賀占民,郭煥曉,馬敏杰,楊丙峰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司機(jī)械環(huán)境工程設(shè)計(jì)處,天津 300251)

1 概述

我國鐵路車站蓄水池大部分設(shè)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(shè)置為地下式。

蓄水池配管設(shè)置,一般有進(jìn)水管、出水管、溢流管和通氣管等管道。溢流水排放,一般設(shè)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(shè)置不當(dāng)或管道下游出現(xiàn)排水不暢、甚至阻塞時(shí),雨水、污水就可能回流到水封井,甚至進(jìn)入蓄水池引起水質(zhì)污染。蓄水池進(jìn)水控制,通常采用浮球閥水位控制；進(jìn)水失控也時(shí)有發(fā)生,并不易被發(fā)現(xiàn),常常導(dǎo)致大量水資源流失。

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

蓄水池的衛(wèi)生防護(hù),主要問題就是溢流的問題。借鑒國內(nèi)外一些成熟防護(hù)技術(shù),進(jìn)行技術(shù)移植、創(chuàng)新,研發(fā)出“阻異味、防倒流、事故溢流自動(dòng)報(bào)警和控制”的技術(shù)；經(jīng)進(jìn)一步研究,開發(fā)出《阻氣味防倒流水力自控裝置》產(chǎn)品。將該產(chǎn)品設(shè)置于蓄水池的溢流井內(nèi)溢流管道上,解決了蓄水池溢水的衛(wèi)生安全防護(hù)問題、在蓄水池出現(xiàn)事故溢流時(shí),自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水閥,減少了水資源流失。

2 地下蓄水池衛(wèi)生防護(hù)現(xiàn)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(shè)置溢流井排水流程示意如圖1所示。

圖1 蓄水池設(shè)置溢流井排水流程示意

蓄水池國標(biāo)圖集修訂,對衛(wèi)生防護(hù)提出了很高要求：蓄水池溢流喇叭口溢流邊緣高出設(shè)計(jì)地面500 mm時(shí),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(shè)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(biāo)圖集設(shè)置高度要求時(shí),設(shè)置隔離水泵井,將溢水提升排出。如圖2所示。

圖2 蓄水池設(shè)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(hù)措施。但是,溢流井或者隔離井內(nèi)長期積水,井底會(huì)產(chǎn)生地下氣味和微生物；井內(nèi)地下氣味、微生物可能會(huì)通過溢流管污染蓄水池,還存在衛(wèi)生防護(hù)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(hù)措施。這種防護(hù)措施,既存在溢流井或者隔離井產(chǎn)生的氣味、微生物的防護(hù)問題；在排水管道排水不暢時(shí),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(hù)技術(shù)實(shí)例,國內(nèi)外也有一些文獻(xiàn)和報(bào)道。但是,對于地下蓄水池的衛(wèi)生防護(hù),大部分還是采用隔離井的防護(hù)措施；對于地下氣味、微生物,也只是采用水封的防護(hù)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(hù)技術(shù)功能單一,不能有效地對地下蓄水池進(jìn)行全方位的安全防護(hù)。

3 地下蓄水池衛(wèi)生防護(hù)技術(shù)

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(shè)置防污水倒流、阻地下氣味、微生物等進(jìn)入,又能夠使溢流水順利排出的技術(shù),是當(dāng)務(wù)之急。

3.1 重力單向門與溢流豎管水封的雙重水封技術(shù)

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

圖3 蓄水池水平溢流管道衛(wèi)生防護(hù)示意

一般單向門設(shè)置,只是為防止水倒流。本次研究利用水力學(xué)、重力學(xué)原理,在蓄水池的水平溢流管道上設(shè)置單向門,對正常溢流水力擠開單向門和流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析、創(chuàng)新。在一般單向門的基礎(chǔ)上,研究出重力配置的重力單向門：設(shè)置一個(gè)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(dāng)水壓降低到水平溢流管頂時(shí),單向門就關(guān)閉的重力；即在重力單向門的打開與關(guān)閉期間,水平溢流管道內(nèi)始終充滿水,形成一道水封,阻止地下氣味、微生物進(jìn)入蓄水池。

另外,在溢流豎管上設(shè)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(gè)密閉空間,防止了水封罩內(nèi)水的蒸發(fā)；形成雙重水封,保證了蓄水池的水質(zhì)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(dòng)防倒流和自動(dòng)報(bào)警技術(shù)

溢流管道設(shè)置“雙重水封”,雖然解決了阻止地下氣味、微生物進(jìn)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(xiǎn)。

本次研究,利用溢流井內(nèi)的倒流水位升高產(chǎn)生的浮力,推動(dòng)浮力阻塞體自動(dòng)阻塞溢流管出口并進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警的防護(hù)技術(shù),防止污水倒流進(jìn)入溢流管口。如圖5所示。

圖5 浮力阻塞體自動(dòng)防倒流示意

4 事故溢流水力自動(dòng)報(bào)警和自控節(jié)水技術(shù)

蓄水池進(jìn)水浮球閥頻繁開閉,易出現(xiàn)進(jìn)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(xiàn),本次研究在上述溢流豎管的水封罩上,加設(shè)聯(lián)動(dòng)裝置；在蓄水池進(jìn)水管道上設(shè)置電動(dòng)閥控制的技術(shù)。正常溢水,水封罩不發(fā)生移動(dòng)。當(dāng)事故溢流發(fā)生時(shí),大量溢流水水力推動(dòng)水封罩向上移動(dòng),觸發(fā)聯(lián)動(dòng)裝置自動(dòng)報(bào)警并接通電動(dòng)閥電源,關(guān)閉進(jìn)水電動(dòng)閥,阻止了水資源的流失。

5 地下蓄水池的衛(wèi)生安全防護(hù)與節(jié)水技術(shù)

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

對以上技術(shù)的進(jìn)一步研究,開發(fā)出了“阻氣味防倒流水力自控的集成技術(shù)”及一體化產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)開啟狀態(tài)。蓄水池溢水通過溢流管進(jìn)入裝置的水平溢流管,擠開重力單向門,流入裝置內(nèi)環(huán)形槽(由環(huán)板、短管、裝置外罩組成),當(dāng)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(jīng)過浮力體表面,再穿過裝置的防護(hù)格網(wǎng),流入溢流井內(nèi)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(nèi)環(huán)形槽(由環(huán)板、短管、裝置外罩組成)有水(裝置安裝時(shí),人為放置一定水量)情況下,組成了一個(gè)密閉的空間,形成二道屏障。由于有重力單向門的內(nèi)密閉功能,環(huán)形槽內(nèi)的水很難蒸發(fā),故其水封首先阻止了地下氣味、微生物進(jìn)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(zhì)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(hù)格網(wǎng)進(jìn)入裝置內(nèi),升高水位托起裝置底部的浮力體及活動(dòng)連接桿并觸發(fā)報(bào)警裝置,接通回流水報(bào)警；溢流井水位繼續(xù)升高,浮力體與活動(dòng)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(jīng)密閉；水位繼續(xù)上升,密封環(huán)壓力也增加,密封性能進(jìn)一步加強(qiáng)。溢流井水位降低,浮力體與密封環(huán)擠壓力降低；水位進(jìn)一步降低,溢流管口阻塞自動(dòng)解除。

(4)事故溢流自動(dòng)報(bào)警和控制流程

蓄水池進(jìn)水浮球閥失靈,大量溢流水進(jìn)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(dòng)鐘型罩與連接桿上升到一定位置,觸發(fā)報(bào)警裝置,接通報(bào)警及進(jìn)水電動(dòng)閥電路,系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并關(guān)閉進(jìn)水電動(dòng)閥,減少了水資源流失。

5.2 《阻異味防倒流水力自控裝置》實(shí)體

《阻氣味防倒流水力自控裝置》經(jīng)多次試驗(yàn)及改進(jìn),達(dá)到預(yù)期的研究效果,實(shí)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(shí)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(hù)與節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用

地下蓄水池的衛(wèi)生安全防護(hù)與節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用,也即阻異味防倒流水力自控裝置的應(yīng)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(shè)置在蓄水池的溢流井內(nèi),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(bào)警裝置內(nèi)有2組控制接點(diǎn),控制電纜分別與供水泵控制柜的報(bào)警器：回流水報(bào)警,事故溢流報(bào)警以及蓄水池進(jìn)水管電動(dòng)閥控制連接(蓄水池進(jìn)水管道上設(shè)置的電動(dòng)閥為常開狀態(tài))。

7 結(jié)語

本次研究地下蓄水池溢水的衛(wèi)生安全防護(hù)與節(jié)水技術(shù),應(yīng)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(jìn)行防護(hù)、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(yīng)用在地下蓄水池的排水溢流井內(nèi),對于蓄水池溢水的衛(wèi)生安全進(jìn)行自動(dòng)防護(hù)并自動(dòng)報(bào)警,可有效地起到安全防護(hù)和節(jié)水的作用。

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