廣州市某工業(yè)園生活區真空排水系統設計計算

　　為了實(shí)現污水和餐廚垃圾同步資源化處理，我們開(kāi)展了分布式污水處理系統的研究，真空排水系統是該系統的重要組成部分之一。為了檢驗該污水處理系統的性能以及發(fā)現和解決工程應用中的技術(shù)問(wèn)題，計劃在廣州市某工業(yè)園生活區采用該污水系統建設示范工程，因此該工業(yè)園需建造真空排水系統。本文主要介紹了該生活區真空排放系統的設計計算方法和過(guò)程。

　　我國是一個(gè)貧水國家，然而我國家庭用水方式仍是傳統的粗放用水方式，尤其是沖水便器的使用，依靠消耗大量的水來(lái)滿(mǎn)足衛生要求。由于便器和排污系統的設計施工問(wèn)題，沖水便器雖然消耗大量的水，但在使用中依然存在衛生隱患，例如濺起糞便造成的空氣污染問(wèn)題以及室內環(huán)境與排污系統的隔離問(wèn)題等。另一方面，衛生問(wèn)題的解決卻意味著(zhù)需要處理大量被污染的水，使水資源的低效利用和處理污水的高額能耗成為新的環(huán)境問(wèn)題。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為應用新的技術(shù)來(lái)尋求各方需求的平衡是有必要的。

　　餐廚垃圾在我國城市生活垃圾中占較大比例，如果對餐廚垃圾單獨收集處理，可有效減少生活垃圾處理量，緩解“垃圾圍城”的矛盾;而且，與其他生活垃圾相比，餐廚垃圾具有含水量、有機物含量、油脂含量及鹽分含量高，營(yíng)養元素豐富等特點(diǎn)，具有很大的回收利用價(jià)值。

　　由于我國居民的生活習慣以及垃圾收運管理等因素，我國餐廚垃圾實(shí)現分類(lèi)收集仍存在較大的困難�，F在餐廚垃圾常常與其他生活垃圾混合收集，由于餐廚垃圾易腐爛發(fā)臭、滋生蚊蠅，在垃圾存放、收集、轉運以及填埋過(guò)程中會(huì )對環(huán)境造成污染。同時(shí)，含水率高導致垃圾的熱值低，不適合與生活垃圾一起焚燒處理。

　　將餐廚垃圾直接在廚房中進(jìn)行預處理后，利用真空排水收運是一種有效的餐廚垃圾分類(lèi)收運解決方案。這種方法從源頭上進(jìn)行垃圾分類(lèi)，直接進(jìn)行餐廚垃圾預處理，利用真空收運，采用成熟的污水處理工藝進(jìn)行處理分解。這樣就不存在重力管道直排的問(wèn)題，同時(shí)避免與其他生活垃圾混合，有效實(shí)現餐廚垃圾的單獨收集目的，同時(shí)有利于餐廚垃圾的資源化處理。

1、真空排水技術(shù)

　　真空排水系統是利用真空設備使排水管道內產(chǎn)生一定真空度(通常為- 60 kPa~- 70 kPa)，利用空氣輸送介質(zhì)的排水方式。真空排水系統中的污水以氣水混合物的形式，以較高的流速在管道內輸送。

　　真空排水技術(shù)不是一個(gè)新的概念，1860 年荷蘭工程師Liernur 首次提出該概念;在20 世紀60 年代，瑞典人Liljendahl 對該技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。而真空系統的廣泛使用開(kāi)始于90 年代。在國外，真空排水系統已在高鐵、大型客輪、商業(yè)中心、醫院、酒店等得到成功應用。由于真空排水系統是利用負壓，抽吸力大，相對于傳統重力排水系統，具有以下優(yōu)勢：

　　(1)節水性能好;

　　(2)施工方便，真空管路管徑小，允許管路提升，輕易繞過(guò)障礙物，布置靈活方便;

　　(3)環(huán)保衛生，密閉式收集輸送，抽吸力大，能有效減少臭味以及有害病菌的外泄;

　　(4)解決地下空間污水提升的難題，直接提升到市政管網(wǎng)或指定位置，且系統維護費用低;

　　(5)無(wú)大量透氣管，不影響建筑外觀(guān);

　　(6)動(dòng)力輸送，不易堵塞。

　　我單位正在開(kāi)展研究的分布式污水處理系統，以分布式處理為核心，利用真空排水系統收集餐廚垃圾和污水，節水并提高污水有機物濃度，同時(shí)利用先進(jìn)的處理技術(shù)進(jìn)行資源化處理，回收其中的資源和能源。

　　本分布式污水處理系統研發(fā)項目計劃在廣州市某工業(yè)園生活區建設示范工程，因此該工業(yè)園需建造真空排水系統。下面對該生活區的真空排水系統改造的設計計算方法進(jìn)行介紹。

2、 真空排水系統的設計計算

　　真空排水系統包括室內和室外系統兩種。室外真空排水系統主要包括真空泵站、真空收集箱和真空管網(wǎng)。室內真空排水系統包括真空廁所、自動(dòng)界面單元、真空管路、真空泵站。

2.1、工程概況

　　該生活區位于廣州市，地勢平坦，主要生活設施包括員工宿舍和食堂，主要情況如表1、2 所示。

表1 生活區各種設施類(lèi)型服務(wù)人數

表2 現有主要衛生潔具數量

　　項目需對該生活區產(chǎn)生的生活污水和餐廚垃圾進(jìn)行真空收集。其中：

　　(1)通過(guò)將傳統馬桶改造成真空馬桶實(shí)現對糞便污水的真空收集;

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

　　(3)餐廚垃圾研磨預處理后進(jìn)行真空抽吸。主要流程圖如下圖所示：

圖1 真空排水系統流程圖

2.4、真空管網(wǎng)

　　真空管道由主管、支管、真空排出管、檢查管組成。真空管道的敷設方式如圖2 所示，在上坡和水平地勢時(shí)采用鋸齒形敷設方式，兩個(gè)相鄰鋸齒形提升段之間的坡度大于0.2%，保證具有足夠的重力水頭。污水在管道中為柱塞波浪狀運動(dòng)，通過(guò)間歇運行、分段輸送至真空泵站。生活區地勢平坦，真空管道可采用鋸齒形敷設方式。通過(guò)計算，真空系統子系統的干管選擇DN110，系統主干管選擇DN160, 采用SDR- 21 級的UPVC 管及相關(guān)管件，粘結連接。如圖2 所示，

　　根據收集點(diǎn)布置可得主干管管線(xiàn)約為370 m。

圖2 真空管道的敷設方式以及管道中流體運送形式(QUA- VAC)

2.5、真空收集箱

　　真空馬桶的排水管與真空排水管道直接相連，其他生活污水先通過(guò)重力排水管道排至真空收集點(diǎn)，通過(guò)真空收集箱與真空管網(wǎng)相連接。根據《室外真空排水系統工程技術(shù)規程》，當排水量小于等于4 L/s 時(shí)，宜設單個(gè)真空閥收集箱。當排水量大于4 L/s 時(shí)，宜采用兩個(gè)真空閥的收集箱。該部分排水總量為12.4 m³/h=3.44 L/s，小于4 L/s，設置單個(gè)真空閥的收集箱即可。在每個(gè)收集點(diǎn)設置真空收集箱，箱體個(gè)數根據定制型號來(lái)確定。收集箱采用PVC 材質(zhì)。

2.6、真空系統布置簡(jiǎn)圖

圖3 真空系統布置簡(jiǎn)圖

3、結語(yǔ)

　　本設計計算充分考慮節水和餐廚垃圾單獨收集的要求，通過(guò)真空排放系統的建設，不僅實(shí)現節水和餐廚垃圾的單獨收集，而且為分布式污水處理系統的研究打下基礎。