真空排水技术在老城区滨河带截污工程中的应用研究

论文摘要

本课题针对老城区滨河带重力截污所面临的问题，通过设备开发和选型研究搭建了滨河带真空截污模拟系统，初步探讨了真空管道污水输送的流态与机理，进行了水力学输送特征实验，并结合国外设计经验探索了真空截污系统的设计计算方法；基于上述研究设计并建成了常州北市河滨河带真空截污示范工程，并对工程效果及环境效应进行了相关评价。（1）开发了电动控制阀及浮球式、压力感应式真空界面阀，阀流通能力2.57L/s，负压耗损、介质敏感性能达到EN1091:1996标准；适宜于真空管道的最佳管材是价值系数最高的HUPV给水塑料管，抗压强度要求>1.0MPa；真空泵推荐使用水环式，排污泵推荐选择无堵塞类，具体型号应结合设计参数和泵站设置方式选择。（2）真空截污系统流态特征表现为气压差以动力波、滚动波和干扰波的形式传递，气液两相依次形成环状流、弹状流、波状流及分层流。动力特征表现为初始负压决定传输能力，批容量决定容纳来水能力。在真空管径为50mm，初始负压>30kPa时平均传输流量为34L/s，流速在1.22.2m/s。气液比影响传输体积及传输效率。能效特征表现为真空泵的能耗与来水流量和保压区间有关，污水泵能耗与真空罐负压及平衡管设置方式有关。（3）分析了气液比，管径，系统收集能力等关键参数，一般气液比的选择范围为212，管径为DN65250，系统最大提升高度5m，最大收集半径2500m。提出了系统各单元的设计计算公式，总结出以真空阀井局部伺服负压反算系统维持压力和真空泵站保压区间的优化设计计算方法。（4）设计了北市河真空截污工程，并进行了效果监测。监测结果表明系统每小时负压漏损率<5%，日收集污水量为50220m3；系统室内突发噪声最大为91.9dB，室外为70.3dB，达到企业及城市区域标准；泵站周边未检出H2S和NH3（检测浓度范围0200ppm），表明系统不存在噪声及臭气问题；从经济投资及截污效果看真空截污系统不适用在常规条件下推广，而应该作为重力排水系统的补充在特殊地形地质等区域推广使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 真空排水系统组成及工作原理
• 1.2.2 真空排水系统研究进展
• 1.2.3 滨河带真空截污系统概念的提出
• 1.3 论文研究目的及各部分主要内容
• 第2章 关键装置开发与模拟系统构建
• 2.1 真空界面阀关键装置开发
• 2.1.1 电动控制阀
• 2.1.2 浮球式真空界面阀
• 2.1.3 压力感应式真空界面阀
• 2.1.4 性能测试与比较
• 2.2 真空管材性能比选研究
• 2.2.1 样品采集与功能分析
• 2.2.2 管材物化性能研究
• 2.2.3 利用价值分析原理综合比选
• 2.3 真空泵站设备选型
• 2.3.1 真空泵
• 2.3.2 排污泵
• 2.4 真空截污模拟系统构建
• 2.4.1 控制动作
• 2.4.2 检测方法
• 第3章 真空排水系统输水特征研究
• 3.1 真空排水系统输水机理研究
• 3.1.1 气液两相流流态观察
• 3.1.2 输水机理阐述
• 3.2 真空排水系统动力学特征研究
• 3.2.1 动力学特征的表征方法
• 3.2.2 动力学特征实验结果及分析
• 3.2.3 动力学方程的建立
• 3.3 真空排水系统能效特征研究
• 3.3.1 能效特征的表征方法
• 3.3.2 能效特征的实验结果及分析
• 3.3.3 能效方程的建立
• 第4章 真空排水系统设计计算与稳定运行
• 4.1 设计参数及输送能力
• 4.1.1 设计流量
• 4.1.2 系统真空度
• 4.1.3 气液比 ALR
• 4.1.4 系统收集能力
• 4.2 设计方法
• 4.2.1 真空阀井
• 4.2.2 真空管网
• 4.2.3 真空泵站
• 4.3 系统运行与维护
• 4.3.1 设计方法优化
• 4.3.2 系统稳定运行
• 第5章 示范工程建设与效果评估
• 5.1 示范区概况
• 5.2 系统设计与计算
• 5.2.1 真空阀井设计
• 5.2.2 真空管网设计
• 5.2.4 真空泵站设计
• 5.3 运行监测与绩效评估
• 5.3.1 运行效果评估
• 5.3.2 经济性能评估
• 5.3.3 截污现状改善效果评估
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录 A 实验模拟系统及气动界面阀照片
• 附录 B 北市河真空截污工程设计图纸
• 附录 C 北市河真空截污工程现场照片
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果