基于冶金企業污水處理的真空排水分離系統設計及應用

劉 斌，陳方連，譚文慧

（青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司，山東 青島 266101）

冶金企業冶煉產品多，生產工藝系列化，廢水排放量大，這種廢水對環境會產生大量的污染，因此需要研究有效的污水處理系統，針對不同水質要求，在完善水質穩定措施的同時，綜合平衡、串聯使用各類水，不斷提高水循環利用率[1]。

真空排水系統管路由管道的主管、支管、真空排氣管和檢測管組成，這些組成管道的用途是連接真空排水分離系統的污水收集槽和污水真空槽。真空排氣管存放在收集箱中，真空排水管的支管是真空閥上的一個端口到真空排水總管接口距離，在真空污水收集槽（收集井）中的污水由支管進入干管，再由干管進入真空站[2]。主管系由管道、彎頭、升降機和截止閥組成，真空管敷設方式應采用之字形，以方便污水輸送。為了避免真空排水系統管道的堵塞，本文在真空排水管的中心部位設計了一個檢查管道，一旦排水管道發生堵塞，只需要打開開口，檢查管路利用外部大氣壓將管路堵塞疏通。本文在傳統研究的基礎上，針對冶金企業污水處理的真空排水分離系統設計及應用進行研究。

1 基于冶金企業污水處理的真空排水分離系統設計

圖1 冶金污染水處理分離系統

真空排水系統是利用壓力差產生的高速氣流，從設備上排對污水進行排放的系統，每座大樓可設有污水收集裝置，為節約成本，一個排水系統可以安裝在多個寫字樓內。每座寫字樓的污水都通過重力管道排放至大樓附近的真空收集容器內。隨著集水箱（集水井）中污水量的逐漸增加，感應管內的液位也隨之增大，增大進氣管的氣壓。感應管具有自動氣壓檢測功能，如果在污水排放過程中，排氣管內的氣壓達到最大值，管道會關閉污水接收口，污水管道中的污水通過真空支管壓差流入真空罐的真空泵站，然后開啟真空閥門，如圖1所示。開啟一段時間后，閥門自動關閉[3]。

傳統的真空站由真空罐、真空泵、污水排出泵、監測系統、電子控制系統、真空壓力測試儀、除臭設備組成。在主管道上可以采用真空收集罐，在主真空管的末端安裝，作為污水收集和貯存容器[4]。反應式液位傳感器啟動污水泵，真空罐中的污水到達設定水位后，被排入室外污水檢測井內。真空泵的任務是向排污水真空系統提供真空環境，如果真空收集罐的真空度值低于設定氣壓，真空收藏罐會啟動真空泵，從排氣管中抽出真空罐中的空氣。

減壓泵站應設置在地下或半地下真空排水系統的中心或低洼地區。該系統受大氣壓的限制，最大值為0.1 mpa，該系統的工作壓力介于0.05MPa～0.07 MPa 之間，所以在較平的區域，真空泵房的主真空長度不能超過4 km。

儲罐的組成原料會對人體造成傷害，所以為了保護人類的安全，我國規定儲罐類型的物品在廢棄后應該進行土埋處理，這樣既可以防止污水回流到真空管道中，又保護環境。因為真空排水系統工作環境的特殊性，真空罐排放前經常需要停止收集污水，真空罐中的雙層真空罐，即兩個真空罐交替地收集污水。廢水收集時，上室與下室相連接，上室收集污水，下室自重落下；污水排放時，次級池下室與大氣相連接，加速污水的排出，直到污水排放結束。真空罐的連結腔和上腔在工作狀態時保持負壓，完成污水收集的工作[4]。本文設計的雙真空箱設備的容積污水能力強，因此對真空箱內部零件之間的通信隔離元件的硬件要求很高。當真空罐持續負壓排放污水時，當污水達到一定水位時，氣壓環境不受破壞，該設計設備和控制更加簡單，投資范圍更小，并且不會浪費系統的真空能力。

在真空泵站中安裝真空泵，采用產品模版，選用旋片式真空泵。真空泵要有足夠的真空度和吸力，集成式真空泵還要有排污功能，同時，真空泵要適于被抽過程，在啟動時不應出現過熱和每小時連續運轉等其它問題[5]。

本文設計的污水排水泵的排放能力比傳統的污水排放泵的排放能力強，這可以提高污水排放的效率。真空排水泵在排放過程中，不能降低真空排水管系統的排放性能，在基于冶金企業污水處理的真空排水分析系統工作時，在附近要準備一臺相同型號的備用排水泵，一旦排水泵發生故障，要及時進行技術變更，減少工業損失。排水泵中有配置蓄能器，斷電后還可將故障信號發送到值班室。

在水平或小地形的情況下，如果采用水平直接鋪設法，管道會以液相分離流的形式降低氣相，氣液兩相接觸面積也相對較小，因為管道和液體之間的摩擦驅動力不能使污水在管道內流動。但是采用大角度的鋪設方式，管道埋深會逐漸增加，開挖量會增加，系統建設成本也會增加。因此需要設定閾值，確保在合適的范圍內得到結果。

在高低不平的地形位置中的污水排放管道為了適應地形環境影響，需要采用特殊的真空排水系統，一方面是因為土壤會對傳統的污水排放管道進行腐蝕，影響污水的排放。另一方面是因為傳統的污水排放系統運輸污水時，管道中的污水會增加地形低洼的重力，很容易形成一個長封閉液柱。這個長封閉液柱對管道中的氣壓有影響，液柱截面越大，管道中污水排放流量就會越少。因此，在真空管的敷設中應采用鋸齒敷設法。每個提升段由1 根直短管和2 根小短管組成，彎管由提升段和下降段組成，兩個管道的傾斜度小于長度的0.2%。這種敷設方式的優點是可以在不增加太多深度和增加開挖量的情況下，有效地控制真空管的埋深，從而降低工程成本。排放管道的質量是基于冶金企業的污水處理的真空排水分離系統正常工作的關鍵點，污水排放管道的材料是真空塑料，其具有較好的密封性和耐磨性。為了增加污水排放管道的負壓能力，本文在真空塑料的外模增加一層UPVC。在安裝污水分離排放管道時，真實的管道大小要大于管道測量的大小，因為隨著外界氣溫的變化，管道會發生熱脹冷縮自然現象。本文設計的污水分離系統中安裝了維護閥零件，維護閥的工作任務是保污水分離系統維修時，各個管道保持真空狀態，避免出現故障檢測誤差。

集水井是真空排水系統的關鍵設備。一般而言，集水井離室內污水集中排放管道較近，重力排水管不宜過長，特別是深水平管，該裝置安裝在集水井內，用于監測集水井液位及真空閥的工作狀態，使該系統在實際運行中更為有效。污水分離系統的集水井是污水分離后污水處理的地方，集水井由真空閥和過濾器組成。當真空閥門打開后，污水和空氣同時被吸進真空排管內，進入真空泵站。集水井中的真空閥是污水凈化的核心，如果真空閥失去打開和斷開功能，那么所有污水就不會流經污水過濾管道，導致污水排放分離系統失去意義。真空閥體的直徑一般為65 mm，真空閥必須采用 ABS 等堅固耐蝕材料，并具有良好的表面硬度和沖擊強度。與此同時，真空閥門密封膜的壽命不能少于300，000 次。導流管的內壁平整，不會與污水產生摩擦，阻止污水的排放。當污水排放管道內部的氣壓超過1013.25 百帕，排水管道的真空閥門自動打開，通過真空快速吸收法測量污水管的速度，使測量管達到清潔狀態。感應器管材可采用 PVC和 PVC制造。

2 基于冶金企業污水處理的真空排水分離系統應用

作為一種新型的排水系統，真空排水系統不但節水、環保，不會受到地形限制，易于安裝，易于堵塞，具有較小的管徑，經濟效益良好。所以，該系統的應用范圍也相當廣。

我國越來越重視環境的可持續發展，城市公益污水的排放問題始終是城市環保部門最擔心的問題。相對于傳統的冶金企業污水排水處理，本文研究的基于生態排水的方法是通過對生活污水進行源頭控制和資源回收利用，使生活環境對水系統的污染最小化，實現物質的良性循環。真空排水系統主要有污水收集單元、真空管網、真空泵站三個單元組成。污水以重力流匯入收集器箱體內，水位達到設定液位后，感應閥感應液位高度，啟動控制器，開啟真空閥，污水抽吸進入真空管道，經設定時間后，真空閥關閉，完成一次排污。排污流速是傳統重力流的2—4 倍，并且管道不易堵塞。與傳統方法相比，真空收集器設有壓力保護，真空度低于設定下限，真空收集器不啟動；壓力高于設定下限，因此，真空收集器可以自動進行排污處理。另外，本文研究的排水系統可以保證污水排放的質量，通過三個真空收集槽收集污染程度不同的污水，所有資源經妥善處理后將回收利用。地因真空排水管具有密封性能好，不滲漏等優點，可在水源保護區中使用，避免漏水，污染水源，并可防止地下水反滲透到地下水位較高地區的污水管道中，形成污水處理廠。在湖的附近，海的附近，景點。靈活的真空排水系統，適用于旅游勝地、風景區等污水流量大的區域。排水管道不能一次性開發完成，因真空排水系統不需化糞池，檢污井，提升泵站等輔助結構，安裝方便快捷，適用于市政排水不暢的新開發區域。

3 實驗研究

為驗證本文設計的基于冶金企業污水處理的真空排水分離系統與傳統的污水分離系統的實際應用效果，本文設置對比實驗，通過兩個污水分離系統處理污水分離的準確率得出最終的實驗結果。得到的實驗結果如下圖2 所示：

圖2 污水分離準確率實驗結果

根據上圖可知，本文研究的真空排水分離系統準確度始終高于傳統系統，如表1 所示。

表1 污水分離結果對比

通過上表1 實驗數據可以得出，本文設計的基于冶金企業污水處理的真空排水分離系統，隨著污水排放量越來越多，系統的污水分離效果保持在99%，但是傳統污水分離系統的污水分離效果約為89%，因此本文研究的真空排水分離系統的效果比傳統的系統效果好。

為驗證用戶滿意度，選用某冶金企業進行實際調查，對100人的真空污水處理效果進行調查，調查前后對比實驗結果如下表2 所示。

表2 用戶滿意度調查

根據上表可知，在使用本文研究的基于冶金企業污水處理的真空排水分離系統后，用戶的滿意度增加較為明顯，絕大多數用戶都對抽水效果感到滿意，無人對污染治理效果感到非常不滿意。由此可見，本文研究的基于冶金企業污水處理的真空排水分離系統分離能力始終高于傳統系統，實際應用效果更強，用戶在使用過程中滿意度更高。

4 結束語

通過本文對基于冶金企業污水處理的真空排水分離系統的研究，發現雖然我國對真空污水排放技術的接觸時間短，但是因為研究者不斷地而研究和先進的科學技術為基礎，已經解決了一些基本的工業污水排放問題，但是如何在冶金企業更好地應用真空排水分離系統還需要進一步深入的研究。