真空卫生排污系统在北京地铁车站的应用

闫 凯 曾凤柳 邱 慧

（中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，100081，北京∥第一作者，助理研究员）

目前我国的地铁车站卫生器具和排水系统采用传统重力排污方式。即，马桶、便器和洗手盆等卫生器具的污水，依靠自身重力沿排污管路流至卫生间地面标高以下的集污池，再通过排污泵抽吸排放至市政污水管网。此种排污方式存在地下建筑土建施工费用高、卫生环境影响大，及污水排放难度大等问题和难点。

真空卫生排污技术在国外已作为成熟技术，广泛应用于公共建筑领域，并制定了相应的设计规范和技术标准［1－2］。我国在这一技术领域起步较晚，直到上世纪末、本世纪初才在引进国外新技术的同时，结合国内实际情况实施再创新，并在旅游景区或大型建筑物如北京南站、上海南站等得到应用［3－5］。

随着真空卫生器具技术以及在线型真空机组技术的出现并不断发展［6－7］，真空卫生排污技术也进入了新的发展阶段。该技术的优点是：整个系统为密闭系统，无臭味，卫生环保；污水管路设置灵活，可提升排放；卫生器具冲洗节水、排放高效，是建筑排污技术发展的必然趋势。

日前，北京地铁首次在某线5个车站采用了真空卫生排污系统。其项目包括在线型真空机组设备每车站1台共计5台，真空坐便器共计11套，真空蹲便器共计39套，真空污水收集箱共计43套，以及其它普通卫生器具等。该项目已经完成设备的安装及整体调试，并于2010年8月初进入试运行阶段。试运行以来，各站设备运转良好，卫生器具冲洗、排污正常，系统污水输送及排放正常，达到了预期的设计要求及使用要求。

1 真空卫生排污系统的原理及设备组成

真空卫生排污系统主要由凸轮泵机组、真空抽吸管路、压力排污管路、真空卫生器具，及普通卫生器具等组成。卫生器具污水被抽吸至真空管道中，再由旋转凸轮泵压力排出，经排污管道排至地表化粪池或直接进入市政污水管网。无需集污池或污水收集罐，而将污水直接排至指定地点。地铁车站真空卫生排污系统示意图见图1所示。

凸轮泵机组为整个真空排污系统提供真空。机组设备主要由旋转凸轮泵、驱动电机、电器控制等组成，具有直吸直排、互备互用等特点。旋转凸轮泵是一种容积泵，采用上、下成对安装同步运动的双翼转子，转子由一对外置式同步齿轮箱进行传动，在传动轴的带动下进行同步反方向旋转，转子之间始终保持恒定的微小间隙，通过周期性的容积变化将液体从吸入腔带到排出腔并排出，在泵吸入侧形成真空负压，而在排出侧形成正压，实现压力排放。

图1 地铁车站真空卫生排污系统示意图

真空便器由陶瓷洁具体、感应器、真空控制器及连接软管等部件组成。

便器冲水是通过感应器按压按钮或自动感应触发来实现的。按钮或自动感应器触发后，真空控制器进水阀打开冲洗马桶；一段时间后，真空控制器排污阀打开，由于马桶和真空管道内存在压差，污水被吸入真空抽吸管道；在控制装置的作用下，冲洗完成后真空控制器排污阀首先关闭，停止抽吸；稍后，真空控制器进水阀关闭，使马桶里的水保持一定液位水封，冲洗排污过程结束。

对于洗手盆、小便斗、地漏等普通卫生器具的污水排放，均通过与其连接的真空污水收集箱实现。真空污水收集箱工作原理与真空便器类似，当收集箱内污水液位达到一定高度时，触发排污阀打开，在内外压差的作用下，污水被抽吸进入真空管道，抽吸完成后排污阀关闭，等待下一次抽吸排放。

系统管道由两部分组成：一段是连接真空卫生器具和真空收集箱至真空机组的真空抽吸管路；另一段管路是由真空机组排出口接至指定的污水井或其它污水排放地点，此段管路为压力排污管路。

2 真空卫生排污系统的设计及设备选型

根据地铁各个车站卫生间及卫生器具的设计数量及使用要求，估算各个地铁车站日平均污水量及污水峰值流量，同时通过真空卫生器具抽吸排放时吸入的空气及污水量，进而估算确定凸轮泵机组的流量和污水管路管径，以满足污水输送及排放要求。考虑地铁车站污水排放需提升至地面，因此凸轮泵出口压力需达到一定要求，由此可确定凸轮泵型号及驱动电机功率。

对于真空管路的走向设计，则考虑污水水力损失及绕避障碍物需要，在管路必要处设置提升弯，以便污水于此形成满水流，保证污水抽吸及排放。

为保证真空卫生器具正常使用，避免系统真空度过低造成污水无法排出，设计了系统内真空度监测装置。当机组因故障或停电等原因造成系统真空度无法达到真空卫生器具工作真空度时，关闭真空卫生器具。

3 真空卫生排污系统的施工

3.1 真空卫生器具安装

依据真空卫生器具真空控制装置安装位置不同，可分为板下安装（隔层安装）和夹墙安装（同层安装）两种安装方式。根据现场实际施工条件和设计要求，北京某地铁线的5个车站真空卫生器具均采用板下安装（隔层安装），各器具安装示意图如图2所示。

卫生器具的安装包括陶瓷洁具体的安装，真空控制器的安装，以及相应管路的连接安装。陶瓷洁具体的安装工艺流程如图3所示。

真空控制器根据现场条件，安装于楼层板或站台板下，通过支吊架固定在结构墙上，并调整到适当的位置，以便于各种管路的连接安装，同时又便于检修。

3.2 真空管路安装

真空排污系统对管道安装工程的要求较高，管道系统的连接、安装技术的优劣，直接影响系统功能和性能，关系到管网的运行效果和使用寿命。因此对连接技术的要求非常严格。

污水管路连接应避免采用90°直角连接，而应该采用45°弯头；支管与干管的接入，也应该顺应污水流动方向尽可能45°接入。

管道安装完成后，尤其是对于穿墙管道、隐蔽管道，在进行下一步施工工序前，必须进行管道密封性和水压承压试验。真空吸污管路可通过真空密封性试验进行检验，压力排污管路可通过管道水压承压试验进行检验。

3.3 真空机组安装

真空机组设备安装于机组设备间内，设备基础为高度200mm的混凝土基础，机组设备通过地脚螺栓固定于基础上。

真空抽吸管路接入机组设备间内，在连接机组设备进污口前设置一平衡罐，在增加系统真空储气量的同时，也可减少气流和水流对机组设备的冲击。

压力排污管路从机组排污口以法兰连接方式，先后连接橡胶曲挠接头和止回阀后，管路穿出设备间，经走廊吊顶上方管道支吊架接出至指定排放地点。

机组电控箱根据设备间实际情况，考虑安装、操作和检修方便，将其安装于设备间内适当位置。

图2 各器具安装示意图

图3 陶瓷洁具体安装工艺流程图

4 真空卫生排污系统的调试和试运行

系统设备安装完成后，对管路进行整体试压检测，并对系统设备进行单机调试运行。

真空机组设备单机调试内容包括：系统工作真空度即机组凸轮泵启、停真空度的设定及调试，自动运行保护功能的设定及调试等。机组设备能够为系统提供持续真空，并正常启、停。真空卫生器具单机调试则需进行感应开关的感应范围调整，冲洗水时间即冲洗水量调整，抽吸启、停时间设定等，应能完成冲洗、抽吸及污水排放。

在单机调试运行基础上，进行系统的整体调试及试验。真空机组设备主要性能试验内容包括：机组的抽真空能力试验、排污能力试验、自动启停功能试验，以及自动保护、自动报警功能试验。同时，对卫生器具频繁使用、多个卫生器具同时使用及系统连续运转能力等进行试验检测。

5 结语

真空卫生排污系统运转以来，各站设备运转良好，卫生器具冲洗、排污正常，系统污水输送及排放正常，达到了预期的设计要求及使用要求。

下一步将不断提高真空卫生排污系统的适用性和运行可靠性，完善真空卫生排污系统设备的设计选型、相关专业设计与施工衔接、系统设备安装施工工艺、施工工序检验标准、系统设备单机调试及系统整体调试试运行规范等，以形成一整套设备安装施工工艺技术规范。并实现系统推广应用阶段的施工设计系统化、设备选型科学化、安装施工规范化、技术应用标准化。

［1］EN 12109室内真空卫生排水设计规范［S］.

［2］吴赛民，陈伟.地下建筑卫生排水系统设计优化方案比较［J］.浙江水利科技，2003（6）：18.

［3］洪青春.真空排水系统在上海某地铁商场公厕改造中的应用［J］.中国给水排水，2009（11）：31.

［4］梅凯，周保昌.室外真空排水系统与关键技术［J］.南京工业大学学报，2005（5）：74.

［5］张继杰，黄焱歆，俞德池.上海火车站固定式真空卸污工程技术特点［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2007（5）：246.

［6］闫凯，薛强，龚圣阳.真空卸污系统信息管理方案与实施［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2008（1）：29.