CN102296691B - 一种自力式真空排水系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保技术领域，具体为一种自力式真空排水系统。该真空排水系统实际上是一个污水收集系统，该系统通过与真空罐连通的管线通向四面八方，通到污水收集点，然后由真空泵组将污水抽入真空罐中；再经排污泵或空压机排入市政总管线。系统包括：污水槽、真空罐、真空泵、真空分界阀、排水泵、空压机、PC机及相应控制软件等。本发明比较传统的重力排污系统，具有施工简单、成本低廉、机动灵活、高效的特点。本发明主要用于工矿企业、机关学校、城乡住宅区等地的污水收集。也可用于真空厕所，作为粪便收集，可大量节约用水，由于是负压，无臭气弥散，特别适用于缺水的城市。本发明也可用于地铁、火车、长途汽车上的厕所。

Description

一种自力式真空排水系统及其控制方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种自力式真空排水系统及其控制方法。

背景技术

在中国全面提升发展进程的建设中，排水排污领域的基础设施面临巨大挑战，传统的利用重力的雨污废水输送方式暴露出越来越多的弱点和弊端。重力输送的泄漏渗漏和排放对地下水资源和环境的污染，不利中水循环利用，严重阻碍了环境保护和生态进步；重力排水排污需建设重力提升泵站，建设大型开挖工程，敷设大型管网，消耗大量建设用材，需要大量的建造工程量，施工周期冗长，建设成本高，严重违背实施资源节约和绿色建造方法；输送管网堵塞会发生污水外溢，产生恶臭现象，从而增加管网运行事故维护开支，降低生活环境品质；系统运行能耗开支大；不易于实施全自动化运行，难以全过程信息化管理，排水排污过程看不见、摸不得，不易于实施预防性维护，不易于实现免维护无故障运行。管网形式不够灵活，占用空间大，难以满足各类场合应用和特殊场合要求。

目前城市的污水都是通过重力排污收集，然后送入污水处理厂。随着城市的发展，污水排放越来越多，废水、污水、雨水和其它排水不能分类输送与处理，一并送入污水厂，污水厂早已不堪重负，使得污水厂成为一个巨大的污染源。

另外，城市的自来水有三分之一用于冲抽水马桶，稀释的粪便已不能还田。长期以后，田地板结，危害严重。这样既浪费水资源，又不利于生态发展。

发明内容

本发明的目的在于提出一种设备简单、投资较少、利用效率高的用于城市污水处理的真空排水系统及其控制方法。 

本发明的提出的真空排水系统，实际上是一个污水收集系统，该收集系统通过与真空罐连通的管线通向四面八方，通到污水收集点，然后由真空泵组将污水抽入真空罐中。然后经排污泵或空压机排入市政总管线。其原理图如图1所示。它包括：污水槽、真空罐、真空泵、真空分界阀、排水泵、空压机、PC机及相应控制软件等。其中：

所述污水槽1，是一个污水收集点，分布于污水源处；实际使用中，现场可以有多个此种污水槽。  

所述真空罐2，用于存储收集起来的污水，整个全系统的核心；真空罐至少设有三个接口：真空泵接口14，用于与真空泵组连接；污水管道接口15，用于连接污水管道，而污水管道与污水槽1连通；排水口16，用于排出污水。真空罐还附设有液位计12，用于显示真空罐内液位状况。

所述真空分界阀10，位于污水槽1和真空罐2之间的污水管道上，并以管道与污水槽1和真空罐2相连。其作用是根据气压自动控制真空排水系统排水，达到自力式排水的作用（不需要借助其他能源，仅凭气压差排水）。

所述排水泵3，通过管道分别与真空罐2的排水口和市政污水管连接，并设有排水泵阀门11，该阀门11与排水泵串联使用，并同时开启同时关闭。

所述真空泵5吸入口与真空罐2的真空泵接口14连接，排出口与大气相通；真空泵5的作用是将真空罐内气压抽成负压，从而达到真空排水的目的。

所述空压机9通过空压机管道8与真空罐2连接并受PC机控制。空压机9与真空罐2之间设有空压机阀门7，该阀门7由PC机控制，与空压机9同时开启与关闭。

本发明中，所述真空罐2还设有排空阀门6，此排空阀门6由PC机控制，排空阀门6一端与真空罐2连接，另一端与大气相通，起到调节气压的作用，也可当安全阀使用。 

本发明中，所述真空罐2的排水口通过管道还设置一污水排放阀13，该污水排放阀13受PC机 控制。当污水中固体严重到危害排水泵时，PC机指令污水排放阀13打开，把污水排入市政污水收集入口4。 

本发明比较传统的重力排污系统，具有施工简单、成本低廉、机动灵活、高效的特点。而且，用于真空厕所、作为粪便收集，可大量节约用水，是传统抽水马桶用水量的十分之一，由于是负压，无臭气弥散。

本发明设计的自力式真空排水系统主要用于工矿企业、机关学校、城乡住宅区等地的污水收集。也可用于真空厕所，作为粪便收集，特别适用于缺水的城市。本发明也可用于地铁、火车、长途汽车厕所。

附图说明

图1是自力式真空排水系统示意图。

图2是真空泵示意图。

图3是真空分界阀结构图。

图4是气动阀结构图。

图5是控制器结构图。

图6是自力式真空排水系统程序框图。

图中标号：1.污水槽，2.真空罐，3.排水泵，4.市政污水收集入口，5.真空泵，6. 排空阀门，7.空压机阀门，8.空压机管道，9.空压机，10. 真空分界阀，11.排水泵阀门，12.液位计，13.污水排放阀，14.真空泵接口，15.污水管道接口，16.排水口；17.阀体，18.密封球，19.气缸下连杆，20.气缸前端盖，21.Y型圈，22.气动阀主活塞，23.气动阀气缸，24.气缸上连杆，25.气缸体，26.气缸后端盖，27.O型圈，28.O型圈，29.弹簧，30.另一气动阀主活塞；31.下阀座，32.膜片，33.衬套，34.阀座盖组件，35.小孔，36.另一弹簧，37.中继气缸组件，38.密封盖，39.上阀座，40.控制器主活塞，41.控制器中间腔体，42.另一密封盖。 

具体实施方式

本发明设计的自力式真空排水系统如图1所示，包括：污水槽1、真空罐2、真空泵5、真空分界阀10、排水泵3、空压机9、PC机以及多个控制阀门等。其中：

污水槽1，是一个污水收集点，实际使用中，现场可以有多个此种污水槽；污水槽通常用塑料或钢板制成，也可用水泥砌成，埋地式。若污水中杂质较多，污水槽中应加拦污栅。污水槽中装有水位高度传感器，用于测量污水槽中的污水水位。 

真空罐2，用于存储收集起来的污水，整个全系统的核心；真空罐设有三个接口：真空泵接口14，用于与真空泵组连接；污水管道接口15，用于连接污水管道，而污水管道与污水槽1连通；排水口16，用于排出污水。真空罐还附设有液位计12，由透明管制成，内有磁浮球，通过它PC机可随时了解真空罐内液体总量并发出信号，由PC机决定相应的动作。此外真空罐还可附属物有真空气压表、液体性质传感器等，必要时还可设有毒性比较传感器。为了维修方便，还可外加装扶梯。真空罐大小根据污水收集总量而定， 如图2所示。

真空罐2用Q235号钢焊接而成，壁厚大于15mm，大小根据污水收集总量而定，一般为3立方米左右。

排水泵3，通过管道分别与真空罐2的排水口和市政污水管连接，此排水泵为普通型，排水泵阀门11为电动阀门，由PC机控制，阀门11与排水泵串联使用，并同时开启同时关闭。

真空泵5吸入口与真空罐2的真空泵接口14连接，排出口与大气相通；为防止停机状态大气反灌，可装有单向阀门串联当中。真空泵5的技术要求：气压最低能达到-6.5Pa以下，抽气速率可达646m3/h。通过法兰盘和管道与真空罐2连接，它的作用是将真空罐内气压抽成负压，从而达到真空排水的目的。

空压机9通过空压机管道8与真空罐2连接并受PC机控制。空压机9与真空罐2之间设有空压机阀门7，该阀门7也是电动阀门，由PC机控制，与空压机9同时开启与关闭。空压机9压力一般应大于8kg，储气量大于0.6立方米。

真空罐2还设有排空阀门6，此排空阀门6为电动阀门，由PC机控制，排空阀门6一端与真空罐2连接，另一端与大气相通，起到调节气压的作用，也可当安全阀使用。 

真空罐2的排水口通过管道还设置一污水排放阀13，该污水排放阀13受PC机 控制。当污水中固体严重到危害排水泵时，PC机指令污水排放阀13打开，把污水排入市政污水收集入口4。

本发明中，所述真空分界阀10可采用如图3、图4、图5所示的结构，真空分界阀由气动阀和控制器两部分组成。其中，气动阀包括：密封球18，气缸下连杆19，气缸前端盖20，Y型圈21，气动阀主活塞22，气动阀气缸23，气缸上连杆24，气缸体25，气缸后端盖26，O型圈27，O型圈28，弹簧29，气动阀主活塞30。密封球18呈半球状，位于气动阀底部，在其上方连接着气缸下连杆19；气缸下连杆19之上连接着气动阀气缸23，气动阀气缸23呈圆柱形，上下分别连接着气缸后端盖26和气缸前端盖20；气动阀主活塞22和气动阀主活塞30位于气动阀气缸23内，连接着气缸上连杆24和气缸下连杆19，并以弹簧29连接着气缸后端盖26和气缸前端盖20。Y型圈21位于气动阀主活塞22和气动阀主活塞30的两侧，O型圈27和O型圈28位于气缸后端盖26上。控制器包括：下阀座31，膜片32，衬套33，阀座盖组件34，小孔35，弹簧36，中继气缸组件37，密封盖38，上阀座39，控制器主活塞40，控制器中间腔体41，密封盖42。控制器如图5所示，其横截面为圆形，上阀座39和下阀座31分别位于控制器的上下部；下阀座31连接着膜片32，衬套33位于膜片32上，膜片32的上方通过密封盖42连接阀座盖组件34；密封盖42通过位于控制器中间腔体41内的弹簧36与中继气缸组件37连接，在控制器中间腔体41的侧壁上开有小孔35；密封盖38位于中继气缸组件37之上，通过连杆与控制器主活塞40连接。。

气动阀上有5个接口，分别为A0、A1、A2、A3、A4，控制器上也有5个接口，分别为B0、B1、B2、B3、B4，气动阀和控制器之间由密封的橡胶管连接。其中，接口A3分别与 接口B0、接口B3 连通，接口A2与接口B2连通，接口A1与接口B1连通。

气动阀一端接口A0连接系统负压，另一端接口A4连接污水介质源，通过管路连接，在控制器的接口B0和接口B3端产生负压，控制器的接口B4端通过管路连接污水介质。

当污水介质液位上升时，在B4端管路中空气受到压缩，气压增大，达到一定程度时，推动控制器下部膜片32，膜片32上鼓推开连接的密封盖42，由于B3端负压的作用，控制器中间腔体41内的气压下降，控制器主活塞40下降，连接的密封盖38打开B2口，关闭B1口，此时，气动阀气缸23内气体通过A2口排入B0口，A1口由于B1口关闭，保持截止状态，气动阀主活塞22上升，密封球18打开，污水介质被负压吸上排出A0口，此时污水介质被负压吸入污水输送管道，流入真空罐中。 

随着污水介质的排出，液位下降，B4端气压下降，膜片32随之下降，密封盖42关闭，控制器中间腔体内空气通过小孔35得到补充，气压上升，控制器主活塞40上升，关闭B0口，打开B1口，同时，大气通过B1口和A1口进入气动阀气缸23，气动阀主活塞22下降，密封球18关闭，关闭管路，系统停止排出污水介质，回到静止状态，当污水介质液位上升到一定程度时，继续抽出污水介质，完成一个周期。

本发明可根据不同的污水污物性质，选择压力排水或离心泵排水，压力排水无叶片，不直接接触污物，寿命更长，故障率更低。

如发生管道堵塞，本发明可自动检测堵塞区域，并通过改变管道原负压为正压，压迫堵塞物退出管道，达到清理管道的功效。

本发明自力式真空排水系统受PC机程序控制，其程序框图如图6所示。具体控制步骤为：

1.关闭排空阀门6，关闭空压机阀门7，关闭真空分界阀10，关闭排水泵阀门11，关闭污水排放阀13。 

2.启动真空泵5，将真空罐内气压抽成负压。

3.PC机检测真空罐2内负压力是否已经达到，如未达到，继续抽，如达到，则关闭真空泵5，并打开真空分界阀10，此时污水槽1内的污水由于负压力的作用被吸入污水管道，然后被输送进入真空罐2中。

4.经过若干次抽吸之后，真空罐2内污水集满。传感器检测真空管道内污水杂质情况，如有毒，则进行药物处理中和毒性；如不含大颗粒固体杂质，则打开与大气相通的阀门6和排水泵阀门11，并启动排水泵3，将真空罐2内的污水排入市政污水收集口4；如含有大颗粒固体杂质，则打开空压机阀门7和污水排放阀13，并启动空压机9向真空泵内排入空气，利用气压将大颗粒固体杂质通过管道排入市政污水收集口4。

5.当真空罐2内的污水都排出之后，液位计显示真空罐）已空，如之前罐中污水含有大颗粒固体杂质，则关闭空压机阀门7和污水排放阀13，并关闭空压机9；如之前罐中污水不含大颗粒固体杂质，则关闭与大气相通的阀门6和排水泵阀门11，并关闭排水泵3。 

6.启动真空泵5，将真空罐2内气压抽成负压，完成一个周期。

Claims (4)

1.一种自力式真空排水系统，其特征在于包括：污水槽、真空罐、真空泵、真空分界阀、排水泵、空压机、PC机及相应控制软件；其中：

所述污水槽（1），是一个污水收集点，分布于污水源处；

所述真空罐（2），用于存储收集起来的污水；真空罐（2）至少设有三个接口：真空泵接口（14），用于与真空泵组连接；污水管道接口（15），用于连接污水管道，而污水管道与污水槽（1）连通；排水口（16），用于排出污水；真空罐还附设有液位计（12），用于显示真空罐内液位状况；

所述真空分界阀（10），位于污水槽（1）和真空罐（2）之间的污水管道上，并由管道与污水槽（1）和真空罐（2）相连； 

所述排水泵（3），通过管道分别与真空罐（2）的排水口和市政污水管连接，并设有排水泵阀门（11）；

所述真空泵（5）吸入口与真空罐（2）的真空泵接口（14）连接，排出口与大气相通；真空泵（5）用于将真空罐内气压抽成负压；

所述空压机（9）通过空压机管道（8）与真空罐（2）连接并受PC机控制；空压机（9）与真空罐（2）之间设有空压机阀门（7），该空压机阀门（7）由PC机控制；

所述真空分界阀（10）由气动阀和控制器两部分组成；其中： 

气动阀包括：密封球（18）、气缸下连杆（19）、气缸前端盖（20）、Y型圈（21）、气动阀主活塞（22）、气动阀气缸（23）、气缸上连杆（24）、气缸体（25）、气缸后端盖（26）、第一O型圈（27）、第二O型圈（28）、弹簧（29）和另一气动阀主活塞（30）；其中，密封球（18）呈半球状，位于气动阀底部，在其上方连接着气缸下连杆（19）；气缸下连杆（19）之上连接着气动阀气缸（23），气动阀气缸（23）呈圆柱形，上下分别连接着气缸后端盖（26）和气缸前端盖（20）；气动阀主活塞（22）和另一气动阀主活塞（30）位于气动阀气缸（23）内，连接着气缸上连杆（24）和气缸下连杆（19），并以弹簧（29）连接着气缸后端盖（26）和气缸前端盖（20）；Y型圈（21）位于气动阀主活塞（22）和气动阀主活塞（30）的两侧，第一O型圈（27）和第二O型圈（28）位于气缸后端盖（26）上；

控制器包括：下阀座（31）、膜片（32）、衬套（33）、阀座盖组件（34）、另一弹簧（36）、中继气缸组件（37）、密封盖（38）、上阀座（39）、控制器主活塞（40）、控制器中间腔体（41）、另一密封盖（42）；其中，控制器横截面为圆形，上阀座（39）和下阀座（31）分别位于控制器的上部和下部；下阀座（31）连接着膜片（32），衬套（33）位于膜片（32）上，膜片（32）的上方通过另一密封盖（42）连接阀座盖组件（34）；另一密封盖（42）通过位于控制器中间腔体（41）内的另一弹簧（36）与中继气缸组件（37）连接，在控制器中间腔体（41）的侧壁上开有小孔（35）；密封盖（38）位于中继气缸组件（37）之上，通过连杆与控制器主活塞（40）连接；

气动阀上有5个接口，分别为A0、A1、A2、A3、A4，控制器上也有5个接口，分别为B0、B1、B2、B3、B4，气动阀和控制器之间由密封的橡胶管连接；其中，接口A3分别与 接口B0、接口B3 连通，接口A2与接口B2连通，接口A1与接口B1连通；

气动阀一端接口A0连接系统负压，另一端接口A4连接污水介质源，通过管路连接，在控制器的接口B0和接口B3端产生负压，控制器的接口B4端通过管路连接污水介质。

2.根据权利要求1所述的自力式真空排水系统，其特征在于所述真空罐（2）还设有排空阀门（6），此排空阀门（6）由PC机控制，排空阀门（6）一端与真空罐（2）连接，另一端与大气相通。

3.根据权利要求1所述的自力式真空排水系统，其特征在于所述真空罐（2）的排水口通过管道还设置一污水排放阀（13），该污水排放阀（13）受PC机 控制。

4.如权利要求1—3之一所述自力式真空排水系统的控制方法，其特征在于具体步骤为：

步骤1.关闭排空阀门（6），关闭空压机阀门（7），关闭真空分界阀（10），关闭排水泵阀门（11），关闭污水排放阀（13）； 

步骤2.启动真空泵（5），将真空罐（2）内气压抽成负压；

步骤3.PC机检测真空罐（2）内负压力是否已经达到，如未达到，继续抽；如达到，则关闭真空泵（5），并打开真空分界阀（10）；此时污水槽（1）内的污水由于负压力的作用被吸入污水管道，然后被输送进入真空罐（2）中；

步骤4.经过若干次抽吸之后，真空罐（2）内污水集满；传感器检测管道内污水杂质情况，如有毒，则进行药物处理中和毒性；如不含大颗粒固体杂质，则打开与大气相通的阀门（6）和排水泵阀门（11），并启动排水泵（3），将真空罐（2）内的污水排入市政污水收集口（4）；如含有大颗粒固体杂质，则打开空压机阀门（7）和污水排放阀（13），并启动空压机（9）向真空泵内排入空气，利用气压将大颗粒固体杂质通过管道排入市政污水收集口（4）；

步骤5.当真空罐（2）内的污水都排出之后，液位计（12）显示真空罐（2）已空，如之前真空罐中污水含有大颗粒固体杂质，则关闭空压机阀门（7）和污水排放阀（13），并关闭空压机（9）；如之前真空罐中污水不含大颗粒固体杂质，则关闭与大气相通的阀门（6）和排水泵阀门（11），并关闭排水泵（3）；   

步骤6.启动真空泵（5），将真空罐（2）内气压抽成负压，完成一个周期。

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