stringtranslate.com

Вакуумная канализация

Схема вакуумной канализационной системы
Вакуумный туалет на кольцевой развязке Лау Фаушань в Гонконге
Переносная вакуумная канализационная система на днище вагона поезда, обслуживающая вакуумный туалет и раковину внутри поезда.

Вакуумная канализация или пневматическая канализационная система — это метод транспортировки сточных вод от источника к очистным сооружениям . Она поддерживает частичный вакуум , с давлением воздуха ниже атмосферного внутри сети труб и сборного резервуара вакуумной станции. Клапаны открываются и закрываются автоматически при использовании системы, поэтому дифференциальное давление может поддерживаться без больших затрат энергии на перекачку. Одна центральная вакуумная станция может собирать сточные воды нескольких тысяч отдельных домов, в зависимости от рельефа местности и местной ситуации. [1] [ требуется лучший источник ]

Вакуумная канализация была впервые установлена ​​в Европе в 1882 году. Голландский инженер Чарльз Лиернур первым применил дренаж с отрицательным давлением в канализации во второй половине 19 века. [2] [ необходим неосновной источник ] Техническая реализация систем вакуумной канализации началась в 1959 году в Швеции. [ необходима ссылка ]

Исторически вакуумные канализационные системы были нишевым продуктом , используемым только в поездах , самолетах и ​​на равнинах с песчаными почвами и высоким уровнем грунтовых вод . Гравитационные канализационные системы использовались в большинстве случаев, поскольку, хотя вакуумные канализационные системы были дешевле в установке, их обслуживание было более дорогим. В 20 веке технология вакуумной канализации значительно улучшилась: датчики обнаружения неисправностей снизили расходы на эксплуатацию и обслуживание , и некоторые операторы теперь считают, что вакуумные канализационные системы могут быть дешевле в эксплуатации, чем обычные гравитационные канализационные системы. [3]

Основные элементы

Основными компонентами системы вакуумной канализации являются сборные камеры и детали вакуумных клапанов, канализация, центральная вакуумная станция, а также компоненты контроля и управления.

Некоторые вакуумные системы имеют вакуумные туалеты , которые напрямую подключены к вакуумной линии, что требует меньше воды для смыва (менее четверти литра на смыв). [4] Другие используют стандартный гравитационный дренаж для первой фазы сбора; сточные воды текут под действием силы тяжести из каждого дома, как в стандартной системе. Они сбрасываются в сборный поддон , который может собирать сточные воды из 2-6 домов и находится в общественном месте.

Вакуумная технология основана на перепаде давления воздуха. Пластинчато-роторные вакуумные насосы создают рабочее давление от -0,4 до -0,6 бар на вакуумной станции, которая также является единственным элементом вакуумной канализации, который должен быть обеспечен электроэнергией.

Интерфейсные клапаны устанавливаются внутри сборных камер. Они работают пневматически. После достижения определенного уровня заполнения внутри этого поддона интерфейсный клапан открывается. Импульс на открытие клапана передается пневматически-механически управляемым контроллером. Для открытия или закрытия клапана не требуется электричество. Энергия обеспечивается самим вакуумом.

Вакуумная станция для студенческого общежития в Норвегии , обеспечивающая отсос для всех вакуумных туалетов в общежитии.

Пока клапан открыт, результирующий перепад давления между атмосферой и вакуумом становится движущей силой и транспортирует сточные воды и воздух к вакуумной станции. Помимо этих сборных камер, не нужны никакие другие люки, ни для изменения направления, ни для осмотра или подключения ответвлений. Высокие скорости потока предотвращают засорение или образование отложений в системе.

Большие системы с многочисленными камерами сбора выигрывают от предоставления системы мониторинга для удаленного мониторинга вакуумных клапанов и отстойников. Такие системы позволяют намного быстрее устранять неполадки и облегчают профилактическое обслуживание камер сбора и клапанов. Однако системы мониторинга являются дополнительными системами и не требуются для работы систем вакуумной канализации.

Вакуумная станция в Хупере, штат Юта

Системы вакуумной канализации считаются свободными от экс- и инфильтрации, что позволяет использовать их даже в водоохранных зонах. По этой причине линии вакуумной канализации могут даже прокладываться в той же траншее, что и линии питьевой воды (в зависимости от местных правил).

Для обеспечения надежной транспортировки линия вакуумной канализации прокладывается в пилообразном (по длине) профиле. [5] Вся вакуумная канализация заполнена воздухом под давлением от -0,4 до -0,6 бар. Самым важным аспектом для надежной работы является соотношение воздуха и жидкости. Когда система хорошо спроектирована, канализация содержит только очень небольшое количество сточных вод. Соотношение воздуха и жидкости обычно поддерживается путем одновременного сбора жидкости/воздуха или контроллеров, которые регулируют время их открытия в соответствии с давлением в системе.

Канализация может быть проложена по ровной местности, а части могут течь вверх по склону (в определенных пределах). Профиль пилы делает канализационные линии неглубокими; [5] в безморозном климате глубина траншеи может составлять около 1,0–1,2 м. Напротив, для гравитационной канализации требуется монотонно падающий уклон не менее 0,5–1,0%, что может означать необходимость дорогостоящих траншейных и насосных станций.

После того, как сточные воды поступают в вакуумный сборный резервуар на вакуумной станции, они перекачиваются в точку сброса, которая может быть либо гравитационной канализацией, либо станцией очистки. Поскольку время пребывания сточных вод внутри системы очень короткое, и сточные воды постоянно смешиваются с воздухом, сточные воды остаются свежими, и предотвращается любое загрязнение внутри системы (меньше H2S ) .

Преимущества

Минимальное нарушение работы вакуумной канализации

Недостатки

Знак, указывающий на подземную вакуумную канализацию в Германии .

Приложения

Системы вакуумной канализации могут быть предпочтительными в особых обстоятельствах, таких как:

Транспорт

Вакуумный туалет в поезде

Поезда, самолеты, автобусы и многие корабли с водопроводом обычно имеют вакуумные системы с вакуумными туалетами. Меньшее потребление воды (менее четверти литра на смыв) [4] экономит вес и предотвращает выплескивание воды из унитаза во время движения. [9] Туалеты самолетов могут смываться синим дезинфицирующим раствором, а не водой. [4] Используется переносная камера для сбора; если она заполняется из промежуточной вакуумной камеры, ее не нужно держать под вакуумом. [10] [ нужен лучший источник ]

Сухие районы

Нехватка воды во многих странах и радикальные меры по экономии воды привели к трудностям со старением гравитационных сетей с твердыми частицами, засоряющими трубы. Вакуумные системы экономят воду.

Болотистая, каменистая или вечномерзлая местность

Равнинная местность , неблагоприятные почвы (каменистая или болотистая) или высокий уровень грунтовых вод (что требует дренажных траншей) могут значительно удорожать системы гравитационной канализации. Вакуумные канализационные трубы имеют небольшой диаметр и протекают внутрь, а в районах, где нет заморозков, их можно прокладывать близко к поверхности в небольших траншеях.

Водоохранные зоны, природопользование

Вакуумные канализационные системы могут проходить через водоохранные зоны и зоны с чувствительным высоким уровнем грунтовых вод, поскольку нет опасности испортить ресурсы грунтовых вод (вакуумные канализационные системы обладают высокой герметичностью из-за своего материала; и если они протекают, то текут внутрь). Вакуумные системы используются во многих экологически чувствительных зонах, таких как курорт Couran Cove Eco Resort недалеко от Барьерного рифа в Австралии. Они также использовались для замены септиков для снижения уровня азота в грунтовых/поверхностных водах. [11]

Вакуумные системы также применяются для сбора токсичных сточных вод из окружающей среды.

Сезонно-отрицательный климат

Если температура в регионе опускается ниже нуля зимой, вакуумная линия заглубляется ниже линии промерзания , в грунт, который остается незамерзающим круглый год (как и обычные гравитационные канализационные системы). Клапаны, сборные ямы, впускные отверстия и системы управления должны быть спроектированы так, чтобы продолжать функционировать, несмотря на холод, снег и лед. Датчики контроля температуры также являются стандартными, поэтому проблемы можно заметить на ранней стадии.

В случае острова Плам (Массачусетс) остров был подвержен заморозкам и обильным снегопадам, что изначально затрудняло обнаружение потенциальной проблемы. Изменения в их установке ямы и мониторинге в яме клапана помогли с обслуживанием.

Во многих странах Северной Европы используются вакуумные канализации. Поэтому полезно иметь какой-либо маркер или средство контроля, чтобы обнаружить клапаны, если они находятся под снегом в течение длительного времени.

Низкая или сезонная плотность населения

При меньшей плотности населения затраты на сборные камеры и вакуумные станции менее существенны, чем затраты на установку труб, а для гравитационной канализации — насосных станций и т. д. Пневматические трубы, как правило, меньше гидравлических труб с гравитационным отводом [ необходима ссылка ] В безморозном климате трубы для вакуумной системы также можно закапывать неглубоко, чем для гравитационной системы.

Высокая удельная длина трубопровода, когда требуемая длина трубы превышает ~4 метра на одного жителя [ необходима ссылка ] , приведет к удешевлению вакуумной системы.

В сезонных поселениях (зоны отдыха, кемпинги и т. д.) с обычными гравитационными канализационными системами могут легко возникнуть проблемы с седиментацией, поскольку автоматическая промывка ежедневными сточными водами не происходит. Высокие скорости потока в вакуумных канализационных системах предотвращают такие проблемы с седиментацией. По этой причине гоночные трассы Формулы-1 в Шанхае и Абу-Даби используют вакуумную канализационную систему. [ необходима цитата ]

Исторические места

Проселочная дорога в Флавиньи-сюр-Озерен , где было бы трудно установить обычную гравитационную канализацию.

Исторические места могут иметь старые здания, узкие улочки и крутой рельеф. Туризм также может вызывать сильные сезонные колебания плотности населения. Системы вакуумной канализации могут быть выбраны из-за их быстрой (избегая конфликтов с движением и туризмом), экономически эффективной и гибкой установки. Примерами являются Флавиньи-сюр-Озерен , Франция , и Хасаб и Аль-Сиб в Омане .

Уход

Системы вакуумной канализации можно настроить так, чтобы они собирали только концентрированную черную воду (туалетные сточные воды), а серую воду из раковин и ванн собирали отдельно (серую воду гораздо проще очищать, чем черную). Биотвердые частицы из вакуумной системы не нужно разбавлять водой для смыва.

Канализационные системы обычно термофильно компостируют твердые биологические отходы , которые были отделены и обезвожены из стандартной гравитационной канализации. [12] [13] Этот процесс упрощается, если твердые биологические отходы никогда не смачиваются водой.

Компостирование при высоких температурах убивает патогены и семена. [13] [14] Компост из биоотходов необходимо компостировать при высоких температурах. [15]

Сточные воды также могут быть очищены в анаэробном процессе с получением биогаза . Такая конструкция имеет потенциал для повышения устойчивости водных инфраструктур. [16]

Примеры

Арктика

Засушливые регионы

Районы с высоким уровнем грунтовых вод

Районы с сезонными заморозками

Действующие технические руководства и нормы

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab "Вакуумная система канализации - Palm Jumeirah, Дубай" (PDF) , sswm.info , Corodex Electromechanic
  2. ^ Лиернур, CT, "Пневматическая канализационная система" (PDF) , sewerhistory.org
  3. ^ См. (Гиббс 2016): «Когда мы проводили пилотное проектное исследование в 1993 году, мы подсчитали, что сравнение оценки текущей стоимости вакуумной и гравитационной канализации пересечется через 20 лет», — отмечает он. «В тот момент мы предсказывали, что вакуумная канализация будет дороже из-за обслуживания и ремонта. Это основывалось в основном на данных, известных на тот момент. Прошло 23 года, и мы все еще далеки от первоначально оцененных затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание», — продолжает Бич. «Мы не пересекли линию текущей стоимости, и, вероятно, пройдет еще 10 лет, прежде чем эти линии пересекутся».
  4. ^ abc Кромвель, Боб. "Туалеты для самолетов". toilet-guru.com . Туалеты мира.
  5. ^ ab См. (Гиббс 2015): «Одной из интересных вещей, которые я узнал о вакуумных канализационных системах, является то, что они работают под действием силы тяжести», — отмечает Гарри. «Линии сбора имеют пилообразный профиль. Вакуумное давление в линиях помогает силе тяжести перемещать канализационные пробки к очистным сооружениям. Этот тип инновационной конструкции позволяет устанавливать вакуумные канализационные магистрали на гораздо меньшей глубине, чем гравитационные канализации».
  6. ^ См. (Гиббс 2016): «Утечки в вакуумной магистрали или отводе также редки... «Это одна из вещей, которые мы ценим в вакуумных канализационных системах: если в линии есть утечка, вакуумное давление всасывает все, что находится вокруг отверстия, а не выливает сточные воды в окружающую среду», — отмечает Рид. «Нам не нужно ремонтировать линию, стоя в канализации».
  7. ^ См. (Гиббс 2016): «Рид сказал, что его команда может обнаружить местонахождение небольших утечек, просматривая диагностические данные на вакуумной станции, чтобы определить конкретную область, а затем прислушиваясь к всасывающему звуку всасываемого воздуха... «Обычно мы можем обнаружить утечку менее чем за 30 минут. Если вы не можете найти ее за 30 минут, это должно быть очень маленькое отверстие». Ремонт вакуумной канализации обычно выполняется быстро и легко, поскольку коллекторные линии зарыты всего на глубину 3–4 футов. Обычно для выкапывания протекающей трубы требуется всего лишь небольшой экскаватор».
  8. См. (Гиббс 2015): «Он отмечает, что на вакуумных станциях есть аварийные генераторы, которые включаются при отключении электроэнергии».
  9. ^ «Как работает туалет в коммерческом авиалайнере?». howstuffworks.com . HowStuffWorks. 1 апреля 2000 г.
  10. ^ "Автобусный вакуумный туалет EVAC". evac-train.com . Evac GmbH.
  11. ^ См. (Гиббс 2015): «Важным шагом в восстановлении залива Кингс стала установка двухфазной вакуумной канализации. Целью проекта было избавить территорию от почти 600 устаревших септиков, которые загрязняли грунтовые воды и способствовали накоплению азота в заливе».
  12. ^ Info House [ мертвая ссылка ]
  13. ^ ab Turovskiy, Izrail S.; Westbrook, Jeffrey D. (1 октября 2002 г.). "Последние достижения в компостировании осадка сточных вод". www.wwdmag.com . Water & Wastes Digest.
  14. ^ http://www.blockislandwater.org/Biosolids-WaterOpsdata/Simmons-Composting%20Biosolids-July2010.pdf [ мертвая ссылка ]
  15. ^ "BioSolids Composting". www.cdaid.org . Город Кер-д'Ален, Айдахо.
  16. ^ ab "KREIS - Kopplung von regenerativer Energiegewinnung mit Innovationr Stadtentwässerung" . kreis-jenfeld.de . Архивировано из оригинала 29 декабря 2013 года . Проверено 10 апреля 2016 г.(на английском языке, несмотря на немецкое название)
  17. ^ «Консорциум по охране здоровья коренных народов Аляски, Отделение охраны окружающей среды и инженерии, Заключительный отчет» (PDF) , energy.gov , Министерство энергетики США, сентябрь 2014 г.
  18. ^ Хербст, Генрих (ноябрь 2009 г.), Ökonomische Bewertung von Abwasserinfrastruktursystemen (PDF) (на немецком языке)
  19. ^ См. (Гиббс 2016): «Город Оушен-Шорс, штат Вашингтон, представляет собой ценный пример надежности и долговечности вакуумной канализации. Вакуумная система города является одной из крупнейших в мире, и она также является зрелой; большинство ее компонентов старше 20 лет и должны функционировать в сложных эксплуатационных условиях. Что делает Оушен-Шорс еще более ценным для сравнительного исследования канализационных систем, так это то, что в нем также есть системы гравитационной канализации и насосы-измельчители, которые необходимо обслуживать».
  20. ^ "PCS: Строительство вакуумной канализации". scgov.net . Округ Сарасота. 13 октября 2007 г. Архивировано из оригинала 13 октября 2007 г.
  21. ^ "Booms and Blooms", wwdmag.com , Водный и отходный дайджест
  22. ^ "Информационный листок о системе вакуумной канализации" (PDF) . ci.carnation.wa.us . Город Карнейшн. 23 мая 2004 г. Архивировано из оригинала (PDF) 23 мая 2004 г.
  23. ^ ab "Замерзшие вакуумные канализации и уроки Европы". flovac.com . Системы вакуумной канализации Flovac. 29 мая 2015 г.

Цитируемые работы