无锡地铁1、2号线真空排污系统应用研究

无锡地铁1、2号线真空排污系统应用研究

吴海岑

无锡地铁集团有限公司江苏省无锡市214000

摘要：介绍了无锡地铁1、2号线真空排污系统的设置情况，对厂家背景、系统组成情况进行了说明，对系统的部分实际应用情况进行了对比、分析，总结了经验教训，对有待研究、探讨的问题进行了说明。该研究对国内真空排污设备制造与改进、对地铁建设过程中的卫生排污系统设计都具有一定借鉴和指导作用。

关键词：真空排污；隔膜阀；真空泵；规范与标准

0.引言

《“十三五”规划纲要》提出：完善优化超大、特大城市轨道交通网络，加快300万以上人口城市轨道交通成网，优化城市公共交通系统，建设及优化停车设施。目前，国内的城市轨道交通建设正处于高潮阶段，诸多城市正处于筹备或建设阶段，随着技术的发展和服务水平的提高，国内地铁中的卫生间设置从“无”发展到了“有”，设备生产也从“依赖进口”发展到了“可以国产化”。

1.概述

无锡地铁1、2号线共45座车站，大部分车站均设置有公共卫生间和工作人员卫生间，除部分高架车站外，所有地下车站卫生间均使用国产化的真空排污设备进行动力排污。1、2号线共14座车站采用全真空排污设备进行动力排污，设备套数为14套，设备厂家为山东中车华腾环保科技有限公司；共33座车站采用半真空排污设备进行动力排污，设备套数为37套，其中36套由杭州聚川环保科技股份有限公司生产、1套由上海聚安实业有限公司生产。

2.厂家背景

山东中车华腾环保科技有限公司为中车山东机车车辆有限公司的全资子公司，2001年起引进瑞典EVAC的真空集便技术和韩国昌圆的压力冲水式便器技术，通过消化吸收，针对地铁车站客流量大且集中、通风条件不足、与市政排水管路落差较大等环境特点，开发了适用于地铁行业的真空排污系统设备，彻底解决了上述问题。目前在国内高速铁路、普通铁路、地铁、航空、船舶等行业有诸多应用，拥有自主知识产权，已全面实现国产化，产品性能稳定，售后服务体系完善。

杭州聚川环保科技股份有限公司为2006年成立的一家成长型环保企业，该公司研发的真空排污系统设备已在广州、上海、武汉、西安等十余个城市的地铁建设中得到应用，但由于起步较晚、技术后盾有限，同时受企业资本性质限制，该公司的产品性能尚不够成熟，仍在不断改进、升级之中，售后服务体系尚不够健全。上海聚安实业有限公司情况与其类似。

3.系统组成

真空排污系统是由真空机组、真空排污管网、真空废污水提升器、电气控制系统等组成的一个（完全）密闭的排水系统。真空系统的真空排污管路和真空泵站中始终保持35~65Kpa的真空度。排污时，真空废污水提升器与排污干管之间的排泄阀打开，污水在真空的抽吸作用下通过排污干管进入真空泵站，通过真空泵站将污水加压提升排入市政污水管网。

1、2号线车站的卫生间真空排污设备，分全真空（见图1）与半真空排污设备（见图2）。半真空排污系统与全真空排污系统相比，二者的主要区别在于自洁具至污废水提升器之间的收集，全真空排污系统是全真空全密闭式收集，而半真空排污系统仍采用传统重力式收集。

图1全真空排污系统示意图图2半真空排污系统示意图

4.应用分析

4.1管道选用与设计

4.1.1管材方面：山东中车华腾环保科技有限公司的全真空排污系统管道采用高密度聚乙烯（HDPE）管材及管件，电热熔连接，管道系统中的真空度可得到有效保证。杭州聚川环保科技股份有限公司与上海聚安实业有限公司的半真空排污系统管道采用硬聚氯乙烯（UPVC）管材及管件，胶水粘接，由于施工技术不达标，在设备运行过程中，曾发生过因管道粘接不严，导致真空度无法保持、真空泵频繁启动的故障发生，全真空排污系统则从未出现过。UPVC管材连接时，需进行倒角打磨、酒精擦拭、均匀擦涂胶水、按尺寸插入、确保凝固时间等重要步骤，对于施工步骤、施工环境要求均不低，但目前国内除半导体、医药等洁净等级要求较高行业以外，大部分行业对UPVC管道的施工，都很不规范，施工质量往往不佳。电热熔连接的HDPE管道，价格虽较UPVC管道高，但在施工步骤中却大为简便，施工质量也能得到保证。

4.1.2管道布局方面：无锡地铁大部分车站的真空污水泵房都做到了紧邻卫生间布置，但也有个别车站因为设计不够合理，存在洁具距离污废水提升器距离过长的情况。例如：河埒口站公共区卫生间最远的男卫蹲便器，距离所衔接的污废水提升器距离为20m。此卫生间使用半真空排污设备进行排污，此段管路为重力流排放，由于距离过长，实际使用中出现了排水不畅的情况。另外：在标段划分时，真空排污设备、部分重力排水管路划归机电标，卫生洁具则由业主自行采购，在工期紧张、管控不到位的情况下，出现了卫生洁具与排水管路重复设置存水弯的情况，导致实际使用中同样出现了排水不畅的情况。

4.2重要部件选用

4.2.1隔膜阀方面：山东中车华腾环保科技有限公司和上海聚安实业有限公司的隔膜阀，均参考国外隔膜阀结构组成和设计原理，为直式全通道真空隔膜（见图3），堵塞、漏气情况较少，每个污废水提升器配套一个隔膜阀。杭州聚川环保科技股份有限公司的隔膜阀，为自主研发设计，属半开式真空隔膜阀（见图4），目前第三代产品的通道比例已接近3/4，为防止隔膜阀膜片回位异常的情况出现，每个污废水提升器串联设计两个隔膜阀。总体而言，半开式真空隔膜阀的一代、二代产品故障率较高，但三代产品的性能已大有提升，但较直式全通道真空隔膜的工作性能，仍有一定差距。

图3直式全通道真空隔膜图4半开式真空隔膜阀

4.2.2真空泵方面：山东中车华腾环保科技有限公司的真空泵选用凸轮泵，另外两家则选用水环式真空泵，均为一用一备。据文献[1]研究，在合适的条件下，凸轮泵能够达到其理论吸程，也具有相当的抽真空能力，与等流量真空泵相比，随着真空度的提高，凸轮泵的抽真空能力也随之降低。截止目前，凸轮泵运行良好，水环式真空泵则主要存在温控措施不成熟的问题。如果在气液分离器上设置手动补水及排水阀，由于采用人工操作，很可能无法及时控制水环系统温度。从实际运行情况看，虽然存在报警偏多、人员操作较多的情况，但真空泵本身基本运行稳定。如果在气液分离器上设置温度传感器、自动补水阀和排水阀，一定程度上能够减少维护人员的手动操作，但是对温度传感器、电磁阀及控制程序的稳定性要求也较高，因为一旦发生温度传感器失灵、电磁阀无法正常开关等情况，很可能造成真空泵故障或大面积积水。因此，水环式真空泵通过手动或自动来调节温度，各有利弊。目前，无锡地铁仍以手动操作为主，是否有更可靠的操作方式，有待进一步研究。

4.3系统工作压力

全真空排污系统设计工作压力范围为：-0.035~-0.060MPa，半真空排污系统设计工作压力范围为-0.05~-0.07MPa，由压力范围可见，全真空排污系统由于全密闭式收集，工作效率较半真空排污系统高，对真空度的要求也明显较低，泵的启停次数自然也较低。

4.4动力外排

4.4.1管道方面：由于真空排污采用间歇性的动力外排，且是由地下排至地上，因此，在排污的过程中，不可避免地会出现加压污水对管道的冲击，也正是由于此，真空排污系统对外排管路连接处的密封性要求、管道及支架的稳固性要求均较高。

4.4.2化粪池方面：考虑到粪便污物在通过污水泵动力提升的过程中，会被污水泵叶轮打碎，沉淀、水解、厌氧消化的效果均会降低，经与环保、设计部门沟通，无锡地铁1、2号线建设过程中取消了所有与真空排污系统相衔接的室外化粪池。后在两条线路的环保验收水样测试过程中，发现部分车站、部分时间点未经化粪池处理、由真空排污泵站直接排出的污水，氨、氮等关键性污染因子的实测浓度确实无法达到排放标准。可见，与动力排污系统相衔接的室外化粪池仍有很强的设置必要性，因此，无锡地铁3号线的设计中恢复了对化粪池的设置。

4.5设备故障

对1、2号线2016年3-12月份的卫生服务设施故障分布情况进行分析，发现在诸多影响卫生服务设施正常工作的因素中，真空排污设备故障仍占据了约1/6的比例（见表1），可见设备故障率有待进一步降低。每月的设备故障数量在0-12起之间不等，可见设备的工作性能尚不够稳定，有待进一步提高。两条线路均为新线，投入运营时间为两年左右，在对设备的了解与掌握方面、在对引导乘客文明规范使用卫生服务设施方面都有待继续研究和加强。

5.规范与标准

由于起步较晚，对于真空排污系统的设计，国内目前尚无针对性的规范或标准，各大设计院仍以参照现行通用行业规范、标准为主，例如：《GB50015-2003建筑给水排水设计规范》（2009年版）、《建筑给水排水设计手册》（第二版）、《CJJ14-2016城市公共厕所设计标准》、《真空设计手册》（第二版）等。

对于真空排污系统的设计，国外已有较为成熟的规范、标准，主要以欧洲的《BSEN12109：1999Vacuumdrainagesystemsinsidebuildings》（室内真空排水系统规范）和《BSEN1091：1997Vacuumseweragesystemsoutsidebuildings》（室外真空污水排放系统规范）为主。目前国内部分技术较先进的设备厂家，如山东中车华腾环保科技有限公司等，有参照使用。

6.结语

6.1山东中车华腾环保科技有限公司的全真空排污设备，与另外两家的半真空排污设备相比，运行较为稳定、故障率较低；

6.2经过1、2号线的建设与运营，我司积累了一定的经验教训，例如在真空排污系统方面：对于管材的选择、化粪池的设置、存水弯的设置、系统选型与经济性之间的考量等；

6.3对于真空排污系统排污泵、电磁阀、液位传感器的选用、隔膜阀设计的优化、水环式真空泵的稳定控制等方面，受篇幅所限，均有待进一步研究；

6.4国内亟需出台类似欧洲国家的针对真空排污系统的规范或标准，以利于当前快速发展的城市轨道交通建设以及真空排污设备的行业发展。

6.53号线的卫生间排污将选用密闭式污水提升装置，其使用情况，值得与真空排污设备进行对比、分析研究。

参考文献：

[1]王艳，杨晓林，邢喆.凸轮泵在真空排污系统中的应用与辅助设计.[J].中国给水排水，2012，28（3）：98-101

[2]崔志国，邵迎旭，费志华等.烟台文化中心室内真空排水系统设计.[J].给水排水，2010，36（5）：70-73

[3]于健，吴晓睿，董克用等.真空排污系统发展现状.[J].资源节约与环保，2015（4）：114-114