CN109944313A - 一种农村室外真空排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活污水室外真空排水系统。该系统主要由化粪收集箱、真空排水管道及控制阀门、地埋式真空罐、地埋式预制真空泵站组成；首先将真空收集箱的流态转换功能与传统户用化粪池的拦截化粪功能相结合，避免大块污物进入管网，可有效缓解管道易堵塞问题；同时将真空泵站的形式从传统的地上+地下式改为地埋式预制泵站，不仅能满足农用土地使用的有关规定，而且还缩短和简化了施工周期和步骤；另外将真空泵排气管出口所设除臭生物滤池改为设于真空泵站内的臭氧除臭装置，在避免二次污染的同时，改善了生物滤池受环境影响大，后期维护工作量大，不可间歇运行，管理操作需要专业人员等弊端，并节省了占地面积。

Description

一种农村室外真空排水系统

技术领域

本发明适用于农村室外真空排水领域，适用于施工周期短、排水点分散、排水距离长、地势平坦、街道狭窄、需要跨越水系和管道等障碍物、管道埋深大、地下水位高、人口密度低、水源保护区等场合，可用于替代传统的室外重力排水系统和现有的室外真空排水系统，特别是涉及一种农村室外真空排水系统。

背景技术

近年来随着国家对新农村建设和美丽乡村建设的大力推进，涉及农村水环境治理的农村污水收集和处理得到国家和地方重点支持并得以迅猛发展，农村污水管网化已成为一种趋势；少量靠近城区、镇区且满足城镇污水收集管网接入条件的村庄纳入城区、镇区污水管网系统，由城镇污水处理厂集中处理；多数村庄目前采用分散式收集处理模式。

农村生活污水包括洗涤、沐浴、厨房炊事、粪便及其冲洗等排水，具有面广分散、来源多、增长快、污水成分复杂、水质及水量变化大的特征。典型的农村污水收集处理系统通常由污水管网系统(用户出户管、户用三格或二格化粪池、污水管网、中间提升泵站)和终端处理设施组成。

当前农村污水管网系统普遍采用重力排水系统，需要根据村庄的竖向高程、天然水系的分布和住户分布情况，并结合排水出水口的情况，划分排水流域，布设污水管网；污水管网系统的投资约占到农村污水收集处理系统总投资的70～80％。

当前农村污水重力排水系统普遍存在以下问题：

1、系统设置受水系和障碍物影响较大，通常要根据水系自然划分成若干排水流域，并分别设置收水管网和处理设施，污水处理站的数量增多时会显著提高初投资成本，并给污水处理站的运行管理带来麻烦。

2、村庄排水通常流域较大，主干管较长，流量却很小，常用排水管径de200/300的最小坡度0.004/0.002，在平坦地区重力系统管道平均埋深约为2～2.5m，而终端处理站前埋深可达到3～5m；沟槽较深，遇地下水时需要降水施工，并且打支护桩围护，施工成本较高；农村污水管网建设每年都会因沟槽过深，支护措施不当，塌方后出现人员伤亡事故。

3、重力排水系统管道之间需要设检查井连接，一方面会增加沟槽宽度；另一方面在农村的道路环境下设有通气孔的井盖经常会进入各种异物，沉积于井内，增加淤堵；同时排出的臭气和滋生的蚊蝇还通过通气孔污染周围环境。

4、埋深较大的重力排水管道通过净宽2～4m的农村街巷时,深沟槽的开挖对农舍的浅基础构成了极大的威胁，容易造成地上农舍及围墙的倒塌。

5、由于污水管网系统投资成本较大，施工单位常会通过牺牲排水坡度来降低成本，争取利润；当排水坡度小于管道最低坡度时，管网容易淤堵，给维护管理带来困难。

6、重力排水系统，管道之间及管道与检查井之间采用承插接口，漏水率较高，对地下水水质安全构成威胁。

真空排水系统是利用真空设备使排水管道内产生一定的真空度，利用空气压差输送介质的排水系统；系统适用于排水点分散、排水距离较长、地势平坦、需要跨越障碍物、地下水位高、人口密度低、水源保护区等场合。

真空排水系统产生于19世纪60年代～20世纪60年代。真空排水系统在1867年由荷兰工程师Charles T.Liemur提出，系统的负压由蒸汽机驱动真空泵产生，并采用了铸铁的真空管道；1873年，阿姆斯特丹建设了世界上第一套真空排水系统，随后被应用在巴黎、柏林等欧洲城市，至1905年，阿姆斯特丹采用真空排水方式的厕所已达到数千个；1956年，瑞典工程师Joel Liljendhal发明了真空系统中的真空连接阀门装置。

20世纪60年代～20世纪90年代，真空排水技术进入了发展与成熟阶段。美国环境保护署突破了室外真空排水污水收集系统中的两个最关键问题-真空界面阀和真空管道输送；1978年，帕萨旺-洛蒂格公司建成第一套ROEVAC真空排水系统，并于1980年首次将该系统应用在处置医院放射科室废水上。至20世纪90年代，真空排水技术在欧美已具备了规模化应用的成熟度，但仍需进一步完善。

从20世纪90年代至今，真空排水技术一直在完善与优化。以日本和美国为代表的国家通过真空排水系统中的改良关键部件和采用现代监控手段，提高了系统的可靠性，改进了系统节能、设备集成化等方面。至此，真空排水系统已具备了可靠、可控、标准化、信息化、经济可行与环境友好的基本特征，达到了成为现代排水系统的基本要求。

通过引进、消化、吸收国外的真空排水技术，真空排水在我国已经被率先应用在铁路(如铁路客车真空集便装置、京沪高速铁路地面卸污系统)、建筑(如烟台文化中心室内真空排水系统、广州白云国际会议中心真空排水系统)、市政(如滨河带真空截污工程、济南少年路雨水应急真空排水系统)、船舶(如新世纪游轮真空集便系统、“雪龙”号极地考察船真空集便系统)、航空(如MD-11飞机机载真空排污系统DLV-1型机载真空排污系统)等领域。

2012年，中国工程建设标准协会发布了推荐性标准CECS316:2012《室外真空排水系统工程技术规程》,为规范化室外真空排水系统设计和安装提供了依据。我国现有的室外真空排水系统参考了欧洲标准的有关要求；单个真空泵站的真空主管长度≦4Km；真空排水主管累计爬坡高度≦5m(累计高度最大值应根据当地海拔高度进行修正)；在室内重力管道与室外真空管道之间设置成品收集箱进行重力与真空流态的转换；真空管道采用锯齿形或袋形敷设方式，提升弯或U型弯之间真空管道的最小坡度采用0.002，提升弯之间的间距在6～100m之间；每个提升弯或U型管处设通往地面的检查管；排水无需重力坡度，允许顺坡上行输送；每个真空排水系统设1个真空罐，可以在真空泵站外埋地敷设也可以设于真空泵站内；真空泵站建筑由地上和地下部分组成，地下部分设置真空罐、排水泵(1用1备)和真空泵(1用1备)，地上部分设置配电柜和控制柜；排水泵出水接污水处理设施或市政污水管网；真空泵排气管经室外除臭生物滤池除臭处理后排放；真空泵站采用双电源或双回路供电。

室外真空排水系统以管径小(de80-200)、埋深浅(0.7～1.1m)、沟槽窄、无需设检查井、不用降水施工、沟槽不用打支护桩、排水系统不受河道和障碍物影响、污水处理站数量少、施工方便快捷、施工周期短的优势，而比重力排水系统大大缩减了污水管网系统的投资成本；同时真空排水系统全密闭无渗漏，无臭气外溢，卫生条件比重力系统优越；另外真空排水系统流速大，管网不易淤堵，后期管网维护费用比重力系统低；由于管道沟槽浅，还避免了出现人员伤亡事故及农舍建筑的倒塌；综上所述，室外真空排水系统用于替代室外重力排水系统综合优势明显。

现有的室外真空排水系统用于农村时还存在以下问题需要解决：

1、当农村采用重力排水系统时，每户的出户管上设1个化粪池，该化粪池可截留大块污物和粪便(农户可自行清理)，对于防止污水管网淤堵是非常简单有效的措施；而当前的室外真空排水系统在农户的出户管与污水干管之间所设污水收集箱的污水收集室容积过小，不能有效截留大块污物和粪便，也不便于农户清污。

2、根据国土资源局的规定，要求真空泵站和污水处理站选址时不得占用耕地，不宜占用农用地，尽量采用基本建设用地；当前农村可提供的基本建设用地稀少，多数场合需要占用农用地，农用地地面以上只要有建筑就属于违法建筑，因此真空泵站不能有地上建筑，只能做成全地下结构。

3、《室外真空排水系统工程技术规程》(CECS316:2012)推荐采用除臭生物滤池对真空泵排气进行处理，不仅占地面积大，而且从排出气体中截留的污染物附着在开敞的滤料层里对环境本身就存在二次污染，容易滋生蚊蝇，另外生物滤池还存在受环境影响大(特别是北方冬季)，后期维护工作量大，不可间歇运行，管理操作需要专业人员等弊端。

综上所述，室外真空排水系统虽然比重力排水系统优越，但还需要对系统中最核心的上述三个部分进行较大的改进才能够适应农村污水管网系统的建设。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种农村室外真空排水系统。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种农村室外真空排水系统，包括：化粪收集箱、真空排水管道及控制阀门、地埋式真空罐、地埋式预制真空泵站，

农户室内重力排水系统通过重力出户管排至各户室外的化粪收集箱中进行固液分离；所述农户室内重力排水管道设置的伸顶通气管；所述化粪收集箱通过真空排水管道以及控制阀门与地埋式真空罐连接，所述地埋式真空罐与地埋式预制真空泵站连接。

其中，所述化粪收集箱与重力出户管之间设置有第三检查井。

其中，所述化粪收集箱用于重力排水与真空排水的转换器，同时也用于一定容积的截留粪便和大块沉渣的截存容器；根据真空阀所在舱室是否与粪便截存空间组合在一起，分为两种独立的方案：

第一种：所述化粪收集箱包括上部的阀室与下部的粪便截存空间，且上部的阀室与下部的粪便截存空间采用一体化结构；其中，下部的粪便截存空间分为三格，第一分格、第二分格以及第三分格，且三分格所占容积分别为50％、25％、25％；前两分格，第一分格和第二分格，具有截存大块污物及粪便的功能；第三分格收集相对清洁的污水作为真空管道抽吸污水的吸污槽；吸污槽上方为空间独立的阀室，阀室内设真空阀、控制器、感应管上端口、压力变送器及包括气动管道在内的连接管路；真空吸污管和感应管穿过阀室底部伸进第三分格距吸污槽底0.05～0.1m处；

化粪收集箱的下部空间三个分隔之间设洞口相连通，其中第一分隔板的顶距顶板不少于0.1m，第二分隔板的顶比重力排水接户管底标高低不少于0.05m；第一分隔板距箱底0.5m以上设不少于2个过水孔洞；第一分格的顶部设通至地面的第一检查井，第二分格和第三分格之间的顶部设通至地面的第二检查井；阀室和检查井的井盖及井座采用重型防护井盖及井座；其中阀室的井盖应密闭且不设通气孔；化粪收集箱的覆土厚度不少于0.3m；化粪收集箱整体采用耐腐蚀、施工便捷的玻璃钢或PE材质；

污废水排入化粪收集箱的前两格时，比重较大的固体物质及寄生虫卵沉淀至池底，经发酵分解后的污废水分为糊状浮皮、澄清的污废液状的固体废渣，经过第二分格处理的污废液得到进一步无害化；流入第三分格的废液一般已经腐熟；流入第三格的污废水暂存在吸污槽内，水压变化通过感应管传递至控制器，当污水量达到预设容积时，控制器控制真空阀由关闭状态切换到开启状态，吸污槽内的污水与真空管道连通，污水被吸入真空管路中，吸入一定量的污水和空气后，吸污槽液位下降，真空阀自动复位；通过控制器可以调节真空阀开启的时长及气液混合液的流速；经过化粪收集箱处理后的污废水完成了固液分离的过程，固体废渣滞留在化粪收集箱的前两格内，污废水和废气排入真空管道最终排入真空罐。

第二种：所述化粪收集箱包括上部的阀箱与下部的粪便截存空间，阀箱与粪便截存空间采用分开设置，真空阀设在独立的一个阀箱内；

真空吸污管与感应管穿过阀箱底部，从粪便截存空间第三分格侧壁距底部0.1m处伸入吸污槽；压力变送器的压力探头从第三分格的顶部压力探头接口伸入吸污槽底固定安装；压力变送器设于阀箱内；箱盖应密闭不设通气孔；当顶盖设于硬化地面时，阀箱塑料顶盖之上再增设重型防护井盖及井座；

其中，下部的粪便截存空间分为三格，第一分格、第二分格以及第三分格，且三分格所占容积分别为50％、25％、25％；前两分格，第一分格和第二分格，具有截存大块污物及粪便的功能；第三分格收集相对清洁的污水作为真空管道抽吸污水的吸污槽；

化粪收集箱的下部空间三个分隔之间设洞口相连通，其中第一分隔板的顶距顶板不少于0.1m，第二分隔板的顶比重力排水接户管底标高低不少于0.05m；第一分隔板距箱底0.5m以上设不少于2个过水孔洞；第一分格的顶部设通至地面的第一检查井，第二分格和第三分格之间的顶部设通至地面的第二检查井；检查井的井盖及井座采用重型防护井盖及井座；化粪收集箱的覆土厚度不少于0.3m；化粪收集箱整体采用耐腐蚀、施工便捷的玻璃钢或PE材质；

污废水排入化粪收集箱的前两格时，比重较大的固体物质及寄生虫卵沉淀至池底，经发酵分解后的污废水分为糊状浮皮、澄清的污废液状的固体废渣，经过第二分格处理的污废液得到进一步无害化；流入第三分格的废液一般已经腐熟；流入第三格的污废水暂存在吸污槽内，水压变化通过感应管传递至控制器，当污水量达到预设容积时，控制器控制真空阀由关闭状态切换到开启状态，吸污槽内的污水与真空管道连通，污水被吸入真空管路中，吸入一定量的污水和空气后，吸污槽液位下降，真空阀自动复位；通过控制器可以调节真空阀开启的时长及气液混合液的流速；经过化粪收集箱处理后的污废水完成了固液分离的过程，固体废渣滞留在化粪收集箱的前两格内，污废水和废气排入真空管道最终排入真空罐。

其中，所述真空排水系统的管道包括真空排出管、真空排水支管、真空排水干管和第一检查管；其中，真空管道采用锯齿形或袋形敷设方式，提升弯或U型弯之间真空管道的最小坡度采用0.002，锯齿形敷设方式的提升弯之间的间距在6～100m之间；排水无需重力坡度，允许顺坡上行输送，管道连续爬坡时在45°上升段前设U型弯；每个提升弯或U型管处设通往地面的检查管；真空管道的流速控制在3～7m/s。

其中，所述真空管道采用高密度聚乙烯管及同质管件，电熔连接；或采用硬聚氯乙烯管及同质管件，粘接；真空管道当支管接入主管处及直线管道长度大于400m时，应设检修阀。

其中，所述地埋式真空罐内压力维持在-0.06～-0.07MPa之间，罐体承压应不小于-0.095MPa；地埋式真空罐内最高液位不应超过罐体有效高度的1/2。

其中，所述地埋式预制真空泵站其布置的位置靠近污水处理站或在真空排水系统中心位置；采用地埋式一体化结构，内设真空泵、排水泵、潜污泵、臭氧除臭装置，泵站外的地面设配电柜和控制柜，所述真空泵将地埋式真空罐内的气体吸入除臭装置处理后排放，所述排水泵将污废水排至污水处理站或市政污水管道，在真空泵站内完成气液分离的过程。

其中，真空泵为两台或两台以上具有相同运行能力，噪声低，效率高的旋叶式真空泵，其中一台为备用泵；所述真空泵进气管与地埋式真空罐顶部连接，所述真空泵出气管接臭氧除臭装置。

其中，排水泵为两台或两台以上同型号，低噪声干式安装，带切割功能的离心排水泵，设置一台备用泵；排水泵与地埋式真空罐的底部相连，其排水能力应满足真空罐的排水要求。

其中，所述地埋式预制真空泵站内设置集水坑，所述集水坑用于收集少量管道漏水，所述集水坑内设置有由1台潜污泵，所述潜污泵出水管上设污水专用止回阀和闸阀；潜污泵排水管与排水泵排出管汇合后排至室外。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，本发明涉及一种满足农村使用条件的生活污水室外真空排水系统，解决了当前农村普遍采用的室外重力排水系统埋深和管径大，造价高，易堵塞，易渗漏，施工繁琐，施工周期较长，维护难，环境卫生条件差，污水站多,管理困难等问题；在保留了现有的真空管道敷设方式，并维持现有室外真空排水系统管径小、埋深浅，无渗漏，不影响周围环境，施工方便快捷、施工周期短，输送距离远的优势和基础上，首先将现有系统中收集箱的流态转换功能与传统户用化粪池的拦截化粪功能相结合，实现了污水气液固三相分离，避免大块污染物进入管网，可有效避免真空管道堵塞问题；同时将真空泵站的形式从传统的地上+地下式改为地埋式预制泵站，不仅能满足农用土地使用的有关规定，而且还缩短和简化了施工周期和步骤；另外将真空泵排气管出口所设除臭生物滤池改为设于真空泵站内的臭氧除臭装置，在避免二次污染的同时，改善了生物滤池受环境影响大，后期维护工作量大，不可间歇运行，管理操作需要专业人员等弊端，操作更加简便，处理效果更加稳定，并节省了占地面积。

附图说明

图1所示为本申请农村室外真空排水系统的结构示意图；

图2所示为本申请化粪收集箱第一种实施例的结构示意图；

图3所示为本申请化粪收集箱第二种实施例的结构示意图；

图4所示为本申请地埋式预制真空泵站的结构示意图；

图中，1-通气管，2-重力出户管，3-第三检查井，4-化粪收集箱，5-真空排出管，6-真空排水干管，7-真空排水支管，8-提升弯，9-第一检查管，10-检查孔，11-第二检查管，12-地埋式真空罐，13-排气管，14-地埋式预制真空泵站，15-压力排水管，16-地坪，17-控制柜，18-配电柜，19-基础，20-真空罐压力变送器接口，

41-第一检查井，42-第一检查井井盖，43-第二检查井，44-第二检查井井盖，45-粪便截存空间，46-阀室，47-阀室盖，48-控制器，49-真空阀，410-监控线接口，411-真空排出管，412-压力变送器接口，413-感应管，

141-潜污泵，142-集水坑，143-止回阀，144-闸阀，145-转子流量计，146-臭氧发生器，147-截止阀，148-人孔，149-排气管，1410-无动力风帽，1411-压力传感器，1412-槽钢底座，1413-排风管，1414-真空表。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1-图4所示，本发明涉及一种满足农村使用条件的生活污水室外真空排水系统，解决了当前农村普遍采用的室外重力排水系统埋深和管径大，造价高，易堵塞，易渗漏，施工繁琐，施工周期较长，维护难，环境卫生条件差，污水站多,管理困难等问题；在保留了现有的真空管道敷设方式，并维持现有室外真空排水系统管径小、埋深浅，无渗漏，不影响周围环境，施工方便快捷、施工周期短，输送距离远的优势和基础上，首先将现有系统中收集箱的流态转换功能与传统户用化粪池的拦截化粪功能相结合，实现了污水气液固三相分离，避免大块污染物进入管网，可有效避免真空管道堵塞问题；同时将真空泵站的形式从传统的地上+地下式改为地埋式预制泵站，不仅能满足农用土地使用的有关规定，而且还缩短和简化了施工周期和步骤；另外将真空泵排气管出口所设除臭生物滤池改为设于真空泵站内的臭氧除臭装置，在避免二次污染的同时，改善了生物滤池受环境影响大，后期维护工作量大，不可间歇运行，管理操作需要专业人员等弊端，操作更加简便，处理效果更加稳定，并节省了占地面积。

本发明包括化粪收集箱4、真空排水管道及控制阀门、地埋式真空罐12、地埋式预制真空泵站14(包括真空泵、排水泵、潜污泵141、臭氧除臭装置、室外配电柜18和控制柜17)组成，其主要流程为：农户室内重力排水系统通过重力出户管2排至各户室外的化粪收集箱4中进行固液分离(污泥沉渣由农户或专人定期清掏)；室内重力排水管道设置的伸顶通气管1，有助于化粪收集箱4内空气压力的平衡，使真空阀49工作状态正常，可取代现有成品收集箱的进气管；化粪收集箱4与重力出户管2之间如接管较多或接管不畅，可以增设第三检查井3相连接；当化粪收集箱4中连接真空吸水管和真空阀的第三分格内的污水达到预设的容积时，感应管的水压激活气动控制器，该控制器打开真空阀49，第三分格(吸污槽)内的污水在外界大气压力和管内真空负压共同作用下，污废水被迅速排走；大量空气随污水进入真空阀49后的真空管道(气水比例约为3:1～15:1)，推动污水沿管道输送到地埋式真空罐12；当地埋式真空罐12内的水位达到一定高度时，设于地埋式预制真空泵站14内的排水泵自动开启将罐内污水排至污水处理站或市政污水管网，到预定低水位时自动停泵；设于地埋式预制真空泵站14内的真空泵的吸气管连接至地埋式真空罐12罐顶，根据罐内的真空度通过吸气管上的压力传感器自动启停真空泵以维持罐内真空压力在-0.06MPa～-0.07MPa之间；真空泵与排水泵不同时开启；臭氧发生器146产生的臭氧经转子流量计在射流器内与真空泵排出的气体混合反应后排至室外；系统的设计计算参照CECS316:2012执行；

一、化粪收集箱：

化粪收集箱4是室外真空排水系统中的一个重要的组成部分，既是重力排水与真空排水的转换器，同时也是具备一定容积的截留粪便和大块沉渣的截存容器；根据真空阀所在舱室是否与粪便截存空间组合在一起，分为两种独立的方案。

方案1

如图2所示，上部的阀室46与下部的粪便截存空间45采用一体化结构；化粪收集箱4下部分为三格，第一分格、第二分格以及第三分格，三格所占容积分别为50％、25％、25％；前两格具有截存大块污物及粪便的功能，总有效容积约为1立方米；第三分格收集相对清洁的污水作为真空管道抽吸污水的吸污槽；吸污槽上方为空间独立的阀室46，阀室46内设真空阀49、控制器48、感应管413上端口、压力变送器接口412及包括气动管道在内的连接管路；真空吸污管和感应管413穿过阀室47底部伸进分格3距吸污槽底0.05～0.1m处。

化粪收集箱4的下部空间三个分隔之间设洞口相连通，其中第一分隔板的顶距顶板不少于0.1m，第二分隔板的顶比重力排水接户管底标高低不少于0.05m；第一分隔板距箱底0.5m以上设不少于2个过水孔洞(尺寸不小于0.1x0.1m)。第一分格的顶部设通至地面的第一检查井41，第二分格和第三分格之间的顶部设通至地面的第二检查井43；阀室和检查井的井盖及井座采用重型防护井盖及井座；其中阀室的井盖应密闭且不设通气孔；化粪收集箱4的覆土厚度不少于0.3m；化粪收集箱4整体采用耐腐蚀、施工便捷的玻璃钢或PE材质，其构造要求参照行业标准《玻璃钢化粪池技术要求》(CJ/T409-2012)，形状采用长方形或椭圆形。

化粪收集箱4的工作原理为沉淀-分解-分离；污废水排入化粪收集箱4的前两格时，比重较大的固体物质及寄生虫卵等沉淀至池底，经发酵分解后的污废水分为糊状浮皮、澄清的污废液状的固体废渣，经过第二分格处理的污废液得到进一步无害化；流入第三分格的废液一般已经腐熟，其中的病菌和寄生虫卵已基本杀灭，此时的污废水已经达到基本无害化；流入第三分格的污废水暂存在吸污槽内，水压(水位)变化通过感应管传递至控制器48，当污水量达到预设容积时，控制器48控制真空阀49由关闭状态切换到开启状态，吸污槽内的污水与真空管道连通，污水被吸入真空管路中，吸入一定量的污水和空气后，吸污槽液位下降，真空阀49自动复位；通过控制器48可以调节真空阀49开启的时长及气液混合液的流速；系统采用现场总线网络监控收集箱内的真空阀49开启状态及吸污槽污水超高液位状态信号以确保其正常运行；经过化粪收集箱4处理后的污废水完成了固液分离的过程，固体废渣滞留在化粪收集箱的前两格内，污废水和废气排入真空管道最终排入地埋式真空罐12。

沉积在池底的污泥要及时清掏，以免沉渣和污泥进入吸污槽，影响真空排水系统的运行；污泥清掏周期为3～6个月。

真空阀49是真空排水系统中一个重要的设备，是真空排水系统中隔离真空状态与大气状态的界面阀；真空阀49、配套的控制器48及气动管路均采购成品；真空阀49采用耐腐蚀的负压气动隔膜式真空阀或活塞角座阀；阀的启闭由真空气动控制，污水液位由感应管传递，动作压力宜为-1.25～-2kPa(不宜大于-0.15KPa)，开启时间范围为3～10s；阀的通径为75mm，材质为ABS；设置手动按钮，可手动控制使真空阀49开启；在取真空口与控制器48连接的软管上设止回阀143，以防止潮湿气体从真空管道进入控制器。

为方便查看真空阀49的工作次数，阀帽处透明观察窗内设置6位工作计数，且阀帽处设有非接触式阀位开关，通过信号电缆将真空阀状态传递至监控系统。

高液位报警装置采用压力变送器，压力探头通过阀室底部的压力变送器接口伸入吸污槽底固定安装；当收集箱内液位达到该报警液位时，高液位报警信号传至监控系统。

化粪收集箱的阀室配置了实时监视系统，监测真空阀开启状态及高报警液位，并最终在真空泵站控制柜显示；阀室侧壁设报警监控线接口，真空阀及液位报警装置的监控电缆与随真空管路共槽铺设的系统监控线缆相连接，以便统一进行埋设。

真空吸污管和感应管413可采用聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等耐腐蚀材料。

方案2

如图3所示，阀室46与粪便截存空间45采用分开设置，真空阀49设在独立的一个阀箱内；

真空吸污管与感应管413穿过阀箱底部，从化粪收集箱第三分格侧壁距底部0.1m处伸入吸污槽；压力变送器的压力探头从第三分格的顶部压力探头接口伸入吸污槽底固定安装；压力变送器设于阀箱内；阀箱及箱盖可采用聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)或合成材料；箱盖应密闭不设通气孔；当顶盖设于硬化地面时，阀箱塑料顶盖之上再增设重型防护井盖及井座。

其余的方案与方案1相同。

二、真空排水管道及控制阀门：

真空排水系统的管道由真空排出管5、真空排水支管7、真空排水干管6和检查管组成；真空管道采用锯齿形或袋形敷设方式，提升弯或U型弯之间真空管道的最小坡度采用0.002，锯齿形敷设方式的提升弯之间的间距在6～100m之间；排水无需重力坡度，允许顺坡上行输送，管道连续爬坡时在45°上升段前设U型弯；每个提升弯或U型管处设通往地面的检查管；真空管道的流速控制在3～7m/s。

管道采用高密度聚乙烯(HDPE)管及同质管件，电熔连接；或采用硬聚氯乙烯(PVC-U)管及同质管件，粘接；管道公称压力应≧1MPa；管道施工安装参照行业标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101及《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》CECS17。

真空管道当真空排水支管7接入真空排水干管6处及直线管道长度大于400m时，应设检修阀；阀门采用内壁耐腐蚀的免维护直埋闸,阀门的公称压力应≧1MPa。

三、地埋式真空罐：

地埋式真空罐12内压力维持在-0.06～-0.07MPa之内，罐体承压应不小于-0.095MPa；地埋式真空罐12内最高液位不应超过罐体有效高度的1/2，当超过最高液位时，设于罐内的液位控制信号应自动关闭真空泵并报警；罐侧壁设压力式液位变送器，设4个液位控制点(排水泵开泵和停泵液位、超高和超低报警液位)；真空罐采用碳钢材质焊接制作，内外壁做防腐处理(如涂覆环氧树脂)，罐体外形为长方形或椭圆形，卧式安装；真空罐在地面设检查孔；罐顶覆土厚度应不少于0.4m，以便于地面绿化和抗浮；真空罐的设计应考虑浮力的影响，并与基础牢固固定；地埋式真空罐+地埋式真空泵站的示意图见图4。

四、地埋式预制真空泵站：

地埋式预制真空泵站14是室外真空排水系统的核心，其布置的位置宜靠近污水处理站或在真空排水系统中心位置；地埋式预制真空泵站14采用地埋式一体化结构，内设真空泵、污水泵、潜污泵141、臭氧除臭装置，泵站外的地面设配电柜和控制柜；真空泵将真空罐内的气体吸入除臭装置处理后排放，排水泵将污废水排至污水处理站或市政污水管道，在真空泵站内完成气液分离的过程。如图4所示。

1、真空泵

真空泵采用定型产品，宜选用两台或两台以上具有相同运行能力，噪声低，效率高的旋叶式真空泵，其中一台为备用泵；真空泵进气管与地埋式真空罐顶部连接，真空泵出气管接除臭装置；真空泵的进出气管均设控制阀门和橡胶接头；真空泵组进气总管上设压力传感器1411与真空泵控制系统连锁，根据真空度的大小自动启停真空泵；真空泵组出气总管上设真空表，可供现场维护人员目测系统真空度；为了节省安装空间，真空泵设槽钢框架上下叠拼安装。

2、污水泵

污水泵宜选用两台或两台以上同型号，低噪声干式安装，带切割功能的离心排水泵，设置一台备用泵；污水泵与地埋式真空罐的底部相连，其排水能力应满足真空罐的排水要求；污水泵吸水管上设橡胶接头和污水专用闸阀，出水管上设橡胶接头、压力表、污水专用止回阀143和闸阀144；排水泵应能在-0.06MPa～-0.07MPa的负压下正常工作；污水泵的启停由真空罐液位控制装置(压力变送器)联动控制；排水泵底部设槽钢底座1412与真空泵站地面连接。

3、潜污泵

真空泵站内少量管道漏水流入集水坑142，由1台流量不小于0.5L/S，扬程不小于排水泵扬程的潜污泵压力排放；潜污泵141出水管上设污水专用止回阀143和闸阀144；潜污泵141排水管与排水泵排出管汇合后排至室外；潜污泵141由液位控制系统自动启停。

4、臭氧除臭装置

臭氧具有极强的氧化能力，其氧化还原电位为2.07V，仅次于氟，高于氯和二氧化氯。农村排放的污废水所散发的臭气主要成分有硫化氢、硫醇类、硫醚类等含硫化合物，氨、胺等胺类，醇类，脂肪类，醛类等几十种物质，其中含量最多的是硫化氢和氨。这些恶臭气体在臭氧的作用下大分子物质被分解为小分子物质、水和无害气体，从而达到除臭的目的。

臭氧除臭装置设置在真空泵站内，主要包括臭氧发生器146、转子流量计145、压力调节阀和射流器；臭气和臭氧分别在真空泵和臭氧发生器的作用下输送至射流器中，二者在其中进行充分混合反应，反应后的无味物质通过管道排放到室外大气中，室外排气出口出地面应不少于0.8m,末端设弯管,管口设20～30目不锈钢网罩防虫；臭氧发生器采用空气源、空气冷却型设备，臭氧发生量控制在1～2g/立方米*小时。

5、管道及阀门

真空管道、压力排水管采用镀锌钢管时，DN≦80时采用丝接，DN>80时，沟槽连接；真空管道、压力排水管采用ABS、CPVC、PVC-U等塑料给水管时，采用粘接；臭氧管采用聚丁烯(PB)管,熔接，或采用S31603、S31608薄壁不锈钢管，承插焊接(焊接时，焊口处应设惰性气体保护)。

臭氧管路上的阀门和附件应能耐臭氧；真空管及压力排水管上的阀门公称压力应不小于1MPa。

6、电源与控制要求

地埋式预制真空泵站供电电源采用双电源或双回路；排水泵与真空泵不同时工作；臭氧发生器与真空泵的启停联动控制运行；真空泵站在断电的情况下应能发出故障信号；当发生真空罐内的水位超高超低、排水泵或真空泵停止工作、真空泵或排水泵超时运行、真空罐内真空度超高或超低时，泵站的控制系统应能进行报警；控制系统配备设备监测系统和远程监视接入端口。

地埋式预制真空泵站室外地面设防护等级不低于IP65的防雨、防尘型控制柜和配电柜；控制柜和配电柜采用混凝土基础，基础上皮高出地面不少于0.5m，防止水淹。

7、其他

地埋式预制真空泵站采用工厂一体化预制，现场埋设；预制泵站顶板覆土厚度应不少于0.4m，以便于地面绿化覆盖和抗浮；泵站的设计应考虑浮力的影响，并与基础牢固固定；泵站的人孔148出地面不少于0.5m,防止水淹；人孔处设0.4m宽不锈钢爬梯，方便人员进出；泵站整体采用耐腐蚀、施工便捷的玻璃钢或PE材质，外形上采用长方形或正方形；泵站的顶板设无动力风帽1410，风帽高出地面不少于0.7m。

真空泵站内的其他要求应符合《室外真空排水系统技术规程》(CECS316:2012)的规定。

本发明为符合农村使用条件的室外真空排水系统，可用于替代传统的室外重力排水系统和现有的室外真空排水系统。发明中真空阀所在舱室既可与粪便截存空间组合在一起，也可分开设置；化粪收集箱及其附件除上述优选的形状和材质外，允许采用圆柱形等更多形状，复合材料、HDPE、不锈钢等更多的材料；真空阀除采用上述优选的通径外，允许采用60mm、90mm等其他口径；真空阀除优选上述气动阀外，允许采用气动-电动阀和电动阀；真空罐除上述优选的卧式罐外，还可采用立式罐；真空罐除上述优选的形状和材质外，还可采用圆柱形等更多的形状，采用塑料(或复合材料)等多种材质；真空罐除上述优选的埋地敷设外，还可设于真空泵站内；预制真空泵站除上述优选的材质和形状外，可采用复合材料、钢筋混凝土等更多的材质选，圆柱形、多边形等更多的外形；臭氧除臭装置的混合反应器，除采用上述优选的射流器外，还可采用反应罐、反应器等其他混合反应装置。对以上权利要求均应实施保护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种农村室外真空排水系统，其特征在于，包括：化粪收集箱、真空排水管道及控制阀门、地埋式真空罐、地埋式预制真空泵站，

农户室内重力排水系统通过重力出户管排至各户室外的化粪收集箱中进行固液分离；所述农户室内重力排水管道设置的伸顶通气管；所述化粪收集箱通过真空排水管道以及控制阀门与地埋式真空罐连接，所述地埋式真空罐与地埋式预制真空泵站连接。

2.根据权利要求1所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，所述化粪收集箱与重力出户管之间设置有第三检查井。

3.根据权利要求1或2所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，

所述化粪收集箱用于重力排水与真空排水的转换器，同时也用于一定容积的截留粪便和大块沉渣的截存容器；根据真空阀所在舱室是否与粪便截存空间组合在一起，分为两种独立的方案：

第一种：所述化粪收集箱包括上部的阀室与下部的粪便截存空间，且上部的阀室与下部的粪便截存空间采用一体化结构；其中，下部的粪便截存空间分为三格，第一分格、第二分格以及第三分格，且三分格所占容积分别为50％、25％、25％；前两分格，第一分格和第二分格，具有截存大块污物及粪便的功能；第三分格收集相对清洁的污水作为真空管道抽吸污水的吸污槽；吸污槽上方为空间独立的阀室，阀室内设真空阀、控制器、感应管上端口、压力变送器及包括气动管道在内的连接管路；真空吸污管和感应管穿过阀室底部伸进第三分格距吸污槽底0.05～0.1m处；

化粪收集箱的下部空间三个分隔之间设洞口相连通，其中第一分隔板的顶距顶板不少于0.1m，第二分隔板的顶比重力排水接户管底标高低不少于0.05m；第一分隔板距箱底0.5m以上设不少于2个过水孔洞；第一分格的顶部设通至地面的第一检查井，第二分格和第三分格之间的顶部设通至地面的第二检查井；阀室和检查井的井盖及井座采用重型防护井盖及井座；其中阀室的井盖应密闭且不设通气孔；化粪收集箱的覆土厚度不少于0.3m；化粪收集箱整体采用耐腐蚀、施工便捷的玻璃钢或PE材质；

污废水排入化粪收集箱的前两格时，比重较大的固体物质及寄生虫卵沉淀至池底，经发酵分解后的污废水分为糊状浮皮、澄清的污废液状的固体废渣，经过第二分格处理的污废液得到进一步无害化；流入第三分格的废液一般已经腐熟；流入第三分格的污废水暂存在吸污槽内，水压变化通过感应管传递至控制器，当污水量达到预设容积时，控制器控制真空阀由关闭状态切换到开启状态，吸污槽内的污水与真空管道连通，污水被吸入真空管路中，吸入一定量的污水和空气后，吸污槽液位下降，真空阀自动复位；通过控制器可以调节真空阀开启的时长及气液混合液的流速；经过化粪收集箱处理后的污废水完成了固液分离的过程，固体废渣滞留在化粪收集箱的前两格内，污废水和废气排入真空管道最终排入真空罐。

第二种：所述化粪收集箱包括上部的阀箱与下部的粪便截存空间，阀箱与粪便截存空间采用分开设置，真空阀设在独立的一个阀箱内；

真空吸污管与感应管穿过阀箱底部，从粪便截存空间第三分格侧壁距底部0.1m处伸入吸污槽；压力变送器的压力探头从第三分格的顶部压力探头接口伸入吸污槽底固定安装；压力变送器设于阀箱内；箱盖应密闭不设通气孔；当顶盖设于硬化地面时，阀箱塑料顶盖之上再增设重型防护井盖及井座；

其中，下部的粪便截存空间分为三格，第一分格、第二分格以及第三分格，且三分格所占容积分别为50％、25％、25％；前两分格，第一分格和第二分格，具有截存大块污物及粪便的功能；第三分格收集相对清洁的污水作为真空管道抽吸污水的吸污槽；

化粪收集箱的下部空间三个分隔之间设洞口相连通，其中第一分隔板的顶距顶板不少于0.1m，第二分隔板的顶比重力排水接户管底标高低不少于0.05m；第一分隔板距箱底0.5m以上设不少于2个过水孔洞；第一分格的顶部设通至地面的第一检查井，第二分格和第三分格之间的顶部设通至地面的第二检查井；检查井的井盖及井座采用重型防护井盖及井座；化粪收集箱的覆土厚度不少于0.3m；化粪收集箱整体采用耐腐蚀、施工便捷的玻璃钢或PE材质；

污废水排入化粪收集箱的前两格时，比重较大的固体物质及寄生虫卵沉淀至池底，经发酵分解后的污废水分为糊状浮皮、澄清的污废液状的固体废渣，经过第二分格处理的污废液得到进一步无害化；流入第三分格的废液一般已经腐熟；流入第三格的污废水暂存在吸污槽内，水压变化通过感应管传递至控制器，当污水量达到预设容积时，控制器控制真空阀由关闭状态切换到开启状态，吸污槽内的污水与真空管道连通，污水被吸入真空管路中，吸入一定量的污水和空气后，吸污槽液位下降，真空阀自动复位；通过控制器可以调节真空阀开启的时长及气液混合液的流速；经过化粪收集箱处理后的污废水完成了固液分离的过程，固体废渣滞留在化粪收集箱的前两格内，污废水和废气排入真空管道最终排入真空罐。

4.根据权利要求1或2所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，

所述真空排水系统的管道包括真空排出管、真空排水支管、真空排水干管和第一检查管；其中，真空管道采用锯齿形或袋形敷设方式，提升弯或U型弯之间真空管道的最小坡度采用0.002，锯齿形敷设方式的提升弯之间的间距在6～100m之间；排水无需重力坡度，允许顺坡上行输送，管道连续爬坡时在45°上升段前设U型弯；每个提升弯或U型管处设通往地面的检查管；真空管道的流速控制在3～7m/s。

5.根据权利要求4所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，

所述真空管道采用高密度聚乙烯管及同质管件，电熔连接；或采用硬聚氯乙烯管及同质管件，粘接；真空管道当支管接入主管处及直线管道长度大于400m时，应设检修阀。

6.根据权利要求1或2所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，

所述地埋式真空罐内压力维持在-0.06～-0.07MPa之间，罐体承压应不小于-0.095MPa；地埋式真空罐内最高液位不应超过罐体有效高度的1/2。

7.根据权利要求1或2所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，所述地埋式预制真空泵站其布置的位置靠近污水处理站或在真空排水系统中心位置；采用地埋式一体化结构，内设真空泵、排水泵、潜污泵、臭氧除臭装置，泵站外的地面设配电柜和控制柜，所述真空泵将地埋式真空罐内的气体吸入除臭装置处理后排放，所述排水泵将污废水排至污水处理站或市政污水管道，在真空泵站内完成气液分离的过程。

8.根据权利要求7所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，真空泵为两台或两台以上具有相同运行能力，噪声低，效率高的旋叶式真空泵，其中一台为备用泵；所述真空泵进气管与地埋式真空罐顶部连接，所述真空泵出气管接臭氧除臭装置。

9.根据权利要求7所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，排水泵为两台或两台以上同型号，低噪声干式安装，带切割功能的离心排水泵，设置一台备用泵；排水泵与地埋式真空罐的底部相连，其排水能力应满足真空罐的排水要求。

10.根据权利要求7所述的一种农村室外真空排水系统，其特征在于，所述地埋式预制真空泵站内设置集水坑，所述集水坑用于收集少量管道漏水，所述集水坑内设置有由1台潜污泵，所述潜污泵出水管上设污水专用止回阀和闸阀；潜污泵排水管与排水泵排出管汇合后排至室外。