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1、室外真空排水系统说明与关键技术室外真空排水系统说明与关键技术关键词：真空排水；真空接触阀；真空站；监控系统关键词：真空排水；真空接触阀；真空站；监控系统真空排水系统改变了室外污水管网单一的重力输送污水的传统模式，污水在真空排水系统中以一定的真空压差输送，系统管道只需保证覆土深度而不要求坡度进行敷设，具有与其他专业管线协调灵活，管径小、流速大、施工方便、投资低、不堵塞、卫生无臭气等优点。适用地形复杂、地面起伏大、坡降小、地下水位高的地区。真空接触启动、真空保压设备、系统安全监控以及系统的设计计算是真空排水系统的技术关键。随着城市化进展的加快、生态居住小区人居环境的自然回归、强化修复水环境措施的出
2、台和评估体系的完善 J，人工河湖、溪流、喷泉等水环境已成为可持续发展生态居住小区及城市环境的重要组成部分，这些设施不可避免地要与市政设施尤其是排水管网平面或竖向交叉，因此对相应配套的排水系统提出了更高的要求。目前，污水在排水系统中均采用单一的重力输送的传统方式，在上述条件下，排水系统的布置在技术上带来较大的难度。真空排水系统可以无障碍地应用于任何条件，该技术的应用使排水系统进一步得以完善。真空排水系统按其作用的范围分为室内真空系统和室外真空排水系统。室外真空排水技术由德国诺蒂格公司于 1987 年首先提出应用，其保持室内排水系统传统的重力排水，室外污水则采用真空排水。多年的运行经验业已证明真空
3、污水排水系统的稳定性、可靠性。所以，真空排水系统作为污水输送的一种方案，用于特殊条件、复杂地形、地铁工程、一般的工业区、商业区及住宅区的污水收集、输送，使得排水系统具有极大的灵活性。1 室外真空排水系统组成及工作原理室外真空排水系统由污水收集井、真空接触启动装置、真空排水管网、真空站、真空监控系统等组成。系统工作通过设在各污水收集井中的真空接触启动装置自动启闭来控制，在真空负压的作用下，污水可以竖向被提升输送至污水干管或污水处理厂。11 单体污水收集井污水收集井作为真空排水系统的起点设施，通常设置于各单体建筑附近，视具体情况每栋建筑可设置 1 个或多个，首先在室内依重力将污水排到室外检查井，把
4、各单体重力污水管网中的最后一个污水检查井作为该单体的污水收集井。12 真空接触启动装置真空接触启动装置作为真空排水系统的一个组成部分，位于污水收集井内，控制着系统的工作。诺蒂格公司采用专用的真空接触阀 作为启动装置，其工作步骤如下：(1)真空接触阀设有气压感应管，当污水收集井中的污水水位升高时，感应管内的空气随着污水水位的升高而受到压缩，使感应管内气压上升。(2)气压通过感应管传递到接触阀顶部的压力感应器，当感应管中的气压增大至某一额定值时，压力开关打开，真空排水系统便开始工作。此时，在真空压差的作用下，收集井中污水液面上的大气压将污水送进接触阀后的真空管道中。(3)随着集水井中污水携带的空气
5、进入和污水中空气的逸出，井中水位回落，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，压力开关自动将阀体关闭，系统的一个工作周期结束，将进入下一个循环周期。真空接触启闭装置也可采用其他的控制形式，如采用 PLC 电磁真空阀。13 真空排水管道真空排水管道包括真空排水干管和支污水管，两者之间的连接采用 2 只 45。弯头，形成顺流的条件，减小支流对于流的干扰。由于真空压差的作用，污水在排水管道中运动呈压力流状态，由支管向干管流动。在真空接触阀刚打开的瞬间，污水在排水支管中的流速平均为 4 ms，最高可达 56 ms，由于收集井中空气和污水中逸出的空气进入，管道内真空度逐渐降低，管内与外界
6、压差逐渐减小，该流速也将逐渐减小。当管内外压力趋于平衡时，真空接触阀关闭，管内污水将处于重力流状态，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，用作产生真空时所需的水封。故污水在真空管道中输送，是分段接力输送，间歇运行，而不是一次就到达排放点。14 真空站真空站是整个真空排水系统的心脏，通过真空泵抽吸作用使真空罐保持真空状态。真空罐使真空排水管道与集水井之间形成真空压差，真空压差使污水在管路中得以输送。15 真空接触阀的监控系统真空接触阀的监控系统功能是准确及时地发现管网中真空失效点，以维持系统的正常运行。在管网运行过程中，真空失效点的出现通常
7、是由于接触阀不能正常关闭而造成。监控系统则通过对真空接触阀启闭状态的监控，对不能正常关闭的接触阀进行定点扫描，以便找出真空失效点。其工作原理是在真空接触阀的阀体上安装感应器，感应器的另一端通过信号电缆与监控系统连接，并将接触阀的启闭状态信号反馈到监控系统的显示器(通常位于真空站内)上。当接触阀长时间处于开启状态时，显示器上的指示灯会亮，并同时显示其代码。通过这种方式迅速发现不能正常关闭的真空阀，缩短维修人员巡检管网的时间，并保证真空排水系统能尽快重新投入正常工作。2 室外真空排水系统的特点 与传统重力污水排放系统相比，真空排水系统具有以下特点。21 管道敷设不需坡度，适用范围广真空排水呈压力流
8、，管道敷设不需要坡度，使污水竖向输送成为可能。竖向处理容易，比传统重力排水系统施工安装方便、快捷。由于污水在管中满流压力输送，流速高，管径小，若按重力排水设计充满度为 05 计，在同等的条件下，真空排水管管径仅为重力排水管径的三分之一，小管径的真空排水管道可以置于浅而窄的沟槽中，挖槽、回填及地面恢复所需工程费用显著降低，施工工期短，对交通影响可以降到最低。真空排水系统可用于下列的情况：(1)没有条件使用重力排水的地区；(2)住宅建筑密度低的地区；(3)地形平坦、坡度小、地势陡峭或需要上升输送污水的地区；(4)地面地形复杂的地区，如：沼泽地、多岩石区、软地基地段；(5)地下水位高的地区，如：湖边
9、、河边、海岸、洪水多发生地区；(6)水资源保护地区；(7)污水流量少且成分变化复杂的地区，如：旅游胜地；(8)腐蚀性土壤地区；(9)需要进行排水系统改造地区，如：老城区、居住小区、工业区。22 系统密封性高较高的密封性是真空排水系统负压工作的前提，系统无渗漏和漫溢，是水资源保护地区的最佳选择；较高的输送流速和持续通风，可以防止污水中的污染物在管道中沉淀淤积，防止异味或臭气产生，系统基本上不需清掏维护；系统不需设检查井和提升泵站，无异味外逸和污水的漫溢，有利于改善环境质量。23 管径小、埋深浅、无淤泥、运行费用低真空压力排水，管道敷设无坡度要求，而只需满足 07 m 覆土层要求即可，这意味着管道
10、安装时土方开挖及回填量将大为减少，从而降低了排水管网的施工费用。需要强调的是真空排水系统需设真空泵、真空罐、真空接触启动装置以及真空接触阀的监控系统与信号电缆，增加系统的投资和运行管理费，但从整体成本考虑，真空排水系统增加的设备费及安装费将远低于重力排水系统节省的费用，从而使整个系统的综合费用变小。3 室外真空排水系统关键技术真空排水系统作为一种新型的排水系统，其具有较大的应用潜力、广泛使用场合和优越的工程与技术经济的优势，但一方面由于其并没有被人们认知、接受，另一方面受传统排水系统的约束，所以真空排水系统在我国应用极少，根据我国的国情，要推广应用这一新技术，需要解决以下关键技术。31 比选真
11、空接触启动装置、真空设备、管材及管道敷设方式从系统工作的稳定性、可靠性的角度，需选用合适真空接触启动装置、真空设备及管材。真空接触启动装置是系统的起端设备，决定了系统正常工作与否，一旦真空控制阀处于长时间的启动状态，导致管道出现失真空点，将影响系统的正常工作，是整个系统的关键设备，也是系统技术含量和要求最高的设备。需要组织技术攻关解决。真空接触启动装置有 2 种形式，真空接触阀和 PLC 电磁真空阀。真空接触阀可自主开发研制，也可引进国外专利产品。自主开发研制有自己的知识产权，但周期长，需一定的技术基础和研制经费的支持；引进国外专利产品，无自主知识产权，费用高，工程造价大，但无研发费用。PLC
12、 电磁真空阀利用 PLC 自动控制技术和液位控制原理，通过电磁阀的启闭来控制系统的工作，系统工作的稳定性和可靠性取决于液位控制元件和电磁阀的质量。此种工作方式容易实现和控制。真空设备主要由真空罐和空压机两部分组成，这两种设备均属于常规设备，国内产品的性能、质量都能满足使用要求。真空排水系统属于压力输水，故管道应具有一定的承压能力，考虑到地面的荷载和污水的腐蚀性，应优先选用高密度聚乙烯(HDPE)塑料管，热熔或电熔连接。污水在管道中的流动主要是通过气压差的作用，一旦管道内外压力趋于平衡，管道内的污水将停止流动，因此管道应敷设成波状，以使滞留污水停留在管道波段的最低处，形成水封，一旦真空泵启动，在
13、各段的气压差作用下，污水以波浪状的接力形式分段输送。32 确立系统的设计计算的基础、原理和方法。从理论的角度，确立系统设计计算的基础、原理和方法。真空系统的计算是以流体力学中的管流计算为基础，利用有压管流计算的原理和方法来进行设计计算。在计算的理论上，应重点研究污水在管道中运行的规律，找出系统的设计流量、真空度、管径、管段长度之间的关系，从而确定系统真空设备的规格型号。33 制定相应的法规和技术规范从保证工程质量的角度，需要制定相应的法规和技术规范。法规和技术规范主要是指设计规范、施工规范、施工质量标准、工程验收规范、真空排水系统运行操作指南。34 研制真空监控系统真空监控系统的主要功能是保证
14、系统的正常工作。通过监控系统，能够便捷、迅速地发现系统的失真空点，确保真空排水系统能尽快地修复，在最短的时间内重新投入正常工作。研制安全、稳定、可靠真空监控系统是系统开发研究的主要内容之一。4 室外真空排水系统研究内容和方法室外真空排水系统作为一项新的工程技术，在国内尚无系统的研究。室外真空排水系统主要研究内容是筛选真空接触启动装置并定型、真空管路系统设计计算原理与方法。根据流体力学中有压管流计算原理，通过试验室真空管路模型，模拟试验真空工作过程，研究污水在管路中的运动规律，寻求系统最佳的真空值、波形布置形式、最佳波段管长及每个系统最大服务半径，为计算提供依据。5 结 论真空排水系统相对传统的
15、重力排水具有较大的优势，管道敷设不需坡度、竖向处理容易、施工安装方便快捷，系统密封性好、无渗漏、无气味、无臭味外逸，埋深浅、管径小、无淤泥、运管费低、投资小。但应该注意的是真空排水管路系统要求较高的密闭性，对施工安装质量要求较高；其次，真空接触启动装置是一项关键技术，整个系统的安全运行取决于它的稳定性和可靠性，所以对真空接触启动装置的开发与研究也是面临的技术难题；再就是为维持系统的真空需要一定的电耗，增加运行成本，但从真空排水系统较高的综合效益来看，电耗已不是主要影响因素。真空排水系统技术关键在于解决真空接触启动装置、真空监控设施和设计计算理论与方法等问题。作为一项工程新技术，真空排水系统的应
16、用将会推动我国排水系统的发展，为解决排水问题提供了一种新的模式。有关部门应给予足够的重视，制定相应政策、法规，相关科研院校应加大研究力度，争取早日将真空排水系统在工程上赋予实施。参考文献：1 聂梅生，秦佑国中国生态住宅技术评估手册M北京：中国建筑工业出版社，200322282 张杰，从广治创造城市健全的水环境A2003 居住水环境国际研讨会论文集C北京：给水排水编辑部，20036 93 薛孔宽生态人居环境中的水系统A2003 居住水环境国际研讨会论文集c北京：给水排水编辑部，200321 254 李劲，李鸥浅谈住居小区室外虹吸排水系统J给水排水，2004，30(1)：8385真空排水系统的原理及发展真空排水系统的原理及发展作者：作者： 日期：日期：2010-2-2 13:51:00进入 21 世纪以来，全球经济飞速发展，人们在生活水平大跨步提高的同时，对绿色环保提出了更高的要求，建设一个环保舒适的居住及工作环境成为城市发展的重点。科技正是通过需求而推动，真空排水
