淺談真空排水系統在室外污水處理中的應用

韓光勇

【摘要】我們該如何把真空排水系統在室外污水處理中加以最科學合理的利用呢？筆者將在本文中為大家揭曉答案。

【關鍵詞】真空排水系統;室外污水處理;應用

如果某座城市立交橋下積水面積達500平方米、積水深度達8米，采用排水能力為2立方米/秒的真空排水系統，僅需要34分鐘即可將這些水排凈;而采用目前常用的排水系統，則至少需要85分鐘，時間相差50分鐘。如果急需排水搶救生命和財產，這50分鐘就顯得彌足珍貴。因此，真空排水系統的實際應用具有非常重要的現實意義。筆者希望有關部門對此給予足夠的重視，制定相應政策、法規，相關科研院校加大研究力度，最科學合理地把真空排水系統應用到室外污水處理之中。

真空排水系統按作用范圍分為室內真空系統和室外真空排水系統。室外真空排水技術由德國諾蒂格公司于1987年首先提出應用。真空污水排水系統具有穩定性、可靠性等特點，可以作為污水輸送的一種方案，用于特殊條件、復雜地形、地鐵工程、一般的工業區、商業區及住宅區的污水收集、輸送，使得排水系統具有極大的靈活性。

一、室外真空排水系統組成及工作原理

室外真空排水系統由污水收集井、真空接觸啟動裝置、真空排水管網、真空站、真空監控系統等組成。系統工作通過設在各污水收集井中的真空接觸啟動裝置自動啟閉來控制，在真空負壓的作用下，污水可以豎向被提升輸送至污水干管或污水處理廠。

污水收集井作為真空排水系統的起點設施，通常設置于各單體建筑附近，視具體情況每棟建筑可設置1個或多個。首先在室內依重力將污水排到室外檢查井，把各單體重力污水管網中的最后一個污水檢查井作為該單體的污水收集井。

真空接觸啟動裝置作為真空排水系統的一個組成部分，位于污水收集井內，控制著系統的工作。諾蒂格公司采用專用的真空接觸閥作為啟動裝置，其工作步驟如下：

1、真空接觸閥設有氣壓感應管，當污水收集井中的污水水位升高時，感應管內的空氣隨著污水水位的升高而受到壓縮，使感應管內氣壓上升。

2、氣壓通過感應管傳遞到接觸閥頂部的壓力感應器，當感應管中的氣壓增大至某一額定值時，壓力開關打開，真空排水系統便開始工作。此時，在真空壓差的作用下，收集井中污水液面上的大氣壓將污水送進接觸閥后的真空管道中。

3、隨著集水井中污水攜帶的空氣進入和污水中空氣的逸出，井中水位回落，使得感應管中的氣壓下降，當感應管中的氣壓降低到一定值時，壓力開關自動將閥體關閉，系統的一個工作周期結束，將進入下一個循環周期。真空接觸啟閉裝置也可采用其他的控制形式，如采用PLC電磁真空閥。

真空排水管道包括真空排水干管和支污水管，兩者之間的連接采用2只45度彎頭，形成順流的條件，減小支流對干流的干擾。由于真空壓差的作用，污水在排水管道中運動呈壓力流狀態，由支管向干管流動。在真空接觸閥剛打開的瞬間，污水在排水支管中的流速平均為4 m/s，最高可達5—6 m/s，由于收集井中空氣和污水中逸出的空氣進入，管道內真空度逐漸降低，管內與外界壓差逐漸減小，該流速也將逐漸減小。當管內外壓力趨于平衡時，真空接觸閥關閉，管內污水將處于重力流狀態，污水將匯集到管網末段的最低點。因此，真空排水管道應按段鋪設成波浪形或鋸齒狀，以便匯集部分污水，用作產生真空時所需的水封。因此，污水在真空管道中輸送，是分段接力輸送，間歇運行，而不是一次就到達排放點。

真空站是整個真空排水系統的心臟，通過真空泵抽吸作用使真空罐保持真空狀態。真空罐使真空排水管道與集水井之間形成真空壓差，真空壓差使污水在管路中得以輸送。

真空接觸閥的監控系統功能是準確及時地發現管網中真空失效點，以維持系統的正常運行。在管網運行過程中，真空失效點的出現通常是由于接觸閥不能正常關閉而造成。監控系統則通過對真空接觸閥啟閉狀態的監控，對不能正常關閉的接觸閥進行定點掃描，以便找出真空失效點。其工作原理是在真空接觸閥的閥體上安裝感應器，感應器的另一端通過信號電纜與監控系統連接，并將接觸閥的啟閉狀態信號反饋到監控系統的顯示器（通常位于真空站內）上。當接觸閥長時間處于開啟狀態時，顯示器上的指示燈會亮，并同時顯示其代碼。通過這種方式迅速發現不能正常關閉的真空閥，縮短維修人員巡檢管網的時間，并保證真空排水系統能盡快重新投入正常工作。

二、在室外污水處理中應用真空排水系統的優點

1、管道鋪設不需坡度，適用范圍廣。因為真空排水呈壓力流，管道鋪設不需要坡度，使污水豎向輸送成為可能。豎向處理容易，比傳統重力排水系統施工安裝更方便、更快捷。

2、污水在管中滿流壓力輸送，流速高，管徑小。如果按重力排水設計充滿度為0.5計算，在同等條件下，真空排水管管徑僅為重力排水管徑的三分之一，小管徑的真空排水管道可以置于淺而窄的溝槽中，挖槽、回填及地面恢復所需工程費用顯著降低，施工工期短，對交通影響也可以降到最低。

3、系統密封性高。較高的密封性是真空排水系統負壓工作的前提，系統無滲漏和漫溢，是水資源保護地區的最佳選擇;較高的輸送流速和持續通風，可以防止污水中的污染物在管道中沉淀淤積，防止異味或臭氣產生，系統基本上不需清掏維護;系統不需設檢查井和提升泵站，無異味外逸和污水的漫溢，有利于改善環境質量。

4、運行費用低。真空壓力排水，管道鋪設無坡度要求，也只需滿足0.7 m覆土層要求即可，這意味著管道安裝時土方開挖及回填量將大為減少，從而降低了排水管網的施工費用。需要強調的是真空排水系統需設真空泵、真空罐、真空接觸啟動裝置以及真空接觸閥的監控系統與信號電纜，增加系統的投資和運行管理費，但從整體成本考慮，真空排水系統增加的設備費及安裝費將遠低于重力排水系統節省的費用，從而使整個系統的綜合費用變小。

三、在室外污水處理中應用真空排水系統不容忽視的重要因素

第一，要選用合適的真空接觸啟動裝置、真空設備及管材。真空接觸啟動裝置是系統的起端設備，決定了系統正常工作與否，一旦真空控制閥處于長時間的啟動狀態，導致管道出現失真空點，將影響系統的正常工作。

第二，要選用高密度聚乙烯（HDPE）塑料管，熱熔或電熔連接。真空排水系統屬于壓力輸水，管道應具有一定的承壓能力。污水在管道中的流動主要是通過氣壓差的作用，一旦管道內外壓力趨于平衡，管道內的污水將停止流動，因此管道應鋪設成波狀，以使滯留污水停留在管道波段的最低處，形成水封，一旦真空泵啟動，在各段的氣壓差作用下，污水以波浪狀的接力形式分段輸送。

第三，真空系統的計算是以流體力學中的管流計算為基礎，要利用有壓管流計算的原理和方法來進行設計計算。在計算的理論上，要重點研究污水在管道中運行的規律，找出系統的設計流量、真空度、管徑、管段長度之間的關系，從而確定系統真空設備的規格型號。

第四，確保真空監控系統安全、穩定、可靠。通過監控系統，能夠便捷、迅速地發現系統的失真空點，確保真空排水系統能盡快地修復，在最短的時間內重新投入正常工作。