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1、真空排水系统的原理、方法及应用净水技术2011,30(3):3033WaterPurificationTechnology真空排水系统的原理,方法及应用李剑波(上海建瓴工程咨询有限公司,上海200032)摘要真空排水系统是一种新型的排水系统,与传统重力排水系统相比具有环保,节水,节电等优点;真空排水系统安装空间小,可随意绕过障碍物,管道铺设灵活,受地形限制小.国内真空系统应用极少,尚无设计规范和验收标准.该文介绍了真空排水系统的原理,组成及特点,并列举了真空排水系统在国内的一些应用实例,对真空排水系统在国内的应,Ej前景进行了预测.关键词真空排水系统排水体制排水管网中图分类号:TU992.1文
2、献标识码:A文章编号:10090177(2011)03003004Principle,MethodandApplicationofVacuumSewerSystemLiJianbo(ShanghaiJianlingEngineeringConsuhingCo.,Ltd.Shanghai200032,China)AbstractVacuumsewersystem,whichisenvironmentalfriendly,isanewkindofwastewatercollectionsystems.Comparingtothecomparingtogravitysewers,vacuumsewe
3、rsystemcansavemorewaterandelectricity.Vacuumsewersystemsneedsmallspaceandcangoaroundtheobstacleeasily,thuspipelineofthesesystemsareflexiblewithnolimitedbyterrain.Tillnow,vacuumsewersysternsarenotwidelyusedinChinabecauseofnodesignandacceptancecriterion.Theprinciples,unitsandtraitsofthesesystemsareint
4、roducedinthepaper.Examplesofvacuumsewersystemsarelisted,theforecastoftheirfutureuseinChinaisintroducedaswel1.Keywordsvacuumsewersystemsdrainagesystemsdrainagepipelines长期以来,排污管道系统大都采用重力排污系统.然而,重力排污系统存在众多弊端:易受地形限制,不能灵活与其他专业管线进行整体协调需较大的坡度和埋深,需设置大量污水检查井,提升泵站或倒虹吸管等附属构筑物,致使施工难度,建设和维护成本大幅增加.真空排水系统正是在这一背景下应
5、运而生的新型压力流污水收集系统.真空排水系统是由真空泵在密闭的排水管网中形成真空条件,通过各收集井中的真空阀控制,利用真空负压产生的压差来实现污水流向污水罐,最后排至市政污水管网或污水处理设备,属于压力流排水系统.与传统重力排水系统相比,真空排水系统只需保证覆土深度,对管道坡度要求较低,管道的布置具有很大的灵活性,可用于地质构造复杂(不稳定地面,地下水位高,岩石地层等),地形坡度不够(平原),及对排水有特殊要求的地区(如赛车场,高档住宅区,地下商场,别墅区)阁.收稿日期2011-0328作者简介】李剑波(1979一),男,工学博士,主要研究方向:污水处理及资源化.联系电话:1348243349
6、9;Email:Lijianbo1979gmail.con.301真空排水系统组成真空排污系统主要由污水真空收集阀井,真空排污管网,真空站j大部分组成如图1所示.污水真空收集阀井图1真空排污系统示意图Fig.1SystemDiagramofVacuumSewerSystem干管(至真站)1.1真空收集阀井污水真空收集阀井是真空排水系统的起点设备,通常设于单体建筑物附近.污水真空收集阀井(见图2)包括污水收集井和真空接触阀,污水收集井用来临时收集建筑物内的污水,真空接触阀安置在污水收集井内,且与建筑下水道及支管相连,是真空排水系统的动力装置.数栋建筑可共用一个污净水技术WATERPURIFICA
7、TIONTECHNOL0GYVo1.30,No.3,2011June25th,2011水真空收集阀井.建筑物内的污水一般通过重力管道排到污水真空收集阀井中.当污水收集井内的水位升高时,真空接触阀感应管内空气受到压缩,气压上升,当感应管内气压与真空管道内的压差达到设定值时41,真空接触阀开启,收集井中污水在压差作用下通过抽吸管进入接触阀后的真空管道中.随着集水井中污水携带的空气进入和污水中空气的逸出,井内水位回落,使得感应管中的气压下降,当感应管中的气压降低到一定值时,压力开关自动关闭,系统的一个工作周期结束,将进入下一个循环周期.重力排一真空排水干管污水真空收集阀井图2污水真空收集阀井Fig.
8、2SewageVacuumCollectValveWell1.2真空排水管网真空排水管网包括干管和支管,管径一般为520cm5,用于连接阀井和真空站内的污水收集罐.污水由真空污水收集阀井经支管,干管,再由主干管进入真空站,整个管网呈枝状分布.在真空收集阀刚打开的瞬间,抽吸作用将污水吸出排水支管61.同时,收集井内的空气被吸入排水管网中,导致管道内真空度逐渐降低,管内与外界压差逐渐减小,管道内流速也将逐渐减小.当管内外压力趋于平衡时,真空收集阀关闭,管内污水将处于重力流状态.此时由于失去了抽吸动力,污水将汇集到管网末段的最低点.因此,真空排水管道应按段敷设成波浪形或锯齿状,以便汇集部分污水,用作
9、产生真空提升时所需的水封.故污水在真空管道中输送,并不是一次性到达真空站,每一次启动只有一部分污水被输送到真空站,一部分则停留在管线的各提升段的低洼处,等待下次启动71.尽管真空排污系统的管道不易堵塞,但为预防意外情况,在提升段的低洼处设置清淤孔,管道堵塞时打开清淤孔,通过外界大气压力来疏通管道内的堵塞物.污水管网铺设坡度大于0.2%,一方面保证具有足够的重力水头;另一方面,使波段有最低点,形成柱塞水封段.管道埋深过大时,通过两个45度弯头和一根直短管的提升段来提升高度.当采用多级提升时,第一级提升距起始端至少15Ill,之后每一级提升段之间的间距至少为6.1111,且多级提升不得超过5级.干
10、管每间隔500m需设截止阀一个,以便维修.1-3真空站真空站(见图3)是真空排水系统的核心部分.一般配有真空泵,排污泵各2台(均为一用一备,自动交替运行),大型污水真空收集罐1座.此外还配备了真空压力监测仪,故障监控系统,电控系统及除臭设施等.真空排水系统运行时,由真空泵提供和维持管道及真空罐内负压状态(3550kPa)61.为避免水蒸气及杂物进入真空泵,降低真空泵的寿命,在真空泵和收集罐之间设置真空储能罐.一个污水真空收集罐可同时服务几条主管,每根主管通过截止阀与污水真空收集罐相连.系统工作后,污水与空气经管网被抽人污水收集罐,罐内气压逐渐上升,真空度下降,当真空度下降到极限值时,真空泵又自
11、动启动,将罐内空气抽出,依次循环工作.当真空罐水位达到一定水位时,污水泵启动排出罐内污水.真空泵出口装有活性炭过滤器以净化排出的臭气图3真空站示意图Fig.3DiagramofVacuumStation排气口1.4真空接触阀监控系统真空排水系统对管道气密性要求很高.为维持管道内的真空状态,保证系统的正常运作,需对真空排水管网的真空状态进行监控.在管网施工确保正常,系统管网通过密闭测试的情况下,系统失真一3l一李剑波.真空排水系统的原理,方法及应用空出现通常是由于真空接触阀不能正常关闭造成的l8.通过在真空接触阀上安装反映阀启闭状态的感应器,并与监控系统连接,可实现对真空接触阀启闭状态的监控,对
12、不能正常关闭的接触阀进行准确定位.2真空排水系统特点(1)不受地形限制,适用范围广.由于管道采用压力输送污水,不需要保持严格的管道坡降,易于污水提升,从而使管道布置更具灵活性.真空排污系统除适用采用重力排污系统的地区(例如,工商业区,城镇居民区)外,还适用于重力排污系统修建困难的地区,例如生态旅游区,低洼,地势平坦,地势陡峭,浅岩,流沙区,沼泽地带等.(2)有利于环境保护.一方面,很高的气密性管道经常保持真空状态,可避免污染地下水和土壤;另一方面,污水流速远大于重力系统中的自净流速,管道不易发生堵塞,因此在管道沿线不需设置检查井,避免检查井中的臭气和溢水污染环境.(3)系统综合费用较低.真空排
13、污系统管径相对较小,管道敷设无坡度要求,能比较自由地沿着地形实现管道的浅埋l91.因此,与重力排污系统相比,真空排污系统在管材,土方开挖量和回填量以及搬迁补偿等方面费用都得到大幅度降低.而且,真空排污系统只需在真空站设置动力电源,而在地势平坦和爬坡地区的重力排污系统往往需设立多级污水提升站,因此,真空排污系统既可节省运行费,又可减少管理维护上的麻烦,一般来说,真空排污系统运行稳定,可靠,系统一旦出问题能被及时监测,维护费用远低于重力排污系统.3真空排水系统发展及应用现状1987年洛蒂格公司在未改变原先内部房屋的重力排污结构的基础上,将真空收集原理运用到户外排污系统,这一利用空气作为传输介质的理
14、念,使室内,外排污系统设计更完美,经济地得到发挥.之后,AIRVAC,ENVIROVAC,WPCF等公司对真空排污系统进行了研究,取得了一定的成果,申请了许多专利.美国的第一套民用真空排污系统建于1970年,在维吉尼亚州弗雷德里克斯堡附近的湖区.至今,美国有多达500套的不同规模的真空排污系统在运行或建设之中.美国国家环保局已将真空排污系统列为推广普及的新技术,用于替代传统的重力排污系统.澳大利亚,英国等欧洲国家至今32也有上千套的真空排污系统.1997年英围公共标准协会制定了真空排污系统的规范BSEN1091:1997.目前真空排污系统已在欧美渐呈流行趋势.日本于上世纪90年代年开始研究真空
15、排污系统,并较快地实现了应用,日本下水道协会修订的下水道设施计划与设计指针加入了真空排污系统.目前我国仍没有真空排水系统设计,施T和验收规范,通常都参照欧洲或美国的真空排水系统设计规范【.1996年,弗罗里达州西南部的Englewood住宅区安装了第一套真空排污系统,第一期T程服务1500用户.后来,在该地区又兴建5套真窄排污系统,服务人数达到8000户.在该项目的建设过程中,真空下水道系统被证实比重力下水道系统的人均建设费用节省25%,运行维护费用与其它已建成的重力排污系统相当.待所有项目竣T之后,EnglewoodWaterDistrict将拥有7个真空站,3000个阀井,服务人数超过10
16、000人.广州白云国际会议中心,总建筑面积31.6万m,地下室为设备间和停车场,停车场总长375133,设有公共卫生问7个,化妆问l1个.由于集水井潜水泵排水系统为非密封系统,地下层卫生问会散发异味,影响周围的空气环境;鉴于卫生日j和化妆问所在地下室位置的特殊性,不宜采用潜水泵抽升污水的排水方式,冈而选用了完全密闭的真空排水系统.该真空排水系统采用了先进的电子监测装置,随时监控整个系统的运行,一旦出现异常,自动控制系统会自动报警指示并反馈控制中心,隔离故障部分,保证其余部分正常T作,减少了T作量,提高了效率和系统运行的可靠性,并且该系统每天耗电量是集水井系统的26J.上海国际赛车场”上”字形赛
17、道总长5.541km,最长的直道赛段为1175113,赛车场沿”上”字形赛道周边设置了固定卫生设施共29栋.由于赛车场地为软土地基,为确保赛道基础施工质量和赛道表面层的平整,不宜全部采用传统重力排污系统,确定赛车场内距离污水重力排污管道系统较远的22栋固定卫生设施采用真空排污系统.整个真空排污系统共设2座真空站,分为两个独立的系统,总管长分别为1714m和1277lT1【”l.北京南站作为2008年奥运会的标志性T程,采用德国洛蒂格公司研制的真空排水系统将站内卫生问所有的出水与真空排水系统连接.I,III区设备问各设大型真空泵站1处,内设15kW真空排水净水技术WATERPURIFICAT10
18、NTECHNOLOGYVo1.30,No.3,2011June25th,2011系统4台,10m收集罐2台,并设有一体化泵站9个.真空管路系统采用HDPE管材,电热熔连接.重力系统部分采用PVC管材,胶粘连接.对于北京南站来说,主站房若采用传统的重力排水系统,就需要设置伸顶通气立管,严重破坏建筑的整体视觉效果;而真空排水系统本身无需伸顶通气立管,并且系统密闭,无异味,具有高度的卫生性及安全性.上海铁路南站广场工程以站屋为中心,将主要功能建筑设于地下,分为南北广场,共两层;南广场地下建筑面积42190m,使用26套潜水泵(121.8kW?h)和一套3603型泵一体化真空本站(17kW),系统总造
19、价分别为249.298万元和303.264万元;北广场地下建筑面积71165m,使用42套潜水泵(202.8kw?h)和一套3603型泵一体化真空泵站(17kW),系统总造价分别为249.298万元和303.264万元.真空排水系统虽然在造价上比传统的排水方式高20%3O%,但其能耗低,运行维护方便,并且在环境保护方面具有明显优势_l2J.上海银座大厦地下共四层,主要为商业用房,各层均设有卫生问,设计采用真空排水系统,取消了地下室污水集水坑.系统设置真空排水泵站一套,卫生间内座便器采用真空排水专用座便器,其余为普通卫生器具.真空排水专用座便器每次冲洗用水仅1L,相比常用的节水型座便器的6L冲洗
20、用水量,可节水80%.系统运行过程中无异味散发,无污水外溢及管道内污物沉积的现象_13.4展望根据相关工程,在城市地下建筑排水系统建设中,真空排水系统造价约为72元/m,传统排水系统造价约为60元/m,但通过各方比较分析,虽然在造价上比传统的排水方式高20%30%.但节能与运行维护,尤其在环境保护方面具有非常明显的优势.真空排水系统在西方国家已经有了广泛应用,在我国应用还极少,尚未有相应的设计规范和标准,主要依靠国外的设计规范,并且整个系统大部分设备还依赖进口,设备投资偏大.随着真空排污系统设备的国产化,系统设计水平的提高以及人们对环境问题的日益关注,真空排污系统作为一种新的替代型排污管道,正
21、在逐渐引起关注,会在国内得到越来越多的应用.参考文献1左光应.浅淡室外真空排水系统J1.丁程设计与建设,2005,37(3):33-35.2钱进,宋乐平,张大鹏,等.污水管网压力流设计探讨中国给水排水,2005,21(7):6870.3USEPA,ManualAlternativeWastewaterCollectionSystemsM.Washington,DC:OfficeofWastewaterEnforcementandCompliance,1991.4段金明,周敬宣,林洪,等.真空排污管网水力计算方法及设计程序J1.中国给水排水,2006,22(6):4649.5周敬宣,郑慧明.真空
22、下水道排污系统的研究J1_给水排水,1999,25(11):55-58.6段金明,周敬宣,林洪.浅谈住宅小区室外真空排水系统lJ1.广东土木与建筑,2003,22):4951.7郑慧明,李明.真空排污系统参数分析lJl_中国给水排水,2005,21(6):6668.8段金明.真空排污系统输送机理及系统优化研究D】.武汉:华中科技大学,2006.19JN.S.F.,AlternativeSewers:AGoodOptionforManyCommunities【J1.PIPELINE,1996,7(4).1O邹廉.广州白云国际会议中心真空排水系统设计简介lJ1.给水排水,2008,34(1):88
23、90.11包虹,徐风.上海国际赛车场排水系统设计.建筑给排水,2005,31(5):65-69.12吴赛民,陈伟.地下建筑卫生排水系统设计优化方案比较fJ1.浙江水利科技,2003,(6):1820.13徐永春.真空排水系统的应用J.造船工业建设,2004,(3):7678.一一一一一一f(净水技术杂志社编辑部与匕京j水集团科技研发中心积极互动l2011年,北京排水集团科技研发中心正式成为净水技术杂志社刊务委员会理事单位,研发中心主任甘一萍成为净水技术杂志社编委会委员,双方合作正式启动.2011年4月下午,净水技术杂志社社长兼主编吴今明一行在北排研发中心研发部部长周军博士的带领下参观了研发中心位于北京高碑店污水处理厂的科研基地和试验基地;2011年5月上旬,研$发中心甘一萍主任一行在吴总的邀请下前往上海对杂志社进行参观指导.在两次互访过程中,双方就杂志发展和质量提高,水处理行业的新科技,新理念进行了交流和探讨,互通有无,促进合作,交流互动,取得了良好的效果.;I.,嬲.;,!;!;嬲,;,.;-,!;,嬲:!;,;嬲.!;
