高速公路桥面径流处理与事故应急系统及其方法

摘要

本发明公开了一种高速公路桥面径流处理与事故应急系统，包括以下部分：处理单元；在危险化学品运输车辆上设置的远距离感应卡；在桥梁前后两端设置的读卡器；控制系统与其控制的各电磁阀。本发明对桥面雨水径流进行油水固三者分离，占地小、效率高、可以就近安放在桥梁两侧，及时地进行污水处理，直排水质满足环保要求，尤其适合高速公路桥梁。在暴雨等极端恶劣天气，也可以满足环保的要求。本发明在普通状态、预备状态与紧急状态三种不同的工作状态中，控制导通阀的启闭，从而可以做到事故的预警与准备，即使在没有人员监控的情况下，发生危险品泄露事故后，也不会有任何化学品的泄露，杜绝了污染河流湖泊等水源的风险。

说明书

技术领域

本发明涉及环保设备领域，尤其是一种高速公路桥面径流处理与事故应急系统及其方法。

背景技术

高速公路路网中建造有大量桥梁与特大型桥梁以跨越河流、湖泊与峡谷，桥梁下方的地表水体或饮用水水源地的水质安全直接关系到人民健康、社会稳定与经济发展，严重关系到社会公共安全与民生问题。

国内外大量的研究表明，由于大气沉降、车流量以及路面粗糙度等因素的影响，桥面雨水径流含有大量的悬浮固体、有机污染物、营养盐类以及重金属、多环芳烃和油类等污染物，这些污染物进入受纳水体后影响水体自净功能，破坏水环境生态平衡，而且重金属等难降解污染物最终还可能通过食物链进入人体，危害人类生存安全。因此跨越敏感水体的桥面径流不能直排，中国专利“200910183156---桥面径流的组合式处理工艺及其装置”先对收集到的桥面径流进行隔油、沉淀处理，然后将经过上述处理后的径流引至植草斜坡后，通入人工湿地进行生化处理。这种装置将收集处理池都建造在河岸地基上，将桥面径流通过管路输送至河岸池体进行处理，特大型桥梁往往需要铺设很长的管路，长期运行后管壁粘附有大量油脂，也容易发生泥沙堵塞；对于落差较大的峡谷区域通常也难以找到适合建造处理池的区域，并且该系统不具备事故应急处理的功能。

高速公路上行驶有大量的危险化学品运输车辆，而高速公路桥梁与特大型桥梁往往因为车道变窄成为瓶颈，也成为事故集中与高发的地段，而如果危险化学品运输车辆在跨越地表水体的桥梁上时发生泄露事故，则直接会对这些水体产生严重的威胁或致命的污染，一旦扩散到下游地区，则产生惊人或无法估量的污染与损失，因此国家与交通管理部门普遍提高了对高速公路桥梁的事故应急处理的重视程度。中国专利“201220054367---一种桥面径流的处理系统”设置有独立的雨水池与事故池，桥面径流通过第一管道通过雨水池流入人工湿地；通过第二管道连通至事故池，发生危险化学品泄露事故时关闭第一管道，打开第二管道利用事故池对危险化学品进行蓄纳，从而防止泄露的化学品对雨水处理系统与人工湿地的破坏。中国专利“201110414454---节地型高速公路危险化学品蓄纳池控制系统”公开了一种包括蓄纳池、中心处理器和视频检测与阀门控制电路的综合系统，通过视频检测对桥梁路面进行监测，当发生危险化学品泄露事故时，指挥中心关闭雨水阀，打开污水阀，对危险化学品进行蓄纳。中国专利“201110220584---敏感水体桥梁段危险化学品泄漏监控及应急处理系统”中提出了在视频监控的基础上增加电话报警的方式，但是上述的系统，普遍将雨水池与事故池都设置在河岸，且都是事故发生以后才激活的应急方案，均存在滞纳与迟延，应急反馈滞后的缺陷，基于视频的监控系统，在黑夜或恶劣天气等易发事故的危险环境，往往无法及时发现已发生了事故，尤其当桥梁众多的南方地区或者在值班人员缺失的情况下，存在很大的安全隐患，也增加了污染敏感水体的风险。同时，这种固定的池体在存储危险化学品被污染以后，必须先封闭进行清洗，在这段时间内并不能进行正常的排污工作。

发明内容

本申请人针对上述现有高速公路桥面径流处理利用固定池体，不能灵活适应各种基建环境，以及应急处理滞后，存在污染隐患等缺点，提供一种结构合理的高速公路桥面径流处理与事故应急系统及其方法，从而可以实现处理单元的模块化，且对事故隐患提前进行预警与准备。

本发明所采用的技术方案如下：

一种高速公路桥面径流处理与事故应急系统，包括以下部分：处理单元；所述处理单元布置在桥梁上，每个处理单元至少包括有串联设置的进水井与沉淀池，其间通过导通阀连通；在危险化学品运输车辆上设置的远距离感应卡；在桥梁前后两端设置的读卡器；控制系统与其控制的各电磁阀。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述感应卡与读卡器采用RFID电子标签。

所述处理单元的进水口与溢流口设置在进水井的上部，导通阀设置在进水井的下部；水位检测器设置在进水口下方；沉淀池中部设置有斜板区，底部为坡面，坡面的最底部设置有沉砂渠，排空孔开设在沉淀池底部，排油口与出水口开设在沉淀池上部，排油口与出水口之间还设置有隔油挡板。

所述处理单元在桥梁两侧设置有多个，相邻处理单元之间采用连通管路连通其溢流口，连通管路上设置有溢流阀。

一种基于上述系统进行高速公路桥面径流处理与事故应急方法，包括以下状态：普通状态、预备状态与紧急状态；在普通状态下进水井与沉淀池之间的导通阀为打开状态，出水口的出水阀打开，溢流阀关闭，处理单元进行正常的雨水处理；当桥梁上有危险化学品运输车辆，进入端读卡器检测到感应卡的信号，控制系统从普通状态切换至预备状态；当车辆全部驶出后再切换回普通状态；预备状态下，进水井与沉淀池之间的导通阀关闭；在预备状态下水位上涨触发水位检测器，控制系统将切换至紧急状态，进入紧急状态后，排油口的排油阀先打开，进行快速排油；然后排空孔打开，将沉淀池内的储水全部迅速排空，排空后关闭排油阀、排空阀与出水阀；此时控制系统再判断一次水位检测器是否被触发，如果没有触发则继续向进水井内进水，如果已被触发，则打开导通阀，将进水井内的储水转移至沉淀池内；外部桥面径流持续进入处理单元，如果进水井内水位上升再次触发水位检测器，此时打开连通管路上与相邻处理单元之间的溢流阀，溢出的水流通过连通管路流向相邻处理单元的进水井中，而相邻的处理单元在必要时也打开排空阀先排空沉淀池内的储水。

本发明的有益效果如下：

本发明采用水力负荷高的斜板/斜管沉淀池，对桥面雨水径流进行油水固三者分离，占地远小于现有技术中的平流式沉淀池，效率高、可以就近安放在桥梁两侧，及时地进行污水处理，直排水质满足环保要求，尤其适合高速公路桥梁这些降雨不定期，且泥砂与油脂含量均不是很高的处理场合。在暴雨等极端恶劣天气，虽然雨水流量大，在沉淀池内处理的时间少，沉淀不充分，直排水质会略差，以及非事故的紧急排空情形，考虑到大雨水量会稀释并及时带走泥沙，污染物含量很低，因此也可以满足环保的要求。在出现事故的紧急情况下，排空沉淀池以提供更大的容积，虽然水质也不满足正常处理要求，但是相比于危险化学品的污染，这种取舍是完全可以接受的。在一定程度上，快速排空对于斜板区来说，也是一种恢复过滤能力的反冲洗作业。

本发明设计制造的集成式处理单元，可以实现规格化批量化的生产，由于大大缩小了体积，因而加工制造、运输安装都非常便捷，完全可以实现工厂批量制造，现场快速安装的高效作业。对于不同长度的桥梁，只需要通过设置连通管路，连通等距设置的多个处理单元，即可以满足在大规模危险化学品泄漏事故中大量污染液体的存储需求；在小规模事故中，也仅污染一个或几个邻近的处理单元，便于快速处理与更换。

本发明在进水井与沉淀池之间设置导通阀，在普通状态、预备状态与紧急状态三种不同的工作状态中，控制导通阀的启闭，从而可以做到事故的预警与准备，即使在没有人员监控的情况下，发生危险品泄露事故后，也不会有任何化学品的泄露，杜绝了污染河流湖泊等水源的风险。

附图说明

图1为本发明在桥梁上设置集成式处理单元的示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明的集成式处理单元的主视图。

图4为本发明的工作流程图。

图中：1、处理单元；2、读卡器；3、河流；4、桥梁；5、车辆；6、门架；7、进水口；8、出水口；9、排空孔；10、导通阀；11、进水井；12、溢流口；13、沉淀池；14、排油口；15、斜板区；16、隔油挡板；17、沉砂渠；18、坡面；19、连通管路；20、溢流阀；21、水位检测器。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明所采用的高速公路桥面径流集成式处理单元1布置在跨越河流3的桥梁4两侧，处理单元1可以制作为系列规格，如3吨/小时、5吨/小时、10吨/小时或30吨/小时处理量；考虑桥梁4长度、当地降雨量大小以及交通流量等因素，在桥梁4两侧设置有一个、或者多个的处理单元1，图1中安装有左右共4个。处理单元1的进水口7与桥面径流渠道连通，处理单元1的出水口8直接将出水排放至河流3或者集中后流向河岸地基上的人工湿地或集中处理池中作进一步处理。处理单元1之间采用连通管路19连通其溢流口12，连通管路19可以设置为主管支管架构，在支管管路上设置有溢流阀20。桥梁的两端设置有门架6，门架6上设置有读卡器2。

如图3所示，处理单元1主要由进水井11与沉淀池13串联组成，两者之间设置导通阀10。进水井11内设置有格栅，对进水进行初步过滤，去除体积较大的杂物，防止堵塞后续的环节。进水口7与溢流口12设置在进水井11的上部，导通阀10设置在进水井11的下部。水位检测器21设置在进水口7下方。

沉淀池13中部设置有斜板区15，底部为坡面18，坡面18的最底部设置有沉砂渠17，排空孔9开设在沉淀池13底部，排油口14与出水口8开设在沉淀池13上部，两者之间还设置有隔油挡板16。本发明采用斜板区15对桥面雨水径流进行沉砂隔油处理，相比与现有技术中采用平流式沉淀池来说，具有显著的效果。根据“浅池理论原理”，由于颗粒物存在垂直分速度，所以相对于沉淀池的长度而言，深度越浅，沉淀时间就越短；通过设置斜板/斜管，可以极大的提高水力负荷，在最小的体积内取得最大的处理效果。考虑到桥面雨水径流主要固体悬浮颗粒主要是泥砂，其密度较重易于过滤沉淀，且不是类似于活性污泥的絮凝状态，因而采用斜板也不易发生堵塞现象；且斜板间距可以采用较大的间距值，例如30～50mm。本发明的斜板优选波纹板，波纹板变间距变水流流线,过水断面是变化的,水流呈扩散、收缩状态交替流动,产生了脉动(正弦) 水流,使油珠之间增加了碰撞机率,促使小油珠变大,加快油珠的上浮速度,使油珠浮集在波纹板的波峰处，且利用油、水的密度差作用下上升至上清液顶部；顶部油层通过排油口14定期排出，上清液通过出水口8及时排出。而泥砂则沿着波纹板的波谷沉淀下降，并沿着底部的坡面18汇集至沉砂渠17内，并定期排出，从而实现油水固三者分离的目的。

本发明所述的桥面径流处理与事故应急系统包括上述的集成式处理单元1、在危险化学品运输车辆5上设置的远距离感应卡，在桥梁4前后两端门架6上设置的读卡器2，及控制系统与其控制的各电磁阀组成。远距离感应卡可以采用RFID电子标签技术，或者其他远距感应技术。在高速公路入口处，收费员对于危险化学品运输车辆5，发放这种特殊的远距离感应卡；在车辆5行驶至桥梁4时，门架6上的读卡器2检测到感应卡的信号，对相应的电磁阀阀门进行启闭。

图4为本发明所述的桥面径流处理与事故应急方法的工作流程图，包括以下三种状态：普通状态、预备状态与紧急状态。在普通状态下进水井11与沉淀池13之间的导通阀10为打开状态，出水口8的出水阀打开，溢流阀20关闭，处理单元1进行正常的雨水处理。雨水通过桥面径流渠道，流入处理单元1的进水口7，其中较大的固体颗粒杂质被格栅过滤，水流经过导通阀10进入沉淀池13，自下而上通过斜板区15，其中的泥砂被斜板阻挡沉淀至底部坡面18并汇集至沉砂渠17内，上清液顶部油层通过排油口14定期排出，上清液通过出水口8及时排出。

当桥梁4上有危险化学品运输车辆5进入时，进入端门架6上的读卡器2检测到远距离感应卡的信号，控制系统从普通状态切换至预备状态；当车辆5从另一端驶出时，驶出端门架6上的读卡器2检测到远距离感应卡的信号，将控制系统从预备状态再切换回普通状态。如果有多辆危险化学品运输车辆5相续进入桥梁4，那么控制系统将采用堆栈的算法，直至所有车辆都离开后再切换回普通状态。

在预备状态下，进水井11与沉淀池13之间的导通阀10关闭，如果此时降雨，而桥梁4上又持续进入多辆车辆5，那么进水将集中在进水井11内导致水位的持续上涨，如果水位上涨触发水位检测器21，控制系统将切换至紧急状态。

同样在预备状态下，如果在桥梁4上已发生了危险化学品泄露事故，那么通过视频监控、人工报警等方式，远程控制中心或者现场事故报警按钮，也可以迅速将控制系统将切换至紧急状态，此时事故报警开关被打开。

进入紧急状态后，排油口14的排油阀先打开，进行快速排油；然后排空孔9打开，将沉淀池13内的储水全部迅速排空，排空后关闭排油阀、排空阀与出水阀。此时控制系统再判断一次水位检测器21是否被触发，如果没有触发则继续向进水井11内进水，如果已被触发，则打开导通阀10，将进水井11内的储水转移至沉淀池13内，由于沉淀池13容积远大于进水井11的容积，因此可以视为整个处理单元1转变为一个大容积的事故池。

外部桥面径流持续进入处理单元1，如果进水井11内水位上升再次触发水位检测器21，则表明该处理单元1即将完全被装满，此时打开连通管路19上与相邻处理单元1之间的溢流阀20，溢出的水流通过连通管路19流向相邻处理单元1的进水井中，而相邻的处理单元1在必要时也打开排空阀先排空沉淀池13内的储水。通过连通管路19的设置与连通，整个桥梁4上的多个处理单元1形成一个更大容积的事故池，当桥梁4上发生小规模化学品泄露事故时，只有附近一个或几个处理单元1被污染用来收集泄露化学品液体，如果发生大规模化学泄露事故时，则多个单元的容积也能满足收集需要。最后对已污染的处理单元1可以进行清洁或更换，从而迅速恢复处理与预备能力。

如果在暴雨气候下，在事故报警开关未被打开的紧急状态时，当进水井11内水位检测器21被再次触发后，经过远程控制中心的监控人员确认桥面无化学品泄露事故发生，则打开排空阀迅速排空该单元内储水。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。