真空衛生排污系統在北京地鐵車站的應用

閆 凱 曾鳳柳 邱 慧

（中國鐵道科學研究院節能環保勞衛研究所，100081，北京∥第一作者，助理研究員）

目前我國的地鐵車站衛生器具和排水系統采用傳統重力排污方式。即，馬桶、便器和洗手盆等衛生器具的污水，依靠自身重力沿排污管路流至衛生間地面標高以下的集污池，再通過排污泵抽吸排放至市政污水管網。此種排污方式存在地下建筑土建施工費用高、衛生環境影響大，及污水排放難度大等問題和難點。

真空衛生排污技術在國外已作為成熟技術，廣泛應用于公共建筑領域，并制定了相應的設計規范和技術標準［1－2］。我國在這一技術領域起步較晚，直到上世紀末、本世紀初才在引進國外新技術的同時，結合國內實際情況實施再創新，并在旅游景區或大型建筑物如北京南站、上海南站等得到應用［3－5］。

隨著真空衛生器具技術以及在線型真空機組技術的出現并不斷發展［6－7］，真空衛生排污技術也進入了新的發展階段。該技術的優點是：整個系統為密閉系統，無臭味，衛生環保；污水管路設置靈活，可提升排放；衛生器具沖洗節水、排放高效，是建筑排污技術發展的必然趨勢。

日前，北京地鐵首次在某線5個車站采用了真空衛生排污系統。其項目包括在線型真空機組設備每車站1臺共計5臺，真空坐便器共計11套，真空蹲便器共計39套，真空污水收集箱共計43套，以及其它普通衛生器具等。該項目已經完成設備的安裝及整體調試，并于2010年8月初進入試運行階段。試運行以來，各站設備運轉良好，衛生器具沖洗、排污正常，系統污水輸送及排放正常，達到了預期的設計要求及使用要求。

1 真空衛生排污系統的原理及設備組成

真空衛生排污系統主要由凸輪泵機組、真空抽吸管路、壓力排污管路、真空衛生器具，及普通衛生器具等組成。衛生器具污水被抽吸至真空管道中，再由旋轉凸輪泵壓力排出，經排污管道排至地表化糞池或直接進入市政污水管網。無需集污池或污水收集罐，而將污水直接排至指定地點。地鐵車站真空衛生排污系統示意圖見圖1所示。

凸輪泵機組為整個真空排污系統提供真空。機組設備主要由旋轉凸輪泵、驅動電機、電器控制等組成，具有直吸直排、互備互用等特點。旋轉凸輪泵是一種容積泵，采用上、下成對安裝同步運動的雙翼轉子，轉子由一對外置式同步齒輪箱進行傳動，在傳動軸的帶動下進行同步反方向旋轉，轉子之間始終保持恒定的微小間隙，通過周期性的容積變化將液體從吸入腔帶到排出腔并排出，在泵吸入側形成真空負壓，而在排出側形成正壓，實現壓力排放。

圖1 地鐵車站真空衛生排污系統示意圖

真空便器由陶瓷潔具體、感應器、真空控制器及連接軟管等部件組成。

便器沖水是通過感應器按壓按鈕或自動感應觸發來實現的。按鈕或自動感應器觸發后，真空控制器進水閥打開沖洗馬桶；一段時間后，真空控制器排污閥打開，由于馬桶和真空管道內存在壓差，污水被吸入真空抽吸管道；在控制裝置的作用下，沖洗完成后真空控制器排污閥首先關閉，停止抽吸；稍后，真空控制器進水閥關閉，使馬桶里的水保持一定液位水封，沖洗排污過程結束。

對于洗手盆、小便斗、地漏等普通衛生器具的污水排放，均通過與其連接的真空污水收集箱實現。真空污水收集箱工作原理與真空便器類似，當收集箱內污水液位達到一定高度時，觸發排污閥打開，在內外壓差的作用下，污水被抽吸進入真空管道，抽吸完成后排污閥關閉，等待下一次抽吸排放。

系統管道由兩部分組成：一段是連接真空衛生器具和真空收集箱至真空機組的真空抽吸管路；另一段管路是由真空機組排出口接至指定的污水井或其它污水排放地點，此段管路為壓力排污管路。

2 真空衛生排污系統的設計及設備選型

根據地鐵各個車站衛生間及衛生器具的設計數量及使用要求，估算各個地鐵車站日平均污水量及污水峰值流量，同時通過真空衛生器具抽吸排放時吸入的空氣及污水量，進而估算確定凸輪泵機組的流量和污水管路管徑，以滿足污水輸送及排放要求。考慮地鐵車站污水排放需提升至地面，因此凸輪泵出口壓力需達到一定要求，由此可確定凸輪泵型號及驅動電機功率。

對于真空管路的走向設計，則考慮污水水力損失及繞避障礙物需要，在管路必要處設置提升彎，以便污水于此形成滿水流，保證污水抽吸及排放。

為保證真空衛生器具正常使用，避免系統真空度過低造成污水無法排出，設計了系統內真空度監測裝置。當機組因故障或停電等原因造成系統真空度無法達到真空衛生器具工作真空度時，關閉真空衛生器具。

3 真空衛生排污系統的施工

3.1 真空衛生器具安裝

依據真空衛生器具真空控制裝置安裝位置不同，可分為板下安裝（隔層安裝）和夾墻安裝（同層安裝）兩種安裝方式。根據現場實際施工條件和設計要求，北京某地鐵線的5個車站真空衛生器具均采用板下安裝（隔層安裝），各器具安裝示意圖如圖2所示。

衛生器具的安裝包括陶瓷潔具體的安裝，真空控制器的安裝，以及相應管路的連接安裝。陶瓷潔具體的安裝工藝流程如圖3所示。

真空控制器根據現場條件，安裝于樓層板或站臺板下，通過支吊架固定在結構墻上，并調整到適當的位置，以便于各種管路的連接安裝，同時又便于檢修。

3.2 真空管路安裝

真空排污系統對管道安裝工程的要求較高，管道系統的連接、安裝技術的優劣，直接影響系統功能和性能，關系到管網的運行效果和使用壽命。因此對連接技術的要求非常嚴格。

污水管路連接應避免采用90°直角連接，而應該采用45°彎頭；支管與干管的接入，也應該順應污水流動方向盡可能45°接入。

管道安裝完成后，尤其是對于穿墻管道、隱蔽管道，在進行下一步施工工序前，必須進行管道密封性和水壓承壓試驗。真空吸污管路可通過真空密封性試驗進行檢驗，壓力排污管路可通過管道水壓承壓試驗進行檢驗。

3.3 真空機組安裝

真空機組設備安裝于機組設備間內，設備基礎為高度200mm的混凝土基礎，機組設備通過地腳螺栓固定于基礎上。

真空抽吸管路接入機組設備間內，在連接機組設備進污口前設置一平衡罐，在增加系統真空儲氣量的同時，也可減少氣流和水流對機組設備的沖擊。

壓力排污管路從機組排污口以法蘭連接方式，先后連接橡膠曲撓接頭和止回閥后，管路穿出設備間，經走廊吊頂上方管道支吊架接出至指定排放地點。

機組電控箱根據設備間實際情況，考慮安裝、操作和檢修方便，將其安裝于設備間內適當位置。

圖2 各器具安裝示意圖

圖3 陶瓷潔具體安裝工藝流程圖

4 真空衛生排污系統的調試和試運行

系統設備安裝完成后，對管路進行整體試壓檢測，并對系統設備進行單機調試運行。

真空機組設備單機調試內容包括：系統工作真空度即機組凸輪泵啟、停真空度的設定及調試，自動運行保護功能的設定及調試等。機組設備能夠為系統提供持續真空，并正常啟、停。真空衛生器具單機調試則需進行感應開關的感應范圍調整，沖洗水時間即沖洗水量調整，抽吸啟、停時間設定等，應能完成沖洗、抽吸及污水排放。

在單機調試運行基礎上，進行系統的整體調試及試驗。真空機組設備主要性能試驗內容包括：機組的抽真空能力試驗、排污能力試驗、自動啟停功能試驗，以及自動保護、自動報警功能試驗。同時，對衛生器具頻繁使用、多個衛生器具同時使用及系統連續運轉能力等進行試驗檢測。

5 結語

真空衛生排污系統運轉以來，各站設備運轉良好，衛生器具沖洗、排污正常，系統污水輸送及排放正常，達到了預期的設計要求及使用要求。

下一步將不斷提高真空衛生排污系統的適用性和運行可靠性，完善真空衛生排污系統設備的設計選型、相關專業設計與施工銜接、系統設備安裝施工工藝、施工工序檢驗標準、系統設備單機調試及系統整體調試試運行規范等，以形成一整套設備安裝施工工藝技術規范。并實現系統推廣應用階段的施工設計系統化、設備選型科學化、安裝施工規范化、技術應用標準化。

［1］EN 12109室內真空衛生排水設計規范［S］.

［2］吳賽民，陳偉.地下建筑衛生排水系統設計優化方案比較［J］.浙江水利科技，2003（6）：18.

［3］洪青春.真空排水系統在上海某地鐵商場公廁改造中的應用［J］.中國給水排水，2009（11）：31.

［4］梅凱，周保昌.室外真空排水系統與關鍵技術［J］.南京工業大學學報，2005（5）：74.

［5］張繼杰，黃焱歆，俞德池.上海火車站固定式真空卸污工程技術特點［J］.鐵道勞動安全衛生與環保，2007（5）：246.

［6］閆凱，薛強，龔圣陽.真空卸污系統信息管理方案與實施［J］.鐵道勞動安全衛生與環保，2008（1）：29.