李鵬，龔圣陽

(1.中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081；2.北京中鐵科節(jié)能環(huán)保新技術(shù)有限公司，北京 100081)

鐵路罐式真空卸污系統(tǒng)技術(shù)探討

李鵬1，龔圣陽2

(1.中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081；2.北京中鐵科節(jié)能環(huán)保新技術(shù)有限公司，北京 100081)

論述了三種不同方式的罐式真空卸污系統(tǒng)，比較其在鐵路真空集便污水收集中的作用機(jī)理及技術(shù)操作的可靠性和安全性，確定雙真空罐系統(tǒng)將成為罐式鐵路真空卸污技術(shù)的主要型式。闡述了真空罐設(shè)計(jì)中氣液分離器、平衡管及除臭設(shè)備的重要性。真空管道可采用鋸齒形和袋形敷設(shè)方式。

真空罐；真空卸污；平衡管；鋸齒形敷設(shè)

真空排水是指利用真空泵使卸污管道形成負(fù)壓梯度，將污水逐步收集至固定卸污系統(tǒng)中，最后排至化糞池或污水處理中心的過程，是對(duì)傳統(tǒng)重力排水系統(tǒng)的一次創(chuàng)新。歐美等國家于20世紀(jì)70年代開始將真空技術(shù)應(yīng)用于鐵路系統(tǒng)，我國于2006年開始逐步研發(fā)鐵路真空卸污技術(shù)[1]。

1 罐式真空卸污系統(tǒng)分類

近年來，罐式真空卸污系統(tǒng)技術(shù)逐漸運(yùn)用于鐵路集便污水處理系統(tǒng)中，該技術(shù)主要利用真空泵使真空管道及真空罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，在真空的作用下將列車集便污水從卸污單元經(jīng)真空管道抽吸至真空罐內(nèi)，然后利用排污泵將污水排放至室外化糞池的過程。在形成真空的過程中，真空泵排氣管道出來的臭氣需經(jīng)處理后才能達(dá)標(biāo)排放。該技術(shù)操作簡單、安全可靠，達(dá)到了污水收集快捷、傳輸清潔的目的。

1.1 單真空罐卸污系統(tǒng)

單真空罐卸污系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。其原理是利用真空泵使卸污單元內(nèi)、真空管道、真空罐內(nèi)形成一定的真空度，當(dāng)真空罐內(nèi)污水達(dá)到設(shè)定液位高度時(shí)，通過排污泵將罐內(nèi)的污水排出。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，真空罐的主要作用是臨時(shí)儲(chǔ)存列車污物箱中的污水，并始終保持一定的真空度，而污水量達(dá)到設(shè)定液位高度時(shí)不破壞罐內(nèi)真空，利用排污泵將罐內(nèi)污水排除。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是操作及控制簡單，投資及卸污機(jī)房占地面積?。坏捎诠迌?nèi)始終處于負(fù)壓狀態(tài)，排污需要克服負(fù)壓做功；且當(dāng)真空罐需要清掏時(shí)不能連續(xù)作業(yè)。

圖1 單真空罐卸污系統(tǒng)示意圖

1.2 二級(jí)真空罐卸污系統(tǒng)

工藝流程如圖2所示。該系統(tǒng)是在單真空罐的基礎(chǔ)之上演化而來，二級(jí)真空罐分上下兩個(gè)污水收集室，在卸污過程中污水由上收集室進(jìn)入下收集室，當(dāng)下收集室污水達(dá)到設(shè)定容積時(shí)，上、下收集室迅速隔開，上收集室繼續(xù)卸污，下收集室與大氣接通，同時(shí)排污泵啟動(dòng)，將下收集室污水加速排空。卸污完成后上下收集室再次連通，系統(tǒng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是真空罐容積利用率高，排污泵性能要求較低，但對(duì)上下收集室連通和隔離的系統(tǒng)控制較難，污物易堵塞于真空罐內(nèi)難以清理。

圖2 二級(jí)真空罐卸污系統(tǒng)示意圖

1.3 雙真空罐卸污系統(tǒng)

由于鐵路集便污水排放的特殊性，在進(jìn)行卸污的同時(shí)不允許停止對(duì)污水的收集。雙真空罐卸污系統(tǒng)基于單罐基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)了輪流交替作業(yè)，使卸污過程不間斷?？衫门盼郾们懊娴拈y門控制，實(shí)現(xiàn)以下兩種功能：①當(dāng)其中一真空罐污水達(dá)到設(shè)定容積時(shí)，對(duì)應(yīng)的排污泵可單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行污水排空；②當(dāng)其中一真空罐堵塞或需要清掏時(shí)，可關(guān)閉對(duì)應(yīng)閥門單獨(dú)對(duì)其處理，另一真空罐可繼續(xù)作業(yè)。黃山北站、重慶北站等地均采用了雙真空罐卸污系統(tǒng)。

圖3 雙真空罐卸污系統(tǒng)示意圖

2 真空罐技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

罐式真空卸污系統(tǒng)主要由真空卸污單元、真空管道、真空罐、真空泵、排污泵、罐內(nèi)液位控制裝置、連接管道、配套閥件、信息化設(shè)備控制和除臭單元組成。

2.1 氣液分離器

真空罐內(nèi)產(chǎn)生的氣體多為腐蝕性氣體，吸入真空泵后會(huì)腐蝕泵內(nèi)金屬零件與油發(fā)生化學(xué)變化，損壞真空泵性能；另外，在抽真空過程中，一部分可凝氣體組分會(huì)形成小液滴隨氣體一起流動(dòng)，形成水汽，引起真空泵油的乳化。

為避免上述問題，可在真空泵前設(shè)氣液分離器。該設(shè)備利用離心分離、重力分離和絲網(wǎng)捕沫原理，具有除霧沫、除水汽等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)氣液分離并使氣相凈化，可除去99%的液態(tài)水份和顆粒(≥5μm)；具有除油氣效率高、結(jié)構(gòu)簡單、空隙率大、重量輕，安裝、操作、維修方便等特點(diǎn)，是一種高效的氣液分離設(shè)備。保證吸入真空泵的氣體得到凈化。

2.2 平衡管的設(shè)計(jì)

在排污泵出口末端位置應(yīng)設(shè)密封性能良好的止回閥，防止污水倒流、不破壞罐內(nèi)真空度。

在真空罐設(shè)計(jì)過程中，排污泵出口與止回閥之間需設(shè)平衡管，接至真空罐。在排污作業(yè)時(shí)，少量的污水會(huì)通過平衡管進(jìn)入真空罐，將排污泵腔室內(nèi)少量的氣體排除；同時(shí)補(bǔ)償排污泵內(nèi)部分壓力降，減少氣蝕，提高了排污泵使用壽命[2]。

為使真空罐在卸污過程中運(yùn)行良好，可在真空罐兩側(cè)不同高度設(shè)排污口，口徑是排污泵入口口徑2倍為宜。

2.3 除臭設(shè)備

鐵路列車集便污水濃度高、臭氣量大，真空泵在運(yùn)行過程中末端會(huì)產(chǎn)生大量的惡臭氣體，這些惡臭氣體組份主要有氨(NH3)、硫化氫(H2S)和某些特殊臭味物質(zhì)等，給人以感官不悅，呼吸困難、嘔吐等現(xiàn)象，也會(huì)腐蝕站內(nèi)設(shè)備，因此鐵路罐式真空卸污系統(tǒng)臭氣處理尤為重要。

合肥南站罐式真空卸污系統(tǒng)采用生物濾塔兩級(jí)串聯(lián)除臭單元，除臭效果明顯。其原理是利用微生物的新陳代謝作用，惡臭氣體經(jīng)過填料層時(shí)，被填料層上附著的微生物氧化分解成CO2、H2O和其他無害物質(zhì)，完成除臭過程。黃山北站采用活性炭吸附器除臭單元，活性炭固體表面上存在著未飽和的分子引力或化學(xué)健力，當(dāng)惡臭氣體與活性炭固體表面接觸后，氣體分子將濃聚并保持在固體表面，氣味從而被活性炭吸附，完成臭氣處理過程并使氣體凈化。

3 真空管道優(yōu)化設(shè)計(jì)

高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，簡稱為“HDPE”)管材具有較高的使用溫度、硬度、力學(xué)強(qiáng)度和耐化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，鐵路真空卸污主管道常采用HDPE管材，其內(nèi)壁光滑，阻力小。設(shè)計(jì)真空度范圍為-30kPa至-70kPa，管徑采用de160、de225，所有管道轉(zhuǎn)彎處均采用45°彎頭連接。真空管道敷設(shè)方式主要有鋸齒形和袋形兩種，在設(shè)計(jì)過程中，沿水流方向管道坡度應(yīng)大于0.2%，坡向真空機(jī)房位置。

鋸齒形敷設(shè)方式如圖4所示，此敷設(shè)方式主要特點(diǎn)是埋深淺，可有效減小地面開挖深度，每隔100m設(shè)一次提升為宜。

圖4 鋸齒形管道敷設(shè)方式示意圖

在管道敷設(shè)過程中，當(dāng)遇到障礙物或者管道必須進(jìn)行提升時(shí)，可采取袋形敷設(shè)方式。該敷設(shè)方式適用于管道連續(xù)爬坡情況，與鋸齒形敷設(shè)方式不同的是，在上升段前設(shè)“U”形提升彎，提升段必須為垂直提升。

圖5 袋形管道敷設(shè)方式示意圖

4 結(jié)語

鐵路罐式真空卸污系統(tǒng)已在我國鐵路站段投入使用。鐵路集便污水的主要特點(diǎn)是流量大，間斷性強(qiáng)，列車?？繒r(shí)間短，卸污作業(yè)能力要求高。因此，為保證系卸污統(tǒng)的可靠性、安全性、冗余性，應(yīng)從真空管道設(shè)計(jì)入手，選擇最佳敷設(shè)方式；對(duì)真空罐旁通管道設(shè)計(jì)、真空泵、排污泵選型等方面做出合理的選擇。

[1] 邱慧, 沈駿.鐵路真空卸污系統(tǒng)技術(shù)研究與工程應(yīng)用[C].“十一五” 環(huán)保成果匯編及新技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)論文集, 2012.

[2] 段金明, 周敬宣, 林洪, 等.鐵路站場固定式真空地面卸污系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國給水排水, 2006, 22(18): 41-44.

Study of the Vacuum Tank Sewage Discharge System for Railway Station

LI Peng1, GONG Shengyang2

(1.EnergySaving&EnvironmentalProtection&OccupationalSafetyandHealthResearchInstitute,
ChinaAcademyofRailwaySciences,Beijing100081,China; 2.BeijingCARSEnergySavingandEnvironmentalProtectionNewTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100081,China)

This paper introduces the characteristics of Vacuum Tank Discharge System in three different ways, comparing with the safety and reliability of technical operations about the vacuum toilet system sewage collection in railway station.Determined the double vacuum tank system will become the mainstream technology of vacuum tank sewage discharge in railway station.And expounds the importance of gas-liquid separator, balanced pipe, deodorization device in the design of vacuum tank.The laying mode of vacuum pipe could adopt sawtooth shape and bag shape.

vacuum tank; vacuum sewage discharge; balanced pipe; sawtooth shape

2016-05-18；

2016-08-02

李鵬(1990—)，男，甘肅定西人，碩士，助理工程師，主要從事鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究。

2095-1671(2016)04-0162-03

X703

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