熊别，申明川，移志东

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

0 引言

“黑臭在水里，根源在岸上，关键在排口，核心在管网”。当前很多城市由于各类污水排水口、下水管道与检查井的建设和维护不当，导致大量地下水等外来水会通过排水口、管道和检查井的各种结构性缺陷进入埋设在地下水位以下的排水管道中，加之雨污混接和污水直排，削弱了“控源截污”措施应有的作用，成为制约黑臭水体整治工作的瓶颈；同时，也造成污水处理厂污水浓度偏低，导致城市排水系统应有的排水和治污功能不能充分发挥[1]。因此，亟需通过排水口改造、排水管道建设和完善、排水管道及检查井各类缺陷修复、雨污混接改造、排水设施管理强化等一整套措施，实现消除晴天污水直排、削减雨天溢流，提升污水处理效益、减少污水外渗，降低系统运行水位、恢复截流倍数等多重目标[1]。

随着城市建设快速发展，防倒灌器成为城市管网防倒灌污染的重要手段，尤其在长期历史原因和社会原因形成的“城中村”合流区，在城市建设的不断发展过程中更是成为城市发展的焦点，结合现状条件，既考虑近期发展，又兼顾长远发展，受排水改造环境限制选择的措施手段极为有限。无动力防倒灌器有效地解决了“城中村”合流区污水倒灌的问题，施工方便、受条件限制小，节省大量人力、物力，达到整治效果。

1 无动力防倒灌器介绍

无动力防倒灌器是指用特殊混合硅胶MVQ或聚醚基聚氨酯制成膜瓣，“即时自动保护”在差压下自主工作，无需人工操作，无需电力，无需持续维护。

1.1 结构设计

无动力防倒灌器主要由四部分组成，即壳体密封件、膜瓣、双向卡圈及紧固件。其外壳密封件主要为“海洋级”不锈钢材质和高强度橡胶；内部为特殊混合硅胶MVQ或聚醚基聚氨酯制成的膜瓣，具有对各种化学品和温度变化的高耐受性；双向卡圈主要为方便安装进管道入口或出口；紧固件为高品质不锈钢材质，将防倒灌器紧固至现有管道。无论现有管道质量如何，都能完美结合，耐腐蚀性强，使用时间长，成本低，安装方便。无动力防倒灌器结构组成如图1所示。

图1 无动力防倒灌器组件

1.2 工作原理

正常情况下，当上游来水时，水流冲击膜瓣，使膜瓣与外壳间产生缝隙，水流流向下游管道，见图2所示。

图2 无动力防倒灌器工作示意

当下游水位上涨，高于上游时，水压使得膜瓣紧密闭合，防止管道回流，完全不用人工控制，实现了自然力的自动化，见图3所示。

图3 无动力防倒灌器工作示意

1.3 技术特性

(1)膜瓣制作材料：特殊混合硅胶MVQ或聚醚基聚氨酯。

混合硅胶MVQ具有耐老化性能、耐臭氧性、防潮、电绝缘性、表面不粘性、憎水性、压缩变形小、耐饱和蒸汽性、耐高低温性，可在-50℃～250℃下长期工作。

聚醚基聚氨酯具有优异的耐老化性、耐油性、耐臭氧性能、耐低温性及很好的耐磨性、加工性能优良。

(2)硬度：各部分硬度不同，外壳为“海洋级”不锈钢材质，内部膜瓣为混合硅胶，无动力防倒灌器为加强一体结构。不锈钢外壳部分承受压力最大，膜瓣部分最软。

(3)公称直径：一般为DN100～DN1800。

2 无动力防倒灌器的优点及水力特性

2.1 无动力防倒灌器的优点

无动力防倒灌器与其他防倒灌设施相比，具有以下优点：

(1)防倒灌器内部膜瓣采用特殊混合硅胶MVQ或聚醚基聚氨酯材料，除外壳采用“海洋级”不锈钢材质外，其内部不含任何金属配件，不会腐蚀生锈，且耐磨损性特强﹐没有机械故障的忧虑，无需维护[2]。

(2)作为一体化结构防倒灌器，可以满足施工所采用的任何管道尺寸，安装简单，适用性强。

(3)防倒灌器膜瓣特别柔韧，工作时没有噪音，非常安静，减少噪音对周边环境的影响。

(4)防倒灌器为流体驱动止回式，流道区域为轮廓逐步缩小的形式，允许流体从一个方向流过而阻止倒流，提供了高效的流量条件及最低的水头损失，既保持最快的排水速度，又保证防倒灌的要求。

(5)由于其独特的材质和结构，即使被固体物质夹塞，也依然关闭严密。

(6)不需要任何电力或人力，工作便利，因而对防止倒灌来说是最佳选择。

(7)可视具体工况条件进行垂直或倾斜安装。

(8)密封性能好，膜瓣关闭时，渗漏量为零。

(9)结构简单，无复杂装置，节省材料，经济指标好。

2.2 无动力防倒灌器的水力特性

2.2.1 开启特性

(1)开启压力小，一般大于0.01m(相当于0.001MPa)的水头就能打开，并可在静态下开启[2-3]。

(2)一般条件下，水头损失可以降到较小的程度。

测试水头损失数据较困难，因为测试程序很少并且数据很容易受到波动。因此，下列的测试结果，是严格控制在相同的设施中进行的，具有很多相同的参考点，是可比较的。测试结果表明，在DN300mm/NPS12管道型无动力防倒灌器流量接近150L/s时，水头损失不到1.0m；流量接近200L/s时，水头损失比其他形式的防倒灌低65%，测试结果对比见图4。

图4 流量-水头损失曲线对比

2.2.2 关闭特性

当下游管外压大于管内压力时，水压使得膜瓣紧密闭合，防止管道回流。

3 无动力防倒灌器的安装

3.1 安装方式

无动力防倒灌器的安装方式多种多样，根据使用目的、接口大小及形式、开启及关闭压力要求、安装环境、气温等要求不同，一般有内联安装、管内装置、出口安装及法兰安装等(见图5)。

图5 无动力防倒灌器应用示意

3.2 应用形式

无动力防倒灌器主要应用于城市截污管网系统及城市排洪体系中，防止排水管水流倒灌，常见的使用及安装方式主要有管内装置、出口安装及法兰安装。当在溢流井作防倒灌止回阀，在合流制截污管网暴雨时，需要通过溢流井内的溢流堰将超过污水处理厂负荷的水除去，但如果外面水体的水位急速增高，污水就可能倒灌回溢流井以至截污管网内，因此在排放口安装无动力防倒灌器，可以绝对杜绝倒灌问题[2]。内联安装主要作多组止回阀使用，在很多情况下，单独使用一个超大口径的防倒灌器并不实际，而采用多个小口径防倒灌器可以大大节省投资，而且可以承受更大的下游水压力，因为小口径的防倒灌器所能承受的水压要比单一超大口径防倒灌器大得多[2]。

无动力防倒灌器安装流程如图6所示。

图6 无动力防倒灌器安装流程示意

3.3 安装要求

(1)防倒灌器施工前做好现场围挡，下井作业前必须进行通风工作和有毒气体检测。在进行气体检测前应首先进行自然通风，然后把气体探测仪吊入井底进行有毒气体检测，待各气体数值符合规范标准后，方能下井作业，否则采用通风设备对井内及管道进行通风直至达到安全标注值。

(2)防倒灌器为一体化设备，可以从垂直到水平任何角度安装。安装角度越大，自清洗效果越有效。在雨水管道中安装时，最小坡度为1%；在污水管道中安装时，最小坡度为1.5%。

(3)将一体化防倒灌器安装于现状管道后，保证防倒灌器顺流，将支架临时固定于井壁上，待调试运行无误后，对紧固件进行加固。

图7 无动力防倒灌器安装示意

(4)在进行无动力防倒灌器安装时，首先根据管道现状情况进行预处理，包括管道清理、裂缝变形处理等，混凝土管裂缝可采用微膨胀材料进行填充，其他根据现场情况进行处理，保证防倒灌器有安装位置和空间。

(5)安装完成后，进行过流测试和防倒灌测试，最后进行管壁封口，对无动力防倒灌器外壳与现状管道之间缝隙进行封堵，根据缝隙大小可采用防水砂浆、细石混凝土等材料将缝隙封堵密实。

(6)法兰式安装时，无动力防倒灌器带有衬垫金属法兰，可以与金属法兰自然连接，直接安装于管道、井壁等结构上。安装连接时，法兰与连接法兰尺寸相对应，法兰与连接法兰之间视具体情况加防水胶，保证连接紧固后绝对密封[2]。

4 无动力防倒灌器的应用实例

深圳市光明区全面消除黑臭水体治理工程施工过程中，白沙坑支流3上游暗涵段存在城中村合流区，在合流区污水干管高水位运行时，污水干管污水通过截污管溢流至河道，严重影响白沙坑水质。为防止污水倒灌溢流，对白沙坑支流3上游李松蓢东、西片区城中村合流区进行点截污，设置DN200～DN600mm防倒灌器，解决合流区污水溢流问题。

该工程于2020年10月26日开工，于2020年11月3日完工。施工过程中施工员发现截污井内污水管虽然低于截污井雨水管管位，但暴雨等特殊情况下截污井井内污水水位高于截污井内雨水管情况，如不采取措施，必将造成污水倒流，导致污水不但没有被截掉，反而增加了雨水管中的污水，最后初雨溢流至河道，影响河道水质。经现场多次排查，该情况是造成白沙坑支流3河道水质不达标的主要原因。为解决污水倒灌问题，经参建单位研究，决定在截污井管线上加装无动力防倒灌器解决污水倒灌问题。本次施工选用瑞典Wapro管中型无动力防倒灌器，安装极为方便，工期短，成效快。经过近两年的运行检验，证明开关自如，防倒灌效果良好。

图8 无动力防倒灌器使用现场

5 结语

本文针对城中村合流区末端总口点截污治理问题，总结施工经验，引进瑞典Wapro管中型无动力防倒灌器，有效实现消除晴天污水直排、削减雨天溢流，提升污水处理效益，减少污水外渗，降低系统运行水位等多重目标，为城市水环境治理截污、限流等提供较强的应用价值。