CN105155651B - 一种负压排水系统及排水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负压排水系统及排水方法，系统包括真空阀井、真空罐、第一阀门、抽水管、真空管道和进气管，抽水管的第一端伸入真空阀井的底部，抽水管的第二端通过真空管道与真空罐连接，第一阀门设置在真空阀井与真空罐之间，进气管的第一端与抽水管连通，进气管的第二端与大气压连通，进气管与抽水管之间的接口在抽水管的第二端的上方，在真空阀井内的水流入所述真空罐而下降至设定液位下限后再经过设定时长，关闭所述第一阀门。本发明不仅为负压排水系统的理论研究提供了现实基础，而且可以模拟已有系统，提高其运行稳定性，且便于日常维护管理。

Description

一种负压排水系统及排水方法

【技术领域】

本发明涉及一种负压排水系统及排水方法。

【背景技术】

负压排水系统是对传统排水系统的有益补充,符合新兴的生态排水理念。目前国内采用负压排水系统的主要工程有上海F1赛车场负压排水系统、广州白云国际会议中心负压排水系统、上海铁路南站真空卸污系统等。

与传统重力污水排放系统相比,负压排水系统具有以下特点：管道敷设不需坡度,适用范围广；系统密封性高；管径小、埋深浅、无淤泥、运行费用低等多种优点。负压排水系统作为一种新型的排水系统，其具有较大的应用潜力、广泛使用场合和优越的工程与技术经济的优势，但一方面由于其并没有被人们认知、接受，另一方面受传统排水系统的约束，所以负压排水系统在我国应用极少，尚无系统的研究。目前的排水系统尚存在一些问题。

【发明内容】

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种负压排水系统及排水方法，排污效果好，方便排污模拟试验。

一种负压排水系统，包括真空阀井和真空罐，所述负压排水系统还包括第一阀门、抽水管、真空管道和进气管，所述抽水管的第一端伸入所述真空阀井的底部，所述抽水管的第二端通过真空管道与真空罐连接，所述第一阀门设置在所述真空阀井与真空罐之间，所述进气管的第一端与所述抽水管连通，所述进气管的第二端与大气压连通，所述进气管与抽水管之间的接口在所述抽水管的第二端的上方，在所述真空阀井内的水流入所述真空罐而下降至设定液位下限后再经过设定时长，关闭所述第一阀门；其中所述设定液位下限在所述接口所处的高度位置。

在一个实施例中，所述负压排水系统还包括第一液位检测器，所述第一液位检测器用于安装在所述真空阀井的不同液位高度，所述第一液位检测器所处的位置对应所述设定液位下限。

在一个实施例中，所述负压排水系统还包括第二阀门和第三阀门，所述真空管道包括第一真空管道和第二真空管道，所述第一真空管道与第二真空管道的长度不同，所述抽水管的第二端通过所述第一真空管道与所述真空罐连接，所述抽水管的第二端通过所述第二真空管道与所述真空罐连接，所述第二阀门控制所述第一真空管道的通断，所述第三阀门控制所述第二真空管道的通断。

在一个实施例中，所述真空管道包括上升真空管管道和下降真空管道。

在一个实施例中，还包括滑槽、固定件和软管，相邻的上升真空管道和下降真空管道通过软管连接，所述固定件能固定在所述滑槽的不同高度位置，所述固定件用于支撑所述软管。

在一个实施例中，还包括第四阀门和排污泵，所述排污泵的入口与所述真空罐的底部出口连接，所述排污泵的出口通过所述第四阀门与所述真空罐的顶部开口连接。

在一个实施例中，还包括水箱，所述排污泵的出口与所述水箱的入口连接，所述水箱的出口与所述真空阀井的进水口连接。

在一个实施例中，还包括真空泵和用于检测所述真空罐内的气压的气压计，若所述气压计检测的气压大于设定气压上限，则所述真空泵停止对所述真空罐进行抽真空，若所述气压计检测的气压小于设定气压下限，则所述真空泵对所述真空罐进行抽真空。

在一个实施例中，还包括第二液位检测器，所述第二液位检测器用于检测所述真空罐内的水位，当所述真空罐内的水位高于真空罐设定液位上限时，所述排污泵从所述真空罐中抽水，当所述真空罐内的水位低于真空罐设定液位下限时，所述排污泵停止从所述真空罐中抽水。

本发明还提供了一种采用所述负压排水系统的排水方法，包括如下步骤：

使所述真空罐的气压达到设定气压；

若所述真空阀井内的水达到设定液位上限时，开启所述第一阀门，所述真空阀井内的水经过所述第一阀门进入所述真空罐内；若所述真空阀井内的水到达设定液位下限时，再经过设定时长，关闭所述第一阀门。

本负压排水系统的排污效果好，可以为负压排水系统的理论研究提供现实基础，而且可以模拟已有系统，提高其运行稳定性，且便于日常维护管理。

【附图说明】

图1是本发明一种实施例的负压排水系统的部分结构示意图；

图2是本发明一种实施例的负压排水系统的部分结构示意图；

图3是本发明一种实施例的负压排水系统的部分结构示意图；

图4是本发明一种实施例的负压排水系统的部分结构示意图；

图5是本发明一种实施例的负压排水系统的部分结构示意图。

【具体实施方式】

以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。

如图1至5所示，一个实施例的负压排水系统包括：控制单元7、循环水箱1、真空阀井2、第一阀门3、进气管8、抽水管9、液位检测器10、真空管道5和真空泵站6。真空泵站6包括气压计4、真空罐16、真空泵17、排污泵23和液位检测器24，真空泵17可以采用水环式真空泵(包含抽真空水箱18)。

循环水箱1的出水口连接真空阀井2的进水口，抽水管9的第一端伸入真空阀井2的底部，抽水管9的第二端通过真空管道5与真空罐16连接，第一阀门3可以采用电动蝶阀，第一阀门3设置在真空罐16与真空阀井2之间(例如可以设置在抽水管9与真空管道5之间，或者真空管道5上)，抽水管9可以设置在真空阀井2内，进气管8的第一端与抽水管9连通，进气管8的第二端与大气压连通(例如可以伸出真空阀井2的外面)，进气管8与抽水管9之间的接口在抽水管9的第二端的上方。

液位检测器10用于检测真空阀井2内的液体的高度，其可以包括最高液位检测器(对应设定液位上限)和最低液位检测器(对应设定液位下限)，当液位超过设定液位上限时最高液位检测器可以检测出来，同样，当液位低于设定液位下限时最低液位检测器也可以检测出来。设定液位下限应该不高于进气管8与抽水管9之间的接口。

真空罐16通过管路分别连接真空泵17和排污泵23。液位检测器24用于检测真空罐16内的液体的高度，液位检测器24可以包括最高液位检测器(对应设定液位上限)和最低液位检测器(对应设定液位下限)，当液位超过设定液位上限时最高液位检测器可以检测出来，同样，当液位低于设定液位下限时最低液位检测器也可以检测出来。气压计4用于检测真空罐16内的气压。

控制单元7分别与液位检测器10、液位检测器24和气压计4电连接。控制单元7可以采用PLC控制系统。

工作时，控制单元7控制第一阀门3的开启和关闭，并控制真空泵17至少在第一阀门3开启时将真空罐16内的气压保持在设定的负压(相对于大气压而言)范围内(可以在-0.03MPa到-0.065MPa之间)，若气压计4检测的气压大于设定气压上限，则真空泵17停止对真空罐16进行抽真空，若气压计4检测的气压小于设定气压下限，则真空泵17对真空罐16进行抽真空，从而维持真空罐16内的负压。因此，当第一阀门3打开时，真空阀井2内的污水可以通过第一阀门3和真空管道被抽入真空罐16，而当真空罐16内的污水足够时，可以控制排污泵23将真空罐7内的污水排送走。

控制单元7可根据液位检测器10检测的液位情况控制开启第一阀门3。当液位超过设定液位上限时，控制单元7控制第一阀门3开启，水从真空阀井2内依次通过抽水管9、第一阀门3和真空管道5进入真空罐16内。当液位低于设定液位下限后再经过设定时长，第一阀门3才关闭，这样在这段时间内，大气的气体可以从进气管8进入真空管道5，这部分吸入的气体将推动污水在真空管道5内继续运动，直至真空罐16。在一个实施例中，污水液位下降到设定液位下限后，PLC控制系统发出延时关闭信号，第一阀门3延时关闭，延时时间可调(1～4s)，具体可视试验设置的气液比而定。延时之后控制第一阀门3关闭。抽吸污水的过程中，可以记录抽吸速度。

在一个实施例中，液位检测器10可以是磁翻板液位装置，磁翻板液位装置在设定液位上限和设定液位下限分别配有液位检测传感器，通过设置磁翻板液位装置的液位设置可以实现真空阀井2体积调节。液位设置完毕，真空阀井2容纳液体批容量体积(污水体积)也就一定。通过观察磁翻板液位计液位变化，记录抽吸速度。

排污泵23的入口与真空罐16的出水口连接，排污泵23的出水口与下级污水管网或污水处理厂连接。控制单元7根据液位检测器24检测的液位情况控制开启排污泵23以排送污水。当真空罐9内收集的污水达到设定液位上限时，控制单元7控制排污泵23开启，直至当污水降到设定液位下限时，控制排污泵23关闭。

真空泵站还可以包括阀门22和连接管20，排污泵23的入口与真空罐16的出水口(底部出口)连接，排污泵23的出口通过阀门22与真空罐16的顶部开口连接，阀门22和连接管20可以平衡排污泵23与真空罐16之间的压力。开启阀门22，真空泵站进入平衡管工作模式。关闭阀门22，真空泵站处于污水直排模式。真空罐16外可以设液位观察器19，以此观察和记录真空罐16内的排放情况。

同时可以调节阀门22，改变平衡管的直径。调节不同参数，可以优化不同模式及该模式下的参数。气压计4可以调节不同的上下限值，通过设计不同范围的负压值，可以调试系统在不同初始负压下的负压系统的能耗损失。可以设置多个真空泵17和排污泵23以构成真空泵组和排污泵组。

如图3所示，负压排水系统还可以包括阀门11和阀门12，真空管道5包括第一真空管道和第二真空管道，第一真空管道与第二真空管道的长度不同，抽水管9的第二端通过第一真空管道与真空罐16连接，抽水管9的第二端通过第二真空管道与真空罐16连接，阀门11控制所述第一真空管道的通断，阀门12控制第二真空管道的通断。第一真空管道和第二真空管道可以形成类似螺旋排列结构。这样，通过控制阀门11或阀门12的开启，可以改变真空阀井2与真空罐16之间的真空管道的长度，从而可以记录不同长度下输送污水的效果。

如图4所示，在一个实施例中，真空管道5包括上升真空管管道和下降真空管道，以记录不同坡度下输送污水的效果。负压排水系统还可以包括滑槽15、固定件14和软管13，相邻的上升真空管道和下降真空管道通过软管13连接，固定件14能固定在所述滑槽15的不同高度位置，固定件14用于支撑软管13，从而可以实现真空管道5坡度的改变。固定件14可以采用螺栓，软管13可以采用尼龙布软管。在一个实施例中，真空管道5按照锯齿状铺设，每个锯齿包括斜向上地依次对接成齿凹部13和齿尖部13的两个弯头，每个锯齿的齿尖部以一定坡度的向下往前延伸至下一个锯齿的齿凹部。真空管道敷设过程中真空管道5坡度的优化设置有利于系统的节能运行。

在一个实施例中，真空罐16的水被抽回至循环水箱1内，然后循环水箱1内的水再次进入真空阀井2内，从而可以循环利用水，非常适合在试验中使用。

真空阀井2的设计便于研究初始压力、气液比、批容量和流速之间的关系，表征第一阀门3开启时，真空管道5内的排水流量和流速，其决定了一个批容量的污水以多快的时间被抽尽，抽尽之后该终端的局部负压耗损的情况。初始压力通过调节真空泵17实现，真空管路5上的压力计4现实初始负压数值；真空阀井批容量通过控制磁翻板液位计调节；气液比通过控制单元7设置电动蝶阀3的延时管壁时间控制；污水抽尽速度通过观察记录磁翻板液位计液位变化计算获得。

在一个实施例中，真空阀井调试方法如下：常温，采用自来水作为传输介质，真空罐16初始真空度可控；在不同批容量(0-300L)的情况下，考察不同初始真空度条件下的传输情况。通过调节第一阀门3延时关闭时间改变气体抽吸量，记录批容量下不同进气量下输送至真空罐16的污水量(有效污水输送量)，以及真空泵运行时间，并观察记录不同气液比条件下静止污水在管道低洼处的存在状态。

在一个实施例中，真空管道调试方法：在真空阀井调试方法基础上，调节真空管道坡度和长度，考察不同条件下真空泵站的真空泵开启的频次和时间，并观察污水在管道低洼处的存在状态。

在一个实施例中，真空泵站调试方法：常温，采用自来水作为传输介质。真空储罐初始真空度可控，真空泵恒定抽吸速率维持罐内真空度。在不同真空维持区间内，考察系统不同批容量全部淹没出流的情况下，界面阀的启闭时间与真空泵开启的频次和时间。常温，自来水；设置污水排放时真空罐起始压力30KPa；平衡管管径DN30。水泵设置为真空罐带负压排放模式：不设置平衡管排放(无平衡管负压排放)，设置平横管排放(平衡管负压排放)，设置1/2管径的平衡管排放(半平衡管负压排放)。通过记录污水排放过程中真空管的压力变化，污水泵的流量及排放时间分析污水泵的能效特征。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种负压排水系统，包括真空阀井和真空罐，其特征是，所述负压排水系统还包括第一阀门、抽水管、真空管道和进气管，所述抽水管的第一端伸入所述真空阀井的底部，所述抽水管的第二端通过真空管道与真空罐连接，所述第一阀门设置在所述真空阀井与真空罐之间，所述进气管的第一端与所述抽水管连通，所述进气管的第二端与大气压连通，所述进气管与抽水管之间的接口在所述抽水管的第一端的上方，在所述真空阀井内的水流入所述真空罐而下降至设定液位下限后再经过设定时长，关闭所述第一阀门；其中所述设定液位下限在所述接口所处的高度位置；所述负压排水系统还包括第二阀门和第三阀门，所述真空管道包括第一真空管道和第二真空管道，所述第一真空管道与第二真空管道的长度不同，所述第一真空管道和第二真空管道形成螺旋排列结构，所述抽水管的第二端通过所述第一真空管道与所述真空罐连接，所述抽水管的第二端通过所述第二真空管道与所述真空罐连接，所述第二阀门控制所述第一真空管道的通断，所述第三阀门控制所述第二真空管道的通断，以记录不同长度真空管道下输送污水的效果；所述真空管道包括上升真空管管道和下降真空管道，所述负压排水系统还包括滑槽、固定件和软管，相邻的上升真空管道和下降真空管道通过软管连接，所述滑槽位于所述真空管道的下方，所述固定件能固定在所述滑槽的不同高度位置，所述固定件用于支撑所述软管，通过改变所述固定件在所述滑槽上的高度位置以调节所述上升真空管道和/或所述下降真空管道的坡度，所述真空管道按照锯齿状铺设，每个锯齿包括通过所述软管将所述上升真空管管道和所述下降真空管道斜向上地依次对接成齿凹部和齿尖部的两个弯头，每个锯齿的齿尖部以一定坡度的向下往前延伸至下一个锯齿的齿凹部，所述固定件具有圆形截面，适配地支撑所述齿凹部的所述弯头。

2.如权利要求1所述的负压排水系统，其特征是，所述负压排水系统还包括第一液位检测器，所述第一液位检测器用于安装在所述真空阀井的不同液位高度，所述第一液位检测器所处的位置对应所述设定液位下限。

3.如权利要求1所述的负压排水系统，其特征是，还包括第四阀门和排污泵，所述排污泵的入口与所述真空罐的底部出口连接，所述排污泵的出口通过所述第四阀门与所述真空罐的顶部开口连接。

4.如权利要求3所述的负压排水系统，其特征是，还包括水箱，所述排污泵的出口与所述水箱的入口连接，所述水箱的出口与所述真空阀井的进水口连接。

5.如权利要求1所述的负压排水系统，其特征是，还包括真空泵和用于检测所述真空罐内的气压的气压计，若所述气压计检测的气压大于设定气压上限，则所述真空泵停止对所述真空罐进行抽真空，若所述气压计检测的气压小于设定气压下限，则所述真空泵对所述真空罐进行抽真空。

6.如权利要求3所述的负压排水系统，其特征是，还包括第二液位检测器，所述第二液位检测器用于检测所述真空罐内的水位，当所述真空罐内的水位高于真空罐设定液位上限时，所述排污泵从所述真空罐中抽水，当所述真空罐内的水位低于真空罐设定液位下限时，所述排污泵停止从所述真空罐中抽水。

7.一种采用如权利要求1所述的负压排水系统的排水方法，其特征是，包括如下步骤：

使所述真空罐的气压达到设定气压；

若所述真空阀井内的水达到设定液位上限时，开启所述第一阀门，所述真空阀井内的水经过所述第一阀门进入所述真空罐内；若所述真空阀井内的水到达设定液位下限时，再经过设定时长，关闭所述第一阀门。