铁路罐式真空卸污系统技术探讨

李鹏，龚圣阳

(1.中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081；2.北京中铁科节能环保新技术有限公司，北京 100081)

铁路罐式真空卸污系统技术探讨

李鹏1，龚圣阳2

(1.中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081；2.北京中铁科节能环保新技术有限公司，北京 100081)

论述了三种不同方式的罐式真空卸污系统，比较其在铁路真空集便污水收集中的作用机理及技术操作的可靠性和安全性，确定双真空罐系统将成为罐式铁路真空卸污技术的主要型式。阐述了真空罐设计中气液分离器、平衡管及除臭设备的重要性。真空管道可采用锯齿形和袋形敷设方式。

真空罐；真空卸污；平衡管；锯齿形敷设

真空排水是指利用真空泵使卸污管道形成负压梯度，将污水逐步收集至固定卸污系统中，最后排至化粪池或污水处理中心的过程，是对传统重力排水系统的一次创新。欧美等国家于20世纪70年代开始将真空技术应用于铁路系统，我国于2006年开始逐步研发铁路真空卸污技术[1]。

1 罐式真空卸污系统分类

近年来，罐式真空卸污系统技术逐渐运用于铁路集便污水处理系统中，该技术主要利用真空泵使真空管道及真空罐内产生负压，在真空的作用下将列车集便污水从卸污单元经真空管道抽吸至真空罐内，然后利用排污泵将污水排放至室外化粪池的过程。在形成真空的过程中，真空泵排气管道出来的臭气需经处理后才能达标排放。该技术操作简单、安全可靠，达到了污水收集快捷、传输清洁的目的。

1.1 单真空罐卸污系统

单真空罐卸污系统工艺流程如图1所示。其原理是利用真空泵使卸污单元内、真空管道、真空罐内形成一定的真空度，当真空罐内污水达到设定液位高度时，通过排污泵将罐内的污水排出。在整个系统运行过程中，真空罐的主要作用是临时储存列车污物箱中的污水，并始终保持一定的真空度，而污水量达到设定液位高度时不破坏罐内真空，利用排污泵将罐内污水排除。该系统的特点是操作及控制简单，投资及卸污机房占地面积小；但由于罐内始终处于负压状态，排污需要克服负压做功；且当真空罐需要清掏时不能连续作业。

图1 单真空罐卸污系统示意图

1.2 二级真空罐卸污系统

工艺流程如图2所示。该系统是在单真空罐的基础之上演化而来，二级真空罐分上下两个污水收集室，在卸污过程中污水由上收集室进入下收集室，当下收集室污水达到设定容积时，上、下收集室迅速隔开，上收集室继续卸污，下收集室与大气接通，同时排污泵启动，将下收集室污水加速排空。卸污完成后上下收集室再次连通，系统重复进行作业。该系统的主要特点是真空罐容积利用率高，排污泵性能要求较低，但对上下收集室连通和隔离的系统控制较难，污物易堵塞于真空罐内难以清理。

图2 二级真空罐卸污系统示意图

1.3 双真空罐卸污系统

由于铁路集便污水排放的特殊性，在进行卸污的同时不允许停止对污水的收集。双真空罐卸污系统基于单罐基础之上，实现了轮流交替作业，使卸污过程不间断。可利用排污泵前面的阀门控制，实现以下两种功能：①当其中一真空罐污水达到设定容积时，对应的排污泵可单独对其进行污水排空；②当其中一真空罐堵塞或需要清掏时，可关闭对应阀门单独对其处理，另一真空罐可继续作业。黄山北站、重庆北站等地均采用了双真空罐卸污系统。

图3 双真空罐卸污系统示意图

2 真空罐技术优化设计

罐式真空卸污系统主要由真空卸污单元、真空管道、真空罐、真空泵、排污泵、罐内液位控制装置、连接管道、配套阀件、信息化设备控制和除臭单元组成。

2.1 气液分离器

真空罐内产生的气体多为腐蚀性气体，吸入真空泵后会腐蚀泵内金属零件与油发生化学变化，损坏真空泵性能；另外，在抽真空过程中，一部分可凝气体组分会形成小液滴随气体一起流动，形成水汽，引起真空泵油的乳化。

为避免上述问题，可在真空泵前设气液分离器。该设备利用离心分离、重力分离和丝网捕沫原理，具有除雾沫、除水汽等特点，实现气液分离并使气相净化，可除去99%的液态水份和颗粒(≥5μm)；具有除油气效率高、结构简单、空隙率大、重量轻，安装、操作、维修方便等特点，是一种高效的气液分离设备。保证吸入真空泵的气体得到净化。

2.2 平衡管的设计

在排污泵出口末端位置应设密封性能良好的止回阀，防止污水倒流、不破坏罐内真空度。

在真空罐设计过程中，排污泵出口与止回阀之间需设平衡管，接至真空罐。在排污作业时，少量的污水会通过平衡管进入真空罐，将排污泵腔室内少量的气体排除；同时补偿排污泵内部分压力降，减少气蚀，提高了排污泵使用寿命[2]。

为使真空罐在卸污过程中运行良好，可在真空罐两侧不同高度设排污口，口径是排污泵入口口径2倍为宜。

2.3 除臭设备

铁路列车集便污水浓度高、臭气量大，真空泵在运行过程中末端会产生大量的恶臭气体，这些恶臭气体组份主要有氨(NH3)、硫化氢(H2S)和某些特殊臭味物质等，给人以感官不悦，呼吸困难、呕吐等现象，也会腐蚀站内设备，因此铁路罐式真空卸污系统臭气处理尤为重要。

合肥南站罐式真空卸污系统采用生物滤塔两级串联除臭单元，除臭效果明显。其原理是利用微生物的新陈代谢作用，恶臭气体经过填料层时，被填料层上附着的微生物氧化分解成CO2、H2O和其他无害物质，完成除臭过程。黄山北站采用活性炭吸附器除臭单元，活性炭固体表面上存在着未饱和的分子引力或化学健力，当恶臭气体与活性炭固体表面接触后，气体分子将浓聚并保持在固体表面，气味从而被活性炭吸附，完成臭气处理过程并使气体净化。

3 真空管道优化设计

高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，简称为“HDPE”)管材具有较高的使用温度、硬度、力学强度和耐化学性能等优点，铁路真空卸污主管道常采用HDPE管材，其内壁光滑，阻力小。设计真空度范围为-30kPa至-70kPa，管径采用de160、de225，所有管道转弯处均采用45°弯头连接。真空管道敷设方式主要有锯齿形和袋形两种，在设计过程中，沿水流方向管道坡度应大于0.2%，坡向真空机房位置。

锯齿形敷设方式如图4所示，此敷设方式主要特点是埋深浅，可有效减小地面开挖深度，每隔100m设一次提升为宜。

图4 锯齿形管道敷设方式示意图

在管道敷设过程中，当遇到障碍物或者管道必须进行提升时，可采取袋形敷设方式。该敷设方式适用于管道连续爬坡情况，与锯齿形敷设方式不同的是，在上升段前设“U”形提升弯，提升段必须为垂直提升。

图5 袋形管道敷设方式示意图

4 结语

铁路罐式真空卸污系统已在我国铁路站段投入使用。铁路集便污水的主要特点是流量大，间断性强，列车停靠时间短，卸污作业能力要求高。因此，为保证系卸污统的可靠性、安全性、冗余性，应从真空管道设计入手，选择最佳敷设方式；对真空罐旁通管道设计、真空泵、排污泵选型等方面做出合理的选择。

[1] 邱慧, 沈骏.铁路真空卸污系统技术研究与工程应用[C].“十一五” 环保成果汇编及新技术应用研讨会论文集, 2012.

[2] 段金明, 周敬宣, 林洪, 等.铁路站场固定式真空地面卸污系统设计[J].中国给水排水, 2006, 22(18): 41-44.

Study of the Vacuum Tank Sewage Discharge System for Railway Station

LI Peng1, GONG Shengyang2

(1.EnergySaving&EnvironmentalProtection&OccupationalSafetyandHealthResearchInstitute,
ChinaAcademyofRailwaySciences,Beijing100081,China; 2.BeijingCARSEnergySavingandEnvironmentalProtectionNewTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100081,China)

This paper introduces the characteristics of Vacuum Tank Discharge System in three different ways, comparing with the safety and reliability of technical operations about the vacuum toilet system sewage collection in railway station.Determined the double vacuum tank system will become the mainstream technology of vacuum tank sewage discharge in railway station.And expounds the importance of gas-liquid separator, balanced pipe, deodorization device in the design of vacuum tank.The laying mode of vacuum pipe could adopt sawtooth shape and bag shape.

vacuum tank; vacuum sewage discharge; balanced pipe; sawtooth shape

2016-05-18；

2016-08-02

李鹏(1990—)，男，甘肃定西人，硕士，助理工程师，主要从事铁路节能环保技术研究。

2095-1671(2016)04-0162-03

X703

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