一种铁路隧道排水分级处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种铁路隧道排水分级处理系统，具体适用于铁路隧道施工期排水处理，属于污水处理技术领域。


背景技术：

2.铁路隧道作为铁路工程建设中的一个重要结构物，在改善线形、缩短里程、提高运营效益等方面有着巨大的优势。
3.近年来，我国铁路建设快速发展，根据《中长期铁路网规划》，我国还将继续建设一大批铁路隧道，预计总长度达10000km以上。铁路隧道开挖穿越富水地段时，掌子面附近围岩裂隙形成临空面，周边地下水沿裂隙涌出，成为隧道排水的主要部分。地下水汇集流经施工作业面后，冲刷携带泥浆、水泥等污染物，排出洞口后会污染周边地表水域。
4.随着国家对生态文明建设的日益重视，隧道施工废水污染问题益发突显，先处理后排放势必成为未来发展趋势。目前，我国普遍采用混凝、过滤、沉淀、调节等处理方法，但是，受隧道洞口用地面积限制，难以建设大规模处理设备，同时受成本等因素影响，隧道废水处理水量受到较大限制。而在隧道施工，开展打眼、爆破、清渣、衬砌等不同施工工序时，掌子面区域产生污染物的量也不一致，造成下游隧道排水在较短时间内污染物浓度时高时低，统一进入处理系统，造成处理设备低效浪费。同时，由于同一隧道穿越不同富水程度的地层，在遇到富水地层时，隧道涌水量突增，下游排水污染物浓度减少，水质好转，但是，全部进入下游废水处理设备后，却会造成冲击负荷，容易损坏设备。因此，根据隧道排水水质、水量变化，将满足排放标准的部分直接排放，可解决隧道大量涌水与处理设备规模受限的矛盾。同时根据污染程度不同，将排水分流后，按不同工艺处理，可提高设备利用能力，减小同类废水处理设备建设规模。
5.因此，现有铁路隧道施工废水处理工作，迫切需求一种可以实时监测隧道排水水质、水量变化，快速切换隧道排水水流方向，实现分级、分流处理的系统。


技术实现要素：

6.本实用新型的主要目的在于提供一种铁路隧道施工排水分级处理系统，该系统在无需人员值守情况下，能够实时检测隧道排水水质、水量，自动实现隧道排水分级分流，可以有效减少隧道废水处理系统负荷，提升隧道排水处理效率。
7.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
8.一种铁路隧道施工排水分级处理系统，包括进水堰渠、水位传感器、渠道、综合水质传感器、第一电动阀、第二电动阀、清水缓冲池、第三电动阀、污水缓冲池、第四电动阀、数据采集与通信模块、plc控制器和云端平台服务器；进水堰渠的上游连接隧道洞口排水沟，下游连接渠道，水位传感器安装在进水堰渠内，与数据采集与通信模块连接；渠道的中部一侧与清水缓冲池连接，连接处安装有第一电动阀，清水缓冲池的下游安装有第二电动阀；渠道的下游与污水缓冲池连接，污水缓冲池一侧安装有第三电动阀，污水缓冲池的下游安装
有第四电动阀；所述的第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀和第四电动阀均与plc控制器连接；综合水质传感器固定在渠道底部，与数据采集与通信模块连接，数据采集与通信模块与云端平台服务器通过无线通信网络远程连接；所述的plc控制器与数据采集与通信模块通过传输电缆连接。
9.优选地，所述数据采集与通信模块与plc控制器固定在电气控制柜内。
10.优选地，所述电气控制柜位于渠道旁。
11.优选地，所述进水堰渠为不锈钢焊制的标准巴歇尔槽，可以根据隧道设计文件中的预测涌水量选择槽体尺寸。
12.优选地，所述水位传感器为超声波水位传感器，精度为
±
3mm。
13.优选地，所述综合水质传感器测量指标包括：ph、tss、浊度、化学需氧量、nh4‑
n。
14.优选地，所述数据采集与通信模块为工业级数据采集电气模块，搭载rs232接口的无线传输dtu模块。
15.优选地，所述plc控制器带有人机交互界面。
16.本实用新型的优点在于：
17.(1)本实用新型通过采用以电动阀+物联网为核心的组合设备，可以实现隧道排水按三级排放标准(污水综合排放标准(gb 8978
‑
1996))分流处理，解决了隧道废水处理设备承受高水量冲击负荷问题，尤其是针对铁路建设中涉及到突发岩溶涌水的隧道施工排水处理的问题。
18.(2)与其他处理系统比，本实用新型的方案安装简单，无需人员值守，可适应隧道24小时施工特点，适应隧道水量、水质快速变化特点。
19.下面通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，但并不意味着对本实用新型保护范围的限制。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例1的铁路隧道施工排水分级处理系统的结构示意图。
21.图2是本实用新型实施例1的铁路隧道施工排水分级处理系统中通信控制系统的结构示意图。
22.主要零部件名称：
[0023]1ꢀꢀ
进水堰渠
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水位传感器
[0024]3ꢀꢀ
渠道
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综合水质传感器
[0025]5ꢀꢀ
第一电动阀
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第二电动阀
[0026]7ꢀꢀ
清水缓冲池
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第三电动阀
[0027]9ꢀꢀ
污水缓冲池
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10 第四电动阀
[0028]
11 数据采集与通信模块
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12 plc控制器
[0029]
13 云端平台服务器
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14 人机交互界面
具体实施方式
[0030]
除非特别说明，本实用新型实施例中的设备和零部件均为本技术领域常用的设备和零部件，其连接关系为常规的连接关系。
[0031]
实施例1
[0032]
如图1所示，是本实用新型实施例1的铁路隧道施工排水分级处理系统的结构示意图；如图2所示，是本实用新型实施例1的铁路隧道施工排水分级处理系统中通信控制系统的结构示意图；其中，1为进水堰渠，2为水位传感器，3为渠道，4为综合水质传感器，5为第一电动阀，6为第二电动阀，7为清水缓冲池，8为第三电动阀，9为污水缓冲池，10为第四电动阀，11为数据采集与通信模块，12为plc控制器，13为云端平台服务器，14为人机交互界面；本实用新型实施例1的铁路隧道施工排水分级处理系统，包括进水堰渠1、水位传感器2、渠道3、综合水质传感器4、第一电动阀5、第二电动阀6、清水缓冲池7、第三电动阀8、污水缓冲池9、第四电动阀10、数据采集与通信模块11、plc控制器12和云端平台服务器13；水位传感器2、综合水质传感器4、第一电动阀5、第二电动阀6、第三电动阀8、第四电动阀10、数据采集与通信模块11、plc控制器12和云端平台服务器13构成通信控制系统；进水堰渠1上游连接隧道洞口排水沟，下游连接渠道3，水位传感器2安装在进水堰渠1内，与数据采集与通信模块11连接；渠道3的中部一侧与清水缓冲池7连接，连接处安装有第一电动阀5，清水缓冲池7下游安装有第二电动阀6；渠道3的下游与污水缓冲池9连接，污水缓冲池9一侧安装有第三电动阀8，污水缓冲池9的下游安装有第四电动阀10；所述的第一电动阀5、第二电动阀6、第三电动阀8和第四电动阀10均与plc控制器12连接；综合水质传感器4固定在渠道3底部，与数据采集与通信模块11连接，数据采集与通信模块11与云端平台服务器13通过无线通信网络远程连接；所述的plc控制器12与数据采集与通信模块11通过传输电缆连接；数据采集与通信模块11与plc控制器12固定在电气控制柜内，电气控制柜放置在渠道3旁边。
[0033]
本实用新型的铁路隧道施工排水分级处理系统的具体过程如下所述：
[0034]
(1)隧道排水从排水沟流入进水堰渠1，水位传感器2测量进口堰渠1中的水位，并把水位信号传送给数据采集与通信模块11；
[0035]
(2)隧道排水通过进水堰渠1流入渠道3后，综合水质传感器4测量水的ph、tss、浊度、化学需氧量、nh4‑
n指标，并把水质信号传送给数据采集与通信模块11；
[0036]
(3)数据采集与通信模块11接收水位及水质信号后，通过传输电缆把数据传送给plc控制器12，并通过无线通信网络将数据传送给云端平台服务器13；
[0037]
(4)plc控制器12接收水位和水质信号后，启动内部储存的预编程序，对比预先设定的水质阈值；当设定水质指标符合一级标准时发出控制信号，顺序打开第一电动阀5、第二电动阀6，同时顺序关闭第三电动阀8、第四电动阀10；当设定水质指标符合二级标准时发出控制信号，首先关闭第二电动阀6，利用清水缓冲池7迟滞水流速度，防止阀门关闭过程中存在超标废水排放，然后，关闭第一电动阀5，同时顺序打开第三电动阀8，关闭第四电动阀10；当设定水质指标符合三级标准时发出控制信号，关闭第三电动阀8，打开第四电动阀10；
[0038]
(5)云端平台服务器13接收水位和水质信号后，利用内置的标准堰渠尺寸数据和流量计算公式，将水位转换为流量；储存并展示流量、水质数据，供技术人员远程监控；同时，可以在云端平台服务器13设置三级排水水质阈值，经数据采集和通信模块11传送给plc控制器12；
[0039]
(6)plc控制器12储存的预编程序和水质阈值，可以通过人机交互界面14输入；plc控制器12发送的电动阀工作指令也通过数据采集与通信模块11，传输至云端平台服务器13，技术人员可远程查看电动阀开闭状态；
[0040]
(7)系统分流出的满足一级排放标准的隧道排水，从第二电动阀6处流出，可以直接排入附近自然水体；系统分流出的满足二级排放标准的隧道排水，从第三电动阀8处流出，进入废水处理系统中进行简化处理；系统分流出的其他隧道排水，从第四电动阀10处流出，进入废水处理系统中进行完整流程处理。
[0041]
进水堰渠1为不锈钢焊制的标准巴歇尔槽，可以根据隧道设计文件中的预测涌水量选择槽体尺寸；水位传感器2为超声波水位传感器，精度为
±
3mm；数据采集与通信模块11为工业级数据采集电气模块，搭载rs232接口的无线传输dtu模块；plc控制器12带有人机交互界面14。
[0042]
本实用新型的铁路隧道排水分级处理系统，解决了隧道涌水冲击废水处理设备，隧道排水量与废水处理设备规模限制之间的矛盾问题。
[0043]
最后，需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。