CN110412220A - 一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法与*** - Google Patents
一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法与*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于生态环境保护领域，具体涉及一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法与***。本发明提出一种精准、实时、快速的方法和***来定位排水管道中高有机含量通沟底泥，采用实时在线监测的碳气体浓度反向演算得出管道通沟底泥中有机物含量，利用管道通沟底泥实控分析管理***对建成区排水***中高有机含量通沟底泥的精准定位，便于排水管道中高有机含量通沟底泥的精准清掏，有效地节约人工和清掏经济成本，有效降低对水环境的污染。
Description
技术领域
本发明属于生态环境保护领域，具体涉及一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法与***。
背景技术
根据《水污染防治行动计划》和各省的实施方案，我国全面开展碧水攻坚战，计划于2017年全面消除黑臭、2020年基本消除劣V类。随着各省市治水计划的推进，黑臭水体易出现反复、劣V类水体水质提升困难等问题突显，已成为现阶段河道污染治理的瓶颈和难点。究其原因，主要是由于大量泵站放江污染导致河道水体水质恶化，具体表现为引发恶臭、DO急剧降低、SS/COD/氨氮/TP浓度上升，在7-9月份还会在泵站放江口河段引起河泛，从而使诸多河道前期治理成效毁于一旦。由此，削减泵站放江污染在我国水污染防治过程中就尤显重要和迫切。
以上海市为例，其中心城区已建成260多个排水***，70%是分流制排水***，从水量上看，有近几千万m3的污水在管网输送过程中排入河道；从污染物量上看，中心城区产生的污水中有近7～27%的污染物量虽然被排水管网收集了，但并未送至城市污水厂处理而被直接排入河道，泵站雨天放江是其主要排河形式。由于防汛安全需要及上海目前的排水***现状及其规划能力，通过控制泵站雨天放江量来有效削减泵站放江污染物量在现阶段是困难的，结合泵站雨天放江污染中有60-80%的污染物量来自于沉积在管网内通沟底泥的特性，提出符合当前形势的“泵站放江水量降不了但可以降浓度”的控污新思路，以便实现泵站雨天放江的污染物总量。
现阶段我国各省市对通沟底泥的清掏都只是按年度计划实施，其主要目的也只是维持下水管道不堵塞，而并不考虑环境因素（也就是说通沟底泥虽然没有堵塞管道，但其有机物积累到一定量时也必须清掏）。因此，为有效削减泵站放江污染，需对通沟底泥清掏实施精准化、环境效益化，而这些前提都需对高有机含量通沟底泥进行精准定位。
目前针对通沟底泥主要集中在淘洗分离、处理处置等方面，如通沟污泥淘洗分离及污水处理回用方法（CN105417904A），设计了一种通沟污泥淘洗分离及污水处理回用装置；一种通沟污泥淘洗分离机搅拌装置（CN204198566U），改进设计了通沟污泥淘洗分离机搅拌装置；旋流式通沟污泥淘洗分离装置及其污泥淘洗预处理方法（CN201110027514）提出了一种通沟污泥分离和淘洗方法；城市通沟污泥的处理方法（CN200610117322）提出一种城市通沟污泥的资源化利用处理方法；通沟污泥处理方法（CN108409073A）提出了一种通沟污泥的妥善处理及后续产物有效利用的方法。
由此可见，目前针对通沟底泥已有的方法和***都未涉及如何精准定位，导致无法明晰地下黑暗管道中通沟底泥的污染物含量和以保护环境为目的的通沟底泥精准清掏。针对上述问题，本发明提出一种精准定位建成区排水管道中高有机含量通沟底泥的方法，设计了信息化、智能化定位实控***以有效地节约人工和清掏经济成本，这对推进我国河道水体污染治理、水质提升等方面具有明显的社会和环境效益，同时亦具有十分显著的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于针对目前建成区排水管道内通沟底泥不能被有效输送到污水厂处理而最终排入河道导致水环境污染严重的现状，提供一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法与***。
本发明提出的一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法，主要是指通过实时监测建成区下水排水管道中碳气体浓度来反向演算管道中通沟底泥内的有机物含量来实现精准定位，具体步骤如下：
（１）建立区域内不同下垫面排水***中，不同管径内窨井盖下空间内碳气体浓度与通沟底泥中有机物含量的响应关系；
（２）在步骤（１）的基础上，以基本全面反映全排水***管道通沟底泥状况且经济为目标，对区域内各排水***的碳气体监测进行优化布点；
（３）在步骤（２）得到的监测点位窨井空间内，按高度要求布设碳气体监测装置1，无线传输装置7实时监测的碳气体浓度数据通过互联网2实时传输至管道通沟底泥实控分析管理***3；
（４）步骤（3）中管道通沟底泥实控分析管理***3根据一定时间段内连续接收的碳气体浓度数据，评估明晰需进行通沟底泥清掏的排水管道起始位置及通沟底泥中的有机物含量。
本发明中，所述建成区域包括城市、城镇和集中居住区，区域内不同下垫面包括居民区、商业区、道路、绿地等，排水***包含分流制和合流制，排水管道包含雨水管道和污水管道。
本发明中，所述碳气体浓度可以用CH4和CO2中的任意一种或两种组合定量描述。
本发明提出的一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的***，由碳气体监测装置、管道通沟底泥实控分析管理***和互联网组成，以街道或道路为计算单元，一般300～1000m道路长度为一单元，一单元内设置一个碳气体监测装置1，碳气体监测装置设置在单元范围内的窨井处，具体布设位置需考虑排水管道管径、管道流速流向、下垫面条件和窨井周边条件综合考虑；碳气体监测装置1由碳气体监测探头4、探头保护网5、供电装置6和无线传输装置7组成， 碳气体监测探头4外套有探头保护网5，供电装置6分别连接碳气体监测探头4和无线传输装置7，碳气体监测探头4的输出端连接无线传输装置7的输入端，碳气体监测探头4，无线传输装置7连接互联网2，向互联网2发送窨井内气体监测探头4的监测数据；管道通沟底泥实控分析管理***3包括服务器8、显示器9和软件平台***，服务器8连接显示器9，软件平台***装于服务器8上，软件平台***包括前置数据库10、数据抽取分析模块11、后置数据库12、通沟底泥分析评估模型库13、实时监控模块14、事件配置模块15、统计分析模块16、底泥评估模块17、站点管理模块18、人员管理模块19和分析管理平台20，分析管理平台由实时监控模块14、事件配置模块15、统计分析模块16、底泥评估模块17、站点管理模块18和人员管理模块19组成，前置数据库10的输出端连接数据抽取分析模块11的输入端，数据抽取分析模块11的输出端连接后置数据库12的输入端，后置数据库12的输出端连接通沟底泥分析评估模型库13的输入端，通沟底泥分析评估模型库13的输出端连接分析管理平台20的输入端；互联网2将监测数据通过无线传输装置7传输到服务器8中的前置数据库10，数据抽取分析模块11对前置数据库10中的气体监测数据进行抽取分析后储存至后置数据库12，通过通沟底泥分析评估模型库13中的模型对后置数据库12中的数据进行模拟计算评估，结果输送至分析管理平台20。
本发明中，通沟底泥分析评估模型库13包括分析评估数据和碳气体数据。
本发明中，碳气体监测探头4包括CH4在线监测探头或CO2在线监测探头中的任意一种或两种组合。
本发明中，探头保护网5可根据气体监测探头4尺寸或碳气体监测装置1尺寸制作，可采用仅保护监测探头或对整个碳气体监测装置全保护的方式，材料一般为网状硬质金属或硬质塑料，可以是不锈钢、铁、铜、PVC或UPVC中的一种或几种组合。
本发明中，供电装置6可以是低功耗电池、电瓶或交流电源中任一种，根据窨井所处位置适当选择其中一种或几种组合，需进行防腐蚀、防爆处理。
本发明中，无线传输装置7主要指数据传输模块，具体为无限传感器，需能和3G/4G/5G网络连接，主要是向3G/4G/5G传输网络发送窨井内气体监测探头4的监测数据，需进行防腐蚀、防爆处理。
本发明中，互联网2可采用3G、4G或5G等网络。
本发明的有益效果如下：（1）采用碳气体浓度反映通沟底泥中有机物含量，能实时在线、简单快速的反向演算得出管道通沟底泥中有机物含量；（2）采用管道通沟底泥实控分析管理***，能对地下排水***黑暗环境作精准监控，以确保管道运行安全和降低对水体的污染，且***人机界面友好，；（3）该***实现了建成区排水***中高有机含量通沟底泥的精准定位，便于排水管道中高有机含量通沟底泥的精准清掏，有效地节约人工和清掏经济成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为软件平台***的结构示意图。
图３为软件平台***的流程图。
图中标号：1为碳气体监测装置，2为互联网，3为管道通沟底泥实控分析管理***，4为碳气体监测探头，5为探头保护网，6为供电装置，7为无线传输装置，8为服务器，9为显示器，10为前置数据库，11为数据抽取分析模块，12为后置数据库，13为通沟底泥分析评估模型库，14为实时监控模块，15为事件配置模块，16为统计分析模块，17为底泥评估模块，18为站点管理模块，19为人员管理模块，20为分析管理平台。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例１：如图１所示，一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法使用的***包括碳气体监测装置1和管道通沟底泥实控分析管理***3，碳气体监测装置1和管道通沟底泥实控分析管理***3通过互联网2连接；碳气体监测装置1包含碳气体监测探头4、探头保护网5、供电装置6和无线传输装置7，管道通沟底泥实控分析管理***3硬件由服务器8和显示器9组成，碳气体监测的数据通过互联网向***平台的固定IP地址定时发送传输。
如图2所示，软件平台***装于服务器8上，软件平台***包括前置数据库10、数据抽取分析模块11、后置数据库12、通沟底泥分析评估模型库13、实时监控模块14、事件配置模块15、统计分析模块16、底泥评估模块17、站点管理模块18、人员管理模块19和分析管理平台20，分析管理平台由实时监控模块14、事件配置模块15、统计分析模块16、底泥评估模块17、站点管理模块18和人员管理模块19组成，前置数据库10的输出端连接数据抽取分析模块11的输入端，数据抽取分析模块11的输出端连接后置数据库12的输入端，后置数据库12的输出端连接通沟底泥分析评估模型库13的输入端，通沟底泥分析评估模型库13的输出端连接分析管理平台20的输入端；互联网2将监测数据通过无线传输装置7传输到服务器8中的前置数据库10，数据抽取分析模块11对前置数据库10中的气体监测数据进行抽取分析后储存至后置数据库12，通过通沟底泥分析评估模型库13中的模型对后置数据库12中的数据进行模拟计算评估，结果输送至分析管理平台20。
如图3所示，输送至分析管理平台20的气体分析修正数据，判定其修正率是否超过正常值，如是就报警并通知站点管理人员；气体分析修正数据按浓度判定是否超过预警值，如是即报警提示其可以清掏，无论报警与否数据都将结合历史数据进行统计分析，并按层级类别进行成果显示；根据气体分析修正数据分析管道通沟底泥中的有机物含量，判定其等级、累积趋势等，并按类别成果显示，以实现管道内通沟底泥的精准实施监控。
***平台固定IP地址接受到监测数据后，将其存储在服务器8中的前置数据库10，数据抽取分析模块11对前置数据库10中的气体监测数据进行抽取分析后储存至后置数据库12，通过通沟底泥分析评估模型库13中的模型对后置数据库12中的数据进行模拟计算评估，结果输送至分析管理平台20通沟各功能模块根据需要予以展示。
具体步骤如下：
某建成区合流制排水***约5.4km2，优化布设了210个CH4监测点位，在每个监测点位处、管道窨井盖下方50cm的竖壁上固定安装了CH4气体检测装置，装置具体包括一个CH4检测探头、一组低功耗电池、不锈钢CH4探头保护网、无线数据传输模块。CH4检测探头每12小时自动监测窨井内CH4浓度，并通过商用3G网络向管道通沟底泥实控分析管理***的固定IP地址定时发送传输监测数据，一年约产生153300个CH4监测数据，所有数据都先进***的前置数据库储存，再经由***中的数据抽取分析模块识别有效数据并储存进后置数据库中，210个点位监测的CH4浓度范围为5000～50000ppm，根据本区域通沟底泥分析评估模型进行分析计算出各管道通沟底泥中有机物含量范围为100～400mg/LCOD，根据区域受纳河道水环境容量及本排水***中CH4气体和通沟底泥中有机物含量间的响应关系，确定以CH4浓度为15000ppm作为通沟底泥清掏的基准限值，道通沟底泥实控分析管理***将根据实时动态的CH4浓度值与基准限值作比对，超出管段即判定需要进行通沟底泥清掏，从而实现高有机物含量通沟底泥的精准定位并清掏。
Claims (9)
1.一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法，其特征在于是指通过实时监测建成区下水排水管道中碳气体浓度来反向演算管道中通沟底泥内的有机物含量来实现精准定位，具体步骤如下：
（1）建立区域内不同下垫面排水***中，不同管径内窨井盖下空间内碳气体浓度与通沟底泥中有机物含量的响应关系；
（２）在步骤（1）的基础上，以基本全面反映全排水***管道通沟底泥状况且经济为目标，对区域内各排水***的碳气体监测进行优化布点；
（３）在步骤（２）得到的监测点位窨井空间内，按高度要求布设碳气体监测装置（1），无线传输装置（7）实时监测的碳气体浓度数据通过互联网（２）实时传输至管道通沟底泥实控分析管理***（3）；
（４）步骤（3）中管道通沟底泥实控分析管理***（3）根据一定时间段内连续接收的碳气体浓度数据，评估明晰需进行通沟底泥清掏的排水管道起始位置及通沟底泥中的有机物含量。
2.根据权利要求1所述的一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法，其特征在于所述建立区域包括城市、城镇和集中居住区，区域内不同下垫面包括居民区、商业区、道路、绿地等，排水***包含分流制和合流制，排水管道包含雨水管道和污水管道。
3.根据权利要求1所述的一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的方法，其特征在于所述碳气体浓度可以用CH4和CO2中的任意一种或两种组合定量描述。
4.一种如权利要求1所述的一种建成区排水管道高有机含量通沟底泥精准定位的***，其特征在于由碳气体监测装置、管道通沟底泥实控分析管理***和互联网组成，以街道或道路为计算单元，一般300～1000m道路长度为一单元，一单元内设置一个碳气体监测装置（1），碳气体监测装置设置在单元范围内的窨井处，具体布设位置需考虑排水管道管径、管道流速流向、下垫面条件和窨井周边条件综合考虑； 碳气体监测装置（1）由碳气体监测探头（4）、探头保护网（5）、供电装置（6）和无线传输装置（7）组成， 碳气体监测探头（4）外套有探头保护网（5），供电装置（6）分别连接碳气体监测探头（4）和无线传输装置（7），碳气体监测探头（4）的输出端连接无线传输装置（7）的输入端，碳气体监测探头（4），无线传输装置（7）连接互联网（2），向互联网（2）发送窨井内气体监测探头（4）的监测数据；管道通沟底泥实控分析管理***（3）包括服务器（8）、显示器（9）和软件平台***，服务器（8）连接显示器（9），软件平台***装于服务器（8）上，软件平台***包括前置数据库（10）、数据抽取分析模块（11）、后置数据库（12）、通沟底泥分析评估模型库（13）、实时监控模块（14）、事件配置模块（15）、统计分析模块（16）、底泥评估模块（17）、站点管理模块（18）、人员管理模块（19）和分析管理平台（20），分析管理平台由实时监控模块（14）、事件配置模块（15）、统计分析模块（16）、底泥评估模块（17）、站点管理模块（18）和人员管理模块（19）组成，前置数据库（10）的输出端连接数据抽取分析模块（11）的输入端，数据抽取分析模块（11）的输出端连接后置数据库（12）的输入端，后置数据库（12）的输出端连接通沟底泥分析评估模型库（13）的输入端，通沟底泥分析评估模型库（13）的输出端连接分析管理平台（20）的输入端；互联网（2）将监测数据通过无线传输装置（7）传输到服务器（8）中的前置数据库（10），数据抽取分析模块（11）对前置数据库（10）中的气体监测数据进行抽取分析后储存至后置数据库（12），通过通沟底泥分析评估模型库（13）中的模型对后置数据库（12）中的数据进行模拟计算评估，结果输送至分析管理平台（20）。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于碳气体监测探头（4）包括CH4在线监测探头或CO2在线监测探头中的任意一种或两种组合。
6.根据权利要求4所述的***，其特征在于碳探头保护网（5）根据气体监测探头（4）尺寸或碳气体监测装置（1）尺寸制作，采用仅保护监测探头或对整个碳气体监测装置全保护的方式，材料为网状硬质金属或硬质塑料，是不锈钢、铁、铜、PVC或UPVC中的一种或几种组合。
7.根据权利要求4所述的***，其特征在于碳供电装置（6）是低功耗电池、电瓶或交流电源中任一种，根据窨井所处位置适当选择其中一种或几种组合，需进行防腐蚀、防爆处理。
8.根据权利要求4所述的***，其特征在于碳无线传输装置（7）主要指数据传输模块，具体为无限传感器，需能和3G/4G/5G网络连接，主要是向3G/4G/5G传输网络发送窨井内气体监测探头（4）的监测数据，需进行防腐蚀、防爆处理。
9.根据权利要求4所述的***，其特征在于碳互联网（2）采用3G、4G或5G网络。
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