连续式衰变池设计中导流方式的比较和对策

杨 琦，林 玲，冯家俊，陆青青，王进军

(1.华东建筑设计研究总院，上海 200002；2.成都基准方中建筑设计有限公司重庆分公司，重庆 401120；3.上海城投水务<集团>有限公司，上海 200002)

衰变池是医疗建筑中低放射性污水处理的主要方式。在衰变池的设计中，存在连续式衰变池和间歇式衰变池2种形式。连续式衰变池具有占地面积少、投资省、控制简单、维护简单的优势，但如何防止池中污水(废水)的流线短流问题，确保衰变的时间，使污水的放射性降低到国家规定的安全值显得尤为重要。连续式衰变池中实际工程项目中出现了导流墙和导流管的导流方式，设计往往忽略了衰变池设计的基本原理，需确保一定的停留时间。从表面看，在衰变池中增加导流措施是为防止废水的短流，但往往在具体导流措施上忽略了导流墙、导流管设置部位问题，设计的随意性较大，特别是造成水流停留时间的差异较大。针对连续式衰变池的特点，合理设计衰变池中的导流很有必要[1-2]。

1 导流方式的设计

在衰变池的设计中，其容积的计算应按最长半衰期核素(同位素)的10个半衰期(T)计算或按同位素的衰变公式计算[3-6]。衰变池的污水处理即依靠停留时间，低放射性污水(废水)进行自然的衰变过程，衰变的时间(T)对处理的效果起到决定性的作用。根据放射性强度随时间的增加而减弱，连续式衰变池利用水力学推移流的原理，以及水的工程不可压缩性，使放射性同位素(核素)的污水在池中自然衰变，确保低放射性污水自进水到出水时间内的停留时间满足衰变所需时间，也称推流式衰变池。

设衰变池设计所需停留时间为T0，T0≥10T;衰变池实际计算的停留时间为T1，则应满足：T1>T0。

为防止连续式衰变池中水流的流程产生短流，并达到设计所需停留时间(T0)的目的，有必要在衰变池内设置防止短流的导流技术措施[2]。通常可采用导流墙或导流管的导流方式，其内部布局如图1和图2所示。在导流的分隔中，宜采用3～5段或隔舱分隔，不应少于3段或隔舱分隔，以提高连续式衰变池的抗冲积负荷能力。

图1 导流墙导流的连续式衰变池Fig.1 Diversion Wall in Continuous Decay Pool

图2 隔舱导流管导流的连续式衰变池Fig.2 Compartments and Water Flow Ducts in Continuous Decay Pools

导流墙导流是在衰变池内设置不到对面池壁的隔墙来引导水流的水流行走路线。隔舱导流管导流是在衰变池内用隔墙分隔为若干个相对独立的隔舱，采用导流管将各个隔舱内的水进行导流的水流行走路线。导流措施不仅需要满足污水在水平方向的最长流动距离，还要保证在垂直方向不至于形成短流。

2 导流方式的分析

连续式衰变池采用推流的原理，需通过合理设置导流方式来保证满足停留时间。从工程角度看，2种导流方式均可满足放射性污水停留时间的要求，其处理效果与间歇式衰变池一致[2,6]。

2.1 衰变池形式的比较

导流墙导流的衰变池，其水流沿隔墙开口的位置转向流动。放射性污水在流动过程中，前端进入的污水推动后端的污水流出，污水经过整个池内的容积所形成的停留时间进行衰变。这种方式相对简单(图1)，污水经过3段后排放，池内采用不完全分隔的隔墙，其内部完全相通。由于进入衰变池的污水含有一些固体杂质，采用导流墙进行导流，其布局形成水流的阻力较小，不易形成堵塞，且其底部的污泥清理相对方便。

隔舱导流管导流的衰变池采用导流管将各个独立隔舱的污水流通相连，依靠重力将水从下部经上部溢出(图2)。导流管设置时，还需结合隔舱内水流的方向。这种方式较导流墙导流减少了垂直方向的短流问题，停留的死角更小。但是，下部的污泥易在前部的隔舱内沉积，污水的上下流动也增加了污水在衰变池内的水头损失。

对比导流墙导流与隔舱导流管的导流流线，其衰变池实际停留时间(T1)有所不同。导流墙导流方式，由于有隔墙的间距，存在水流的最近与最远距离，而隔舱导流管方式对水流行程而言，其距离基本是一致的，其停留时间相对也是稳定的。导流墙导流方式的隔墙通常为隔墙长的1/4～1/3，现有可能出现最近与最远的行程，即设计中存在实际停留时间与理论停留时间的差异，导流墙导流方式需按最不利的行程确定，在最短的行程距离停留也需满足设计所需的停留时间。两者之间可能存在的停留时间差可通过式(1)计算。

设衰变池的长度为a，宽度为b，采用2个隔墙，隔墙按1/3的宽度开口。衰变池水位的高度h无明显的变化，则其停留时间差如式(1)。

ΔT=Tc-Td

(1)

其中：ΔT——停留时间差,d；

Tc——实际停留最长时间,d；

Td——实际停留最短时间,d。

最长距离按靠近墙侧的流线、最短距离按隔墙开口处计。停留时间为行程的实际距离除以水流的速度。假设衰变池中的进出水流速均衡一致，则停留时间差也可用行程的距离差来表示，如式(2)。

(2)

其中：ΔL——实际行程距离差，m；

Lc——水流的实际最长行程，m；

Ld——水流的实际最短行程，m。

现以某实际工程项目中设计的衰变池为例，其平面尺寸为4.5 m(a)×2.0 m(b)，采用了导流墙导流的方式。按式(2)计算，ΔL=7.5-5.64=1.86 m，其两者相差1.33倍。由此可见，导流的合理设计对于导流墙的导流方式非常重要。可以看出，开口的部位不宜太大，但还需要考虑检修的最小尺寸，设计最终采用0.5 m的开口宽度。在实际工程中，导流墙导流方式的放射性废水停留时间宜考虑一定的余量。

2种导流方式的特点如表1所示。

表1 连续式衰变池导流方式的对比Tab.1 Comparison of Flow Patterns in Continuous Decay Pools

2.2 垂直方向导流的设计

采用导流墙进行导流时，其进水、出水在垂直方向上需错开。若均从上部预留管道时，可将进水管插入衰变池中间高度以下的位置，如图1(a)的剖面图，确保水流在平面和垂直方向上尽量避免出现短流。

对于隔舱导流管分隔的情况，其导流管也需将进出水的标高错开，其导流管的管径不宜太小，可按进水管的管径放大两档。建议在水面上部开设通气孔，使池内的气流畅通，有利于减少水流的阻力。同时，由于每个隔舱相对独立，在隔舱内均需考虑设检查孔。

2.3 导流墙导流的改进

为克服导流墙导流方式存在的局部回流问题，在衰变池的转角处设沿水流方向的圆滑倒角，如图3所示。这样既有导流墙导流方式的自身优势，又兼顾了隔舱导流管导流方式的优点，以防止污水的局部回流。

图3 导流墙导流方式的改进Fig.3 Improvement of Diversion Model of Diversion Wall in Continuous Decay Pool

倒角的半径(R)与隔墙开口的长度有关，可取隔墙开口长度的一半。需要注意的是，这种改进后衰变池的容积应有所增加，衰变池的容积需补偿倒角所占用的体积。

2.4 需要注意的问题与措施

由于导流方式的不同，需注意在检修人孔、通气、沉淀物处理等方面的问题。

2.4.1 检修人孔的设置

衰变池内需设置检修人孔、检修爬梯等，以便池内清通、酸洗。检修人孔宜靠近需检修的部位，且需便于人员操作。不同导流方式的要求有所不同，对于隔舱导流管，需在每个隔舱内设置检修人孔；对于导流墙导流，可在进出水的位置分别设置检修人孔。

检修盖板的人孔应密闭。为防止上部的振动，可在井盖的下部设橡胶垫圈隔振，同时满足密闭的要求。其盖板宜有锁定装置，表面需设有辐射防护标识。

2.4.2 通气的设计

值得注意的是，衰变池中污水的停留时间远远超过化粪池内污水的停留时间，衰变池内的污水易产生厌氧气体。由于其空间相对密闭，可形成压力气体，有产生爆炸的可能性，仅靠前后排水管内非满流部分的管道来通气，效果不好。导流隔墙的水面上部宜开孔洞使内部空间流动，除满足通气外，也有利于改善水力条件。为防止环境污染和爆炸，建议在衰变池内设通气管与大气相通，并考虑排放到室外一定的高度。若采用压力排水进入，在进水管的水位上宜设虹吸破坏孔，防止污水的虹吸倒流。在隔舱导流管上，宜设用于清通的管堵，如图4所示。

图4 连续式衰变池进水管的虹吸破坏、清通和防水措施Fig.4 Siphon Failure, Clearance and Waterproofing of Inlet Pipe of Continuous Decay Pool

此外，进出衰变池的管道处需设置防水套管(图4)，一方面，防止进入地下室；另一方面，防止放射性污水外渗，污染地下环境。为了防止辐射泄露，衰变池的进水管应有一定厚度的屏蔽盖板。通常，搭接部位至少要有10倍缝隙的宽度，以减小散射辐射的泄漏。

2.4.3 沉淀物的处理

虽然在衰变池前采取了一定的措施来减小大体积的固形物，但池内还会有污泥的沉淀。通常，医院污水按32P的处理来控制时间，其半衰期为14.26 d，计算停留时间为10个半衰期，即142.6 d。由于停留时间远远大于常规的化粪池内污水的停留时间，因此，在衰变池的底部，应设有坡度，便于污泥的排放。这对于导流墙导流方式尤为重要，其坡度设置也有利于排水的流向。对于隔舱导流管方式，当衰变池内有沉渣难以排出时，可进行酸化预处理后再排出，也可在池内配置高压水枪冲洗装置，防止污泥硬化淤积。

由于衰变池不同于化粪池，在衰变池的深度上不作最低深度(高度)的要求。衰变池应综合考虑污泥沉淀、清掏污泥、埋设深度、经济性和检修人员的安全性等因素来确定其深度。

此外，在衰变池的前后还应设置检查井(监测井)，用于抽样检测其放射性的强度。在有传染病人群或疫情时使用，其污水不同于一般的医院污水，还应先进行消毒处理，再进行衰变处理。针对公共卫生应急处理的情况，建议在衰变池的进水口处增加投药消毒，其检查口设置在污水的进水口附近很有必要。

3 结论

医疗建筑低放射性污水的处理既是水质处理的问题，也是环境保护和卫生的问题。在连续式衰变池设计中，导流方式是保证衰变停留时间的重要环节之一。连续式衰变池内的布局应设有防止进出水短流的装置。污水的进水水流无论是在水平方向还是在垂直方向上，需确保流线最长。

比较连续式衰变池设计中的导流墙导流方式与隔舱导流管方式，导流墙方式在工程中的应用相对较多，其相对简单，有利于减少衰变池内的堵塞。当采用重力排水时，宜下部进水上部出水；当采用压力排水时，宜上部进水下部提升排水。但其实际停留的时间与隔墙的开口尺寸有很大的关系。建议在设计中考虑1.3左右的有效容积系数，以确保其足够的处理停留时间。而隔舱导流管方式垂直方向上的导流效果较好，污水的回流相对较少，其有效容积可以控制，适用于对处理要求严格、出水稳定的情况，但这种方式隔舱内污泥的清理相对困难一些。

此外还需注意，在每个隔墙之间或隔舱中，宜设检查人孔，关注衰变池中通气、沉淀物的问题。疫情期间，可在衰变池进水入口处增加投药消毒的技术措施。