從20世紀90年代中期起,隨著人口增長及經濟發展需要,練江流域沿岸的工業和農業的企業數量逐漸增加,大量夾雜在居民區中的重污染企業長期偷排污水;且流域沿岸缺乏污水處理設施,均為合流制排水系統,將污水、廢水和雨水混合在同一個管渠內未經處理排除進入河流,導致流域水質惡化口。練江全流域呈現重污染態勢,干流和絕大多數支流水質劣于V類,劣V類監測斷面占比高達96%以上,主要污染因子為 COD、NH:-N和TP,耗氧有機物和氮磷營養物污染十分突出,是廣東省內污染最嚴重的河流。

在目前合流制和分流制并存的狀態下,對合流制排水進行截污納管是黑臭水體治理中廣泛采用的一種方法。截流井是整個截留系統的核心構筑物,但其控制工藝技術較為落后,致使信息傳遞時效性差,無法滿足截污納管的作用;通過遠程自控技術研究和應用實現截流井截流量的智能調度,建設合理的污水管網系統及科學高效控制調節系統,為提升排水能力及應急決策提供科學依據!。

工程概況

練江流域司馬浦污水處理廠及管網工程是練江

作者簡介:蒙緒權(1966-),男,碩士研究生,高級工程師,主要從事建筑工程管理工作。流域整治環保基礎設施項目15個子項目之一,該項目有1座2萬td污水處理廠和88.5 km廠外管網,管徑采用DN200~DN1 650;管網工程配套泵站2座(1座污水提升泵站,1座灌溉泵站)、截流井116座、明渠水閘+格柵井式截流井14座、末端截污格柵井4座(見圖1)。在EPC管理模式下,項目提出合流制截流井遠程自控技術,充分結合地理信息和物聯網技術，以及通過PLC 控制柜實現截流井水位、閘門啟閉和啟閉機等實時監控和遠程開關控制。

2 技術原理及創新性

2.1 技術原理

合流制截流井遠程自控由鋼筋混凝土結構截流井+閘門+啟閉機+PLC控制+遠程控制管理平臺等組成;截流井設置于雨水管網、合流排水管網系統中,將初期雨水、合流污水截流至污水管網,且將汛期超過截流能力的水排至水體的截流井3;由遠程數據終端采集傳感器超聲波液位儀及雨量計和啟閉機、閘門的開關量數據,通過網絡將數據自動傳輸至調度中心計算機,實現管網截流井設施運行狀況的實時監控,根據居民用水排放規律及污水處理廠處理能力,調整截流井閘門的啟閉規則,實現對截污設施精確截流、高效調節,保障雨污水的正常排放和污水廠的達標處理”,如圖2所示。自控系統包括由計算機監控系統，遠端監測系統、網絡傳輸系統、視頻監控系統等,如圖3所示。

2.2 技術創新性

通過建立數據采集和網絡架構系統,在監控端安裝超聲波液位計等傳感器,綜合應用地理信息技術物聯網技術和PLC控制技術等先進技術,實現了對截流井的遠程自動化控制,具有技術先進、穩定可靠、控制精度高、界面直觀,操作簡單、良好的開放性、擴展性等特點。

1)通過智能信息連通技術,將截流井納人排水管網管理平臺,實現截流井閘群設備在遠程控制下自動高效調節,自動排放。

(2)把可編程控制器、工業控制計算機結合起來,實現截流井群閘門的本地與遠程自動控制,以及按設計控制水位自動調節的功能,構建一個滿足污水管網系統功能要求的分布式閘門監控系統解決方案。

(3)通過研究系統運行狀態的參數,提高系統的實時監測、故障自診斷自修復功能和容錯能力,提高了系統長期正常、穩定運行的能力。

3 主要施工工藝

施工準備→截流井土建施工(圍堰、河道清淤、地基處理、井室結構)→閘門和啟閉機等設備安裝→PLC控制柜等電氣安裝→單座截流井調試→系統遠控聯動調試→驗收。3.1 截流井土建施工

(1)    圍堰和地基處理:截流井采用拉森鋼板樁圍堰止水,可以充當臨時擋土、擋水的圍護結構;采用PC-200型長臂挖掘機對截流井周邊河道進行清淤:對于不良地質(如淤泥層)通過打松木樁、拋石擠淤、鋪設砂石墊層等措施進行地基加固處理”,如圖4所示。

(2)截流井結構施工:平整場地→澆筑混凝土墊層→底板鋼筋和模板安裝→澆筑底板混凝土→井室側墻鋼筋和模板安裝、預埋→澆筑井室側墻混凝土→井室頂板模板鋼筋安裝埋→澆筑井室頂板混凝土;鋼筋統一加工場制作,現場安裝,保護層采用塑料墊塊:模板選用膠合板,模板支撐采用鋼管、木方和扣件加固;混凝土采用預拌混凝土,分層澆筑振搗密實,采取淋水養護,時間不低于7 d。如圖5所示。3.2 閘門和啟閉機等設備安裝與調試(1)埋件導軌等安裝:截流井結構施工時準確預埋門槽埋件位置,采取保護措施防止產生變形;導軌就位通過埋件安裝位置線進行定位,導軌各構件與結構鋼筋不接觸,所有支撐及加固采用獨立結構。

(2)閘門和啟閉機安裝:閘門門框采用焊接螺栓方式與預埋鋼板固定,通過調節連接螺栓使閘門側向及底部橡膠密封板接觸緊密,并在側板與土建留槽處用細石混凝土二次灌漿;單個啟閉機重約0.3t,采用2t汽車吊進行吊裝,將啟閉頭和機架連接,轉軸穿人啟閉機固定,同時控制啟閉機中心和閘門對稱中心必須在一條鉛垂線上。

(3)檢驗與調試:無水工況下,手動操作調節閘門的門體,其上下升降靈活,傳動螺桿嚙合良好,無卡阻等異常現象。手動操作門體上下應位置準確,上下限應與標識指示相符,閘門在關閉狀態下,門體二側及底部密封面應緊密接觸,密封良好。3.3 PLC控制柜等電氣安裝與檢測.

3.3.1 PLC電氣控制柜制作

PLC電氣控制柜由總開關、電源接口和切換開關、浪涌保護器、PLC控制器、千兆無線路由器、接觸器、繼電器、USP電源等元器件組成。PC即可編程邏輯控制器,是電氣設備自動化控制的核心”,執行對電氣設備的運行邏輯控制、時間控制、模擬控制等控制功能:USP是一種高質量、高可靠性的獨立電源,通過將市電交流電整流后儲存;繼電器作為指令中轉站通過指令信號達到預定動作效果,實現電氣設備自動化;接觸器一般是內部的吸合線圈來控制它的動作與否,而控制線圈又與各種類型的繼電器串接來操作:網絡傳輸采用千兆無線路由器,提高無線傳輸速率，增強了系統運行的安全性,保證遠程中央計算機的監控系統穩定可靠地運行:成套柜裝有專用接地銅排，與柜體連接成電氣通路,且應用等截面的銅排與配電、控制柜基礎接地干線扁鋼牢固連接,如圖6所示。3.3.2 控制柜安裝和功能檢測

在截流井平臺安裝PLC電氣控制柜,并接上電源;用手動對控制柜進行檢測,檢測所有電氣設備運行狀況:通電自動運檢測控制柜,應用CU35X 的操作菜單設好相應的排水量,然后將控制柜調至自動運行工作狀態,檢查所有電氣設備自動運行狀況。

截流井自動控制系統調試

4.1 單座截流井調試

(1)硬件基本測試:接地測試、線路檢測、電源測試、機柜排風扇檢查、機柜插卡、通電檢查、PLC硬件及通訊綜合檢查。

(2)控制過程調試:首先將閘門控制面板上的轉換開關打到手動控制狀態,進行現場手動開/關閥操作,檢查各項啟停控制、設備運行情況。將轉換開關打到遠控,檢查中控室閘門操作畫面是否顯示閘門處于遠控狀態。在中控室閘門操作畫面上進行閥門控制,檢查閘門開閥/關閥運行情況。將閘門的故障輸出信號線與公共線(無源信號)短接,檢查中控室閘門操作畫面閘門顯示狀態"。做設備調試運行記錄,整個閘門啟閉機完成遠程自動/手動控制調試。4.2 系統遠控聯動調試

針對自控系統分別進行PLC控制柜的電氣調試;受控設備的信號校驗;PLC控制柜與截流井設備系統通訊調試,PLC控制邏輯編程軟件組態調試;光纖以太網通訊聯網調試;中控室上位機監控操作軟件調試、數據服務器調試等。

待所有截流井系統部件調試完成以后,將截流井控制系統投入自動運行,密切觀察運行狀況,然后根據實際運行狀況修改相應的連鎖條件,并做好運行記錄直到截流井完成后,如圖7所示,自控穩定運行72 h。

5 結論

合流制截流井遠程自控技術充分結合地理信息和物聯網技術,以及通過PLC控制柜實現截流井水位、閘門啟閉和啟閉機等實時監控和遠程開關控制，截流井閘群設備在遠程控制下自動高效調節,自動排放”,改善晴天污水直排的現狀,保障雨污水的正常排放和污水廠的達標處理,有效地提升截污減排效益;該技術的截污管網設施設備運行管理高度自動化、監控系統完善化、規范化,提高了運營效率及效果,顯著降底內澇隱患,節省運營費用,保證了設備的穩定運行!。通過該技術運用使練江流域綜合環境整治取得階段性成效,大大改善生態環境;同時提升練江治污的生態效益、社會效益和經濟效益。