真空排水技術(shù)在村落生活污水收集系統(tǒng)中的應(yīng)用與探討

全康環(huán)保:真空排水技術(shù)在村落生活污水收集系統(tǒng)中的應(yīng)用與探討

一、真空排水系統(tǒng)的組成和原理

真空排水系統(tǒng)分為室外真空排水系統(tǒng)和室內(nèi)真空排水系統(tǒng)。室外真空排水系統(tǒng)一般由用戶(hù)污水收集器（洗手盆、洗浴盆、地漏、衛(wèi)生器具等）、排出管、收集箱、真空管道、真空泵站（收集罐、真空泵、排污泵）、除臭設(shè)施和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。室內(nèi)采用真空排水系統(tǒng)時(shí)可直接與室外真空排水系統(tǒng)連接，非真空衛(wèi)生器具排水可通過(guò)收集箱與室外真空排水系統(tǒng)連接。

真空排水系統(tǒng)的基本原理是以負(fù)壓為驅(qū)動(dòng)力,對(duì)污水進(jìn)行抽吸與輸送。平時(shí)管網(wǎng)中保持一定的真空狀態(tài)，當(dāng)收集箱污水達(dá)到一定液位后開(kāi)啟真空界面閥, 系統(tǒng)內(nèi)外壓差將污水及幾倍于污水體積的空氣抽吸到真空管道中，污水經(jīng)真空管道的傳輸進(jìn)入真空收集罐，罐內(nèi)收集的污水最后經(jīng)污水泵序批排出，見(jiàn)圖1。

圖1 真空排水系統(tǒng)構(gòu)成圖

二、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、系統(tǒng)布置

為便于用戶(hù)重力管或壓力管接入，收集箱應(yīng)靠近污水排出點(diǎn)，一戶(hù)或多戶(hù)居民可設(shè)置一個(gè)收集箱；不宜設(shè)置在有車(chē)輛、行人經(jīng)過(guò)的地方。當(dāng)排水量小于或等于4L/s時(shí)，宜設(shè)單個(gè)真空閥的收集箱。當(dāng)排水量大于4L/s時(shí)，宜設(shè)兩個(gè)真空閥的收集箱。

真空泵站宜布置于真空排水系統(tǒng)中心或地勢(shì)低的位置，與周?chē)ㄖ锏木嚯x不應(yīng)小于25m，與生活給水泵房、水源、水池的距離不應(yīng)小于10m，當(dāng)達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)采取有效的防污染措施。真空排水系統(tǒng)布置見(jiàn)圖2。

圖2 真空排水系統(tǒng)布置示意圖

2、接戶(hù)管

村落生活污水主要包括洗滌、淋浴、廚房（飯店）、廁所污水。為了避免真空管道堵塞，污水排入收集箱前，廚房、飯店污水必須建造隔油池，廁所污水必須建造化糞池，收集箱前設(shè)置格柵井。住戶(hù)至真空收集箱污水收集示意見(jiàn)圖3。

（1）住戶(hù)、飯店衛(wèi)生間污水、廚房污水和洗滌污水等各類(lèi)排污口接管要求全部接入新建系統(tǒng)中，接戶(hù)管安裝一般應(yīng)遵循橫平豎直的原則，以保持使用和外觀整潔。

（2）接戶(hù)管可選用管徑范圍75~160mm，管材一般選用UPVC管。廚房的排水管徑采用75mmUPVC管，農(nóng)戶(hù)衛(wèi)生間污水到化糞池前的排水管徑不小于110mmUPVC管，化糞池出水到支管的排水管徑采用110mmUPVC管。

（3）出戶(hù)管坡度：管徑選用75mm，坡度2%；管徑選用110mm、160mm，坡度1%。

（4）為防止臭氣回溢，須在衛(wèi)生間、廚房出水立管設(shè)置"S"型存水彎。若不能滿(mǎn)足最小離地距離，可在埋地橫管設(shè)置"P"型存水彎。

（5）戶(hù)外裸露接戶(hù)管應(yīng)采取防凍防曬措施，一般可用保溫材料包扎管道，并用膠帶捆扎。

（6）設(shè)置在戶(hù)外的洗滌池要規(guī)范砌筑一槽或幾槽，板上洗滌污水收集入槽，槽內(nèi)污水用軟管收集接入管網(wǎng)，且收集軟管與槽池底部必須連接嚴(yán)密，連接處要做好防漏處理。

圖3住戶(hù)至真空收集箱污水收集示意圖

3、真空管網(wǎng)

真空管網(wǎng)主要有由真空支管、真空主管、檢查井和相關(guān)附件組成。真空管管徑按照污水量計(jì)算確定，管徑較小，一般為dn65～dn250。單個(gè)真空站的真空主管長(zhǎng)度不宜大于4km，真空管道累積提升不超過(guò)3.5米。真空管網(wǎng)沿路敷設(shè)采用開(kāi)挖施工，沿溝渠敷設(shè)采用支架架設(shè)施工。管道縱向、水平偏轉(zhuǎn)夾角宜大于45°。真空管道施工應(yīng)保證密閉性，管道連接處應(yīng)保證管道內(nèi)部光滑，不得采用90°彎頭、三通，應(yīng)采用45°彎頭、斜三通。

（1）當(dāng)?shù)孛鏋樯掀?、水平或坡度小?‰時(shí)，真空管道以不小于2‰的坡度向下敷設(shè)。管道需提升時(shí)，采用鋸齒式向上提升。支管提升不宜超過(guò)1個(gè)，集水箱和提升段的距離≥1.5 m，集水箱和真空干管的距離≤30m。支管接入位置宜在干管鋸齒底部水平距離6m內(nèi)，不宜設(shè)置在鋸齒頂部6m內(nèi)。連續(xù)提升時(shí)，提升彎之間的水平距離不應(yīng)小于6m，且不應(yīng)大于100m。真空管道敷設(shè)示意見(jiàn)圖4。

（2）當(dāng)?shù)孛孀匀黄露龋?‰時(shí)，真空污水管道敷設(shè)坡度宜采用地面自然坡度，見(jiàn)圖5。

圖4地面為上坡、水平或坡度小于0.2‰時(shí)真空管道敷設(shè)示意圖

圖5地面為下坡時(shí)真空管道敷設(shè)示意圖

4、真空站

真空站有兩種形式，一種為在線式，由凸能泵、蓄能罐組成；另一種為集中式，由真空泵、污水泵、真空罐組成。

在線式僅設(shè)置一個(gè)蓄能罐，不設(shè)置真空收集罐，凸能泵具有抽真空和污水排出功能。集中式通過(guò)真空泵在系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)壓，利用污水泵排出。前者設(shè)備體積小，布置靈活，適用于衛(wèi)生器具較少，１～２個(gè)衛(wèi)生間共用一套在線式系統(tǒng)，見(jiàn)圖6。后者適用于同一建筑物、小區(qū)、住宅群的室外真空排水系統(tǒng)，見(jiàn)圖7。

圖6 在線式真空站系統(tǒng)示意圖

圖7 集中式真空站系統(tǒng)示意圖

污水收集至真空罐后，排污最簡(jiǎn)便的方式是先破除罐內(nèi)真空，并停止污水收集，再利用排污泵、高壓氣體或真空泵反轉(zhuǎn)產(chǎn)生正壓加速排放。由于污水不間斷排放，往往要求真空罐排污時(shí)不允許停止污水的收集。針對(duì)排水系統(tǒng)特殊性，目前，有三種解決方法:

（1）雙真空罐交替集污與排污，其中一罐破除真空后利用排污泵加速排污，同時(shí)另一罐收集污水。

（2）二級(jí)真空罐，即一個(gè)真空罐分上、下兩個(gè)腔室。集污時(shí)上、下腔室連通，污物由上腔室進(jìn)人，在重力作用下落入下腔室。排污時(shí)上腔室保持負(fù)壓并持續(xù)收集，下腔室與大氣連通，用排污泵加速排污，排污完成后上下腔室再次連通。與雙真空罐相比，二級(jí)真空罐方式所需設(shè)備小，真空罐容積利用率高。

（3）單真空罐帶負(fù)壓排放。污水收集量達(dá)設(shè)計(jì)容積時(shí)不破壞真空，使用大揚(yáng)程排污泵強(qiáng)制排放。

目前，單真空罐帶負(fù)壓排放是國(guó)內(nèi)外真空罐排放的主流技術(shù)，應(yīng)采用真空罐一排污泵一平衡管的組合。相比于前兩者，此種污水排放方式的設(shè)備及控制更為簡(jiǎn)單，投資及占地更小，且不會(huì)因周期破壞真空而浪費(fèi)系統(tǒng)真空動(dòng)力，但對(duì)排污泵揚(yáng)程、氣蝕余量和系統(tǒng)氣密性等性能有更高要求。

5、廢氣排放和處理

真空站排氣應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 14554 的規(guī)定，有條件時(shí)可高空排放。當(dāng)不能滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置凈化裝置對(duì)真空泵排出廢氣進(jìn)行處理。

三、工程案例

皖南某古村落街道狹窄，排水溝渠多，民居基礎(chǔ)多為鵝卵石，地質(zhì)條件不利于管道施工，地下敷設(shè)重力污水管道無(wú)法保證建筑的安全，采用傳統(tǒng)污水收集方式面臨著巨大風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，最終選用集中式室外真空排水系統(tǒng)。

該古村落南北約600m，東西約400m，地形較平坦，地勢(shì)北高南低，西高東低。為了便于將村落的污水輸送至污水處理廠，將真空站設(shè)于村落東南側(cè)，該處為綠化建設(shè)用地，且地勢(shì)低，有利于真空管道的敷設(shè)，同時(shí)滿(mǎn)足真空站的選址要求。村落為旅游區(qū)，為不破壞村落原有風(fēng)貌，真空站設(shè)計(jì)為半地下式。

該村落居民人數(shù)約2300人，生活污水設(shè)計(jì)排水量約120m3/d。工程設(shè)置收集井62座，de63真空管900m，de160真空管2300m，真空收集站1套，收集站平面尺寸為7m×6m。采用單真空罐帶負(fù)壓排放，罐體體積8.0m3，罐體真空度-40～-60kpa；水環(huán)真空泵2臺(tái)，抽氣量400m3/h；排污泵2臺(tái)，流量為65m3/h。

圖8 真空站平面布置圖及剖面圖

四、結(jié)語(yǔ)

（1）真空排水系統(tǒng)較傳統(tǒng)重力排水系統(tǒng)復(fù)雜、投資費(fèi)用高，但傳統(tǒng)排水技術(shù)難以實(shí)施時(shí)，真空排水系統(tǒng)卻不受外部條件限制，其技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于傳統(tǒng)排水系統(tǒng)。

（2）為使污水收集取得更好效果，接戶(hù)管工程應(yīng)按規(guī)范同步實(shí)施。實(shí)施過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督和管理，保證每家每戶(hù)污水均能收集到排污系統(tǒng)中去。

（3）加強(qiáng)排污系統(tǒng)后期管養(yǎng)，聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，為每家每戶(hù)提供技術(shù)支持，并對(duì)收集管路、真空泵、監(jiān)控設(shè)備等進(jìn)行定期檢查和維護(hù)。

（4）繼續(xù)探索室外真空排水技術(shù)在我國(guó)城鎮(zhèn)、村落污水治理中的應(yīng)用模式，開(kāi)展適用技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)、引進(jìn)，提高其可靠性、可控性，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化降低投資、使用及維護(hù)成本。