霍静静
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摘要：随着我国经济建设的快速发展，居民出行更为频繁，城市轨道交通日趋成为城市出行的重要交通工具。传统重力流排水系统污水利用自身的重力作用，经排水管汇入地铁车站集水池，再通过集水池中潜污泵将收集的污水排至室外，经处理后排入市政污水管网。该系统长期运行弊病较多，会产生异味，环境污染严重，且潜污泵检修不便。真空排水系统是利用排水系统内外的气压差将各排水点的污水收集至真空罐内，再通过排污泵将污水排至指定地点的一种完全密闭的排水系统。就此，本文主要对真空排水系统在地铁中的应用进行分析探讨。
关键词：真空排水系统；地铁；应用
1、前言
目前国内已经投用的地铁站内的卫生间的排水主要采用了重力流排水方式，在地下站由于地下空间有限，传统的排水方式通常由管道排至泵房的集水池内，再通过潜污泵加压提升至地面减压井，再经化粪池后排入市政污水管网。地下公共卫生间的传统污水泵站存在运营维护环境恶劣，臭味污染乘车及办公环境、污水集水池易生蚊虫等问题。广州地铁珠江新城输送集运线（以下简称“APM线”）是广州地铁一条全线卫生间使用真空排水系统的运营线路。本文就真空排水系统与传统重力流排水系统进行对比分析，结合该系统在APM线运行的实际情况，对其在地铁中的运行现状进行初步分析与探讨。
2、新技术—真空排水系统的特点
2.1真空排水系统较其他系统存在的优势
真空排水系统主要是依靠高速气流将污水及秽物通过洁具排至室外指定地点，这种高速气流产生于气压差。其具备的优势在于：
1）可以更快捷的解决排水问题，使污水可以任意地提升高度，而不怕堆积。
2）排污时的管道直径较小，这样施工就更方便、简单。
3）不会出现污水秽物外溢的现象，更不会污染地下水，更有利于环保工作。
4）因为其整体性，所以密闭性较强，不会扩散异味，清洁度很高。
5）系统存在较强的安全自检性能。
2.2真空排水系统的原理
真空排水系统分有两种，即室内真空排水系统和室外真空排水系统。
室内真空排水系统是利用空气作介质通过真空泵将真空管道形成负压，利用系统内外的气压差将污水从管道抽走。卫生洁具排水以重力流进入收集箱内。收集箱至真空罐是真空系统，用真空泵维持管道内0.04～0.06MPa的负压，污水进入收集箱后，空气被压迫至真空感应管，触发控制器工作，启动传输阀和通气阀，由于收集箱和真空管道存在压力差，污水通过真空管道进入真空罐，不会积留在管内。真空罐之后是压力流系统，真空罐内污水达到一定水位时，污水泵自动开启。将污水提升至室外污水管网。由于系统保持负压状态，不必设置污水集水池。室外真空排水系统通过污水真空收集阀井（户外界面阀井）收集居民生活污水。各建筑物所排放的污水通过污水管以重力流排入附近的真空收集阀井。真空管网再将污水从收集阀井由真空排水管道系统通过若干次提升输送至真空排水泵站。
3、APM线真空排水系统介绍
APM全线９个车站、控制中心及广州塔车场的卫生间均采用重力流与真空结合式真空排水系统。排水点（如卫生洁具、真空地漏）、收集箱（内含真空控制阀组、液位控制器等）、真空输送管道和真空泵站（含泵组、控制柜及真空罐等）。
以APM线车站真空排水系统为例，车站卫生间的污废水经卫生洁具重力流入收集箱，当收集箱内的水位上升到设定位置时，液位控制器依靠弹簧自动打开真空控制阀。系统内外存在气压差，在系统内部真空能量的作用下产生快速气流，使真空便器、真空地漏及收集箱内的污水克服管道阻力流入真空罐内，完成污水的真空收集过程。污水排出后真空控制阀自动关闭。当真空收集罐内污水到设定液位时，液位传感器响应，污水泵启动，将罐内污水排至室外减压井。当真空收集罐内气压低于下限值时，一台真空泵启动，将罐内空气抽出，经通气管排至室外；若气压低于最低报警值时，两台真空泵启动，直至达到设定值。真空泵使得系统内维持着0.04～0.06MPa的真空度。
真空排水系统核心部位是真空泵站，APM线车站真空泵站尺寸约为１．２m×１．７m×１．７５m，占地面积极小。以一个普通车站为例，其内包括一个容积２００L的真空收集罐、两台排气量１４４L／min的真空泵、两台流量２２m３／h及扬程３０m的排污泵等。APM线车站真空泵站大致如图1所示。
图 1 APM 线车站真空泵站示意图
4、APM线真空排水系统存在问题分析及优化对策
4.1车站真空卫生间
4.1.1存在的问题
真空排水系统在广州地铁APM线全线站点中使用，主要存在真空泵站的单向阀堵塞、真空控制阀隔膜磨损、真空排污管渗漏等问题。
（1）真空泵单向阀堵塞严重。由于站内员工或乘客使用不规范，经常把杂物扔进卫生洁具内，系统管道常常发生堵塞，直接影响系统排污。一般情况下，杂质会被截留在真空泵站的单向阀前，一旦发生堵塞，整套真空泵污水设备将无法使用。由于设备长时间使用，单向阀长期受到阻碍物的冲击，阀片磨损严重，导致阀片关不严，失去密封性，从而空气泄流、污水倒灌，使真空收集罐真空度不足，导致真空泵起泵频繁，泵组性能下降。
（2）真空隔膜控制阀磨损率高。真空隔膜阀为常压与管道内负压的界面，是一种常闭的负压气动阀，用于控制污水的抽吸，是真空排水系统中的关键阀件。根据几年来设备运营情况，真空卫生间真空控制阀内的隔膜磨损严重，真空隔膜阀常见的自然失效方式为隔膜破裂造成的密封不良、漏水、漏气以致阀门开启不及时或不能开启。
（3）真空排污管渗漏。现APM线卫生间内卫生器具至真空收集罐的排污管为PVC管，由于管道处于真空状态，易气蚀管道连接部位，导致排污管破损而出现渗水漏气。
4.1.2解决措施
（1）加大厕所管理，提倡文明如厕，增加日常巡视力度和提高检修质量。针对频繁发生的故障，维保管理人员应制定出一套规范的标准检修工艺及流程。
（2）真空控制阀隔膜片的破损主要与备件厂家提供的产品质量有关。建议采取以下措施：1）严格控制橡胶隔膜的加工条件，确保隔膜连接部位的牢固性；2）选用更耐久的橡胶材质；3）研究为隔膜增加具有良好耐屈挠疲劳性及黏着强度高的骨架层。从材料质量上进行改良，改善隔膜耐屈饶龟裂及动态疲劳性能。
（3）建议真空管道由PVC管改用PPR热熔管，热熔管和PVC管的耐压和耐热特性相似，因热熔管管件连接部位是同质熔接，相对较可靠，可有效减少管道漏水、漏气，具有降低管道维修成本的优势。
4.2车场真空卫生间
4.2.1存在的问题
APM车场真空排水系统经常出现无法正常启动的状况，故障记录频繁显示“综合故障”，经排查分析，显示“综合故障”的主要原因如下：
（1）真空控制阀密封性不良导致真空压力不足，电机长时间运行时导致系统启动保护；
（2）管路被杂物卡住导致电机长时间运行引起过载，系统停机；
（3）因单向阀内部老化引起电磁阀故障；
（4）继电器等元器件接触不良或损坏；
（5）控制箱变频器出现故障。
第（1）～（3）点问题的解决可参考上节车站真空卫生间的对策，定期加强机组的日常巡查与检修，及时更换易损零部件，减少人为因素造成的管道堵塞；第（4）～（5）点问题原因是压力继电器及控制箱变频器安装在车场真空泵站的一体化组合式机组柜内，当真空泵启动运行时，电机转动会产生强烈的振动，导致设备内部零件产生移位接触不良或损坏。同时凸轮泵启动时振动很大，且泵体与控制柜安装在机组内，长时间的振动会导致柜内变频器内部元件移位损坏。另柜内两个真空压力继电器与真空罐相连接，水泵电机振动带动真空罐振动，导致继电器内部反馈信号触点在振动的情况下产生移位，触点接触不到位时无法将真空压力信号传到控制柜PLC上，从而致使真空罐在真空低的情况下无法正常启泵。
4.2.2解决措施
针对APM车场真空排水系统“综合故障”，经技术分析，设备管理人员对机组配件进行了改造处理：
（1）将变频器从原控制箱内转移到机组外面，通过接驳导线将其固定在机组外面墙壁上；
（2）将真空压力继电器从原先与真空罐连接管道处断开，通过接驳铜管将其延长至墙壁处固定，并对压力继电器连接处制作一个螺纹铜管及一段不锈钢缓冲管进行减振。
上述改造可大大降低泵站机组振动对变频器及真空压力继电器造成的影响，APM车场真空泵站改造至今已运行一年多，“综合故障”未再出现，真空排水设备运行情况良好，改造延长了部件的使用寿命，提高了系统运行的稳定性及可靠性。
5、结语
“真空排水系统”通过在我国其他城市地铁建设中运用实际情况来看，虽然仍然存在某些方面的不足，但是在技术手段上，在解决“排污、隔臭、防菌、高频”等问题方面，提供了非常好的借鉴指导意义。
参考文献：
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[2]赵青松王艳伍真空排污系统在地铁中的应用《城市轨道交通研究》2011，14，5，102-104；
[3]张健高世宝章菁真空便器与真空排水在节水和污水源分离中的应用《给水排水》200834.No2.（2）96-99；
论文作者:霍静静
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第19期
论文发表时间:2018/2/3
标签：真空论文; 污水论文; 排水系统论文; 泵站论文; 管道论文; 真空泵论文; 系统论文; 《建筑科技》2017年第19期论文;