郭建華 胡淑英 許航 牛文忠 郭佩春

【摘 要】目前使用的真空吸糞車作業(yè)產(chǎn)生大量臭氣，且除臭裝置效果不佳，嚴重污染環(huán)境空氣。根據(jù)合作單位設計思路，組織專業(yè)技術人員攻關，制造了一臺能夠隔離抽入罐體內的糞液與排出罐體外的空氣，減少臭氣及致病細菌排放的新型真空吸糞車樣機。通過多項性能試驗證明，該樣機作業(yè)過程中有害氣體零排放，同時有效容積、抽吸速度、強排效率、強排速度等各項基礎性能指標均達到或優(yōu)于原有吸糞車，同時徹底解決了吸糞車作業(yè)時可能發(fā)生的抽冒問題。研究成果有助于提升環(huán)衛(wèi)行業(yè)科技水平，具有顯著的社會和環(huán)境效益。

【關鍵詞】吸糞車 有害氣體 排放 抽冒

【中圖分類號】TU99【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0501-02

1 背景

北京市主要采用吸糞車進行糞便清運。據(jù)統(tǒng)計，2009年北京市共抽運糞便211.24萬噸，其中城八區(qū)抽運161.57萬噸，占總抽運量的76.5%，郊區(qū)縣抽運量為49.67萬噸，占總抽運量的23.5%。目前，糞便車以真空吸糞車為主，2009年全市共有糞便車669輛，其中真空吸糞車663輛，占車輛總數(shù)的99.1%。[1]

我國于1965年由日本引進真空吸糞車技術，四十余年來在北京市糞便清運工作中發(fā)揮了重要作用。但直到目前，真空吸糞車仍沿用傳統(tǒng)結構，即依靠車載真空泵制造吸糞罐內真空環(huán)境，利用大氣壓力將糞井或化糞池中糞液壓入吸糞罐中。

吸糞車在制造吸糞罐內真空時，由于罐體內為負壓環(huán)境，糞液進入后，其內含有的刺鼻有害氣體將大量釋放，濃度不斷增加。這些有害氣體被真空泵抽到吸糞罐外，排放到大氣中，不僅氣味惡臭，而且含有大量的硫化氫、甲硫醇、氨等有害成分以及多種致病細菌，通常人們在距離吸糞車40～60米的距離即可聞到惡臭氣味，且臭氣滯留時間最長可達到20分鐘以上。這些惡臭氣體嚴重危害作業(yè)人員及周邊群眾身體健康，影響糞井或化糞池周圍空氣質量，造成大氣污染。

為了消除惡臭的有害氣體，目前多采用混合除臭劑或使用活性碳罐吸附的方法，但是這種方法治標不治本，而且由于吸糞作業(yè)中有害氣體釋放量大，釋放速度快，車載除臭劑或活性碳罐往往不足以完全消除惡臭氣味，除臭效果不佳，同時，若要除臭劑或活性炭發(fā)揮效果，必須每周對其進行更換，這也增加了作業(yè)的成本。

為解決上述問題，我廠配合北京市環(huán)境衛(wèi)生設計科學研究所成立專項課題組，開展了新型吸糞車的研制工作。

2 新型吸糞車樣機研制

2.1 技術方案及原理試驗

根據(jù)北京市環(huán)境衛(wèi)生設計科學研究所專利技術方案，新型吸糞車擬在糞罐中設置一層隔膜，將抽進罐內的糞液與排出罐外的空氣隔離，從而達到消除抽吸過程中的有害氣體及致病細菌排放的目的。其原理見圖1。

如圖1所示，糞液抽吸過程中，由于真空泵抽走空氣腔中的空氣形成負壓，導致隔膜由位置1變化到位置2，從而使糞液腔中也形成負壓，在該負壓及大氣壓的作用下，糞井或化糞池中的糞液被抽入糞罐中。整個過程中，由于進入糞罐的糞液與抽出糞罐的空氣完全隔離，所以理論上完全不會有有害氣體及致病細菌被排放到大氣中，也不會產(chǎn)生抽冒問題。

2.2 樣機結構方案

2.2.1 現(xiàn)有吸糞車結構形式

現(xiàn)有吸糞車主要部件包括：糞罐、氣路及水汽分離器、罐口、吊桿及進糞管、放糞機構、放糞口、觀察窗及真空表，其結構形式如圖3。

其中，放糞機構為絲杠形式，由上到下穿過糞罐。為進行強排作業(yè)，進糞管插入糞罐內部。此外，糞罐內還設置有防波板，用于防止吸糞車剎車時罐內液體突然前涌造成糞罐錯位。其結構見示意圖4。

2.2.2 樣機結構方案

根據(jù)我廠多年設計生產(chǎn)經(jīng)驗，目前使用的放糞機構、進糞管及防波板結構是最可靠、最有效的結構形式，而且是實際使用中必須具備的。因此，新型吸糞車樣機方案主要技術難點在于如何在采用新技術原理的條件下盡量避開現(xiàn)有吸糞罐內部結構，或在改變部分結構后有效保留現(xiàn)有功能特點。

課題組經(jīng)過討論，初步擬定了新型吸糞車樣機方案，即盡量保持現(xiàn)有糞罐結構，在糞罐內部加入一組氣囊。其方案原理如圖5。

如圖5所示，罐體與現(xiàn)有吸糞車罐體基本相同，也設置有防波板、罐口、進糞口、放糞口及放糞機構。罐體內安裝一組氣囊，圖中為表達清晰只顯示了一半氣囊的位置，另一半氣囊對稱布置。氣囊外部及罐體形成糞液腔，氣囊內部為空氣腔，真空泵通過抽氣管路抽吸空氣腔中的氣體。抽氣管與氣囊通過管箍連接。由于氣囊具有柔韌性，因此在充氣時可以自動避開防波板、進糞口及放糞機構。

此方案幾乎不改變現(xiàn)有吸糞車罐體結構，氣囊靠自身柔韌性適應罐內障礙，無需特殊結構。

以此方案為基礎，我廠及北京市環(huán)境衛(wèi)生設計科學研究所組織相關人員以BQJ5043GXE型吸糞車（外形如圖3所示）罐體尺寸為原形繪制了新型吸糞車樣機罐體加工圖紙。

新型吸糞車樣機取消了防冒器及水汽分離器；氣囊與抽氣管采用外部法蘭連接結構，通過螺栓緊密連接；連接處還安裝有花管起到隔柵的功能，防止氣路堵塞；罐體內部設置了三排掛環(huán)，將氣囊吊掛于罐體上部，保證抽氣時其向上回收；原有防波板及加強筋邊角處全部倒圓、去毛刺，防止劃傷氣囊；取消了原罐體的扶手，在扶手位置安放抽氣管路。三維設計總圖見圖6。

根據(jù)需求，課題組與相關單位合作，制作了一組8個氣囊，制成后的氣囊如圖7。

2.3 樣機環(huán)保性能試驗

新型吸糞車樣機采用了氣囊，完全隔絕了抽入罐體內的糞液與排出罐體外的空氣之間的接觸，因此理論上完全不會產(chǎn)生臭氣及致病細菌。

2.4 樣機基礎性能試驗

樣機制作完成后，為驗證其工作效率等與原有吸糞車的差距，課題組對其進行了基礎性能試驗?；A性能試驗內容包括：罐體有效容積、抽吸作業(yè)速度、罐體強排效率、強排作業(yè)速度、最大抽吸深度，抽吸過程抗干擾能力及氣囊自然回復能力。

2.4.1 罐體有效容積及抽吸作業(yè)速度

新型吸糞車內部有氣囊，會占用一部分罐內空間，同時，真空泵從罐內抽走的氣體僅為氣囊內氣體，這可能會造成新型吸糞車有效容積降低，抽吸速度下降。但另一方面，原有吸糞罐抽吸時一般抽到液面到達觀察窗 1/3處就需要關閉真空泵并拔出進糞管，以防止抽冒，而新型吸糞車樣機可以一直抽到氣囊內沒有空氣為止，因此可能會在一定程度上提高罐體有效容積。

2.4.2 罐體強排效率及強排作業(yè)速度

吸糞車通過真空泵向吸糞罐內打氣，壓迫罐內液體從吸糞口中排出的過程稱為強排。由于進糞管與罐體底部之間有約10cm的距離，因此傳統(tǒng)吸糞罐不可能將罐內液體全部排出。而新型吸糞車樣機由于內部有氣囊，因此理論上應該可以通過氣囊的擠壓作用將罐內液體全部排凈。

2.4.3 最大抽吸深度

在實際作業(yè)中，吸糞車要抽吸低于地面的糞井中的液體，因此其抽吸深度參數(shù)很重要。一般吸糞車抽吸深度可達到4米，課題組使用新型吸糞車樣機進行試驗，也可抽吸4米深處的液體，罐體及車輛都未出現(xiàn)異常，可見新型吸糞車樣機可以達到與現(xiàn)有吸糞罐持平的抽吸深度水平。

2.4.4 抽吸過程抗干擾能力

新型吸糞車樣機為了達到除臭的目的使用了氣囊，因此真空泵從罐體能抽吸走的氣體量一定，如果作業(yè)過程中罐體進糞口離開液面，將會使空氣進入罐體中，造成有效容積下降。但是另一方面，由前節(jié)對比試驗中可知，新型吸糞車樣機有效容積大于原有吸糞罐，這在一定程度上可以彌補吸糞口進氣造成的容積損失。為此課題組進行了抽吸過程抗干擾能力試驗，在抽吸過程中，分5次將進糞口提出液面，每次約0.5秒，模擬實際作業(yè)情況，驗證抽吸過程中進糞口進氣對有效容積的影響。，在試驗中采用的干擾方式下，新型吸糞車仍然取得了大于原有吸糞罐的抽吸量，基本有效容積的優(yōu)勢使得新型吸糞車具備了一定的抗干擾能力。當然，在實際吸糞作業(yè)中，干擾可能要大于試驗中的方式，因此，新型吸糞車需要作業(yè)人員在一定程度上改變操作方式。

2.4.5 氣囊自然回復能力

新型吸糞車樣機為了達到除臭的目的使用了氣囊，氣囊需要充滿氣才能進行抽吸作業(yè)并達到良好的抽吸效果，但是充氣過程需要時間，該時間與強排時間接近，約1′40″左右，這無疑增加了實際使用時間。另一方面，如果在吸糞罐打開放糞機構自排的過程中封死進糞口，同時將氣囊與大氣連通，那么在大氣壓的作用下，氣囊能夠自動補足一定的空氣，這樣將使再次充氣的時間減少，提高使用效率。為驗證氣囊能夠自然回復，課題組進行了氣囊自然回復能力試驗，氣囊具有較好的自然回復能力，回復率可達80%左右。自然回復后，氣囊僅需20秒左右即可充滿，大大提高了使用效率。

3 效益分析

從生產(chǎn)成本上來看，新型吸糞車取消了防冒器、除臭罐和水汽分離器，但增加了氣囊，在制造成本上高于傳統(tǒng)吸糞車，但增加量不大，相比于吸糞車十多萬元價格在可接受范圍內。

從運行成本上看，新型吸糞車無需使用除臭劑，也不會有抽冒的問題，節(jié)約了運行及維護成本。

從環(huán)境效益上看，傳統(tǒng)吸糞車雖然有除臭罐，但效果不佳，對作業(yè)區(qū)域周邊環(huán)境污染嚴重，也對作業(yè)人員身體健康造成不利影響，而新型吸糞車從原理上隔絕了臭氣，作業(yè)時可達到臭氣零排放，環(huán)境效益是傳統(tǒng)吸糞車無法比擬的。

從社會效益上看，新型吸糞車符合北京市建設環(huán)境友好型社會的發(fā)展方向，有助于提高北京市環(huán)境衛(wèi)生水平，具有明顯的社會效益。

4 結論

針對目前使用的吸糞車結構及主要缺陷，課題組確定了在吸糞罐中加入氣囊的技術方案，隔離抽入罐體內的糞液與排出罐體外的空氣之間的接觸，達到減少臭氣及致病菌排放，徹底解決吸糞罐防冒問題的目的。該技術方案已經(jīng)申請得到了國家實用新型專利。

根據(jù)技術方案制作了新型吸糞車樣機，并對該樣機進行了多項性能試驗。試驗結果證明，樣機在作業(yè)過程中達到了臭氣零排放，具有原有吸糞罐難以比擬的環(huán)保優(yōu)勢。同時，該樣機完全不存在抽冒問題，還可對真空泵起到良好的保護作用。此外，該樣機各項基礎性能指標均達到或優(yōu)于原有吸糞罐，外形、加工工藝及操作過程也與原有吸糞罐比較相近，十分便于舊罐改造、新罐加工及操作工人適應。

本文介紹的新型吸糞車符合北京市建設環(huán)境友好型社會的發(fā)展方向，同時有助于提升環(huán)衛(wèi)行業(yè)科技水平，具有顯著的社會和環(huán)境效益，具有良好的推廣應用前景。

參考文獻

[1] 《2009年北京市環(huán)境衛(wèi)生發(fā)展概況》