广州市某工业园生活区真空排水系统设计计算

　　为了实现污水和餐厨垃圾同步资源化处理，我们开展了分布式污水处理系统的研究，真空排水系统是该系统的重要组成部分之一。为了检验该污水处理系统的性能以及发现和解决工程应用中的技术问题，计划在广州市某工业园生活区采用该污水系统建设示范工程，因此该工业园需建造真空排水系统。本文主要介绍了该生活区真空排放系统的设计计算方法和过程。

　　我国是一个贫水国家，然而我国家庭用水方式仍是传统的粗放用水方式，尤其是冲水便器的使用，依靠消耗大量的水来满足卫生要求。由于便器和排污系统的设计施工问题，冲水便器虽然消耗大量的水，但在使用中依然存在卫生隐患，例如溅起粪便造成的空气污染问题以及室内环境与排污系统的隔离问题等。另一方面，卫生问题的解决却意味着需要处理大量被污染的水，使水资源的低效利用和处理污水的高额能耗成为新的环境问题。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为应用新的技术来寻求各方需求的平衡是有必要的。

　　餐厨垃圾在我国城市生活垃圾中占较大比例，如果对餐厨垃圾单独收集处理，可有效减少生活垃圾处理量，缓解“垃圾围城”的矛盾;而且，与其他生活垃圾相比，餐厨垃圾具有含水量、有机物含量、油脂含量及盐分含量高，营养元素丰富等特点，具有很大的回收利用价值。

　　由于我国居民的生活习惯以及垃圾收运管理等因素，我国餐厨垃圾实现分类收集仍存在较大的困难。现在餐厨垃圾常常与其他生活垃圾混合收集，由于餐厨垃圾易腐烂发臭、滋生蚊蝇，在垃圾存放、收集、转运以及填埋过程中会对环境造成污染。同时，含水率高导致垃圾的热值低，不适合与生活垃圾一起焚烧处理。

　　将餐厨垃圾直接在厨房中进行预处理后，利用真空排水收运是一种有效的餐厨垃圾分类收运解决方案。这种方法从源头上进行垃圾分类，直接进行餐厨垃圾预处理，利用真空收运，采用成熟的污水处理工艺进行处理分解。这样就不存在重力管道直排的问题，同时避免与其他生活垃圾混合，有效实现餐厨垃圾的单独收集目的，同时有利于餐厨垃圾的资源化处理。

1、真空排水技术

　　真空排水系统是利用真空设备使排水管道内产生一定真空度(通常为- 60 kPa~- 70 kPa)，利用空气输送介质的排水方式。真空排水系统中的污水以气水混合物的形式，以较高的流速在管道内输送。

　　真空排水技术不是一个新的概念，1860 年荷兰工程师Liernur 首次提出该概念;在20 世纪60 年代，瑞典人Liljendahl 对该技术进行进一步开发。而真空系统的广泛使用开始于90 年代。在国外，真空排水系统已在高铁、大型客轮、商业中心、医院、酒店等得到成功应用。由于真空排水系统是利用负压，抽吸力大，相对于传统重力排水系统，具有以下优势：

　　(1)节水性能好;

　　(2)施工方便，真空管路管径小，允许管路提升，轻易绕过障碍物，布置灵活方便;

　　(3)环保卫生，密闭式收集输送，抽吸力大，能有效减少臭味以及有害病菌的外泄;

　　(4)解决地下空间污水提升的难题，直接提升到市政管网或指定位置，且系统维护费用低;

　　(5)无大量透气管，不影响建筑外观;

　　(6)动力输送，不易堵塞。

　　我单位正在开展研究的分布式污水处理系统，以分布式处理为核心，利用真空排水系统收集餐厨垃圾和污水，节水并提高污水有机物浓度，同时利用先进的处理技术进行资源化处理，回收其中的资源和能源。

　　本分布式污水处理系统研发项目计划在广州市某工业园生活区建设示范工程，因此该工业园需建造真空排水系统。下面对该生活区的真空排水系统改造的设计计算方法进行介绍。

2、 真空排水系统的设计计算

　　真空排水系统包括室内和室外系统两种。室外真空排水系统主要包括真空泵站、真空收集箱和真空管网。室内真空排水系统包括真空厕所、自动界面单元、真空管路、真空泵站。

2.1、工程概况

　　该生活区位于广州市，地势平坦，主要生活设施包括员工宿舍和食堂，主要情况如表1、2 所示。

表1 生活区各种设施类型服务人数

表2 现有主要卫生洁具数量

　　项目需对该生活区产生的生活污水和餐厨垃圾进行真空收集。其中：

　　(1)通过将传统马桶改造成真空马桶实现对粪便污水的真空收集;

　　(2) 其他污水重力排放至室外真空收集箱后，利用真空管网抽吸至真空泵站;

　　(3)餐厨垃圾研磨预处理后进行真空抽吸。主要流程图如下图所示：

图1 真空排水系统流程图

2.4、真空管网

　　真空管道由主管、支管、真空排出管、检查管组成。真空管道的敷设方式如图2 所示，在上坡和水平地势时采用锯齿形敷设方式，两个相邻锯齿形提升段之间的坡度大于0.2%，保证具有足够的重力水头。污水在管道中为柱塞波浪状运动，通过间歇运行、分段输送至真空泵站。生活区地势平坦，真空管道可采用锯齿形敷设方式。通过计算，真空系统子系统的干管选择DN110，系统主干管选择DN160, 采用SDR- 21 级的UPVC 管及相关管件，粘结连接。如图2 所示，

　　根据收集点布置可得主干管管线约为370 m。

图2 真空管道的敷设方式以及管道中流体运送形式(QUA- VAC)

2.5、真空收集箱

　　真空马桶的排水管与真空排水管道直接相连，其他生活污水先通过重力排水管道排至真空收集点，通过真空收集箱与真空管网相连接。根据《室外真空排水系统工程技术规程》，当排水量小于等于4 L/s 时，宜设单个真空阀收集箱。当排水量大于4 L/s 时，宜采用两个真空阀的收集箱。该部分排水总量为12.4 m³/h=3.44 L/s，小于4 L/s，设置单个真空阀的收集箱即可。在每个收集点设置真空收集箱，箱体个数根据定制型号来确定。收集箱采用PVC 材质。

2.6、真空系统布置简图

图3 真空系统布置简图

3、结语

　　本设计计算充分考虑节水和餐厨垃圾单独收集的要求，通过真空排放系统的建设，不仅实现节水和餐厨垃圾的单独收集，而且为分布式污水处理系统的研究打下基础。