負壓排水系統在農村生活污水分流改造中的應用

摘 要：農村的污水收集處理逐漸成為市政工作重點。負壓排水系統因其具有耗水量低、污水處理效率高及經濟成本小的特性被應用于農村生活污水的分流處理中。然而，作為一種新的技術，其施工細節仍需進一步完善。本文詳細介紹了負壓排水系統的類型，并依托實體工程介紹了負壓排水系統的工作原理及技術流程。負壓排水系統具有施工周期短、排水效率高、環保性及經濟性強的特點。

關鍵詞：農村污水；負壓排水系統；分流改造文章編號：2095-4085（2024）09-0073-03

0 引言

隨著農村給水的普及和生活水平的不斷提高，農村排放的生活污水量大幅增加，而且農村的污水來源相對復雜。因此，快速完善農村污水處理系統，對于提升農村污水質量管理具有十分重要的意義。

目前，常規的重力流管道加提升泵站已廣泛應用于農村污水處理中，但是其收集率低、建設費用及經濟成本高［1］。為了解決上述問題，負壓排水技術開始應用于污水處理工程施工中。目前，該技術已經在浙江寧波、廣西金川的負壓排水處理工程中并取得了良好的應用效果［2］。然而，該技術還需結合農村污水及環境特性，對施工細節進行持續優化與提升。

1 負壓排水系統

根據農村污水排出方式，農村負壓排水系統可以分為黑/灰水均采用重力流模式、黑/灰水采用完全分離系統以及黑水用負壓馬桶而灰水用重力流系統三類。在實際施工過程中，負壓排水系統由用戶終端、負壓管網及負壓站組成（見圖1）。用戶終端包括負壓馬桶、負壓收集器；負壓站內部設有真空泵、真空罐及排污泵。當負壓收集器的水液位達到一定高度時，真空界面閥將會打開，污水在壓力梯度的作用下逐級輸送至真空泵站負壓罐中。

2 負壓排水系統適用場景

2.1 河網密布

該區域地下水位較高，管溝挖深超過1m便會出現基坑滲水等現象。普通重力管網在此區域施工需要做基坑降水或者基坑支護，施工費用高。而負壓排水管網為壓力管道，管徑小，管道可以淺埋，可大幅降低施工難度和費用。

2.2 地質堅硬

該區域處于山村或沿海島嶼，土質多為山石。管網開挖破除工程量大，工期長；而負壓排水管網工程量能節約超65%，可大幅降低施工難度和費用。

2.3 沿河截污

該區域以敏感水域和村民排污直排河流為主，排口和重力管道沿河難以敷設。管道密閉性差，污水滲漏對水域河流污染大；而負壓排水管道采用PE實壁管，電熔連接，管道密閉性好，污水零滲漏。

2.4 房屋密集

該區域多為老舊城區，房屋密集，地下管線復雜。傳統重力管道開挖有坡降和埋深需求，管線避讓難度大，開挖過度會影響房基；而負壓排水管網開挖斷面小，可避讓地下管線，施工靈活。

3 工程概況

本工程旨在有效截流并收集福建省廈門市塔頭中路、塔頭東路周邊區域的污水，重點關注農戶化糞池、廚房及日常洗滌等生活污水的處理。區域內共27戶，房屋27棟，常住人口81人，生活污水水量為30m3/d。負壓站1座。

面臨的主要挑戰包括密集的房屋建筑、錯綜復雜的地下管線，以及地勢起伏、道路曲折導致的管道入戶接管困難。由于地勢原因，污水管道難以直接接入市政管網或處理設施，因此中途增設泵站或處理設施成為必要措施。同時，區域內溝渠水網密布，地下水位高，管道穿越需特別設計，并需防范清污合流問題。陽臺立管排水多為合流方式，實現雨污分流難度較大。

負壓排水管網為壓力管道，管徑小，管道可以淺埋，開挖斷面小，可以避讓其他地下管線，施工安裝靈活，效果好。本工程通過負壓管道收集污水至負壓站，短暫停留后輸送到附近的市政管網中進行統一處理。

本工程中的單相流負壓排水系統在運行初期，利用負壓設備將密閉的污水管網抽吸成負壓狀態，之后通過負壓收集井的自動啟閉使污水進入負壓管網，污水隨即在負壓抽吸力和內外壓差的作用下，經管網高速脈沖輸送至負壓站，在站內短暫停留后，直接納入市政污水管網。整個系統運行過程中，沒有空氣進入。

在實際污水處理過程中，居民用戶的生活污水通過重力管路流經截污消化井，隨后排放至負壓收集井。負壓收集井內的污水到達預設高液位時，井內機械負壓閥瞬間開啟，污水在負壓抽吸力的作用下經負壓支管、干管輸送至負壓站內的真空罐。真空罐內的污水到達一定液位時，排污泵開啟，將罐內污水經正壓管路泵送至就近污水處理裝置。負壓站內的真空度若低于限值，真空泵開啟，將系統內的多余空氣抽出，經空氣排氣管排出至室外。具體的負壓排水系統施工技術（見圖2）。

4 施工技術流程

本工程在進行農村生活污水分流改造的過程中，主要采用的施工技術工藝環節包括管道安裝、負壓收集井施工、負壓站施工以及系統壓力測試，具體的工藝流程（見圖3）。整個施工過程中，施工技術人員必須嚴格控制施工工藝各個環節的施工質量并保持嚴謹的施工態度，方可確保整個施工的質量。

4.1 管道安裝施工

本工程采用的負壓污水管道、正壓污水管道以及重力污水管道的施工方法均為開挖明管敷設法。

開挖施工時，管道開挖至設計管底標高時應由人工修整至設計槽底標高，要確保溝槽平直，嚴禁超挖；且溝槽開挖后不得使其積水，以防止管道上浮。

管道連接安裝需嚴格遵循《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008），確保連接處密閉性良好，并保持管道內部光滑無礙。重力污水管道采用HDPE雙壁波紋管，接口采用承插橡膠圈密封連接；管道的環剛度≥8kN/m。

4.2 負壓收集井施工

首先，施工技術人員進行負壓收集井挖坑工作時，應采取機械施工，不具備機械挖坑條件的現場，可以采取人工挖坑，需注意安全。其次，負壓收集井應垂直水平面安裝。安裝前，應夯實坑底原土后澆筑素砼墊層。然后，截污消化井與負壓收集井用軟管連接，抱箍密封，不得滲漏。最后，負壓收集井出水與負壓支管采取電熔連接。

4.3 負壓站施工

（1）施工技術人員應結合設計圖對負壓站進行定位放樣，應采用機械開挖并排除積水的方式進行。

（2）需嚴格按照施工圖中的負壓站設備基礎尺寸、標高及定位尺寸進行施工，以保證基礎頂面水平。

（3）先將負壓站各接口進行封堵，再利用吊裝設備將負壓站吊裝到指定位置，待驗收合格后開始對管道進行連接。當管道連接后，將負壓站牢固于基礎上采用機械回填的方式進行素土回填。

4.4 系統壓力測試

（1）系統壓力測試達標前，管道、設備不得回填。負壓排水系統測試應先劃分成若干區域進行測試，再進行總體調試。

（2）本系統壓力測試采用水壓試驗， 測試方法參照《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008）進行。管道測試壓力為0.8MPa。穩壓2h，壓力下降不得超過0.01MPa；穩壓12h，壓力下降不得超過0.03MPa。同時應檢查各連接處，不得滲漏。

（3）進行水壓預實驗時，先將管道內水灌滿，待管道末端出水后，封閉管道進行水壓試驗。水壓試驗期間如果出現漏水、損壞現象，應及時上報施工技術部門查明原因，待處理后再重新進行試壓。

（4）管道升壓時，應將管道氣體進行排除。施工技術人員需采用分級升壓的方法進行，每升一級應檢查后背、支墩、管身及接口，無異常現象時再繼續升壓。

（5）水壓測試是檢驗負壓排水系統施工效果的重要手段。因此，進行水壓測試時，如果存在缺陷，應作出標記待泄壓后進行修補。同時，施工技術人員必須注意的技術要點如下。

1）進行負壓排水管道分段密閉性測試，分段間距不宜大于450m。支管測試時，應將所有負壓管路施工技術人員將真空泵與檢查管相聯后開啟真空泵，一直到測試管路內壓力超過-0.07～-0.08MPa。負壓狀態至少保持30min，且壓力維持該數值為穩定狀態。每次水壓測試時，施工方、現場工程師、監理單位必須同時到場并記錄測試結果。

2）當負壓管道內壓力為-0.07～-0.08MPa后向收集室進行灌水，真空閥門應根據水位自動開啟，然后將收集室內的水排走。

3）對真空罐進行測試時，應將真空罐和真空泵之間的閥門打開，啟動泵房內真空泵，維持-0.07～-0.08MPa不少于30min，且此后2h壓力變化≯5%。

4）真空泵站的測試，首先應分別開啟真空泵和污水泵，并確保其運行正常。關閉真空主管道的分流閥門，手動開啟一臺真空泵，真空泵需連續運行5min無故障。

5）在各項測試完成后，應對整個系統進行整體測試，打開所有的檢修閥門，根據真空泵站內壓力表顯示加入-0.07～-0.08MPa負壓，并維持此負壓≮30min，且在此后的4h內壓力變化每小時≯1%。

（6）負壓排水系統實際施工時需注意以下事項。施工技術人員應重視負壓管網的現場施工建設，負壓管道施工時不能采用90°彎頭連接；支管接入干管應采用45°彎頭從上向下連接的方式進行；如果出現正常排水則高液位下降，不是雨天，如仍為高液位，系統應該自動進入“雨天工作狀態”，此時可停機1h；為防止出現負壓管道擁堵的情況，施工技術人員不能用直角三通或90°彎頭；改善界面閥閥體結構，使其內部減少彎折；設置自動補氣裝置，定期清理管道。只有進行上述措施，方可解決管道出現擁堵的情況；為保證負壓排水系統冬季運行良好，施工過程中應取消負壓馬桶水封；在負壓收集器內設有二層保溫蓋板；界面閥內部做到不存水；負壓管網埋設在冰凍線以下；需定期開啟自動補氣裝置。

5 結語

負壓排水系統主要采用的施工技術環節包括管道安裝、負壓收集井施工、負壓站施工以及系統壓力測試。水壓測試是檢驗負壓排水系統施工效果的重要手段，施工技術人員應嚴格按照規范對水壓進行測試。進行水壓測試時，如果存在缺陷，應作出標記待泄壓后進行修補。與重力流排水系統相比，負壓排水系統具有施工周期短、排水效率高、環保性及經濟性強的特點。

雖然目前負壓系統已經在農村排水系統中進行了應用，但是仍然存在一些問題，未來應該與新技術及智能運維管理系統聯合應用，力求節水、無臭、高效、無滲漏、防堵塞，進而推動低碳技術發展。

參考文獻：

［1］張健.鄉村排污系統的探討［J］.北京水務，2006（4）：49-51，60.

［2］張健，李孟飛，李萌，等.負壓排水技術在鄉村污水收集中的應用［J］.中國給水排水，2020，36（22）：66-71.