真空排水技术在铁路及民建上的应用_霍静静.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6真空排水技术在铁路及民建上的应用霍静静1，霍耀东2（1.湖南省建筑设计院集团股份有限公司，湖南 长沙 410000；2.天津宏建工程设计咨询有限公司，天津 300000）【摘要】真空排水技术作为一种新型绿色排水技术，现已被广泛应用于各类工程项目。先简要介绍该技术的设备构成及原理，再以某高铁站卫生间的排水系统设计、城乡人居环境整治污废水处理为例，对真空排水技术在铁路及民建上的工程实践应用进行研究，提出具有可行性的设计思路，以期为工程设计人员提供参考。【关键词】真空排水技术；负压管道；负压梯度；污水处理；铁路【中图分类号】TU992【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0124-030引言自 19 世纪荷兰工程师 Charles T.Learner 首次提出真空排水技术概念以来，真空排水技术发展至今已有 100 多年的历史，具体工程实施形式多样，逐渐被民用建筑和以铁路为代表的工业领域采用1，可有效预防和减少污染源对自然环境造成的破坏，助力建设舒适优美的工作生活环境，满足人们在绿色环保用水方面的需求。1技术概述真空排水技术是指利用真空泵维持真空管道内的负压，收集卫生器具和地漏的污废水并传输至真空收集装置，再通过污水泵将污废水排至市政污水管网中。1.1主要设备组成真空排水技术工作流程如图 1 所示。（1）真空泵站。真空泵站是真空排水技术工作流程中的核心设备，为真空排水技术工作流程的正常工作提供负压条件。真空泵站主要包括真空收集装置、真空泵、污水泵以及控制面板等。主要作用是将真空管网中排出的污水经真空管道传送至真空收集装置内，再由液位传感器控制的污水泵将收集来的污水排至市政污水管网中。（2）真空坐便器。真空坐便器是一种设计特殊且与真空排水技术相匹配的产品，内设气动真空阀，通过连接或者切断真空的方式来抽吸污水，使用灵活可调，单次排水时间为 2 s，真空阀关闭后，冲水阀开启，随即向真空坐便器内补水，单次用水约 1 L，仅为传统坐便器用水量的 20%。（3）真空控制及收集装置。真空控制及收集装置是指连接洁具且含有真空阀的收集装置，其通过液位传感器自动控制真空阀的开启、闭合。真空阀在关闭状态下，洁具污水通过重力流入收集装置；真空阀在开启状态下，真空管网呈负压状态，污水经负压管道排至真空泵站内。（4）序批处理器。序批处理器主要安装在真空管道内，用来保证管道的自我冲洗和洁净。真空坐便器冲洗的用水量较小，很有可能导致一些杂质停留在管道内部，当空气连同污水经过序批处理器时，大量液体就会被分离至处理器底部，每次冲洗完毕后所累积的污水达到一定数量时，真空阀就会自动开启，对真空管道进行冲洗，防止其结垢。（5）真空管道。真空管道主要用来传输真空状态下的污水。由于真空排水技术主要利用负压排放污水，管道密封性能优劣对真空排水技术工作流程能否正常运行影响巨大，因此在管材的选择上必须充分考虑其气密性、耐腐蚀性、经济性、负压承载能力及后续维护的便捷性，工程上真空管道通常采用 UPVC或 HDPE 管材2。1.2运行原理真空排水技术利用真空泵使管网始终保持负压状态，在管道内外大气压差的作用下，污水被快速传输至真空管道内部，进入真空收集装置内，最后经污水泵排放至市政污水管网中。1.3工作特点（1）敷设灵活。真空管道内的污水在管道内外大图1真空排水技术工作流程普通卫生器具真空阀真空管网真空泵空气排出室外真空收集装置污水泵排至市政污水管网真空坐便器真空阀序批处理器建筑 节能124DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.044LOW CARBON WORLD 2023/6气压差作用下具有流动性，可不受土建条件限制，克服地势高低障碍，管路铺设更加灵活3。此外，较高的流速使真空管道比重力排水管道更具经济性，在安装真空管道的过程中无须使用吊装工具，可节约安装成本，提高工作效率。（2）环境友好。由于管道始终保持密闭真空状态，真空排水技术工作流程干净、卫生、安全，不会对环境造成污染，加之管道内污水流速均匀、环境条件好，能有效避免出现管道内污水淤积、滋生异味等问题，且无污水异味外溢的风险。（3）节能节水。真空坐便器与传统坐便器相比，单次用水约 1 L，大约为后者的 20%，节水性能优良。（4）安装费用低。与传统重力排污流程相比，尽管真空排水技术应用初期需额外设置真空装置和控制系统，对管道密封性也有极为严格的要求，使得投资成本、运行费用大幅提高，但采用该技术可大幅降低土方的开挖和回填量，整个工程综合费用远低于传统重力排污流程。（5）故障反应迅速。单个卫生间内洁具均设有监控装置，操作人员在真空泵站的控制台上即可监控系统的所有设备的运行情况，迅速判断故障点位，继而及时处理。2典型案例2.1真空排水技术在铁路中的应用2.1.1项目背景某高铁站作为济南至青岛高速铁路上的重要枢纽，位于机场航站楼前全球商品交易中心（globaltrade center,GTC）下方，为地下二层站房，站厅层为地下一层，站台层为地下二层。车站总建筑面积约为7.8 万 m2，规模为 2 台 4 线（含正线 2 条），是山东省首座地下高铁站，可与航空、地铁、公交、出租等交通方式无缝衔接，同时也带来了异常密集的人流量。如何有序推进铁路建设与保护生态环境的协调统一，建设资源节约、环境友好的绿色铁路，给排水系统设计带来了新的挑战4。2.1.2系统设计方案高铁站的常规排水方案为排水点处降板，并在站台处就近设置污水提升泵站。但由于本高铁站 2台 4 线的建筑结构决定了多处排水点将处于非站台区域，故采用常规排水方案存在一定困难和风险。本高铁站采用同层排水解决方案：排水管道设置在站厅层吊顶内，无排水管道下穿至站台层，故对站台层的环境及正常运营无影响；同时在吊顶及侧墙处设置检修口，可通过本层检修口就近进行维修检查，后期运营和维护较为便利。某高铁站卫生间排水系统应用了真空排水技术，如图 2 所示。由凸轮泵组（真空机组）、中间收集装置、真空蹲便器、真空坐便器、真空地漏、真空排污管道及管道上真空球阀、止回阀、控制箱等部分组成。该项目在地下一层卫生间附近设污水泵房，内设真空排水提升装置。卫生间等生活污水经凸轮泵式真空排污设备提升后排入机场内污水管网。卫生间真空泵站配备污水收集装置、污水泵、真空罐体、真空泵及自动控制系统等，真空罐体上设置液位检测装置，当污水液位分别达到设定的上、下限时，污水泵自动启动、停止。此外罐体上的真空度探测仪与控制系统保持联动，当罐体内的真空值下降至下限时，真空泵自动开启，以满足站内洁具排水的需求。2.1.3系统实施情况某高铁站卫生间采用线式真空抽吸排水系统，以及缓冲真空管道，洁具内的污水经真空管道传输至收集装置内，当收集装置内污水达到一定高度后，将触发真空阀自动开启，从而将收集装置内的污水抽送至集水罐内。为有效解决客流高峰时蹲便器同时使用导致真空压降过高的难题，实际应用中需要安装两台真空泵，平时交替使用，客流量高峰时同时开启。蹲便器采用真空后排式，小便器、地漏、拖把池等地污水采用重力流汇集于集水罐等收集装置内，通过上限水位触动真空阀完成排水。某高铁站卫生间真空排水平面如图 3 所示。2.1.4实施过程中存在的问题及解决方案（1）冲洗时污水反溢。在冲洗过程中，蹲便器偶发污水反溢。分析得出缓冲集水罐和真空阀的连锁数据传输出现了错误，模块动作指令无法正常启动。经过现场调试检查，更换故障模块，优化数据传输线路，使故障得到解决。（2）蹲便器液位过高。真空阀和冲水阀的响应交叉进行，若时序配合失当，例如，在真空阀开启状态下，冲水阀由于水流的滞后性，导致蹲便器内余水过多，影响到后面乘客的正常使用。后经现场沟通检查，重新对真空阀和冲水阀联动进行联调联试，确定最佳工作时序，使其满足站内使用要求。2.2真空排水技术在民建中的应用真空排水技术因其节水、环境友好等优点，目前已被广泛应用于城市综合管廊、老城区雨污分流、城乡人居环境整治等工程中5。2.2.1应用于收集高浓度生活废水我国污水处理厂技术能力日益提高，对于污水中含碳有机物的去除率可高达 90%以上，碳和磷的建筑 节能125LOW CARBON WORLD 2023/6图2真空排水技术在某高铁站卫生间排水系统中的应用De75H1+2.63i=0.005De50De75H1+0.08De90De90De50污漏De75De50De50H1+0.08De50蹲蹲De50De90De90i=0.005De90DN150真空排水泵站出水管DN150真空泵站真空机组中间装置球阀闸阀止回阀法兰检查口重力管道真空管道脸去除率分别为 80%和 95%。含人体排泄物的高浓度生活废水若未经生活用水稀释，直接应用真空排水技术收集、排放至污水处理厂，同样可达到现有处理标准，既可有效减少冲厕的用水量，又能大幅降低废水处理费用，为二次利用提供便利。2.2.2应用于不同排污模式污水处理作为城乡人居环境整治重要技术支撑，污水负压分离技术可有效解决不同排污模式下的资源重新利用难题。通过真空源分离专项技术，把排泄物从混合污水中分离开，杂排水和含排泄物的污水被分别收集并处理，后者从负压站排至地埋厌氧消化池进行资源化处理，前者经均质、曝气、沉淀处理后排入人工湿地，出水则用作灌溉或绿化，可有效实现环境治理、资源利用、生态建设的多元统一，加快推进生态宜居美丽乡村建设。3结语真空排水技术作为一项新型绿色排水技术，在节能、运行、维护以及环境保护等方面优势明显，在国外已有几十年的成功应用经验，但在我国起步较晚、发展较慢。近年来，随着人们环保观念逐步增强，真空排水技术在民建和以铁路为代表的工业领域上应用日益增多，应用场景日益丰富，助力建设舒适优美的工作生活环境，市场前景十分广阔。参考文献1 李江雯，吴国华，陈为民.两种典型铁路真空排水泵站工作原理及能耗分析J.给水排水，2020，56（1）：100-104.2 王艳.真空排水系统典型泵站的特征分析J.给水排水，2010，46（12）：73-76.3 叶美瀛，王平波，刘宇奇，等.室外真空排水系统及其在我国农村生活污水治理工程中的应用J.环境工程技术学报，2021，11（6）：1196-1201.4 李旻，姜军，严巾堪.铁路环保中的真空排水技术研究C/中国铁道学会.“十一五”环保成果汇编及新技术应用研讨会论文集.兴城：“十一五”环保成果汇编及新技术应用研讨会，2012:213-217.5 严巾堪，刘晓龙，王天聪，等.真空排水技术在老城区雨污分流工程中的应用J.中国给水排水，2021，37（4）：51-55.作者简介：霍静静（1989），女，满族，内蒙古赤峰人，本科，工程师，主要从事给排水设计、研究工作。图3某高铁站卫生间真空排水平面卫生间H1-0.07De75270 mm830 mm660 mm 890 mm450 mm隔墙检修口余同H1-0.07污水泵房200 mm17.00 m22 000 mm1 200 mm1 000 mmDN150YWDN150接至室外泄压井DN1501:50De90De75建筑 节能126