韓光勇

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

【關(guān)鍵詞】真空排水系統(tǒng);室外污水處理;應(yīng)用

如果某座城市立交橋下積水面積達(dá)500平方米、積水深度達(dá)8米，采用排水能力為2立方米/秒的真空排水系統(tǒng)，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(tǒng)，則至少需要85分鐘，時(shí)間相差50分鐘。如果急需排水搶救生命和財(cái)產(chǎn)，這50分鐘就顯得彌足珍貴。因此，真空排水系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者希望有關(guān)部門對此給予足夠的重視，制定相應(yīng)政策、法規(guī)，相關(guān)科研院校加大研究力度，最科學(xué)合理地把真空排水系統(tǒng)應(yīng)用到室外污水處理之中。

真空排水系統(tǒng)按作用范圍分為室內(nèi)真空系統(tǒng)和室外真空排水系統(tǒng)。室外真空排水技術(shù)由德國諾蒂格公司于1987年首先提出應(yīng)用。真空污水排水系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、可靠性等特點(diǎn)，可以作為污水輸送的一種方案，用于特殊條件、復(fù)雜地形、地鐵工程、一般的工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)及住宅區(qū)的污水收集、輸送，使得排水系統(tǒng)具有極大的靈活性。

一、室外真空排水系統(tǒng)組成及工作原理

室外真空排水系統(tǒng)由污水收集井、真空接觸啟動(dòng)裝置、真空排水管網(wǎng)、真空站、真空監(jiān)控系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)工作通過設(shè)在各污水收集井中的真空接觸啟動(dòng)裝置自動(dòng)啟閉來控制，在真空負(fù)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(tǒng)的起點(diǎn)設(shè)施，通常設(shè)置于各單體建筑附近，視具體情況每棟建筑可設(shè)置1個(gè)或多個(gè)。首先在室內(nèi)依重力將污水排到室外檢查井，把各單體重力污水管網(wǎng)中的最后一個(gè)污水檢查井作為該單體的污水收集井。

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

1、真空接觸閥設(shè)有氣壓感應(yīng)管，當(dāng)污水收集井中的污水水位升高時(shí)，感應(yīng)管內(nèi)的空氣隨著污水水位的升高而受到壓縮，使感應(yīng)管內(nèi)氣壓上升。

2、氣壓通過感應(yīng)管傳遞到接觸閥頂部的壓力感應(yīng)器，當(dāng)感應(yīng)管中的氣壓增大至某一額定值時(shí)，壓力開關(guān)打開，真空排水系統(tǒng)便開始工作。此時(shí)，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(jìn)接觸閥后的真空管道中。

3、隨著集水井中污水?dāng)y帶的空氣進(jìn)入和污水中空氣的逸出，井中水位回落，使得感應(yīng)管中的氣壓下降，當(dāng)感應(yīng)管中的氣壓降低到一定值時(shí)，壓力開關(guān)自動(dòng)將閥體關(guān)閉，系統(tǒng)的一個(gè)工作周期結(jié)束，將進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)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(yùn)動(dòng)呈壓力流狀態(tài)，由支管向干管流動(dòng)。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(dá)5—6 m/s，由于收集井中空氣和污水中逸出的空氣進(jìn)入，管道內(nèi)真空度逐漸降低，管內(nèi)與外界壓差逐漸減小，該流速也將逐漸減小。當(dāng)管內(nèi)外壓力趨于平衡時(shí)，真空接觸閥關(guān)閉，管內(nèi)污水將處于重力流狀態(tài)，污水將匯集到管網(wǎng)末段的最低點(diǎn)。因此，真空排水管道應(yīng)按段鋪設(shè)成波浪形或鋸齒狀，以便匯集部分污水，用作產(chǎn)生真空時(shí)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(yùn)行，而不是一次就到達(dá)排放點(diǎn)。

真空站是整個(gè)真空排水系統(tǒng)的心臟，通過真空泵抽吸作用使真空罐保持真空狀態(tài)。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(jiān)控系統(tǒng)功能是準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)中真空失效點(diǎn)，以維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在管網(wǎng)運(yùn)行過程中，真空失效點(diǎn)的出現(xiàn)通常是由于接觸閥不能正常關(guān)閉而造成。監(jiān)控系統(tǒng)則通過對真空接觸閥啟閉狀態(tài)的監(jiān)控，對不能正常關(guān)閉的接觸閥進(jìn)行定點(diǎn)掃描，以便找出真空失效點(diǎn)。其工作原理是在真空接觸閥的閥體上安裝感應(yīng)器，感應(yīng)器的另一端通過信號電纜與監(jiān)控系統(tǒng)連接，并將接觸閥的啟閉狀態(tài)信號反饋到監(jiān)控系統(tǒng)的顯示器（通常位于真空站內(nèi)）上。當(dāng)接觸閥長時(shí)間處于開啟狀態(tài)時(shí)，顯示器上的指示燈會(huì)亮，并同時(shí)顯示其代碼。通過這種方式迅速發(fā)現(xiàn)不能正常關(guān)閉的真空閥，縮短維修人員巡檢管網(wǎng)的時(shí)間，并保證真空排水系統(tǒng)能盡快重新投入正常工作。

二、在室外污水處理中應(yīng)用真空排水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1、管道鋪設(shè)不需坡度，適用范圍廣。因?yàn)檎婵张潘蕢毫α鳎艿冷佋O(shè)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(tǒng)重力排水系統(tǒng)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(shè)計(jì)充滿度為0.5計(jì)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(fù)所需工程費(fèi)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(tǒng)密封性高。較高的密封性是真空排水系統(tǒng)負(fù)壓工作的前提，系統(tǒng)無滲漏和漫溢，是水資源保護(hù)地區(qū)的最佳選擇;較高的輸送流速和持續(xù)通風(fēng)，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(chǎn)生，系統(tǒng)基本上不需清掏維護(hù);系統(tǒng)不需設(shè)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(huán)境質(zhì)量。

4、運(yùn)行費(fèi)用低。真空壓力排水，管道鋪設(shè)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(shí)土方開挖及回填量將大為減少，從而降低了排水管網(wǎng)的施工費(fèi)用。需要強(qiáng)調(diào)的是真空排水系統(tǒng)需設(shè)真空泵、真空罐、真空接觸啟動(dòng)裝置以及真空接觸閥的監(jiān)控系統(tǒng)與信號電纜，增加系統(tǒng)的投資和運(yùn)行管理費(fèi)，但從整體成本考慮，真空排水系統(tǒng)增加的設(shè)備費(fèi)及安裝費(fèi)將遠(yuǎn)低于重力排水系統(tǒng)節(jié)省的費(fèi)用，從而使整個(gè)系統(tǒng)的綜合費(fèi)用變小。

三、在室外污水處理中應(yīng)用真空排水系統(tǒng)不容忽視的重要因素

第一，要選用合適的真空接觸啟動(dòng)裝置、真空設(shè)備及管材。真空接觸啟動(dòng)裝置是系統(tǒng)的起端設(shè)備，決定了系統(tǒng)正常工作與否，一旦真空控制閥處于長時(shí)間的啟動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致管道出現(xiàn)失真空點(diǎn)，將影響系統(tǒng)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(tǒng)屬于壓力輸水，管道應(yīng)具有一定的承壓能力。污水在管道中的流動(dòng)主要是通過氣壓差的作用，一旦管道內(nèi)外壓力趨于平衡，管道內(nèi)的污水將停止流動(dòng)，因此管道應(yīng)鋪設(shè)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(dòng)，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(tǒng)的計(jì)算是以流體力學(xué)中的管流計(jì)算為基礎(chǔ)，要利用有壓管流計(jì)算的原理和方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。在計(jì)算的理論上，要重點(diǎn)研究污水在管道中運(yùn)行的規(guī)律，找出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量、真空度、管徑、管段長度之間的關(guān)系，從而確定系統(tǒng)真空設(shè)備的規(guī)格型號。

第四，確保真空監(jiān)控系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠。通過監(jiān)控系統(tǒng)，能夠便捷、迅速地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的失真空點(diǎn)，確保真空排水系統(tǒng)能盡快地修復(fù)，在最短的時(shí)間內(nèi)重新投入正常工作。