泵8、光感檢測器9、控制器10、電源線11、信號(hào)線12、流速傳感器18、導(dǎo)流槽19、連通管28。外井1置于地面13以下，由井底15、外井壁16、蓋板14組成，橫斷面為矩形。井底15采用混凝土澆筑成水平面，外井壁16采用砂漿、磚砌筑成直立墻壁。蓋板14為一矩形平板，采用混凝土、金屬、塑料等材料制作。內(nèi)井2橫斷面為矩形，緊貼外井1一角設(shè)置，與外井1共用兩面井壁、蓋板14和井底15，內(nèi)井壁17邊長小于外井壁邊長。進(jìn)水管3垂直穿過內(nèi)井壁17、外井壁16，與市政雨水管相連；出水管4垂直穿過內(nèi)井壁17，與河湖相通；截流管5垂直穿過內(nèi)井壁17，與市政污水管或污水蓄水池相通。電動(dòng)翻板6設(shè)置于內(nèi)井2豎向中部位置，有水平和豎直兩種可調(diào)的狀態(tài)：水平狀態(tài)時(shí)電動(dòng)翻板6正好封堵住內(nèi)井2橫斷面，進(jìn)水管3、出水管4位于電動(dòng)翻板6的上方，截流管5位于電動(dòng)翻板的下方；豎直狀態(tài)時(shí)電動(dòng)翻板6正好封堵住出水管4入口。導(dǎo)流槽19位于進(jìn)水管3末端底部，與進(jìn)水管3相通。流速傳感器18安裝在導(dǎo)流槽19外側(cè)壁上，流速傳感器18采用超聲波流速儀，能監(jiān)測到導(dǎo)流槽19中水流的流速。水泵8、光感檢測器9、控制器10置于內(nèi)井2與外井1的夾層空間中，固定在內(nèi)井壁17的外側(cè)。連通管28進(jìn)口插入導(dǎo)流槽19中，依次連接水泵8、光感檢測器9，出口插入進(jìn)水管3中。信號(hào)線12將光感檢測器9、流速傳感器18與控制器10相連。電源線11將控制器10與外部電源相連，并將光感檢測器9、電動(dòng)翻板6、水泵8與控制器10相連。

如圖1-6所示，一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置，電動(dòng)翻板6由電機(jī)7、轉(zhuǎn)軸20、2個(gè)軸承21、止水套22、面板23組成。電機(jī)7為電動(dòng)執(zhí)行器，轉(zhuǎn)軸20為實(shí)心不銹鋼棒，軸承21為滾動(dòng)軸承，止水套22為防水套管，面板23為矩形不銹鋼板。面板23一邊焊接固定在轉(zhuǎn)軸20上，轉(zhuǎn)軸20每端套入1個(gè)軸承21，連接電機(jī)7的一端還套入止水套22，末端與電機(jī)7的軸固定。電機(jī)7可帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸20、面板23在軸承21和止水套22內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)軸20緊貼出水管4一側(cè)的內(nèi)井壁17內(nèi)側(cè)水平放置，兩端軸承21、止水套22嵌入內(nèi)井壁17中，止水套22允許轉(zhuǎn)軸20在其中轉(zhuǎn)動(dòng)，但能阻止內(nèi)井2中的水從止水套22與轉(zhuǎn)軸20之間的縫隙流入外井1。電機(jī)7固定在內(nèi)井壁17的外側(cè)，具有水平和豎直兩個(gè)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，水平狀態(tài)時(shí)面板23水平，面板23封堵內(nèi)井2橫斷面，豎直狀態(tài)時(shí)面板23向上旋轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，面板23封堵出水管4入口。除出水管4所在的內(nèi)井壁17以外，其余三面井壁的內(nèi)側(cè)水平伸出3個(gè)小平臺(tái)，分別為前齒坎29與2條側(cè)齒坎24。前齒坎29位于與轉(zhuǎn)軸20相對(duì)的一側(cè)的內(nèi)井壁17上，側(cè)齒坎24位于其余兩面內(nèi)井壁17上，當(dāng)面板23呈水平時(shí)，剛好放置在3條齒坎上。

如圖1-6所示，一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置，導(dǎo)流槽19為矩形槽，位于內(nèi)外井夾層空間中的進(jìn)水管3末端底部，且與進(jìn)水管3相通。光感檢測器9由透光室25、激光源26、光電池27組成。透光室25為一長方體透明小室，用有機(jī)玻璃等透明材料制成，兩端設(shè)有進(jìn)口和出口，進(jìn)口通過連通管28與水泵8相連，出口通過連通管28與進(jìn)水管3相連。激光源26為半導(dǎo)體激光燈，光電池27為硅光電池。水泵8為小型蠕動(dòng)泵，連通管28為橡膠軟管。激光源26、光電池27分別安裝于透光室25相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面，且激光源26正對(duì)光電池27，光電池27能檢測從激光源26照射過來的光強(qiáng)度，并產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)強(qiáng)度與光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)，激光源26通過電源線11與控制器10相連，光電池27通過信號(hào)線12與控制器10相連。

如圖1-6所示，一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置，控制器10是plc自控模塊，內(nèi)部記錄了應(yīng)該截流的高濃度徑流雨水對(duì)應(yīng)的透射光強(qiáng)度及其電信號(hào)強(qiáng)度閾值，控制器能實(shí)時(shí)記錄流速傳感器18測得的流速、光電池的電信號(hào)強(qiáng)度，控制器10內(nèi)部嵌入邏輯運(yùn)算程序，能根據(jù)流速大小作出判斷，實(shí)施切斷或接通激光源26、水泵8、電機(jī)7電源的操作，能根據(jù)電信號(hào)強(qiáng)度大小指令電機(jī)7旋轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)或豎直狀態(tài)。

如圖1-6所示，一種基于光感技術(shù)的徑流雨水分質(zhì)截流裝置的使用方法如下：

(1)實(shí)測不同水質(zhì)的徑流雨水流過透光室25時(shí)光電池27監(jiān)測到的電信號(hào)強(qiáng)度，建立水質(zhì)與光電池27的電信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系，設(shè)定截流的臨界水質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度，并輸入控制器10；

(2)控制器10實(shí)時(shí)采集流速傳感器18的流速信號(hào)；

(3)當(dāng)控制器10采集到的流速傳感器18測得的導(dǎo)流槽19中水流速度大于零時(shí)，接通電機(jī)7、水泵8和激光源26的電源；當(dāng)控制器10采集到的流速傳感器18測得的導(dǎo)流槽19中水流速度等于零時(shí)，關(guān)閉電機(jī)7、水泵8和激光源26的電源；

(4)控制器實(shí)時(shí)采集光電池27的電信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)電信號(hào)強(qiáng)度小于等于設(shè)定的臨界水質(zhì)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，指令電機(jī)7旋轉(zhuǎn)到豎直狀態(tài)，徑流雨水進(jìn)入截流管5；

(5)當(dāng)控制器10采集到的光電池27的電信號(hào)強(qiáng)度大于設(shè)定的臨界水質(zhì)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，指令電機(jī)7旋轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)，徑流雨水進(jìn)入出水管4。