尹立新，高戰(zhàn)爭，薛國強(qiáng)，任國俊

（1.常熟理工學(xué)院，江蘇 常熟 215500；2.常熟市住建局，江蘇 常熟 215500；3.蘇州安省設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 常熟 215500）

1 引言

真空排水系統(tǒng)是一種新型的非重力排水系統(tǒng)，與傳統(tǒng)重力排水系統(tǒng)相比，污水真空收集系統(tǒng)不但能節(jié)約用水、保護(hù)環(huán)境，而且具有管徑相對較小、不受地形限制、管網(wǎng)安裝方便、不易堵塞、經(jīng)濟(jì)性能好等優(yōu)點(diǎn)[1]。與現(xiàn)行常規(guī)節(jié)水便器相比，糞尿分離真空便器沖廁耗水減少80%～90%，且產(chǎn)生的糞尿總量相應(yīng)減少[2]。此系統(tǒng)己在歐美國家日益得到重視，用于城鎮(zhèn)居民區(qū)、生態(tài)旅游區(qū)以及缺水和修建重力排污系統(tǒng)困難的地區(qū)[3]。室外真空排水系統(tǒng)由真空站（包括真空泵等真空源、排污泵及真空罐等）、收集室（包括真空閥門和控制裝置的界面單元）以及真空管道組成。它使用收集坑（井）貯存污廢水，通過真空閥門的開閉使污廢水在壓力差驅(qū)動(dòng)和大流速氣流裹挾條件下從收集坑室抽吸入真空管道，期間通過逐級(jí)提升的布管技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送至真空泵站中的真空罐，最后排入處理系統(tǒng)[4]。

真空排污是一種具有很大潛力的工程技術(shù)，應(yīng)用十分范圍廣泛。1987年洛蒂格公司在無須改變原內(nèi)部房屋的重力排污系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，首次將真空收集運(yùn)用到戶外排污系統(tǒng)[5]。美國的第一套民用真空排污系統(tǒng)建于1970年，在維吉尼亞州弗雷德里克斯堡附近的湖區(qū)。至今，美國有多達(dá)500套的不同規(guī)模的真空排污系統(tǒng)在運(yùn)行或建設(shè)之中。美國國家環(huán)保局己指定真空排污系統(tǒng)為推廣普及的新技術(shù)，用于替代傳統(tǒng)的重力式排污管道系統(tǒng)。澳大利亞、英國等歐洲國家至今也有上千套的真空排污系統(tǒng)。1997年英國公共標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)制定了真空排污系統(tǒng)的規(guī)范BS EN1091∶1997。目前室外真空排污系統(tǒng)己在歐美漸呈流行趨勢。日本于20世紀(jì)90年代開始研宄真空排污系統(tǒng)，并較快地實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化，《下水道設(shè)施計(jì)劃與設(shè)計(jì)指針》1994年版收入了真空排污系統(tǒng)。

隨著真空排污系統(tǒng)設(shè)備的國產(chǎn)化、系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高以及人們對環(huán)境問題的日益關(guān)注，真空排污系統(tǒng)作為一種新的替代型排污管道，正在逐漸引起關(guān)注。位于長三角地區(qū)的常熟市在生態(tài)城市建設(shè)和改造中，引進(jìn)真空排污技術(shù)，首先應(yīng)用于舊城改造，改變了常熟后桃花村區(qū)的原始排污方式，采用污水重力流進(jìn)入積水井，井內(nèi)真空輸水裝置將污水經(jīng)真空管道收集至真空站的真空罐，再用污水泵排污至市政處理設(shè)施的排水方式。該項(xiàng)目取得了較好的成果，常熟市政府部門進(jìn)一步推進(jìn)節(jié)能減排，將真空排污技術(shù)與土壤滲濾工藝相結(jié)合，在城市景區(qū)排污改造上進(jìn)行了應(yīng)用，探索了一條生態(tài)城市排污改造的新思路。

2 真空收集系統(tǒng)方案

2.1 真空收集系統(tǒng)原理

真空集便器技術(shù)是一種高效的、依靠真空負(fù)壓來實(shí)現(xiàn)污物收集及轉(zhuǎn)儲(chǔ)的技術(shù)。系統(tǒng)由真空集便器、真空管網(wǎng)、真空工作站（包括真空泵組、容錯(cuò)過渡罐、停電保障系統(tǒng)、控制箱、配電箱等）、GSM無線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)和污水處理設(shè)備組成。該技術(shù)體現(xiàn)在：真空產(chǎn)生、真空收集、污物粉碎、污物傳輸均在同一個(gè)過程中完成，從少到一個(gè)便器終端，多到數(shù)百個(gè)便器終端，都可以靈活設(shè)計(jì)成不同的系統(tǒng)解決方案。

水沖式公廁的生活污水主要分為兩種：大小便產(chǎn)生的污水（簡稱“黑水”）和盥洗產(chǎn)生的污水（簡稱“灰水”）以及廁所打掃衛(wèi)生產(chǎn)生的污水（簡稱“灰水”）。根據(jù)水沖式公廁的污水調(diào)查結(jié)果來看，黑水與灰水各占總污水量50%左右。但是灰水COD、TSS、N、P、K的指標(biāo)分別占5%、8%、2%、10%、8%；黑水 COD、TSS、N、P、K 的指標(biāo)分別占95%、92%、98%、90%、92%。通過上述分析可知：黑水和灰水的水量雖然基本相等，但水質(zhì)卻相差很大。傳統(tǒng)的水沖式公廁將黑水和灰水混合排放，從而使得輕污染的灰水也變成了重污染的黑水，增加了黑水產(chǎn)生的總量，增加了收集與處理的成本。因此，采用真空源分離技術(shù)應(yīng)先從源頭將黑水和灰水分離，然后對黑水和灰水分別處理。

2.2 真空收集系統(tǒng)特點(diǎn)

傳統(tǒng)排污管道系統(tǒng)大部沿用重力排污系統(tǒng)，重力排污系統(tǒng)存在許多弊端，如易受地形限制，不能靈活地與其他專業(yè)管線進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，管道直徑大，需較大的坡度和埋深，需設(shè)置大量污水檢查井、提升泵站或倒虹吸管等附屬構(gòu)筑物，致使施工難度、建設(shè)成本、運(yùn)行維護(hù)成本大幅度增加。

分散式真空污水收集技術(shù)是一種新技術(shù)，其核心為真空集便系統(tǒng)。

在真空收集過程中，負(fù)壓不但有良好的隔臭性能，同時(shí)能夠撕裂、粉碎和攪拌污物而無堵塞管道之虞，可減小管道直徑，且方便其布置。真空工作站無視地形高差可直接將污水排放到黑水箱，發(fā)酵后可形成經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的有機(jī)肥，變廢為寶。真空集便器每次沖洗只需0.5L水，比傳統(tǒng)的水沖廁所節(jié)約90%以上的水（傳統(tǒng)抽水馬桶沖洗水量約為6～12L／次），并且收集的高濃度黑水可用于堆肥、發(fā)酵等，具有節(jié)水和資源化的優(yōu)點(diǎn)。由盥洗池、清潔廁所等產(chǎn)生的灰水則由滲濾系統(tǒng)進(jìn)行簡單處理，然后進(jìn)行中水回用，這就基本實(shí)現(xiàn)了該公廁的污水零排放。

由于用水量大大降低，因此污水的總?cè)莘e也大大縮小。在相同終端數(shù)目的情況下，黑水收集箱的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的化糞池的體積?，F(xiàn)狀化糞池容積可利用改造成發(fā)酵池。真空集便器系統(tǒng)在正常情況下處于等待的狀態(tài)，只有在按下沖水按鈕以及管道內(nèi)真空度不足的情況下，真空泵才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)調(diào)查，真空集便器每使用一次的耗電量僅為0.005kW·h左右，所消耗的電能費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)水沖式廁所多消耗的水資源費(fèi)用。

2.3 與真空收集系統(tǒng)配套的土壤滲濾工藝

土壤滲濾工藝是一種人工強(qiáng)化的污水生態(tài)工程處理技術(shù)，它充分利用在地表下面的土壤中棲息的土壤動(dòng)物、土壤微生物、植物根系，以及土壤所具有的物理、化學(xué)特性將污水凈化，屬于小型的污水土地處理系統(tǒng)。日本在20世紀(jì)80年代開發(fā)出土壤毛管浸潤溝污水凈化工藝，處理生活污水的出水水質(zhì)優(yōu)于二級(jí)處理出水。美、法、德、以色列等發(fā)達(dá)國家也部在大力推行與土壤滲濾技術(shù)相關(guān)的土地處理工藝，美國大約有36%的農(nóng)村及零星分散建造的家庭住宅采用了此類技術(shù)處理生活污水。

土壤滲濾系統(tǒng)設(shè)備簡單、投資少、操作管理方便、能耗低、凈化效果好，特別適用于污水管網(wǎng)不完備的區(qū)域，處理分散排放的生活污水。

3 工程概況

3.1 工程簡介

維摩山莊位于虞山半山腰，是虞山尚湖旅游度假區(qū)及市民休閑聚集景點(diǎn)之一。每周人流量1200人左右。該處地面黃海標(biāo)高約172.0m，城區(qū)地面標(biāo)高2.6m左右。維摩山莊現(xiàn)狀有一座傳統(tǒng)水沖式廁所，污水進(jìn)化糞池后外運(yùn)。該處市政污水重力自流管無法到達(dá)，且遠(yuǎn)期無污水規(guī)劃。本次維摩山莊整體綜合改造，污水收集與處理是建設(shè)單位考慮的重點(diǎn)之一。

3.2 設(shè)計(jì)方案

圖1 污水收集與處理系統(tǒng)

本工程擬采用土壤滲濾工藝：灰水通過進(jìn)水布管進(jìn)入土壤滲濾系統(tǒng)，首先在植物的作用下得到初步凈化，然后逐步下滲，經(jīng)過土壤的時(shí)候，在土壤毛細(xì)管作用以及土壤內(nèi)微生物的降解作用下，灰水得到進(jìn)一步的凈化，然后由排水管排出。為防止灰水不斷下滲污染地下水，土壤滲濾系統(tǒng)的底部鋪有防水層。

經(jīng)過專家論證，確定采用黑水真空集便源分離收集及灰水土壤滲濾處理工藝，實(shí)現(xiàn)“節(jié)水、零排放、資源化”的綜合治理目標(biāo)。主要思路是：公廁小便、大便產(chǎn)生的黑水通過真空系統(tǒng)收集至黑水儲(chǔ)存罐，發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)肥就地利用，或結(jié)合盥洗及廁所打掃衛(wèi)生產(chǎn)生的灰水通過土壤滲濾系統(tǒng)處理，流入下游進(jìn)行中水回用。

根據(jù)景區(qū)調(diào)查確定設(shè)計(jì)參數(shù)：總黑水量1029L／d，總灰水量6.9m3／d。維摩公廁污水收集與處理，通過采用真空蹲便器、真空坐便器、真空殘疾人便器、真空小便斗等終端，利用真空管對人糞、尿的這部分高濃度的污水進(jìn)行密閉收集，并經(jīng)真空工作站存儲(chǔ)到黑水收集箱發(fā)酵。黑水發(fā)酵完成為高濃度有機(jī)肥，而像盥洗盆排出的污染程度較低的灰水，可以通過滲濾系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后到下游缽孟潭進(jìn)行中水回用。高濃度有機(jī)肥結(jié)合中水稀釋后可作為肥料，如圖1所示。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行保障

本方案從設(shè)置、施工以及監(jiān)控三方面來保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

在管路設(shè)計(jì)方面，該系統(tǒng)在每一個(gè)終端及節(jié)點(diǎn)均設(shè)置一球閥。若某一終端出現(xiàn)故障，則可將該終端上的閥門進(jìn)行手動(dòng)關(guān)閉，從而防止某一點(diǎn)的故障對整個(gè)系統(tǒng)造成影響。也就是說，終端之間部是相互獨(dú)立，互不干涉的，這就保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在施工方面，該技術(shù)保證管道的優(yōu)質(zhì)施工。管道外部均采用混凝土包裹以增加管道強(qiáng)度，防止出現(xiàn)由于管道破裂產(chǎn)生的真空度受損問題。在管道必須過路的情況下，須在管道外部加套鋼管，使管道能夠承受車輛的重量。整個(gè)管線每隔一定距離設(shè)置一檢查井，以定期進(jìn)行檢查。在整個(gè)施工完成之后，須對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行24h的測試才能投入運(yùn)行。該系統(tǒng)采用GSM實(shí)時(shí)監(jiān)控，24h監(jiān)測系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在正常情況下，監(jiān)控中心每日將收到2條關(guān)于真空度等參數(shù)的信息。一旦系統(tǒng)監(jiān)測到故障，將立即將故障信息反饋給監(jiān)測中心，再由監(jiān)測中心立即派專人維修，以使故障在最短的時(shí)間內(nèi)被排除，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定高教運(yùn)行。

3.4 系統(tǒng)后期維護(hù)

在整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)完全并穩(wěn)定運(yùn)行以后，工作人員將定期對系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)，具體操作為：每周檢查真空過濾罐內(nèi)污物是否超過容積的1／2，超過則需要及時(shí)清理；每天觀察真空泵內(nèi)水位是否大于1／2，如果水位不夠，及時(shí)加水；巡檢時(shí)，讀取真空表數(shù)值，并做好記錄；檢查真空泵站控制箱，工作指示燈是否點(diǎn)亮，有無報(bào)警信號(hào)。

每個(gè)真空便器使用頻率為n＝1200×3÷7÷14＝37次／d，真空便器每次沖洗收集的污水量為2L，按照10年的服務(wù)期限，對維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。真空站除橡膠易損件外，其余固件使用壽命在20年左右。

4 結(jié)語

真空排污系統(tǒng)是新型的污水收運(yùn)系統(tǒng)，它是利用真空負(fù)壓產(chǎn)生的壓差來強(qiáng)制性輸送污水，與現(xiàn)行的重力排污系統(tǒng)相比，真空排污系統(tǒng)具有眾多優(yōu)勢：適用范圍廣，節(jié)約水資源，系統(tǒng)綜合費(fèi)用較低。因此在舊城區(qū)改造中有特有的優(yōu)越性。真空收集系統(tǒng)的耗水量僅為傳統(tǒng)水重力方式的1／10，采用該系統(tǒng)進(jìn)行分離收集，可以將高濃度的黑水變?yōu)橛袡C(jī)肥，實(shí)現(xiàn)高濃度黑水的資源化再利用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也減少了污水的排放量，減輕了對水環(huán)境的污染。濃縮黑水的資源化利用也減少了對空氣和土壤的污染，有效地保護(hù)了環(huán)境。

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