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负压排水技术

  一、技术简介

  负压排水技术特点:在各个排水点设置污水与负压管道相连接的适配装置,当污水液位达到设置高度时,负压界面阀利用负压管道中的负压本身作为驱动力自动被打开,污水通过负压和大气环境压差被吸入管道,流向负压收集中心。污水吸入过程中配有一定量的空气,达到对管道的自清洗效果。对于有收集率要求,或者污水排放点多而散以及地形地质条件较复杂的应用场景,负压排水相对于常规传统方案则是一个很有竞争力的替代或补充方案。


  


图1 负压排水原理图

  负压排水技术用途一:农村污水收集,具有普适性。常规重力流结合提升泵站的排水方式用于农村污水收集时,存在收集率低、建设难度大及费用高、雨污难分流等诸多问题。因此,管径小、敷设灵活不受地形地貌条件限制、施工对周边扰动小且周期短、可收集高浓度农污的负压排水技术更适合农村环境;

  负压排水技术用途二:以资源回收为目的,构建源分离系统,实现黑水(粪尿污水)、灰水(杂排水)分别单独收集,生产再生水和有机肥,绿色循环。

  二、适用范围

  广东省目前农村污水排放几大现状问题:

  1、生活污水散排

  广大农村居民生活污水直接排放。地形较好的村落,一般将化粪池出水排至附近河涌、鱼塘等水体中,造成水体污染;地形一般或较差的村落直接就地排放,或直接排至河涌、鱼塘等水体,造成的污染给居民生活及农村风貌带来了极大的影响。

  2、雨污分流问题

  因广东雨量多,很多农村污水借助雨水管路或原有雨水沟渠排放至河涌内,导致很多“毛细血管”类的河道黑臭问题严重,控源截污势在必行。

  3、建设实施问题

  很多农村所处地形地质复杂,污水排口所处巷道狭窄,且大部分为硬化路面,有的还存在自来水等地下管线,导致常规传统管网建设难以实施,污水收集率、雨污分流、建设周期、资金及截污效果均难以保证。

  4、水上村问题

  民房临河而建,部分建筑老旧,河道范围线内涉及房屋的违建,需协调拆迁。新建截污槽将缩减河涌的排洪面积。岸边排口性质、状况复杂,同时需克服雨季及潮汐等特殊气候因素。同时后期雨、河水渗入、污水渗出等问题较为普遍,会对河道等环境造成再次污染。

  负压排水技术应用领域具有普适性,适用于各种农村类型,陆地截污、岸边截污均适用。特别是排水点较为分散与复杂的场景,具有明显的优势。负压方案截污提高了污水收集率,极大降低了建设难度,节约总投资成本,适合普及推广。

  典型案例:广东省江门市蓬江区棠下镇仁厚村

  

图2 江门市蓬江区棠下镇仁厚村

  仁厚村负压排水项目位于江门市蓬江区仁厚村,东侧临近西江,区域内地势整体较为平坦,收集约200余户。仁厚村负压排水示范工程通过负压壁挂系统对区域内散排口、岸边排口进行有效收集。

  负压排水系统由于密闭收集杜绝渗漏和异味,管径小,埋深浅,布设灵活,可挂管敷设,施工对环境扰动小,在特殊地质条件下施工费用低,可以实现污水的高效集中管理和分质收集,适用于无法自流收水及不适宜大型施工机械作业区域的污水收集工程。

  三、技术内容

  负压系统工艺流程  

  图3 负压排水系统岸边、巷道截污示意图

  针对陆地居民生活污水排口,采用地埋式收集器对接,通过灵活浅埋的负压管网收集至负压收集中心;针对水上村岸边排口,采用壁挂式收集器对接,通过灵活壁挂的负压管网收集至负压收集中心,最后统一排放。

  建设资金投入方面与传统常规收集模式相当,超过一定户数规模后户均投资比常规的更显经济。建设周期比传统短,施工更便捷,收集率更高。负压系统后期能耗仅负压收集中心耗电,约0.1~0.2度电/吨水。

  核心产品

  1、地埋式收集装置

  图4 地埋式收集装置

  1)满足国家规范、卫生环保可靠

  •大通径负压阀(专利),满足规范对收集器吸污通径要求(开启状态通径不应小于40mm),有效杜绝堵塞。

  •可靠且灵敏的无接触液位感应技术避免普通浮子液位计常见的误发信号及其维护更换时的脏污。

  •所有器件置于清洁的隔离仓,即使在发生特殊情况需要进行维护时,人员与污水全无直接或间接接触,避免脏污。

  •太阳能供电模式,微电控,室外白天自然光(非太阳光直射)条件即可。

  2)安装使用维护方便

  •可调节水平转向,全方位多角度与进污管相接。

  •出水管270度广角接驳入网,方便与不同埋深的管网对接。

  •可同时对接1-3户出户管,可收集2户以上污水。

  •出水管自器件仓垂直向下引出收集器,满足规范中对防冻和抗压的要求。

  •气液比可在0~15:1之间灵活调整,满足远距离收集(单套负压站收集半径范围一般1.5-2km)

  •国际首创无机械件负压自密封阀门极大地提升使用寿命。

  2、壁挂式收集装置

  

  图5 壁挂式收集装置图

  •国内首创,设计独特,专适用于各种岸边复杂排口环境,施工便捷且周期短;                        

  •无需额外供电;

  •排污过程全自动,排污流速是传统的2~4倍,拥有大通径负压阀(核心专利),超强抗堵塞能力;

  •维护便捷:负压阀与管道活络连接,收集箱顶部设检修口,维护方便。

  四、技术应用情况

  1、广州增城区东江北干流33条一级支流水环境治理工程

  时间2018.12.06

  业主方:广州市增城区水务设施管理所

  投标联合体:北控水务(牵头公司),广东省水电集团二局,北京市政院广州分院

  项目模式及资金:EPCO整个项目约5.5亿

  目标要求: 2019年3月黑臭治理达标;12月达到劣五类标准

  项目概况

  广州增城区仙村镇的仙吓涌,石滩镇的土江村、龙地涌,新塘镇的山羌涌、米场涌、白江涌、甘涌,为广州增城区东江北干流33条一级支流水环境治理工程中的七条河涌,河涌水质恶劣,对沿河涌两岸居民生活及周边生态环境造成了严重负面影响。

  项目区域原排水模式为直排式:即每户室内污水通过管道直接排入室外河涌。由于区域内排口位置分散,现场环境条件限制,大管径重力流管道加分散泵站排污方式施工难度大,后期维护成本高昂。

  图6 收集截污前原貌

  解决方案

  应用真空排水技术对该区域排污方式进行改造,服务于广州增城区仙村镇的仙吓涌,石滩镇的土江村、龙地涌,新塘镇的山羌涌、米场涌、白江涌、甘涌共七条河涌。

  在每户排口位置设置壁挂式负压收集器,收集排出的生活污水并通过负压管道汇集至终端负压站,最后进入附近的污水站进行处理。

  本工程的实施对解决该地区河涌污染有积极的促进作用,同时可提高相关区域内的水系(如东江)水质,减轻污水对地下水源的污染,使区内人民生活环境和生态环境都得以大幅度改观。

  图7 负压收集系统建设情况

  图8 河涌整合整治后图

  项目特点

  (1)采用壁挂式收集器,安装方便,污水经重力流管道收集至箱体内,达到排污液位后便排放,避免了建污水井而带来的施工难度大等问题;

  (2)收集器设备采用太阳能电池板供电和电池供电,无需专门供电;

  (3)一个负压站可收集所覆盖区域的所有生活污水,并采用半地下式负压站,节省空间;

  (4)负压罐内污水达到设定液位后,污水泵排污至旁边污水站;

  (5)负压管道管径仅de75~de110,管线沿河堤一侧布设,不破坏原有道路,施工便捷。

  (6)负压监控系统覆盖整个收水区域,每个负压收集器运行情况均在控制中心上位机显示,可在控制中心进行复位重启排污操作。

  2、污水源分离资源化系统-天津宁河区造甲村万人规模  

  通过在天津市宁河区生活污水收集及资源化项目的实施及推广,惠及4200户村民。采用源分离模式收集污水,村民家中安装负压气冲便器和负压收集器,从源头上分离黑水(粪便污水)和灰水(生活杂排水),分质处理,资源回用。污水从负压收集中心分别排入黑水、灰水处理设备分质处理。黑灰分离管网全长约140公里,在西南和东南建负压收集中心(负压站)各1座,污水输送过程实现全密闭、无渗水和无异味的分质收集。资源化处理中心设在村庄东南。可以承担4200户居民的污水集中处理,日均最大集中处理污水约750吨,达标后的循环利用水,每年超过25万吨,每年可减少固体废弃物近4000吨,发酵产出有机化肥4000多吨,极大提升周边湿地、河道水质。

图9 中央电视台对天津示范项目进行报道

  图10 建设前原貌

  图11 建设后状况

  五、治理成效或应用效果

  以2014年住建部科技示范工程案例介绍应用效果及经济效益

  源分离资源化排水系统的应用—邯郸南界河店村

  工程地点位于邯郸永年县南界河店村,一期覆盖区域6万平方米,服务一百余户。

  人粪尿虽然只占污水总量的1%,但含有污水中大部分的有机物、绝大部分的营养盐氮磷和大部分的钾。将高负荷的粪尿从源头剥离单独收集并处理,改变理念,简化处理工艺,不仅资源得到回收,同时也不再有混合污水处理难和监管难的问题。归纳特点如下:

  1)变革常规混合排放混合处理的排污排废模式,将收集、耗能处理变成资源回收系统,破解混合废水运行难,在农村难以监管的问题,重构人居农业物质流良性循环;

  2)通过细管道超节水厕所,解决水冲厕所进入室内工程量大、现有旱厕或沼气厕所卫生条件差和冬季如厕不方便等问题;

  3)引入分质、细管负压管道,破解农村常规下水道过细堵塞、过粗沉淀以及多个泵站不断提升的问题;管径小、埋深浅、布线灵活;密闭无泄漏、实现收集率100%;

  4)由于负压管道无外溢,自来水管道与污水管道可以同期掩设,造价低,硬化路面最大程度不被破坏;

  5)系统节水、生产再生水和有机肥料;

  6)费用低。

  运行及效益:收集及处理设施全部自动化运行,基本不需日常维护,管理操作简单易行。本项目施工完成后,对村民进行了操作、维护培训,将设备交付使用。2013年9月投入运行,至今一直稳定运行。黑水做有机肥使用,灰水出水水质可稳定达到污水综合排放标准一级A。运行费3-5元/户/月,与节水收益大致持平。黑水农用,该村还以黑水利用为契机发展有机农业和有机食品,增加了农民收入。  


  图12 邯郸南界河店村负压排水—住建部科技示范项目

  六、推广应用前景

  万若环境负压排污排水技术广泛应用于:

  •智慧城市排污排水系统的精细化

  •老旧城改造中的基础设施提升

  •黑臭河治理中的截污纳管

  •海绵城市建设中的初期雨水管理

  •乡村振兴计划中的基础设施提升

  •农村厕所革命及污水治理

  •养老地产开发、特色小镇建设、田园综合体的生态排水设施

  •地产开发中的资源回收与零排放

  •工业园区的废水无泄漏收集

  •综合管廊负压排水

  其中针对华南广东领域的水上村,万若环境负压壁挂式解决方案国内首创,为岸边截污开辟了新的有效截污模式,具有深远意义与价值,另外:

  (1)本技术以农村生活污水分质技术及分质后的物质和能量循环利用技术研究为突破口,建立农村雨污、粪污分质收集、综合治理新模式,总结研究制定适合农村污水负压分质收集系统的新标准,推动新农村的建设与发展,提高我国水资源综合管理的技术水平,因此具有广泛的社会需求和应用前景。

  (2)该模式对于村镇最大的优势是,密闭管道化收集得到高浓度粪尿,便于集中处理转化成农用、园林绿化的有机肥料,同时低负荷灰水站易于处理达标排放,涵养周边水源或用于绿化、浇灌农田,实现资源的绿色循环利用。

  (3)2020年7月,我国中央电视台多套时政栏目对应用该技术的天津示范项目进行了报道,在国内影响深远。示范工程的启动与运行,近乎是已有文献记载的全球最大源分离示范项目(Jenfelder Au,600户)的6倍规模。同时,该项目实施后,周边邻村将进一步采用此技术,未来可在全国乃至世界有需求的地方进行推广应用。

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