地下蓄水池衛生防護與節水技術

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；進水失控也時有發生,并不易被發現,常常導致大量水資源流失。

目前,對于地下蓄水池的衛生防護,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現管理。

蓄水池的衛生防護,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、創新,研發出“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,還存在衛生防護的問題。

(2)既有地下蓄水池存在的衛生問題

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生問題。

對于蓄水池的衛生防護技術實例,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,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 地下蓄水池衛生防護技術

地下蓄水池溢流的衛生問題,主要發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律進行分析、創新。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；形成雙重水封,保證了蓄水池的水質衛生安全。

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現,本次研究在上述溢流豎管的水封罩上,加設聯動裝置；在蓄水池進水管道上設置電動閥控制的技術。正常溢水,水封罩不發生移動。當事故溢流發生時,大量溢流水水力推動水封罩向上移動,觸發聯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 地下蓄水池的衛生安全防護與節水技術

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,離開短管與其上密封環,裝置呈現開啟狀態。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,流入裝置內環形槽(由環板、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；裝置內環形槽(由環板、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,環形槽內的水很難蒸發,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報警裝置,接通回流水報警；溢流井水位繼續升高,浮力體與活動連接桿也升高,浮力體頂面與密封環密貼,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；水位繼續上升,密封環壓力也增加,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形槽,大量溢流水通過短管與鐘型罩的環形空間上升,并推動鐘型罩與連接桿上升到一定位置,觸發報警裝置,接通報警及進水電動閥電路,系統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 地下蓄水池的衛生安全防護與節水技術的應用

地下蓄水池的衛生安全防護與節水技術的應用,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)。

7 結語

本次研究地下蓄水池溢水的衛生安全防護與節水技術,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水的作用。

[1]GB50013—2006，室外給水設計規范[S].

[2]TB10010—2008,鐵路給水排水設計規范[S].

[3]王杰偉.防逆水封原理及結構設計[J].給水排水,2005(6):95.

[4]楊玉思,任雅玲.防逆水封閥,CN11447609[P].1997-04-16.

[5]污水倒流進飲用蓄水池(圖).西安晚報,2004，02，04.

[6]《阻氣味防倒流水力自控裝置》，專利號200710150105.5.

[7]NINGI DEV PTY LTD(JONES B).Water collection system for building, has reservoir provided with inlet and excess water outlet and gravity actuated obstruction part permitting fluid to pass from barrier inlet to barrier outlet：AU2008101002-A4 [P]. 2009-01-22．

[8]LEWIS G (LEWIS G). Automatic overflow-responsive water shut off valve for water storage tanks and cisterns, has conductive probe and control unit which sends electrical power to solenoid valve: GB2421779-A[P]. 2006-07-05.

[9]MICRON TECHNOLOGY INC(STALEY D). Shielding system for shielding opening of tube from liquid includes shielding apparatus having shielding member, stem(s) and spacer(s) in contact with overflow drain tube: US6196264-B1[P]. 2001-03-06.

[10]AZOURI D (AZOURI D).Overflow detector for tank or toilet cistern is connected to warning device: GB2345138-A[P]. 2000-06-28.