真空排水技術在村落生活污水收集系統(tǒng)中的應用與探討

1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）、除臭設施和在線監(jiān)測系統(tǒng)組成。室內(nèi)采用真空排水系統(tǒng)時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)的基本原理是以負壓為驅(qū)動力,對污水進行抽吸與輸送。平時管網(wǎng)中保持一定的真空狀態(tài)，當收集箱污水達到一定液位后開啟真空界面閥, 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)真空管道的傳輸進入真空收集罐，罐內(nèi)收集的污水*后經(jīng)污水泵序批排出，見圖1。 

　圖1  真空排水系統(tǒng)構成圖

2設計要點 

　　1、系統(tǒng)布置 

　　為便于用戶重力管或壓力管接入，收集箱應靠近污水排出點，一戶或多戶居民可設置一個收集箱；不宜設置在有車輛、行人經(jīng)過的地方。當排水量小于或等于4L/s時，宜設單個真空閥的收集箱。當排水量大于4L/s時，宜設兩個真空閥的收集箱。 

　　真空泵站宜布置于真空排水系統(tǒng)中心或地勢低的位置，與周圍建筑物的距離不應小于25m，與生活給水泵房、水源、水池的距離不應小于10m，當達不到要求時，應采取有效的防污染措施。真空排水系統(tǒng)布置見圖2。 

圖2  真空排水系統(tǒng)布置示意圖

2、接戶管 

　　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，收集箱前設置格柵井。住戶至真空收集箱污水收集示意見圖3。 

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

　　（2）接戶管可選用管徑范圍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。 

　?。?）出戶管坡度：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、廚房出水立管設置"S"型存水彎。若不能滿足*小離地距離，可在埋地橫管設置"P"型存水彎。 

　?。?）戶外裸露接戶管應采取防凍防曬措施，一般可用保溫材料包扎管道，并用膠帶捆扎。 

　　（6）設置在戶外的洗滌池要規(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密，連接處要做好防漏處理。 

圖3 住戶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、檢查井和相關附件組成。真空管管徑按照污水量計算確定，管徑較小，一般為dn65～dn250。單個真空站的真空主管長度不宜大于4km，真空管道累積提升不超過3.5米。真空管網(wǎng)沿路敷設采用開挖施工，沿溝渠敷設采用支架架設施工。管道縱向、水平偏轉(zhuǎn)夾角宜大于45°。真空管道施工應保持密閉性，管道連接處應保持管道內(nèi)部光滑，不得采用90°彎頭、三通，應采用45°彎頭、斜三通。 

　　（1）當?shù)孛鏋樯掀?、水平或坡度小?‰時，真空管道以不小于2‰的坡度向下敷設。管道需提升時，采用鋸齒式向上提升。支管提升不宜超過1個，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)，不宜設置在鋸齒頂部6m內(nèi)。連續(xù)提升時，提升彎之間的水平距離不應小于6m，且不應大于100m。真空管道敷設示意見圖4。 

　?。?）當?shù)孛孀匀黄露龋?‰時，真空污水管道敷設坡度宜采用地面自然坡度，見圖5。

圖4  地面為上坡、水平或坡度小于0.2‰時真空管道敷設示意圖

圖5 地面為下坡時真空管道敷設示意圖

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。 

　　在線式僅設置一個蓄能罐，不設置真空收集罐，凸能泵具有抽真空和污水排出功能。集中式通過真空泵在系統(tǒng)中產(chǎn)生負壓，利用污水泵排出。前者設備體積小，布置靈活，適用于衛(wèi)生器具較少，１～２個衛(wèi)生間共用一套在線式系統(tǒng)，見圖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)，見圖7。 

　污水收集至真空罐后，排污*簡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不允許停止污水的收集。針對排水系統(tǒng)特殊性，目前，有三種解決方法: 

　?。?）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，同時另一罐收集污水。 

　?。?）二級真空罐，即一個真空罐分上、下兩個腔室。集污時上、下腔室連通，污物由上腔室進人，在重力作用下落入下腔室。排污時上腔室保持負壓并持續(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，二級真空罐方式所需設備小，真空罐容積利用率高。 

　?。?）單真空罐帶負壓排放。污水收集量達設計容積時不破壞真空，使用大揚程排污泵強制排放。 

　　目前，單真空罐帶負壓排放是國內(nèi)外真空罐排放的主流技術，應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備及控制更為簡單，投資及占地更小，且不會因周期破壞真空而浪費系統(tǒng)真空動力，但對排污泵揚程、氣蝕余量和系統(tǒng)氣密性等性能有更高要求。 

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

5、廢氣排放和處理 

　　真空站排氣應符合現(xiàn)行國家標準《惡臭污染物排放標準》GB 14554 的規(guī)定，有條件時可高空排放。當不能滿足要求時，應設置凈化裝置對真空泵排出廢氣進行處理。 

　　3工程案例 

　　皖南某古村落街道狹窄，排水溝渠多，民居基礎多為鵝卵石，地質(zhì)條件不利于管道施工，地下敷設重力污水管道無法保持建筑的安全，采用傳統(tǒng)污水收集方式面臨著巨大風險與挑戰(zhàn)。經(jīng)過技術、經(jīng)濟比較，*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，將真空站設于村落東南側(cè)，該處為綠化建設用地，且地勢低，有利于真空管道的敷設，同時滿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貌，真空站設計為半地下式。 

　　該村落居民人數(shù)約2300人，生活污水設計排水量約120m3/d。工程設置收集井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。采用單真空罐帶負壓排放，罐體體積8.0m3，罐體真空度-40～-60kpa；水環(huán)真空泵2臺，抽氣量400m3/h；排污泵2臺，流量為65m3/h。 

　圖8  真空站平面布置圖及剖面圖

圖9 真空排水系統(tǒng)現(xiàn)場圖

4結(jié)語 

　　（1）真空排水系統(tǒng)較傳統(tǒng)重力排水系統(tǒng)復雜、投資費用高，但傳統(tǒng)排水技術難以實施時，真空排水系統(tǒng)卻不受外部條件限制，其技術性、經(jīng)濟性優(yōu)于傳統(tǒng)排水系統(tǒng)。 

　?。?）為使污水收集取得更好效果，接戶管工程應按規(guī)范同步實施。實施過程中應加強監(jiān)督和管理，保持每家每戶污水均能收集到排污系統(tǒng)中去。 

　?。?）加強排污系統(tǒng)后期管養(yǎng)，聘請專業(yè)技術人員，為每家每戶提供技術支持，并對收集管路、真空泵、監(jiān)控設備等進行定期檢查和維護。 

　?。?）繼續(xù)探索室外真空排水技術在我國城鎮(zhèn)、村落污水治理中的應用模式，開展適用技術和設備的研發(fā)、引進，提高其可行性、可控性，通過標準化及模塊化降低投資、使用及維護成本。