CN1487158A - 科学防患排污管道 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为：科学防患排污管道，涉及排污领域。它是解决多层居室排放生活污水的系统，它是在汲取香港淘大花园惨痛的历史教训后，运用有关科学知识从根本上消除当前生活污水排放中普遍存在的像污物沉积、管道堵塞、有害气体外溢、病毒交叉传播等诸多隐患的系统工程。

Description

科学防患排污管道

技术领域

本发明涉及一种排污领域。

背景技术

生活污水的物理性质、化学性质、生物特性与生活用水是截然不同的。如果对它的认识不足，随意排放就会给我们带来麻烦。居室中生活污水的排放，目前国内(外)通常是利用管道加水封的装置排放生活污水。

这种装置如果是排放生活用水，可以讲是完美无缺的。遗憾的是生活污水完全不同于生活用水，当污水流经支管道时因它需要一段较长的时间，在这段时间里，污物自然会沉积，成年累月管道便会堵塞。尽管人们想出了一些疏通的办法，然，疏通、清除管道中的污物也并非轻而易举，即使管道没被堵塞，由于水封中的水位不能始终保持一定高度，当遇到上层用户排放污水时，本身带有较大能量的污水，沿主管道下泄，管道内异常难闻的有害气体则被挤压，达一定程度它会穿越水封潜入居室，无声无息的危害着我们的健康。这种情况在高温低压天气也时有发生。众所周知，污物是细菌、病毒等微生物孳生聚集的地方，特别是在疫情流行期间，由于排污主管道是多层公用，水封又多系浊水水封，一旦出现疫性，这种气体的外溢必将导致病毒的交叉传播，令人防不胜防。SARS的肆虐给人们心理上造成一定的影响，特别是香港淘大花园的发病人数与排污系统被世卫专家、媒体关注之后，恐惧担心也不无道理，只注意开窗通风、消毒……也不能从根本上解决污物沉积、管道堵塞、有害气体外溢、病毒交叉传播等诸多问题。惨痛的教训使我们更加清醒的认识到影响健康、危及生命的安全隐患决不可等闲视之。安不忘危，防患未然，研制安全、卫生、科学的排污管道也应象研制疫苗、药物一样迫在眉睫、刻不容缓。

发明内容

科学防患排污管道是解决多层居室排放生活污水的系统。它是在汲取香港淘大花园惨痛的历史教训后，运用有关的科学知识从根本上消除当前生活污水排放中普遍存在的像污物沉积、管道堵塞、有害气体外溢、病毒交叉传播等诸多隐患的系统工程其结构与工作原理分述如下：

一、主管道与稳压管道

主管道是多层建筑里居民排放生活污水公用的一条管道。当人们排放污水时，有两个物理过程必须引起我们注意。1、压强剧增：当管道下端口出现满径排放(由于排放量大、或者管径较细、或有沉积物等都会出现的物理现象)时，主管道则会形成一个密闭空间。设其空间容积为V₀，内部压强为P₀，此时如果再出现住户向管内排污，其排放量必然占据密闭空间，使空间容积发生改变，设此时空间容积为V₁，很明显V₁应小于V₀，这种关系我们记为V₁＝εV₀(0＜ε＜1)由波意耳—马略特定律(P₀V₀＝P₁V₁)知，此时内部压强P₁应为：P₁＝P₀V₀/V₁＝P₀/ε。假如新的排污量占密闭空间的1/3，则V₁＝2V₀/3，此时空间的内部压强P₁＝3P₀/2。这种压强变化可能持续时间不长，但由于变化幅度大，作用时间短，这必将导致水封防线的溃败，造成有害气体外溢。我们称这种现象为压强剧增。在这里如果我们再考虑某些住户排放污热水(从浴池中排放的)时，由理想气体的气态方程P₀V₀/T₀＝P₁V₁/T₁知这种压强的变化幅度将会更大。在此不再赘述。

2、压缩气体：压缩气体现象也是出现在管道下端口满径排放，并且此时上层住户有一定量的污水排放，在这种条件下，急速下落的污水就会像打气筒里的皮碗一样，压缩管道内的气体，造成管道内气体的急速流动，这种急速流动的气体必然会冲击水封给我们带来危害。我们称这种现象为压缩气体。

以上我们分析了在极端情况下(下端口满径排放，主管道呈密闭状态)发生危害(有害气体冲出水封)的物理过程。事实上，在达不到这种极端程度时，危害也会发生。现在我们所考虑的目标是：①即便是在极端情况下危害也不能发生。②将污物沉积减小到最低的极限程度。

为此目的，我们设置稳压管道避免密闭(或近似密闭)空间的形成。使其不论排放量有多大、温度如何增加让管道内、外的气体压强始终保持一致(P_内＝P_外)，以消除压强剧增、压缩气体带来的危害。具体方案如图1所示。其中1为稳压管道；2为排污主管道；3为稳压管道下端口；4为主管道下端口。由于稳压管道无污水流经，下端口始终呈开放状态，其内部压强总等于室外气体压强，又因稳压管道多处与主管道连通，主管道内气体压强就很难发生变化。即使发生压强变化导致气体急速流动，则它完全可以在稳压管道内进行，决不会冲开水封给我们带来危害。

另外为减少污物沉积，本设计中主管道的下部端口也与通常排污系统中的不同。其不同之处，我们在后面的支管道部分中论述。

二、下控阀门

它是安装在支管道与主管道交接处的一个能沿轴自由转动的阀门。当污水流至支管道下端，阀门被急流而下的污水冲开，阀门呈开启状，如图2中的5所示，污水流入主管道。流毕，在重力作用下，阀门自动下落，呈关闭状，如图3所示。它是一个靠污水的冲力和自身受到的重力开启和关闭的自动控制阀门。它的存在是在不防碍污水排放的情况下，把主管道与支管道自动分隔开来，其目的①是阻止主管道与支管道之间的气体流动，②是为后面要论述的自动消毒装置设置相对封闭的自动消毒空间。

三、支管道

由排水点(水封)通向主管道的部分，如图4(其中6为排污点；2为主管道；7为污水流动轨迹；8为支管道)所示，我们称为支管道。为解决污物在管道内的沉积，我们把污水流经这段路程所需的时间减小到极限值。在不外加压力的情况下，让污水以最快的速度排入主管道。具体方案是：

如果排水点(水封)到主管道的距离是d，我们按曲线

作为污水流动轨迹设计支管道。

根据变分原理，它是在不外加压力的情况下，污水由排水点流到主管道所用时间最短，流动速度最快的一条最优管道。(参见各种版本的变分法)证明略。

由于所用的时间最短，沉积物会降到最低，又由于流动速度最快，在使用过程中，自然能起到一个冲刷的作用。因此我们可以把它视为理想的无堵塞的管道。正因为此我们把主管道的下部也按曲线

设计。其具体设计办法是：如果竖直的主管道部分与地面的交点为A，污水送达点为B，设过B点的垂线交地面于C，则AC、BC的长都为已知。设AC＝x₀，BC＝y₀，把它们代入上面的方程组得

解出这个关于与a的方程组(解上面的方程组，我们可事先编制出与 的函数表，通过x₀/y₀查表得出值，由值再通过y₀＝a(1-cos)解出a)，由a与的值按曲线

做为污水流动轨迹设计主管道下部端口，则主管道也将成为一条理想的无堵塞的排污管道。

四、水封

我们知道水封的作用主要是阻止有害气体外溢。目前广泛使用的水封有两种：一种是用清水阻止气体外溢的清水水封；另一种是用浊水阻止气体外溢的浊水水封。

对清水水封，由于它本身使用的是清水(多系自来水)再加上我们所采取的稳压、速降、隔离、消毒(后边专门论述)等一系列措施，即使水封中的水位有一定降低，我们也能绝对保证管内的气体不会给我们造成危害。

对浊水水封，我们最关心的是流经其中的浊水的卫生程度，为此我们特设两道过滤网与一个自动消毒空间(见后边的论述)，以防病毒的交叉传播。

五、上控阀门

它是一个中空易漂浮的球体阀门，如图5中的9，当污水流入水槽时，阀门受浮力作用，它会向上浮动，污水流入水封10，污水流毕，在重力作用下，球体阀门下落，盖住水封盛水槽上口。我们设置它的主要目的是让它与水封槽之间形成一个相对封闭的空间。

六、自动连续消毒装置

在一个没有装满消毒液的容器里，如图6，其中11为消毒液；12为一个相对封闭的剩余空间ABCD。我们知道，不论什么细菌、病毒决不能在这个相对封闭的剩余空间ABCD中存活。也可以这样讲，一旦细菌、病毒进入空间ABCD，则它必定被杀灭。我们把这个相对封闭的空间称为自动连续消毒空间。

如果我们把这个自动连续消毒空间拓变成下控阀门、支管道、水封之间的相对封闭空间，盛消毒液的容器当然也可以注满消毒液。这样以来，支管道就成为一个自动连续消毒的空间。只要我们把消毒液注入贮液瓶，在很长的一段时间(有效期内)里，消毒液将会对支管道实施自动、连续、有效的消毒。

在使用上控阀门的地方，上控阀门与水封之间也存在一个相对封闭的空间，当然我们还可以再做一个自动连续消毒装置，构成防病毒交叉传播的又一道防线。这里还可以注入不同的消毒液。

对主管道或稳压管道，它虽不是相对密闭空间，我们也可设置消毒贮液瓶，在疫病流行期间，通过每个住户贮液瓶内灌注的消毒液在管道内的挥发，在一定时间内也能起到一定的消毒作用。

七、过滤网

本排污系统中设计了两个过滤网。

过滤网I：它是过滤菜叶、毛发、纤维等杂物使用的两把便于拿取、安放、能相互清理，形如梳、状如箅的网，将其安放后(图5中的13)可过滤上述杂物，拿取后便于相互清理，顺便把杂物清除掉。

过滤网II：尽管我们采取了各种各样的措施，设计出了理想的无沉积、无堵塞的管道，然而理想与现实总会有一定的距离。对某些污物浓度大、粘稠度高、排放量又甚少，而排放次数却又相当频繁的污水(像含动植物油的刷锅洗碗水)，我们知道对这样的污水，再好的管道也难以做到无沉积、无堵塞。为确保支管道具有良好的工作状态，我们将浊水水槽的容积适当加大，并且在槽内设置过滤网II。过滤网II是塑制的价格极为低廉的，形如渔网，状如图5中的14所示的易安装易换取的一种过滤网。由于水封槽容积适当加大，上述污水在槽内则会有一定的沉积、分离，加上过滤网II后，漂浮物、沉积物自然会聚集到网的上下内外，经相当长的一段时间后，将过滤网收集到的污物连同此网一块取出，处理后更换新网。

八、导流管、筒

在面盆、洗碗池、浴盆下通常都设有导流管。它将以上器皿中的污水导入水封后流入排污管道。本系统中的导流管均不与器皿直接相连，其上端口与器皿保留5-10公分的距离。其中浴盆下的导流管为口径相当的软型管即可。而面盆、洗碗池下的为口径稍大的，能自由移动的圆筒，上端口挂过滤网II后使网垂于筒内，筒的下端设能使筒稳定伫立的腿。这样做的目的：①是断开器皿与导流管的连接(因连在一起是极不卫生的)；②是便于空气流通，给导流管内壁变干创造条件；③是便于每日对过滤网II的清除与更换。

附图说明

图1为带有稳压管道的主管道；

图2为下控阀门被污水冲开，阀门呈开启状；

图3为污水从支管道流毕，下控阀门下落呈关闭状；

图4为排污支管道；

图5为在无污水排放时，上控阀门(中空易浮球下落)呈关闭状；

图6为一个没有盛满消毒液的瓶；

图7为在楼板某处设生活污水排放点所需的装置与安装顺序。

具体实施方式

由以上八部分贯穿组装(这里应当指出的是：组装前应根据楼房用途，是居民楼、办公楼还是宾馆，楼房层数等实际情况进行布局设计、尺寸设计，在此不作论述)安装于楼层中即成我们所要论述的科学防患排污管道。在这里我们仅举一例就可看出具体实施此系统的方式方法。

例：在楼板面的某处需设生活污水排放点，则它必备的装置及安装顺序如图7所示。其工作状况是：污水流到排放点，经过13过滤网I，杂物被滤掉后，流进15水槽内，紧接着9上控阀门受浮力作用阀门上浮，污水进入12自动连续消毒空间，经14过滤网II进入10水封，经两次过滤后的污水进入8支管道。

由于支管道是按最速降线设计的，则污水会以最短的时间、最快的速度冲开5下控阀门注入2主管道，污水在主管道下泄，经4主管道下部端口(同样4也是按最速降线设计)迅速送达室外排污系统中去。因此污水在此的沉积会减小到最低的极限值，当污水排放量大时，污水还能对管道起一个冲刷作用，所以我们说这是一条无污物沉积、无堵塞的科学的管道。

当污水流毕，自控阀门9、自控阀门5受重力作用下落呈关闭状。

另一方面2主管道多外与1稳压管道相连通，稳压管道上端口封闭而下端口在室外始终呈开启状，所以稳压管道内气体的压强也就始终保持在室外大气压强的水平上。不管主管道内污水怎样流动，它也不可能使主管道内的气体压强增加。至于主管道内出现急速流动的气体时，则稳压管道就会提供一个气体流动的空间，再加上5下控阀门的阻挡、水封10的阻挡，急速流动的气体只能在主管道与稳压管道内进行，它不会冲开5下控阀门、水封10等进入居室。所以说此排污系统是没有有害气体外溢的。一旦主管道内出现SARS病毒，它根本不可能随有害气体进入居室，至多通过5下控阀门潜入8支管道，而支管道恰恰是自动消毒空间12的一部分，病毒进入此空间后必被空间内的消毒剂杀灭，不可能再通过10水封等进入居室，造成病毒的交叉传播。

综上得知，此排污系统是一无污物沉积、无堵塞、无有害气体外溢、无病毒交叉传播的科学防患排污管道。

Claims (6)

1.一种科学防患排污管道，包括稳压装置、最速排放装置、自动连续消毒装置、自动控制阀门与过滤装置，其特征是，能够防止病毒交叉传播、防止有害气体外溢、无污物沉积、保证管道不会被堵塞的生活污水排放系统。

2.根据权利要求1所述的科学防患排污管道，其特征是，所述的稳压装置是一条多处与主管道连通的，上端口封闭，下端口在室外呈开启状的，是专门控制主管道内气体压强剧增的，同时也为主管道内有害气体的急速流动提供流动空间的一条管道。

3.根据权利要求1所述的科学防患排污管道，其特征是，所述的最速排放装置是应用变分法中的最速降线作为污水的流动轨迹设计出的支管道与主管道的下端口。

4.根据权利要求1所述的科学防患排污管道，其特征是，所述的自动连续消毒装置是自动控制阀门关闭后能形成一个相对封闭的空间，让此空间与盛有消毒液的贮液瓶相连通，配置在污水排放管道之中，对随时入侵的病毒进行杀灭。

5.根据权利要求1所述的科学防患排污管道，其特征是，所述的自动控制阀门中设置两个自动控制阀门，靠污水的冲力或浮力开启，靠自身所受重力而关闭的阀门，它们的设置一方面阻止主管道内有害气体在支管道内的流动，另一方面也为相对封闭空间的形成创造必须的条件。

6.根据权利要求1所述的科学防患排污管道，其特征是，所述的过滤装置为两种过滤网，过滤网I是两把便于拿取、安放、形如梳，状如算的网，安放后可过滤杂物，拿取后便于相互清理，顺便把杂物清除掉；过滤网II是塑制的、价格极为低廉的、便于安放又便于拿取的渔网状的过滤网，将它分别放置在水封槽内与导流筒内，一次性使用后，将它连同污物取出处理后更换新网。

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