地下蓄水池衛(wèi)生防護與節(jié)水技術

賀占民,郭煥曉,馬敏杰,楊丙峰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司機械環(huán)境工程設計處,天津 300251)

1 概述

我國鐵路車站蓄水池大部分設為地下式，特別是在北方地區(qū)冬季寒冷，蓄水池為了保溫,通常設置為地下式。

蓄水池配管設置,一般有進水管、出水管、溢流管和通氣管等管道。溢流水排放,一般設置水封井或隔離井后,排入附近排水管道。水封井或隔離井設置不當或管道下游出現排水不暢、甚至阻塞時,雨水、污水就可能回流到水封井,甚至進入蓄水池引起水質污染。蓄水池進水控制,通常采用浮球閥水位控制；進水失控也時有發(fā)生,并不易被發(fā)現,常常導致大量水資源流失。

目前,對于地下蓄水池的衛(wèi)生防護,大部分采用水封防護和排水管道設置隔離井措施防倒流。蓄水池進水失控防護,主要依靠工人日常檢查發(fā)現管理。

蓄水池的衛(wèi)生防護,主要問題就是溢流的問題。借鑒國內外一些成熟防護技術,進行技術移植、創(chuàng)新,研發(fā)出“阻異味、防倒流、事故溢流自動報警和控制”的技術；經進一步研究,開發(fā)出《阻氣味防倒流水力自控裝置》產品。將該產品設置于蓄水池的溢流井內溢流管道上,解決了蓄水池溢水的衛(wèi)生安全防護問題、在蓄水池出現事故溢流時,自動報警并自動關閉進水閥,減少了水資源流失。

2 地下蓄水池衛(wèi)生防護現狀

2.1 地下蓄水池溢流排水的形式

(1)蓄水池溢流井排水

蓄水池設置溢流井排水流程示意如圖1所示。

圖1 蓄水池設置溢流井排水流程示意

蓄水池國標圖集修訂,對衛(wèi)生防護提出了很高要求：蓄水池溢流喇叭口溢流邊緣高出設計地面500 mm時,溢流井出水重力流入室外排水檢查井。否則,溢流井需改為隔離井,設置排污泵排出。

(2)地下蓄水池隔離井排水

地下蓄水池溢流排水不能滿足國標圖集設置高度要求時,設置隔離水泵井,將溢水提升排出。如圖2所示。

圖2 蓄水池設置隔離井排水流程示意

2.2 存在問題

(1)新建地下蓄水池存在的衛(wèi)生問題

新建地下蓄水池按照圖集要求,對于水池溢水,采用了溢流井或者隔離井防護措施。但是,溢流井或者隔離井內長期積水,井底會產生地下氣味和微生物；井內地下氣味、微生物可能會通過溢流管污染蓄水池,還存在衛(wèi)生防護的問題。

(2)既有地下蓄水池存在的衛(wèi)生問題

既有地下蓄水池,排水溢流,一般采用溢流水封井的防護措施。這種防護措施,既存在溢流井或者隔離井產生的氣味、微生物的防護問題；在排水管道排水不暢時,還存在污水倒流,污染蓄水池的潛在衛(wèi)生問題。

對于蓄水池的衛(wèi)生防護技術實例,國內外也有一些文獻和報道。但是,對于地下蓄水池的衛(wèi)生防護,大部分還是采用隔離井的防護措施；對于地下氣味、微生物,也只是采用水封的防護措施；起水封作用的水一旦蒸發(fā),水封就失去了作用。

目前防護技術功能單一,不能有效地對地下蓄水池進行全方位的安全防護。

3 地下蓄水池衛(wèi)生防護技術

地下蓄水池溢流的衛(wèi)生問題,主要發(fā)生在蓄水池的溢流水管道上。研究在溢流管上設置防污水倒流、阻地下氣味、微生物等進入,又能夠使溢流水順利排出的技術,是當務之急。

3.1 重力單向門與溢流豎管水封的雙重水封技術

蓄水池溢流管的阻異味,一般只是在溢流豎管上設置水封罩。但是,水封罩內無水時,水封就失去了作用。本次研究在水平溢流管上,設置單向門阻地下氣味、微生物進入的防護,如圖3所示。

圖3 蓄水池水平溢流管道衛(wèi)生防護示意

一般單向門設置,只是為防止水倒流。本次研究利用水力學、重力學原理,在蓄水池的水平溢流管道上設置單向門,對正常溢流水力擠開單向門和流動規(guī)律進行分析、創(chuàng)新。在一般單向門的基礎上,研究出重力配置的重力單向門：設置一個在水平溢流管頂以上至蓄水池溢流喇叭口邊緣以下的水壓,當水壓降低到水平溢流管頂時,單向門就關閉的重力；即在重力單向門的打開與關閉期間,水平溢流管道內始終充滿水,形成一道水封,阻止地下氣味、微生物進入蓄水池。

另外,在溢流豎管上設置水封罩,如圖4所示。溢流豎管與上部水平溢流管的重力單向門形成一個密閉空間,防止了水封罩內水的蒸發(fā)；形成雙重水封,保證了蓄水池的水質衛(wèi)生安全。

圖4 重力單向門與溢流豎管的雙重水封示意

3.2 倒流水浮力阻塞體自動防倒流和自動報警技術

溢流管道設置“雙重水封”,雖然解決了阻止地下氣味、微生物進入蓄水池的問題；但是,對于蓄水池溢流的防倒流還存在潛在的危險。

本次研究,利用溢流井內的倒流水位升高產生的浮力,推動浮力阻塞體自動阻塞溢流管出口并進行自動報警的防護技術,防止污水倒流進入溢流管口。如圖5所示。

圖5 浮力阻塞體自動防倒流示意

4 事故溢流水力自動報警和自控節(jié)水技術

蓄水池進水浮球閥頻繁開閉,易出現進水失控事故,引起大量水資源流失。

為防止事故溢水不容易發(fā)現,本次研究在上述溢流豎管的水封罩上,加設聯(lián)動裝置；在蓄水池進水管道上設置電動閥控制的技術。正常溢水,水封罩不發(fā)生移動。當事故溢流發(fā)生時,大量溢流水水力推動水封罩向上移動,觸發(fā)聯(lián)動裝置自動報警并接通電動閥電源,關閉進水電動閥,阻止了水資源的流失。

5 地下蓄水池的衛(wèi)生安全防護與節(jié)水技術

以上蓄水池溢流管的“阻異味、防倒流、事故溢流自動報警和控制”的技術,可有效地對地下蓄水池溢水進行衛(wèi)生防護和減少水資源的流失。

對以上技術的進一步研究,開發(fā)出了“阻氣味防倒流水力自控的集成技術”及一體化產品,即《阻異味防倒流水力自控裝置》；如圖6所示。

圖6 《阻異味防倒流水力自控裝置》的剖面示意

5.1 阻異味防倒流水力自控裝置的工作流程

(1)正常條件下蓄水池溢水流程

如圖6所示，正常條件下,裝置內浮力體由于重力作用處于懸吊狀態(tài),離開短管與其上密封環(huán),裝置呈現開啟狀態(tài)。蓄水池溢水通過溢流管進入裝置的水平溢流管,擠開重力單向門,流入裝置內環(huán)形槽(由環(huán)板、短管、裝置外罩組成),當水位升高,水流通過短管與鐘型罩的環(huán)形空間上升,水位超過短管的頂面后,水流穿過十字架、流出短管并經過浮力體表面,再穿過裝置的防護格網,流入溢流井內排出。

(2)阻氣味、防微生物流程

裝置水平溢流管另一端口上的重力單向門,在其重力作用下與溢流管的出口密貼密封,形成一道阻氣味、防微生物的屏障；裝置內環(huán)形槽(由環(huán)板、短管、裝置外罩組成)有水(裝置安裝時,人為放置一定水量)情況下,組成了一個密閉的空間,形成二道屏障。由于有重力單向門的內密閉功能,環(huán)形槽內的水很難蒸發(fā),故其水封首先阻止了地下氣味、微生物進入；即使其水封無水,重力單向門的單向密閉功能也再次予以阻擋,保證了蓄水池水質的衛(wèi)生安全。

(3)防倒流流程

溢流井水位升高,升高水位通過裝置的防護格網進入裝置內,升高水位托起裝置底部的浮力體及活動連接桿并觸發(fā)報警裝置,接通回流水報警；溢流井水位繼續(xù)升高,浮力體與活動連接桿也升高,浮力體頂面與密封環(huán)密貼,并受到擠壓阻塞溢流立管管口。在回流水位未到短管的高度之前,短管管口就已經密閉；水位繼續(xù)上升,密封環(huán)壓力也增加,密封性能進一步加強。溢流井水位降低,浮力體與密封環(huán)擠壓力降低；水位進一步降低,溢流管口阻塞自動解除。

(4)事故溢流自動報警和控制流程

蓄水池進水浮球閥失靈,大量溢流水進入裝置水平溢流管,擠開端口上的重力單向門落入環(huán)形槽,大量溢流水通過短管與鐘型罩的環(huán)形空間上升,并推動鐘型罩與連接桿上升到一定位置,觸發(fā)報警裝置,接通報警及進水電動閥電路,系統(tǒng)自動報警并關閉進水電動閥,減少了水資源流失。

5.2 《阻異味防倒流水力自控裝置》實體

《阻氣味防倒流水力自控裝置》經多次試驗及改進,達到預期的研究效果,實體裝置如圖7、圖8所示。

圖7 阻氣味防倒流水力自控裝置實體圖片

圖8 阻氣味防倒流水力自控裝置檢測圖片

6 地下蓄水池的衛(wèi)生安全防護與節(jié)水技術的應用

地下蓄水池的衛(wèi)生安全防護與節(jié)水技術的應用,也即阻異味防倒流水力自控裝置的應用。如圖9所示。

圖9 阻異味防倒流水力自控裝置安裝示意

阻異味防倒流水力自控裝置設置在蓄水池的溢流井內,其水平溢流管與蓄水池的溢流管必須緊密連接不漏水；裝置的底部與溢流井底保持0.2 m以上距離即可。裝置頂部報警裝置內有2組控制接點,控制電纜分別與供水泵控制柜的報警器：回流水報警,事故溢流報警以及蓄水池進水管電動閥控制連接(蓄水池進水管道上設置的電動閥為常開狀態(tài))。

7 結語

本次研究地下蓄水池溢水的衛(wèi)生安全防護與節(jié)水技術,應用于新建和既有蓄水池的改造工程中,可對蓄水池溢流的衛(wèi)生安全進行防護、對事故溢流可減少水資源流失。阻異味防倒流水力自控裝置應用在地下蓄水池的排水溢流井內,對于蓄水池溢水的衛(wèi)生安全進行自動防護并自動報警,可有效地起到安全防護和節(jié)水的作用。

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