地下蓄水池卫生防护与节水技术

贺占民,郭焕晓,马敏杰,杨丙峰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司机械环境工程设计处,天津 300251)

1 概述

我国铁路车站蓄水池大部分设为地下式，特别是在北方地区冬季寒冷，蓄水池为了保温,通常设置为地下式。

蓄水池配管设置,一般有进水管、出水管、溢流管和通气管等管道。溢流水排放,一般设置水封井或隔离井后,排入附近排水管道。水封井或隔离井设置不当或管道下游出现排水不畅、甚至阻塞时,雨水、污水就可能回流到水封井,甚至进入蓄水池引起水质污染。蓄水池进水控制,通常采用浮球阀水位控制；进水失控也时有发生,并不易被发现,常常导致大量水资源流失。

目前,对于地下蓄水池的卫生防护,大部分采用水封防护和排水管道设置隔离井措施防倒流。蓄水池进水失控防护,主要依靠工人日常检查发现管理。

蓄水池的卫生防护,主要问题就是溢流的问题。借鉴国内外一些成熟防护技术,进行技术移植、创新,研发出“阻异味、防倒流、事故溢流自动报警和控制”的技术；经进一步研究,开发出《阻气味防倒流水力自控装置》产品。将该产品设置于蓄水池的溢流井内溢流管道上,解决了蓄水池溢水的卫生安全防护问题、在蓄水池出现事故溢流时,自动报警并自动关闭进水阀,减少了水资源流失。

2 地下蓄水池卫生防护现状

2.1 地下蓄水池溢流排水的形式

(1)蓄水池溢流井排水

蓄水池设置溢流井排水流程示意如图1所示。

图1 蓄水池设置溢流井排水流程示意

蓄水池国标图集修订,对卫生防护提出了很高要求：蓄水池溢流喇叭口溢流边缘高出设计地面500 mm时,溢流井出水重力流入室外排水检查井。否则,溢流井需改为隔离井,设置排污泵排出。

(2)地下蓄水池隔离井排水

地下蓄水池溢流排水不能满足国标图集设置高度要求时,设置隔离水泵井,将溢水提升排出。如图2所示。

图2 蓄水池设置隔离井排水流程示意

2.2 存在问题

(1)新建地下蓄水池存在的卫生问题

新建地下蓄水池按照图集要求,对于水池溢水,采用了溢流井或者隔离井防护措施。但是,溢流井或者隔离井内长期积水,井底会产生地下气味和微生物；井内地下气味、微生物可能会通过溢流管污染蓄水池,还存在卫生防护的问题。

(2)既有地下蓄水池存在的卫生问题

既有地下蓄水池,排水溢流,一般采用溢流水封井的防护措施。这种防护措施,既存在溢流井或者隔离井产生的气味、微生物的防护问题；在排水管道排水不畅时,还存在污水倒流,污染蓄水池的潜在卫生问题。

对于蓄水池的卫生防护技术实例,国内外也有一些文献和报道。但是,对于地下蓄水池的卫生防护,大部分还是采用隔离井的防护措施；对于地下气味、微生物,也只是采用水封的防护措施；起水封作用的水一旦蒸发,水封就失去了作用。

目前防护技术功能单一,不能有效地对地下蓄水池进行全方位的安全防护。

3 地下蓄水池卫生防护技术

地下蓄水池溢流的卫生问题,主要发生在蓄水池的溢流水管道上。研究在溢流管上设置防污水倒流、阻地下气味、微生物等进入,又能够使溢流水顺利排出的技术,是当务之急。

3.1 重力单向门与溢流竖管水封的双重水封技术

蓄水池溢流管的阻异味,一般只是在溢流竖管上设置水封罩。但是,水封罩内无水时,水封就失去了作用。本次研究在水平溢流管上,设置单向门阻地下气味、微生物进入的防护,如图3所示。

图3 蓄水池水平溢流管道卫生防护示意

一般单向门设置,只是为防止水倒流。本次研究利用水力学、重力学原理,在蓄水池的水平溢流管道上设置单向门,对正常溢流水力挤开单向门和流动规律进行分析、创新。在一般单向门的基础上,研究出重力配置的重力单向门：设置一个在水平溢流管顶以上至蓄水池溢流喇叭口边缘以下的水压,当水压降低到水平溢流管顶时,单向门就关闭的重力；即在重力单向门的打开与关闭期间,水平溢流管道内始终充满水,形成一道水封,阻止地下气味、微生物进入蓄水池。

另外,在溢流竖管上设置水封罩,如图4所示。溢流竖管与上部水平溢流管的重力单向门形成一个密闭空间,防止了水封罩内水的蒸发；形成双重水封,保证了蓄水池的水质卫生安全。

图4 重力单向门与溢流竖管的双重水封示意

3.2 倒流水浮力阻塞体自动防倒流和自动报警技术

溢流管道设置“双重水封”,虽然解决了阻止地下气味、微生物进入蓄水池的问题；但是,对于蓄水池溢流的防倒流还存在潜在的危险。

本次研究,利用溢流井内的倒流水位升高产生的浮力,推动浮力阻塞体自动阻塞溢流管出口并进行自动报警的防护技术,防止污水倒流进入溢流管口。如图5所示。

图5 浮力阻塞体自动防倒流示意

4 事故溢流水力自动报警和自控节水技术

蓄水池进水浮球阀频繁开闭,易出现进水失控事故,引起大量水资源流失。

为防止事故溢水不容易发现,本次研究在上述溢流竖管的水封罩上,加设联动装置；在蓄水池进水管道上设置电动阀控制的技术。正常溢水,水封罩不发生移动。当事故溢流发生时,大量溢流水水力推动水封罩向上移动,触发联动装置自动报警并接通电动阀电源,关闭进水电动阀,阻止了水资源的流失。

5 地下蓄水池的卫生安全防护与节水技术

以上蓄水池溢流管的“阻异味、防倒流、事故溢流自动报警和控制”的技术,可有效地对地下蓄水池溢水进行卫生防护和减少水资源的流失。

对以上技术的进一步研究,开发出了“阻气味防倒流水力自控的集成技术”及一体化产品,即《阻异味防倒流水力自控装置》；如图6所示。

图6 《阻异味防倒流水力自控装置》的剖面示意

5.1 阻异味防倒流水力自控装置的工作流程

(1)正常条件下蓄水池溢水流程

如图6所示，正常条件下,装置内浮力体由于重力作用处于悬吊状态,离开短管与其上密封环,装置呈现开启状态。蓄水池溢水通过溢流管进入装置的水平溢流管,挤开重力单向门,流入装置内环形槽(由环板、短管、装置外罩组成),当水位升高,水流通过短管与钟型罩的环形空间上升,水位超过短管的顶面后,水流穿过十字架、流出短管并经过浮力体表面,再穿过装置的防护格网,流入溢流井内排出。

(2)阻气味、防微生物流程

装置水平溢流管另一端口上的重力单向门,在其重力作用下与溢流管的出口密贴密封,形成一道阻气味、防微生物的屏障；装置内环形槽(由环板、短管、装置外罩组成)有水(装置安装时,人为放置一定水量)情况下,组成了一个密闭的空间,形成二道屏障。由于有重力单向门的内密闭功能,环形槽内的水很难蒸发,故其水封首先阻止了地下气味、微生物进入；即使其水封无水,重力单向门的单向密闭功能也再次予以阻挡,保证了蓄水池水质的卫生安全。

(3)防倒流流程

溢流井水位升高,升高水位通过装置的防护格网进入装置内,升高水位托起装置底部的浮力体及活动连接杆并触发报警装置,接通回流水报警；溢流井水位继续升高,浮力体与活动连接杆也升高,浮力体顶面与密封环密贴,并受到挤压阻塞溢流立管管口。在回流水位未到短管的高度之前,短管管口就已经密闭；水位继续上升,密封环压力也增加,密封性能进一步加强。溢流井水位降低,浮力体与密封环挤压力降低；水位进一步降低,溢流管口阻塞自动解除。

(4)事故溢流自动报警和控制流程

蓄水池进水浮球阀失灵,大量溢流水进入装置水平溢流管,挤开端口上的重力单向门落入环形槽,大量溢流水通过短管与钟型罩的环形空间上升,并推动钟型罩与连接杆上升到一定位置,触发报警装置,接通报警及进水电动阀电路,系统自动报警并关闭进水电动阀,减少了水资源流失。

5.2 《阻异味防倒流水力自控装置》实体

《阻气味防倒流水力自控装置》经多次试验及改进,达到预期的研究效果,实体装置如图7、图8所示。

图7 阻气味防倒流水力自控装置实体图片

图8 阻气味防倒流水力自控装置检测图片

6 地下蓄水池的卫生安全防护与节水技术的应用

地下蓄水池的卫生安全防护与节水技术的应用,也即阻异味防倒流水力自控装置的应用。如图9所示。

图9 阻异味防倒流水力自控装置安装示意

阻异味防倒流水力自控装置设置在蓄水池的溢流井内,其水平溢流管与蓄水池的溢流管必须紧密连接不漏水；装置的底部与溢流井底保持0.2 m以上距离即可。装置顶部报警装置内有2组控制接点,控制电缆分别与供水泵控制柜的报警器：回流水报警,事故溢流报警以及蓄水池进水管电动阀控制连接(蓄水池进水管道上设置的电动阀为常开状态)。

7 结语

本次研究地下蓄水池溢水的卫生安全防护与节水技术,应用于新建和既有蓄水池的改造工程中,可对蓄水池溢流的卫生安全进行防护、对事故溢流可减少水资源流失。阻异味防倒流水力自控装置应用在地下蓄水池的排水溢流井内,对于蓄水池溢水的卫生安全进行自动防护并自动报警,可有效地起到安全防护和节水的作用。

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