熊绍贵
芜湖华衍水务有限公司 241000
关键词：二次供水 水箱 自动清洗 水质
摘要
本课题涉及目前二次供水水箱清洗现状调查及智慧供水水箱自动清洗装置的研发，针对用于清洗水箱内壁及拉筋死角冲洗喷头进行设计定制，内部喷头及管路装置合理排布、可编程控制系统、电气加压设备选择，最终完成研发一种全覆盖自动二次供水水箱清洗装置，该装置及清洗、消毒为一体。
近年来，随着社会经济及城镇化的快速发展，城镇高层住宅式小区大量出现，二次供水设施（包括泵房设施、储水设施、加压和水处理设备、电气和自控及安防系统、水表及水表前的输水管道及附件等）数量随之迅速增加，人们对二次供水水质、水量要求也日益提高。
提到二次供水，我们想到的都是利用成套泵组将市政管网的水送到高层的用户使用。一栋二三十层的居民楼是有大量住户的，试想当很多居民在同一时间打开自家的水龙头，也就是我们常说的用水高峰的时候，市政管网的水量是难以满足用户需求的，这时候就用到二次供水设施中另外一个很重要的组成部分——储水设施。
二次供水储水设施大概经历三个演化过程，第一个阶段由上个世纪80~90年代，因建造成本的考虑而普遍使用的建在楼顶的混凝土水箱，相当于高位水塔的作用。第二阶段随着供水方式变化采用管网叠压供水后，大约15年前二次供水建设普遍使用铁皮水箱；最后到近十年内，人们对水质要求的提高而普遍采用的二次供水不锈钢（食品级SUS304、316）水箱。
水箱作为大型承压的水容器，它的使用是要定期日常维护的，在国家的行业标准对水箱清洗都是有明确要求：《二次供水工程技术规程》DB34/T 5024-2015中第7章安全管理规定“水池（箱）必须定期清洗消毒，每季度不得少于一次”。
目前，水箱人工清洗大致流程包括：1、在确保水箱安全后进入水箱内部；2、用高压水枪对水箱顶板、侧板、底板、拉杆、加强筋、顶撑等部件进行冲洗（冲洗时应避免直接冲到浮球等易损件，以防造成设备和易损件的失灵）3、用扫把或尼龙刷从水箱顶部、侧板、底部、内部件等依次反复刷洗3次，若有锈蚀，需用百洁布进行除锈；4、用水泵抽出脏水，再用扫把和簸箕将剩余积水清扫干净。
水箱消毒流程包括：1、将配好的消毒液剂用喷枪均匀的喷洒在水箱顶板、侧板、底板、拉杆、加强筋、小档、顶撑等部件进行消毒，2、将水箱人孔盖好封闭半小时；人孔打开后用鼓风机对着水箱吹风半小时，以便人员能安全的进入清洗，然后用高压水枪冲洗一遍整个水箱，用水泵抽出消毒水溶液3、再重复用清水冲洗一遍并用水泵抽出消毒水溶液，用扫把和簸箕将水箱中积水清扫干净，并拍照记录水箱清洗后情况。
以上情况得出：二次供水水箱清洗普遍采用人工清洗，人工清洗现状特点归纳为：
1、清洗人数多，清洗时间长；
2、内部结构复杂，箱体相对密封，易出现碰撞、划伤、窒息等职业健康安全风险；
3、人员的进出，会对水箱造成二次污染。
水箱清洗后的存贮水质都是要经过水质检测达标的，但是水箱的洁净度多多少少却存在差异。由于二次供水水箱内部结构复杂，箱体相对密封，人工清洗模式难以达到可数据化的标准模式，且存在职业健康安全风险，所以需要改变现有人工清洗模式，采取自动清洗提升水箱清洗效果，消除职业健康安全风险。所以，研发一种可靠的二次供水水箱自动清洗装置具有极高的需求价值。
二次供水水箱自动清洗装置研发借鉴：
1、高压水枪
通过动力装置使高压柱塞泵产生高压水来冲洗物体表面的机器。它能将污垢剥离，冲走，达到清洗物体表面的目的。1、高压水枪是手持移动式的，但水箱相对密封，且内部结构件较多，移动困难。2、高压水枪通过水泵产生高压水流，可采用类似于高压水枪的喷头进行输出。
2、洗碗机
1、物理清洗
在泵的驱动下，洗涤液呈喷射状态对餐具表面的直接冲刷。
2、化学清洗
洗涤过程加入的洗涤剂与餐具中油脂起良好的碱性皂化反映，使油污脱离餐具。
通过借鉴，高压水流能有效的对水箱内壁和结构件进行清洗，通过设置喷头类型、数量、安装位置，可对水箱进行全覆盖清洗，配合消毒管路，可实现水箱清洗、消毒一体化。
课题研究决定采用自动清洗由360度无死角主喷头全方位喷洗；辅助喷头作动态精洗，实现正向、逆向全覆盖；消毒系统加药雾化喷头进行自动喷药消毒（考虑到试验阶段采用独立水泵及PLC控制系统，待成功后可以与泵房加压系统集成）。研发一种全覆盖自动二次供水水箱清洗装置，该装置及清洗、消毒为一体。
水箱自动清洗效果取决于喷头水柱冲击强度P和冲洗时间T。喷水时间可以由实验获取合理数值并通过控制器设定。影响冲击效果最重要参数冲击强度P由于实际情况下难以测定，引入如下公式表达喷头冲击强度的大小。
P=Q*△H
式中：P-冲击强度是指单个喷嘴的水柱喷向水箱壁产生的力（m4/h）
Q-单个喷嘴的流量（m3/h）
△H-有效充实水柱(m)-水箱清洗距离（半径m）
主喷嘴计算示例：实测单个喷嘴，喷嘴Ф3.3mm，在水压为6.2kg时，流量为0.72 m3/h，有效充实水柱为2.5m，水箱清洗最大距离半径为2.061米，得出△H距离为0.439m.
P=Q*△H
=0.72 m3/h*0.439m
=0.32 m4/h
辅助喷嘴计算示例：实测单个喷嘴，喷嘴Ф3.5mm，在水压为6.4kg时，流量为0.9 m3/h，有效充实水柱为2.3m，水箱清洗最大距离半径为1.36米，得出△H距离为0.94m.
P=Q*△H
=0.9m3/h*0.94m
=0.85m4/h
通过有效覆盖半径的计算，模型设定为2m*2m*3m，体积为12 m3的标准水箱最为标准单元模板。主喷头选用球体不同方向17孔的冲洗喷头，辅助喷头为利用水推力可横向、纵向360°旋转的喷头，加药喷头为雾化喷头，可覆盖整个水箱。达到水箱全覆盖、无死角集冲洗和消毒功能于一体。
加压水泵扬程不同但流量相近的水泵进行试验并对结果进行检查，发现水泵扬程大于60m能实现对二次供水水箱壁污渍的有效清洗。加压管路及阀门选型：DN50重型电动304不锈钢丝扣球阀 3个 用于主喷头冲洗+辅助清洗+底板清洗；DN25重型电动304不锈钢丝扣球阀 2个 用于加药。水箱内管道排布设计如下：
水箱自动清洗工艺PLC控制程序流程为：1、主喷头开启清洗；2、开启辅助清洗；3、地面清洗；4开启消毒；5、药液漂洗。
经过真实二次供水水箱的清洗的试验，该设计研发完成对二次供水水箱内部进行空间无死角清洗、消毒。控制电路采用可编程控制器（PLC）自动控制整个系统完整控制，不同类型、不同方向的喷头效率高，整改清洗过程控制在半小时内，无需人工清洗时需要长时间停水。达到二次供水水箱运维的高效、安全、智能化的目标，为城市供水“最后一公里”的安全做好保障。
参考文献：《二次供水工程技术规程》DB34/T 5024-2015
《安徽省城镇供水条例》2017
作者：熊绍贵