新型吸糞車(chē)實(shí)現(xiàn)有害氣體零排放

郭建華 胡淑英 許航 牛文忠 郭佩春

【摘 要】目前使用的真空吸糞車(chē)作業(yè)產(chǎn)生大量臭氣，且除臭裝置效果不佳，嚴(yán)重污染環(huán)境空氣。根據(jù)合作單位設(shè)計(jì)思路，組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員攻關(guān)，制造了一臺(tái)能夠隔離抽入罐體內(nèi)的糞液與排出罐體外的空氣，減少臭氣及致病細(xì)菌排放的新型真空吸糞車(chē)樣機(jī)。通過(guò)多項(xiàng)性能試驗(yàn)證明，該樣機(jī)作業(yè)過(guò)程中有害氣體零排放，同時(shí)有效容積、抽吸速度、強(qiáng)排效率、強(qiáng)排速度等各項(xiàng)基礎(chǔ)性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于原有吸糞車(chē)，同時(shí)徹底解決了吸糞車(chē)作業(yè)時(shí)可能發(fā)生的抽冒問(wèn)題。研究成果有助于提升環(huán)衛(wèi)行業(yè)科技水平，具有顯著的社會(huì)和環(huán)境效益。

【關(guān)鍵詞】吸糞車(chē) 有害氣體 排放 抽冒

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU99【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0501-02

1 背景

北京市主要采用吸糞車(chē)進(jìn)行糞便清運(yùn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年北京市共抽運(yùn)糞便211.24萬(wàn)噸，其中城八區(qū)抽運(yùn)161.57萬(wàn)噸，占總抽運(yùn)量的76.5%，郊區(qū)縣抽運(yùn)量為49.67萬(wàn)噸，占總抽運(yùn)量的23.5%。目前，糞便車(chē)以真空吸糞車(chē)為主，2009年全市共有糞便車(chē)669輛，其中真空吸糞車(chē)663輛，占車(chē)輛總數(shù)的99.1%。[1]

我國(guó)于1965年由日本引進(jìn)真空吸糞車(chē)技術(shù)，四十余年來(lái)在北京市糞便清運(yùn)工作中發(fā)揮了重要作用。但直到目前，真空吸糞車(chē)仍沿用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即依靠車(chē)載真空泵制造吸糞罐內(nèi)真空環(huán)境，利用大氣壓力將糞井或化糞池中糞液壓入吸糞罐中。

吸糞車(chē)在制造吸糞罐內(nèi)真空時(shí)，由于罐體內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境，糞液進(jìn)入后，其內(nèi)含有的刺鼻有害氣體將大量釋放，濃度不斷增加。這些有害氣體被真空泵抽到吸糞罐外，排放到大氣中，不僅氣味惡臭，而且含有大量的硫化氫、甲硫醇、氨等有害成分以及多種致病細(xì)菌，通常人們?cè)诰嚯x吸糞車(chē)40～60米的距離即可聞到惡臭氣味，且臭氣滯留時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到20分鐘以上。這些惡臭氣體嚴(yán)重危害作業(yè)人員及周邊群眾身體健康，影響糞井或化糞池周?chē)諝赓|(zhì)量，造成大氣污染。

為了消除惡臭的有害氣體，目前多采用混合除臭劑或使用活性碳罐吸附的方法，但是這種方法治標(biāo)不治本，而且由于吸糞作業(yè)中有害氣體釋放量大，釋放速度快，車(chē)載除臭劑或活性碳罐往往不足以完全消除惡臭氣味，除臭效果不佳，同時(shí)，若要除臭劑或活性炭發(fā)揮效果，必須每周對(duì)其進(jìn)行更換，這也增加了作業(yè)的成本。

為解決上述問(wèn)題，我廠(chǎng)配合北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所成立專(zhuān)項(xiàng)課題組，開(kāi)展了新型吸糞車(chē)的研制工作。

2 新型吸糞車(chē)樣機(jī)研制

2.1 技術(shù)方案及原理試驗(yàn)

根據(jù)北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所專(zhuān)利技術(shù)方案，新型吸糞車(chē)擬在糞罐中設(shè)置一層隔膜，將抽進(jìn)罐內(nèi)的糞液與排出罐外的空氣隔離，從而達(dá)到消除抽吸過(guò)程中的有害氣體及致病細(xì)菌排放的目的。其原理見(jiàn)圖1。

如圖1所示，糞液抽吸過(guò)程中，由于真空泵抽走空氣腔中的空氣形成負(fù)壓，導(dǎo)致隔膜由位置1變化到位置2，從而使糞液腔中也形成負(fù)壓，在該負(fù)壓及大氣壓的作用下，糞井或化糞池中的糞液被抽入糞罐中。整個(gè)過(guò)程中，由于進(jìn)入糞罐的糞液與抽出糞罐的空氣完全隔離，所以理論上完全不會(huì)有有害氣體及致病細(xì)菌被排放到大氣中，也不會(huì)產(chǎn)生抽冒問(wèn)題。

2.2 樣機(jī)結(jié)構(gòu)方案

2.2.1 現(xiàn)有吸糞車(chē)結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)有吸糞車(chē)主要部件包括：糞罐、氣路及水汽分離器、罐口、吊桿及進(jìn)糞管、放糞機(jī)構(gòu)、放糞口、觀察窗及真空表，其結(jié)構(gòu)形式如圖3。

其中，放糞機(jī)構(gòu)為絲杠形式，由上到下穿過(guò)糞罐。為進(jìn)行強(qiáng)排作業(yè)，進(jìn)糞管插入糞罐內(nèi)部。此外，糞罐內(nèi)還設(shè)置有防波板，用于防止吸糞車(chē)剎車(chē)時(shí)罐內(nèi)液體突然前涌造成糞罐錯(cuò)位。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)示意圖4。

2.2.2 樣機(jī)結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)我廠(chǎng)多年設(shè)計(jì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，目前使用的放糞機(jī)構(gòu)、進(jìn)糞管及防波板結(jié)構(gòu)是最可靠、最有效的結(jié)構(gòu)形式，而且是實(shí)際使用中必須具備的。因此，新型吸糞車(chē)樣機(jī)方案主要技術(shù)難點(diǎn)在于如何在采用新技術(shù)原理的條件下盡量避開(kāi)現(xiàn)有吸糞罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或在改變部分結(jié)構(gòu)后有效保留現(xiàn)有功能特點(diǎn)。

課題組經(jīng)過(guò)討論，初步擬定了新型吸糞車(chē)樣機(jī)方案，即盡量保持現(xiàn)有糞罐結(jié)構(gòu)，在糞罐內(nèi)部加入一組氣囊。其方案原理如圖5。

如圖5所示，罐體與現(xiàn)有吸糞車(chē)罐體基本相同，也設(shè)置有防波板、罐口、進(jìn)糞口、放糞口及放糞機(jī)構(gòu)。罐體內(nèi)安裝一組氣囊，圖中為表達(dá)清晰只顯示了一半氣囊的位置，另一半氣囊對(duì)稱(chēng)布置。氣囊外部及罐體形成糞液腔，氣囊內(nèi)部為空氣腔，真空泵通過(guò)抽氣管路抽吸空氣腔中的氣體。抽氣管與氣囊通過(guò)管箍連接。由于氣囊具有柔韌性，因此在充氣時(shí)可以自動(dòng)避開(kāi)防波板、進(jìn)糞口及放糞機(jī)構(gòu)。

此方案幾乎不改變現(xiàn)有吸糞車(chē)罐體結(jié)構(gòu)，氣囊靠自身柔韌性適應(yīng)罐內(nèi)障礙，無(wú)需特殊結(jié)構(gòu)。

以此方案為基礎(chǔ)，我廠(chǎng)及北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所組織相關(guān)人員以BQJ5043GXE型吸糞車(chē)（外形如圖3所示）罐體尺寸為原形繪制了新型吸糞車(chē)樣機(jī)罐體加工圖紙。

新型吸糞車(chē)樣機(jī)取消了防冒器及水汽分離器；氣囊與抽氣管采用外部法蘭連接結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓緊密連接；連接處還安裝有花管起到隔柵的功能，防止氣路堵塞；罐體內(nèi)部設(shè)置了三排掛環(huán)，將氣囊吊掛于罐體上部，保證抽氣時(shí)其向上回收；原有防波板及加強(qiáng)筋邊角處全部倒圓、去毛刺，防止劃傷氣囊；取消了原罐體的扶手，在扶手位置安放抽氣管路。三維設(shè)計(jì)總圖見(jiàn)圖6。

根據(jù)需求，課題組與相關(guān)單位合作，制作了一組8個(gè)氣囊，制成后的氣囊如圖7。

2.3 樣機(jī)環(huán)保性能試驗(yàn)

新型吸糞車(chē)樣機(jī)采用了氣囊，完全隔絕了抽入罐體內(nèi)的糞液與排出罐體外的空氣之間的接觸，因此理論上完全不會(huì)產(chǎn)生臭氣及致病細(xì)菌。

2.4 樣機(jī)基礎(chǔ)性能試驗(yàn)

樣機(jī)制作完成后，為驗(yàn)證其工作效率等與原有吸糞車(chē)的差距，課題組對(duì)其進(jìn)行了基礎(chǔ)性能試驗(yàn)。基礎(chǔ)性能試驗(yàn)內(nèi)容包括：罐體有效容積、抽吸作業(yè)速度、罐體強(qiáng)排效率、強(qiáng)排作業(yè)速度、最大抽吸深度，抽吸過(guò)程抗干擾能力及氣囊自然回復(fù)能力。

2.4.1 罐體有效容積及抽吸作業(yè)速度

新型吸糞車(chē)內(nèi)部有氣囊，會(huì)占用一部分罐內(nèi)空間，同時(shí)，真空泵從罐內(nèi)抽走的氣體僅為氣囊內(nèi)氣體，這可能會(huì)造成新型吸糞車(chē)有效容積降低，抽吸速度下降。但另一方面，原有吸糞罐抽吸時(shí)一般抽到液面到達(dá)觀察窗 1/3處就需要關(guān)閉真空泵并拔出進(jìn)糞管，以防止抽冒，而新型吸糞車(chē)樣機(jī)可以一直抽到氣囊內(nèi)沒(méi)有空氣為止，因此可能會(huì)在一定程度上提高罐體有效容積。

2.4.2 罐體強(qiáng)排效率及強(qiáng)排作業(yè)速度

吸糞車(chē)通過(guò)真空泵向吸糞罐內(nèi)打氣，壓迫罐內(nèi)液體從吸糞口中排出的過(guò)程稱(chēng)為強(qiáng)排。由于進(jìn)糞管與罐體底部之間有約10cm的距離，因此傳統(tǒng)吸糞罐不可能將罐內(nèi)液體全部排出。而新型吸糞車(chē)樣機(jī)由于內(nèi)部有氣囊，因此理論上應(yīng)該可以通過(guò)氣囊的擠壓作用將罐內(nèi)液體全部排凈。

2.4.3 最大抽吸深度

在實(shí)際作業(yè)中，吸糞車(chē)要抽吸低于地面的糞井中的液體，因此其抽吸深度參數(shù)很重要。一般吸糞車(chē)抽吸深度可達(dá)到4米，課題組使用新型吸糞車(chē)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，也可抽吸4米深處的液體，罐體及車(chē)輛都未出現(xiàn)異常，可見(jiàn)新型吸糞車(chē)樣機(jī)可以達(dá)到與現(xiàn)有吸糞罐持平的抽吸深度水平。

2.4.4 抽吸過(guò)程抗干擾能力

新型吸糞車(chē)樣機(jī)為了達(dá)到除臭的目的使用了氣囊，因此真空泵從罐體能抽吸走的氣體量一定，如果作業(yè)過(guò)程中罐體進(jìn)糞口離開(kāi)液面，將會(huì)使空氣進(jìn)入罐體中，造成有效容積下降。但是另一方面，由前節(jié)對(duì)比試驗(yàn)中可知，新型吸糞車(chē)樣機(jī)有效容積大于原有吸糞罐，這在一定程度上可以彌補(bǔ)吸糞口進(jìn)氣造成的容積損失。為此課題組進(jìn)行了抽吸過(guò)程抗干擾能力試驗(yàn)，在抽吸過(guò)程中，分5次將進(jìn)糞口提出液面，每次約0.5秒，模擬實(shí)際作業(yè)情況，驗(yàn)證抽吸過(guò)程中進(jìn)糞口進(jìn)氣對(duì)有效容積的影響。，在試驗(yàn)中采用的干擾方式下，新型吸糞車(chē)仍然取得了大于原有吸糞罐的抽吸量，基本有效容積的優(yōu)勢(shì)使得新型吸糞車(chē)具備了一定的抗干擾能力。當(dāng)然，在實(shí)際吸糞作業(yè)中，干擾可能要大于試驗(yàn)中的方式，因此，新型吸糞車(chē)需要作業(yè)人員在一定程度上改變操作方式。

2.4.5 氣囊自然回復(fù)能力

新型吸糞車(chē)樣機(jī)為了達(dá)到除臭的目的使用了氣囊，氣囊需要充滿(mǎn)氣才能進(jìn)行抽吸作業(yè)并達(dá)到良好的抽吸效果，但是充氣過(guò)程需要時(shí)間，該時(shí)間與強(qiáng)排時(shí)間接近，約1′40″左右，這無(wú)疑增加了實(shí)際使用時(shí)間。另一方面，如果在吸糞罐打開(kāi)放糞機(jī)構(gòu)自排的過(guò)程中封死進(jìn)糞口，同時(shí)將氣囊與大氣連通，那么在大氣壓的作用下，氣囊能夠自動(dòng)補(bǔ)足一定的空氣，這樣將使再次充氣的時(shí)間減少，提高使用效率。為驗(yàn)證氣囊能夠自然回復(fù)，課題組進(jìn)行了氣囊自然回復(fù)能力試驗(yàn)，氣囊具有較好的自然回復(fù)能力，回復(fù)率可達(dá)80%左右。自然回復(fù)后，氣囊僅需20秒左右即可充滿(mǎn)，大大提高了使用效率。

3 效益分析

從生產(chǎn)成本上來(lái)看，新型吸糞車(chē)取消了防冒器、除臭罐和水汽分離器，但增加了氣囊，在制造成本上高于傳統(tǒng)吸糞車(chē)，但增加量不大，相比于吸糞車(chē)十多萬(wàn)元價(jià)格在可接受范圍內(nèi)。

從運(yùn)行成本上看，新型吸糞車(chē)無(wú)需使用除臭劑，也不會(huì)有抽冒的問(wèn)題，節(jié)約了運(yùn)行及維護(hù)成本。

從環(huán)境效益上看，傳統(tǒng)吸糞車(chē)雖然有除臭罐，但效果不佳，對(duì)作業(yè)區(qū)域周邊環(huán)境污染嚴(yán)重，也對(duì)作業(yè)人員身體健康造成不利影響，而新型吸糞車(chē)從原理上隔絕了臭氣，作業(yè)時(shí)可達(dá)到臭氣零排放，環(huán)境效益是傳統(tǒng)吸糞車(chē)無(wú)法比擬的。

從社會(huì)效益上看，新型吸糞車(chē)符合北京市建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展方向，有助于提高北京市環(huán)境衛(wèi)生水平，具有明顯的社會(huì)效益。

4 結(jié)論

針對(duì)目前使用的吸糞車(chē)結(jié)構(gòu)及主要缺陷，課題組確定了在吸糞罐中加入氣囊的技術(shù)方案，隔離抽入罐體內(nèi)的糞液與排出罐體外的空氣之間的接觸，達(dá)到減少臭氣及致病菌排放，徹底解決吸糞罐防冒問(wèn)題的目的。該技術(shù)方案已經(jīng)申請(qǐng)得到了國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利。

根據(jù)技術(shù)方案制作了新型吸糞車(chē)樣機(jī)，并對(duì)該樣機(jī)進(jìn)行了多項(xiàng)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明，樣機(jī)在作業(yè)過(guò)程中達(dá)到了臭氣零排放，具有原有吸糞罐難以比擬的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該樣機(jī)完全不存在抽冒問(wèn)題，還可對(duì)真空泵起到良好的保護(hù)作用。此外，該樣機(jī)各項(xiàng)基礎(chǔ)性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于原有吸糞罐，外形、加工工藝及操作過(guò)程也與原有吸糞罐比較相近，十分便于舊罐改造、新罐加工及操作工人適應(yīng)。

本文介紹的新型吸糞車(chē)符合北京市建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展方向，同時(shí)有助于提升環(huán)衛(wèi)行業(yè)科技水平，具有顯著的社會(huì)和環(huán)境效益，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 《2009年北京市環(huán)境衛(wèi)生發(fā)展概況》