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。

[1]GB50013—2006，室外给水设计规范[S].

[2]TB10010—2008,铁路给水排水设计规范[S].

[3]王杰伟.防逆水封原理及结构设计[J].给水排水,2005(6):95.

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

[5]污水倒流进饮用蓄水池(图).西安晚报,2004，02，04.

[6]《阻气味防倒流水力自控装置》，专利号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.