基于冶金企业污水处理的真空排水分离系统设计及应用

2021-01-06陈方连谭文慧

中国金属通报 2020年10期

刘斌，陈方连，谭文慧

（青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，山东青岛 266101）

冶金企业冶炼产品多，生产工艺系列化，废水排放量大，这种废水对环境会产生大量的污染，因此需要研究有效的污水处理系统，针对不同水质要求，在完善水质稳定措施的同时，综合平衡、串联使用各类水，不断提高水循环利用率[1]。

真空排水系统管路由管道的主管、支管、真空排气管和检测管组成，这些组成管道的用途是连接真空排水分离系统的污水收集槽和污水真空槽。真空排气管存放在收集箱中，真空排水管的支管是真空阀上的一个端口到真空排水总管接口距离，在真空污水收集槽（收集井）中的污水由支管进入干管，再由干管进入真空站[2]。主管系由管道、弯头、升降机和截止阀组成，真空管敷设方式应采用之字形，以方便污水输送。为了避免真空排水系统管道的堵塞，本文在真空排水管的中心部位设计了一个检查管道，一旦排水管道发生堵塞，只需要打开开口，检查管路利用外部大气压将管路堵塞疏通。本文在传统研究的基础上，针对冶金企业污水处理的真空排水分离系统设计及应用进行研究。

1 基于冶金企业污水处理的真空排水分离系统设计

图1 冶金污染水处理分离系统

真空排水系统是利用压力差产生的高速气流，从设备上排对污水进行排放的系统，每座大楼可设有污水收集装置，为节约成本，一个排水系统可以安装在多个写字楼内。每座写字楼的污水都通过重力管道排放至大楼附近的真空收集容器内。随着集水箱（集水井）中污水量的逐渐增加，感应管内的液位也随之增大，增大进气管的气压。感应管具有自动气压检测功能，如果在污水排放过程中，排气管内的气压达到最大值，管道会关闭污水接收口，污水管道中的污水通过真空支管压差流入真空罐的真空泵站，然后开启真空阀门，如图1所示。开启一段时间后，阀门自动关闭[3]。

传统的真空站由真空罐、真空泵、污水排出泵、监测系统、电子控制系统、真空压力测试仪、除臭设备组成。在主管道上可以采用真空收集罐，在主真空管的末端安装，作为污水收集和贮存容器[4]。反应式液位传感器启动污水泵，真空罐中的污水到达设定水位后，被排入室外污水检测井内。真空泵的任务是向排污水真空系统提供真空环境，如果真空收集罐的真空度值低于设定气压，真空收藏罐会启动真空泵，从排气管中抽出真空罐中的空气。

减压泵站应设置在地下或半地下真空排水系统的中心或低洼地区。该系统受大气压的限制，最大值为0.1 mpa，该系统的工作压力介于0.05MPa～0.07 MPa 之间，所以在较平的区域，真空泵房的主真空长度不能超过4 km。

储罐的组成原料会对人体造成伤害，所以为了保护人类的安全，我国规定储罐类型的物品在废弃后应该进行土埋处理，这样既可以防止污水回流到真空管道中，又保护环境。因为真空排水系统工作环境的特殊性，真空罐排放前经常需要停止收集污水，真空罐中的双层真空罐，即两个真空罐交替地收集污水。废水收集时，上室与下室相连接，上室收集污水，下室自重落下；污水排放时，次级池下室与大气相连接，加速污水的排出，直到污水排放结束。真空罐的连结腔和上腔在工作状态时保持负压，完成污水收集的工作[4]。本文设计的双真空箱设备的容积污水能力强，因此对真空箱内部零件之间的通信隔离元件的硬件要求很高。当真空罐持续负压排放污水时，当污水达到一定水位时，气压环境不受破坏，该设计设备和控制更加简单，投资范围更小，并且不会浪费系统的真空能力。

在真空泵站中安装真空泵，采用产品模版，选用旋片式真空泵。真空泵要有足够的真空度和吸力，集成式真空泵还要有排污功能，同时，真空泵要适于被抽过程，在启动时不应出现过热和每小时连续运转等其它问题[5]。

本文设计的污水排水泵的排放能力比传统的污水排放泵的排放能力强，这可以提高污水排放的效率。真空排水泵在排放过程中，不能降低真空排水管系统的排放性能，在基于冶金企业污水处理的真空排水分析系统工作时，在附近要准备一台相同型号的备用排水泵，一旦排水泵发生故障，要及时进行技术变更，减少工业损失。排水泵中有配置蓄能器，断电后还可将故障信号发送到值班室。

在水平或小地形的情况下，如果采用水平直接铺设法，管道会以液相分离流的形式降低气相，气液两相接触面积也相对较小，因为管道和液体之间的摩擦驱动力不能使污水在管道内流动。但是采用大角度的铺设方式，管道埋深会逐渐增加，开挖量会增加，系统建设成本也会增加。因此需要设定阈值，确保在合适的范围内得到结果。

在高低不平的地形位置中的污水排放管道为了适应地形环境影响，需要采用特殊的真空排水系统，一方面是因为土壤会对传统的污水排放管道进行腐蚀，影响污水的排放。另一方面是因为传统的污水排放系统运输污水时，管道中的污水会增加地形低洼的重力，很容易形成一个长封闭液柱。这个长封闭液柱对管道中的气压有影响，液柱截面越大，管道中污水排放流量就会越少。因此，在真空管的敷设中应采用锯齿敷设法。每个提升段由1 根直短管和2 根小短管组成，弯管由提升段和下降段组成，两个管道的倾斜度小于长度的0.2%。这种敷设方式的优点是可以在不增加太多深度和增加开挖量的情况下，有效地控制真空管的埋深，从而降低工程成本。排放管道的质量是基于冶金企业的污水处理的真空排水分离系统正常工作的关键点，污水排放管道的材料是真空塑料，其具有较好的密封性和耐磨性。为了增加污水排放管道的负压能力，本文在真空塑料的外模增加一层UPVC。在安装污水分离排放管道时，真实的管道大小要大于管道测量的大小，因为随着外界气温的变化，管道会发生热胀冷缩自然现象。本文设计的污水分离系统中安装了维护阀零件，维护阀的工作任务是保污水分离系统维修时，各个管道保持真空状态，避免出现故障检测误差。

集水井是真空排水系统的关键设备。一般而言，集水井离室内污水集中排放管道较近，重力排水管不宜过长，特别是深水平管，该装置安装在集水井内，用于监测集水井液位及真空阀的工作状态，使该系统在实际运行中更为有效。污水分离系统的集水井是污水分离后污水处理的地方，集水井由真空阀和过滤器组成。当真空阀门打开后，污水和空气同时被吸进真空排管内，进入真空泵站。集水井中的真空阀是污水净化的核心，如果真空阀失去打开和断开功能，那么所有污水就不会流经污水过滤管道，导致污水排放分离系统失去意义。真空阀体的直径一般为65 mm，真空阀必须采用 ABS 等坚固耐蚀材料，并具有良好的表面硬度和冲击强度。与此同时，真空阀门密封膜的寿命不能少于300，000 次。导流管的内壁平整，不会与污水产生摩擦，阻止污水的排放。当污水排放管道内部的气压超过1013.25 百帕，排水管道的真空阀门自动打开，通过真空快速吸收法测量污水管的速度，使测量管达到清洁状态。感应器管材可采用 PVC和 PVC制造。

2 基于冶金企业污水处理的真空排水分离系统应用

作为一种新型的排水系统，真空排水系统不但节水、环保，不会受到地形限制，易于安装，易于堵塞，具有较小的管径，经济效益良好。所以，该系统的应用范围也相当广。

我国越来越重视环境的可持续发展，城市公益污水的排放问题始终是城市环保部门最担心的问题。相对于传统的冶金企业污水排水处理，本文研究的基于生态排水的方法是通过对生活污水进行源头控制和资源回收利用，使生活环境对水系统的污染最小化，实现物质的良性循环。真空排水系统主要有污水收集单元、真空管网、真空泵站三个单元组成。污水以重力流汇入收集器箱体内，水位达到设定液位后，感应阀感应液位高度，启动控制器，开启真空阀，污水抽吸进入真空管道，经设定时间后，真空阀关闭，完成一次排污。排污流速是传统重力流的2—4 倍，并且管道不易堵塞。与传统方法相比，真空收集器设有压力保护，真空度低于设定下限，真空收集器不启动；压力高于设定下限，因此，真空收集器可以自动进行排污处理。另外，本文研究的排水系统可以保证污水排放的质量，通过三个真空收集槽收集污染程度不同的污水，所有资源经妥善处理后将回收利用。地因真空排水管具有密封性能好，不渗漏等优点，可在水源保护区中使用，避免漏水，污染水源，并可防止地下水反渗透到地下水位较高地区的污水管道中，形成污水处理厂。在湖的附近，海的附近，景点。灵活的真空排水系统，适用于旅游胜地、风景区等污水流量大的区域。排水管道不能一次性开发完成，因真空排水系统不需化粪池，检污井，提升泵站等辅助结构，安装方便快捷，适用于市政排水不畅的新开发区域。