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(xiàn)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)孛鏋樯掀隆⑺交蚱露刃∮?‰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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎng),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。
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