1、浅谈负压排水式公厕系统在武汉山水园林城市的应用前景摘要 负压排水系统是由真空泵在封闭的排水管网中造成真空条件，通过虹吸作用产生的动力将污水抽入储粪罐中，再集中排入化粪池或掏粪车拉走。负压排水系统具有管道直径较小、安装无坡度要求、便于与其他各种专业管线进行协调、管道沿线不需要设置检查井等优点。由于管道处在负压状态下不存在输送介质漏露的问题, 因此在沿江、滨湖的公园，风景区，别墅区，水源保护区等特殊地区，负压排水式排污系统成为一种重要的排污方式。与传统的重力排水系统相比，负压排水式排污系统具有设备集中，各种设备数量较少，管理维护简单，投资相对低廉以及环境污染减少等优势。武汉是国家山水园林城市，保护
2、环境生态尤其是水资源少受污染甚至不受污染，是城市关注的首要任务之一。 关键词 生态排水 负压排水系统 源分离 中图分类号： S276 文献标识码： A 1 前言 2006 年武汉园林建筑规划设计院做东湖景区改造的设计，设计期间与武汉大学合作建设 3 座带有真空罐的负压虹吸式排水公厕，笔者有幸参与其中，对负压虹吸系统的工作原理、特点以及设备要求有了初步的了解和熟悉，同时也通过参阅其他有关虹吸排水系统的文献资料和工程实例进一步掌握负压虹吸系统的相关知识。1997 年，英国公共标准协会制定了针对虹吸排水系统的规范（BS EN1091：1997)；在美国的佛罗里达州，Englewood 住宅区，面积达
3、 114Km2,共 1700 户家庭，整个住宅区的室外排水系统均采用虹吸排水系统。结合武汉园林城市建设，充分挖掘山水资源，以水为核心，实施“绿满滨水”工程；以亲水为主题，综合改造“两江四岸”环境和东湖、月湖等风景区。因此，在武汉市生态建设的契机下，负压虹吸排水系统的使用前景将更加广阔。 虹吸排水系统是利用虹吸作用的工作原理，因此在安装排水管道时，摆脱了重力排水系统需设坡度的局限性，施工挖土量将大大减少，这将降低排水管网的施工造价；虹吸排水系统管网中，污水处于压力流状态，其流速远大于重力流中的污水流速，因而使排水干管的管径得以缩小两至三级，从而降低了排水系统的管材造价；借助于管道直径较小，安装无
4、坡度要求的优点，虹吸排水系统管道可以灵活地与其他各种专业管线进行协调，给设计施工带来极大方便。此外，在低洼地区、高地下水位地区以及地质条件不理想的地区，虹吸排水系统的排水优势将更加明显。值得一提的是，在一些排水管道必须穿越人工河道或人工湖泊的特殊场合，例如水上别墅群、绿色生态环保主题住宅小区以及以人工河道作为主要交通网络的住宅小区等，传统的重力排水系统将不再适用，更宜采用虹吸排水系统。现结合武汉及周边地区的实际状况，浅谈一下此种排水方式的应用前景。 2 负压排污系统的工作原理 负压排污已有 130 多年历史，19 世纪末曾在大城市（如德国柏林）的排水中得到广泛应用。其基本原理是利用负压作为动力
5、实现排水，即室内建筑卫生器具收集的污水通过重力排水管道流向负压管道，由真空泵在封闭的排水管网中造成真空条件，在负压驱动下，污水通过负压管道进入负压储粪罐，然后再排入化粪池或者掏粪车拉走。由于系统可利用 1 个集中的负压源实现排水，单个的负压源所覆盖的区域半径通常在2-5Km。所以负压排水系统在江海、湖滨、风景区、别墅区等得到广泛应用。由于负压排水管道在负压状态下不存在输送介质漏露的问题，因此在水源保护区等特殊地区负压排水成为一个重要的排污方式。 东湖负压排水系统流程图 1-1 东湖负压排水厕所系统图 1-2 3 与传统重力排水系统的比较 传统重力流排水管道埋深较深，工程投资大，管径大，排水干管
6、管径一般为 D200D500，不能灵活地与其他专业管线进行综合协调。在管线上设置的污水检查井，一方面虽然可以用以清通和检修，但另一方面却造成了环境问题；当汇集面积较大，室外排水管线较长时，为了满足管坡度线要求，往往需要较大的埋深，这也意味着大规模的土方开发及回填。尤其是在建筑住在密集、街道狭窄、建筑扰动性差，传统的重力排水工程实施难度大，污水收集效果不明显。相对而言，负压排水系统的工作原理就比较简单，其系统的主要组成部分也并不复杂，与传统的重力排水系统比较有一定的优势，主要体现在：由于负压排水系统是利用虹吸作用的原理，因此安装排水管道时，无需满足重力系统的坡度要求，而只需满足 0.7 米的覆土
7、要求。这就意味着管道安装时的土方开挖及回填量将大大减少，从而降低了排水管网的施工造价。另一方面，负压排水系统管网中，污水处于压力流状态，其流速远大于重力流中的污水流速，因而使排水干管的管径得以缩小两至三级，从而降低了排水系统的管材造价。负压排水系统的管道直径较小，安装无坡度要求，相当于压力管道，使管道施工过程中管道铺设更加灵活,在一定范围内可以灵活地与其他各种专业管线进行协调，给市政工程的设计施工带来极大方便。此外，在管道敷设时无需考虑坡度改变对污水排放的影响，即使遇到不太理想的地质条件，也不需要做混凝土的管道基础，只需做砾石和细砂垫层，这在另一方面也降低了管道基础的材料及施工造价。 由于负压
8、排水系统是一个密封的系统，且排水管道中的污水处于压力流状态，负压“抽”厕后的粪尿、粪便、卫生纸等自然破碎，介质流动性好, 污水流速远大于重力系统中的自重流速，管道一般情况下不会出现堵塞现象。同时，由于负压系统管道中的水流速度远大于传统重力流排水管道中的流速，因此卫生器具清洗时，能最大程度的节省冲厕用水，达到节约用水的目的。另外，在管道沿线不需要设置检查井，这不仅免去了施工图设计时烦琐的标高计算，也节省了构筑检查井的施工费用，更重要的是避免了检查井的发臭以及溢水现象，实现了改善环境，节约资源的要求。 负压排水系统与重力排水系统相比虽然节省了一次性投资，改善了周边的环境，但对于单个建筑一对一运行费
9、用无优势可言，若在几公里范围内，如果一个设备负担 25 公里范围内的所有排水，则运行成本要小的多，适用于辐射范围较大的区域。从长远的发展角度来看，具有很强的排污效益、经济效益和环保效益。另外，虽然负压排水系统的施工量较小，但由于该系统对管道的气密性较重力排水系统高，因而对施工质量的要求也更高。 4 与传统压力流系统的比较 传统的压力流系统一般都是靠水泵系统的加压抽吸实现排水，通常做法是将增压装置引入排水系统，水流受自身同理之外又增加了水泵给予的外力，水流在压力管道中更容易以流态稳定的压力流排出系统。由于大多数建筑都是单独各自设置两套水泵系统（一备一用） ，一个污水池，设备投资较大，日常运行维护
10、费用较高，而且管理麻烦，经济效益较低；由于污水泵直接伸入污水中，污水中的杂质易将泵轴缠绕或者污物在水泵管道系统内沉积而发生堵塞，从而造成系统的瘫痪，而负压系统电动设备不与介质直接接触，设备故障维修机率要小得多。 5 负压排水系统在武汉的使用前景 武汉是一个湖多水多的城市，许多公共建筑、居民住宅都临水而建，尤其在周边县城，由于配套污水处理系统的不完善，许多生活污水直接就近排入江河，造成严重的水体污染。而城市临水建筑的排水管道出口一般都较低，如果采用直接将生活污染排入市政排水管道，则会导致加大市政管道的埋深，增加建设投资；如果采用污水泵抽吸提升，对于较分散的建筑，则需根据建筑物的数量建设相同数量的
11、泵池，建设成本和运行维护费用较高，而且管理难度大；更有甚者，偏远的郊区没有排污管道，采用传统干厕的厕所，卫生条件差，环境污染大，而且容易传染病菌。 笔者所在的公司在做月湖项目时，由于单体建筑的分布较为分散，甚至有些建筑物建在湖中的岛上，为了避免污水排水管道过低而排入城市干管同时又不影响美观，我们设计的方案采用分散布置较多的水泵、污水池配套设施的措施，然而，这种做法对于设备长期运行维护，管理检修较麻烦，而且投资也相对较高。如果采用负压排水系统，则排水设备集中，数量减少，管理维护简化，整体投资也会有适当减少。 又如公司在做黄陂公园项目时，由于现阶段黄陂没有污水处理厂，采取的是将污水汇集起来直接排入
12、江河，这将直接对周边水质造成污染，既增加江河的净化负担，也对周边居民的生活用水构成威胁。在村镇如果采用冲水马桶和流行的城市排水模式，粪尿上百倍的被稀释，不仅得不到回收利用，而且容易造成水体污染。随着生活水平的提高、污水量的增加以及环保要求和环境标准的不断提高，边远分散的生活污水同样需要收集和处理。采用城市已有的下水道、污水处理厂模式或储存、车运、集中处理站处理等方式的费用都太高，而采用干厕收集处理粪尿便成了一个重要的替代方案：源头清污分离的负压排污。这种排污方案中生活杂排水和雨水等由于污染负荷低, 根据地形地貌的具体条件采用低能耗低成本甚至无能耗的途径得到有效净化后直接排放，避免这类污水输运所
13、带来的额外费用；而粪尿则通过负压排水系统单独收集、输送和处理，单独对少量的粪尿污水进行远距离输送, 可降低系统总体能耗，此举既能减少对水体的污染，又可将厕所排水中的杂质浓缩后进一步加工处理，变为农田的有机肥料。 今年四月，武汉市政府再次启动创建国家卫生城市的攻坚行动，力争于明年摘下“国家卫生城市”这一城市荣誉品牌，规划到 2014 年，力争将武汉建设成天更蓝、水更清、草更绿、空气更洁净、市容更优美、食品更安全、居民更有尊严的国家卫生城市。 “国家卫生城市”对于一个城市，早已超越了荣誉本身，这个称号，不仅仅是一种名片效应，更能给居民一种舒适、愉悦感，为市民创造良好的居住环境。而创建国家卫生城市有
14、 10 个必备条件和 10 方面等 66 条考核内容，十个必备条件首要的两个条件分别是：1.城市生活垃圾、粪便无害化处理率90%；2.城市生活污水集中处理率85%，这就对排水排污系统工程的建设提出严峻的考验，负压排污系统凭借优越的特点将会赢得更加广阔的应用前景。 6 结束语 城市传统排水模式（重力流加泵站）在经济性上有很大的局限性，压力或负压排水将成为重要的替代方案。源头清污分离的负压排水模式在舒适度、卫生、节水、经济性和生态方面具有显著优势，在武汉滨江、湖、风景区、别墅区有很大的应用空间，尤其对于那些靠山吃山靠水吃水的地方，保护水资源更是刻不容缓的责任。 武汉城市及周边地区有大量内湖，东湖、金银湖、汤逊湖、墨子湖等等，众多的湖泊和水体的周围正处于不断的建设和开发中，我们既要让湖水给人们创造美好的生活又要保护它不被污染，这就要求我们对周边的建筑及居民生活排水的处理有一个长远的规划，如果经过实践验证并在设计施工中积累足够的经验，负压排水系统将会在武汉有很大的应用前景。
