在东湖听涛景区碧潭观鱼景点真空环保厕所的设计中采用了真空排污系统收集粪便污水 ,介绍了该系统的工艺流程及主要设备, 并详述了系统管网和真空站的设计 、计算方法。东湖听涛景区真空厕所设计采用了室内真空排污系统 。该真空厕所位于东湖听涛景区碧潭观鱼景点内 , 总占地面积为 48 m2,由控制间 (即真空站)及男 、女厕所构成 ,男 、女厕所各有 4套真空便器, 共 8套 。蹲便器采用真空排污,粪便仅需少量水冲洗 ,在负压作用下通过真空管网排入真空集污罐 ,清洁无异味;当真空集污罐中的污水液位达到设定上限时报警 , 污水排入化粪池;小便斗 、拖把池 、洗脸池及地漏所产生的污水由重力排污管网直接排入化粪池 。

1　 系统工艺流程及主要设备

真空厕所系统的功能模块可分为三部分:水路 、气路和电路 。其中,水路部分主要承担污水的收集 、输送及排放 ;气路部分主要负责真空的形成及污物的收集 ;电路部分则对水路及气路部分实现监控及自动控制。各部分之间的关联和职能如图 1所示 。

真空厕所系统由真空站 、管网 、真空便器组成 。真空站内的主要设备有 :1个真空集污罐 ,用来存放临时污水, 罐内设有料位计;1个真空储能罐,其中分为控制腔室和执行腔室, 控制腔室为真空界面阀的打开提供稳定的动力, 保证控制气路中的负压大于真空界面阀开启所需负压 , 执行腔室起储能罐的作用 ,既可减少雾汽、杂物进入真空泵, 又可储备真空能量 ;2台水环真空泵 ;1个循环水箱,为水环泵提供水源 ,并将真空泵排出的臭气过滤排出 ;1台排污泵 ,用于将真空集污罐中的污水排入化粪池;1个电控柜,起主控作用 ;8个终端控制盒, 盒内以时间继电器、继电器等电气元件组成,用于控制电磁阀和真空界面阀的启闭 ;1台备用发电机 ,用于停电事

故发生时维持系统的正常运行。同时, 主要设备均采取一定的隔振降噪措施 。真空厕所系统工作过程包括抽吸过程、冲厕过程和排污过程。

①　抽吸过程

水环式真空泵是系统的主要动力源, 真空泵对真空收集罐 、真空储能罐及管网进行抽吸 ,从而使其产生真空。水环式真空泵的动力由电机提供 ;水箱水位由水位计控制,使水箱水位保持在上 、下水位之间 ;真空泵有进气口和出气口, 进气口通过真空单向阀与收集罐及储能罐相连 , 真空单向阀的作用是在真空泵停止运行后, 使收集罐及储能罐内仍能保持一定的真空度。系统中还设置了电接点负压表 ,系统真空度可由其监测, 并控制真空泵的自动运行和停止,以保持收集罐、储能罐及管网的真空度为0.05～ 0.07 MPa, 确保系统正常运行。

②　冲厕过程

需要冲厕时 ,使用者按下冲厕开关,电磁水阀打开 ,自来水通过便器中的喷嘴呈扇形高速冲水 ,同时电磁气阀按终端控制盒设定的时间延时打开 , 使真空界面阀在负压的作用下打开 ,粪便与冲水在负压的作用下进入真空排污管网排入真空集污罐 ;电磁气阀按终端控制盒设定的时间关闭, 则真空界面阀关闭, 隔断便器与真空管网的通道,保证真空系统稳定 ;电磁水阀按终端控制盒设定的时间延时后停止供水。随着电磁气阀、电磁水阀和真空界面阀的每次开启 ,进入管道的污水被逐级输送 ,最终进入真空集污罐内。

③　排污过程

经过多次冲厕过程后 ,进入真空收集罐内的污水液位到达设定的上液位时,料位计发出报警信号 ,操作人员打开排污球阀及电控柜面板上的排污泵启动旋钮 ,排污泵将真空罐内的污水通过排放管排至化粪池 ;当集污罐内的污水液位到达设定的下液位时 ,料位计再次发出报警信号, 操作人员关闭排污球阀及电控柜面板上的排污泵关闭旋钮, 完成一次排污过程。

2　 管网设计

2.1　管道布置方式

该工程将所有管道安装在管沟中, 管沟深约为1m,既便于更换管件, 又可防止噪音外传并可保持室内整洁美观 。由真空管道内流体的运动规律可知,对于向下坡度 >0.2%的地势 , 真空管道沿地势铺设。管道支架距管沟底部约 0.4 m, 支架间距严格按照规范要求执行, 管道与支架接触处使用橡胶垫片,以减小冲厕过程给管道带来的振动 。

2.2　管材选择及管网结构参数设计

干管和主干管采用优质 UPVC管, 支管采用聚氯乙烯钢丝软管。粪便水在管内输送的过程中会有水头损失, 若管网设计不合理则可能导致无法将粪便水收集到真空站 。整个真空管线的总压头损失可看成静升水头损失和沿程水头损失之和。静升水头损失等于高度差减掉管径。粪便水与空气两相流的水头损失计算可参考相关文献, 并优选损失最小的设计方案确定管径 。支管、干管直径为 50 mm, 主干管直径为 63mm。

2.3　真空管道的弯曲半径

为减少管道在偏转时水流的紊动, 保证系统的稳定性和安全性,管道最小弯曲半径 (R b )应满足下式[ 3]:

　R b /D=200 (1)

式中 　D———管道外径

2.4　管道的连接方式

真空界面阀与支管通过活结头相接 , 支管与干管之间通过活结式球阀相接 ,以便于检修。为减小干管工作对主干管主流的影响 , 应采用顺水三通(也称 Y型三通, 见图 2)连接 ,同时干管应从主干管上部接入 , 避免使用 90°正三通直接连接主干管。管道间采用承插和法兰相连接。