Вакуумная канализация - Vacuum sewer

Похоже, что один из основных авторов этой статьи тесная связь со своим предметом. Может потребоваться очистка для соответствия политике содержания Википедии, в частности нейтральная точка зрения. Пожалуйста, обсудите подробнее страница обсуждения. (Октябрь 2019) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Схема вакуумной канализационной системы

А вакуумный туалет в Лау Фау Шань Карусель в Гонконг

Переносная вакуумная канализационная система на днище вагона, обслуживающая вакуумный туалет и раковину внутри поезда.

А вакуумная канализация или же пневматический канализация система - это способ транспортировки сточные воды от истока к очистные канализационные сооружения. Он поддерживает частичный вакуум, с давление воздуха ниже атмосферное давление внутри трубопроводной сети и сборного резервуара вакуумной станции. Клапаны открываются и закрываются автоматически при использовании системы, поэтому перепад давления может поддерживаться без затрат на перекачку энергии. Одна центральная вакуумная станция может собирать Сточные Воды нескольких тысяч индивидуальных домов, в зависимости от местности и местной ситуации.^{[1][нужен лучший источник ]}

Впервые вакуумные коллекторы были установлены в Европе в 1882 году. Голландский инженер. Чарльз Льернур впервые применил дренаж отрицательного давления в канализации во второй половине 19 века.^{[2][неосновной источник необходим ]} Техническое внедрение систем вакуумной канализации началось в 1959 году в Швеции.^{[нужна цитата ]}

Исторически вакуумные коллекторы были нишевый продукт, используется только в поезда, самолеты, и равнинные участки с песчаными почвами и высокими столбы грунтовых вод. Гравитационные коллекторы использовались для большинства применений, потому что, хотя вакуумные коллекторы были дешевле в установке, их было дороже поддерживать. В 20-м веке технология вакуумной канализации значительно улучшилась: датчики обнаружения неисправностей уменьшились. эксплуатация и обслуживание затрат, и некоторые операторы теперь считают, что использование вакуумных коллекторов может быть дешевле, чем обычных самотечных коллекторов.^[3]

Основные элементы

А визитка вакуумного клапана

Воспроизвести медиа

Аналогичное открытие и закрытие вакуумного клапана

Вакуумная станция для школьника общежитие в Норвегия, обеспечивающий отсос для всех вакуумных туалетов в общежитии

Вакуумная станция в Хупере, штат Юта.

Основными компонентами вакуумной канализационной системы являются сборные камеры и детали вакуумного клапана, коллекторы, центральная вакуумная станция, а также компоненты контроля и управления.

Некоторые вакуумные системы имеют вакуумные туалеты подключаются непосредственно к вакуумной линии, для промывки которой требуется меньше воды (менее четверти литра на промывку).^[4] Другие используют стандартный гравитационный дренаж на первом этапе сбора; сточные воды самотеком стекают из каждого дома, как в стандартной системе. Сбрасывается в сборник отстойник который может собирать сточные воды из 2-6 домов и расположен в общественной зоне.

Вакуумная технология основана на дифференциальном давлении воздуха. Пластинчато-роторные вакуумные насосы создают рабочее давление от -0,4 до -0,6 бар на вакуумной станции, которая также является единственным элементом вакуумной канализационной системы, на которую необходимо подавать электричество.

Интерфейсные клапаны устанавливаются внутри сборных камер. Они работают пневматически. После достижения определенного уровня заполнения внутри этого отстойника открывается интерфейсный клапан. Импульс на открытие клапана передается блоком управления с пневматическим механическим управлением. Для открытия или закрытия клапана не требуется электричества. Энергию дает сам вакуум.

Когда клапан открыт, возникающий перепад давления между атмосферой и вакуумом становится движущей силой и транспортирует сточные воды и воздух к вакуумной станции. Помимо этих сборных камер, никаких других люков ни для изменения направления, ни для осмотра или подключения ответвлений не требуется. Благодаря высокой скорости потока в системе не возникает засоров и отложений.

Большие системы с многочисленными сборными камерами выигрывают от наличия системы мониторинга для удаленного контроля вакуумных клапанов и отстойников. Такие системы позволяют намного быстрее устранять неисправности и упростить профилактическое обслуживание сборных камер и клапанов. Однако системы мониторинга являются дополнительными системами и не требуются для работы вакуумных канализационных систем.

Считается, что системы вакуумной канализации не подвержены экс- и инфильтрации, что позволяет использовать их даже в водоохранных зонах. По этой причине линии вакуумной канализации можно даже прокладывать в той же траншее, что и линии питьевой воды (в зависимости от местных норм).

Для обеспечения надежной транспортировки вакуумный канализационный трубопровод укладывается пилообразным (продольным) профилем.^[5] Весь вакуумный коллектор заполнен воздухом под давлением от -0,4 до -0,6 бар. Наиболее важным аспектом для надежной работы является соотношение воздуха и жидкости. Когда система хорошо спроектирована, сточные воды содержат очень небольшое количество сточных вод. Соотношение воздух-жидкость обычно поддерживается за счет одновременного сбора жидкости / воздуха или контроллеров, которые регулируют время открытия в соответствии с давлением в системе.

Канализацию можно прокладывать на ровной местности, а части могут течь вверх (в определенных пределах). Пилообразный профиль обеспечивает неглубокие канализационные трубы;^[5] в безморозном климате глубина траншеи может быть порядка 1,0 - 1,2 м. Напротив, гравитационные коллекторы нужен монотонно уклон не менее 0,5 - 1,0%, что может означать необходимость дорогостоящих траншейных и насосных станций.

Как только сточные воды попадают в вакуумный сборный резервуар на вакуумной станции, они перекачиваются в точку сброса, которой может быть гравитационный коллектор или станция очистки. Поскольку время пребывания сточных вод внутри системы очень короткое, а сточные воды постоянно смешиваются с воздухом, сточные воды остаются свежими и предотвращается любое загрязнение внутри системы (меньше H₂S).

Преимущества

Минимальное нарушение работы вакуумной канализации

• закрытая система с механическим / пневматическим управлением с центральной вакуумной станцией. Электроэнергия нужна только на этой центральной станции.
• отсутствие седиментации благодаря самоочищающимся высоким скоростям
• намотка и обслуживание канализационных линий не требуется
• люки не требуются
• Обычно требуется только одна вакуумная насосная станция, а не несколько станций в гравитационных сетях и сетях низкого давления. Это освобождает землю, снижает затраты на электроэнергию и снижает эксплуатационные расходы.
• инвестиционные затраты могут быть снижены до 50% за счет простой рытья траншей на небольшой глубине, близко к поверхности
• гибкость трубопроводов, препятствия (в виде открытых каналов) могут быть превышены или недооценены
• сокращенное время установки
• канализационные трубы малого диаметра из материалов ПНД, ПВХ; экономия материальных затрат
• аэрация сточных вод, без выработки H₂S, с его опасностями для рабочих, жителей, а также коррозии труб можно избежать; сточные воды остаются свежими
• отсутствие запахов по закрытой вакуумной канализации
• отсутствие проникновения ливневой воды, следовательно, меньшая гидравлическая нагрузка на станция очистки сточных вод
• отсутствие утечек сточных вод (вакуум позволяет избежать эксфильтрации), что является не только преимуществом для окружающей среды / здоровья населения, но также делает ремонт труб более легким и более гигиеничным для ремонтных рабочих^[6]
• коллекторы можно прокладывать в одной траншее с другими водопроводами, в том числе с питьевой или ливневой водой, а также в водоохранных зонах.
• Снижение затрат на обслуживание в долгосрочной перспективе благодаря неглубокой рытью траншей и простому выявлению проблем^[7]
• В сочетании с вакуумными туалетами он создает концентрированные потоки отходов, что позволяет использовать различные методы очистки сточных вод, такие как анаэробная очистка.

Недостатки

Знак, указывающий на подземную вакуумную канализацию в Германия.

• вакуумные системы не способны транспортировать сточные воды на очень большие расстояния, но могут перекачивать большие расстояния от вакуумной станции до следующей станции очистки сточных вод или основной самотечной канализации.
• системы вакуумной канализации предназначены только для сбора сточных вод в отдельной системе (не для сбора ливневых вод)
• линии могут достигать 3–4 км, проложенных на ровной местности (ограничения системы из-за потерь напора (3-4,5 м) (трение и статика))
• системы должны разрабатываться с помощью опытного производителя (концепции обычно бесплатны)
• требуется внешняя энергия на центральной вакуумной станции; аварийный источник питания, такой как резервный генератор, необходим на случай отключения электроэнергии.^[8]
• могут возникать запахи вблизи вакуумной станции, может потребоваться биофильтр
• целостность стыков труб имеет первостепенное значение
• смазка может забить сенсорную трубку (при неправильной настройке), что потребует профилактической очистки
• вакуумные клапаны могут застрять в открытом положении, что приведет к падению давления во всей системе. Тем не менее, система мониторинга может помочь немедленно определить застрявшие открытые клапаны.

Приложения

Вакуумные канализационные системы могут быть предпочтительной системой в определенных обстоятельствах, например:

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 промываться синим дезинфицирующим раствором, а не водой.^[4] Используется переносная сборная камера; если он наполняется из промежуточной вакуумной камеры, в нем нет необходимости держать вакуум.^{[10][нужен лучший источник ]}

Сухие участки

Нехватка воды во многих странах и серьезные меры по экономии воды привели к проблемам со старением гравитационных сетей из-за засорения трубопровода твердыми частицами. Вакуумные системы экономят воду.

Заболоченная, каменистая или вечная мерзлота

Плоский местность неблагоприятная почва (каменистая или болотистая почва) или высокий уровень грунтовых вод (требующий обезвоживания траншей) могут значительно удорожать системы самотечной канализации. Вакуумные коллекторы имеют небольшой диаметр и протекают внутрь, а на незамерзающих участках их можно прокладывать близко к поверхности в небольших траншеях.

Водоохранные зоны, природопользование

Вакуумные коллекторы могут проходить через водоохранные зоны и зоны с чувствительным высоким уровнем грунтовых вод, потому что нет опасности испортить ресурсы подземных вод (вакуумные коллекторы имеют высокую герметичность из-за своего материала; и если они протекают, они протекают внутрь). Вакуумные системы используются во многих экологически чувствительных районах, таких как эко-курорт Couran Cove недалеко от Барьерного рифа в Австралии. Они также использовались для замены септиков для снижения уровня азота в грунтовых / поверхностных водах.^[11]

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

Сезонный морозный климат

Если зимой температура в помещении опускается ниже нуля, вакуумная линия находится ниже отметки линия мороза, в земле, которая остается незамерзающей круглый год (как и обычные самотечные коллекторы). Клапаны, приемные ямы, воздухозаборники и системы управления должны быть спроектированы таким образом, чтобы они продолжали работать, несмотря на холод, снег и лед. Датчики контроля температуры также входят в стандартную комплектацию, поэтому проблемы можно заметить на ранней стадии.

В случае Plum Island (Массачусетс), остров был склонен к отрицательным температурам и сильному снегопаду, что изначально затрудняло обнаружение потенциальной проблемы. Изменения в их настройке приямка и мониторинг приямка клапана помогли с техническим обслуживанием.

Во многих скандинавских странах используются вакуумные коллекторы, поэтому полезно иметь какой-нибудь маркер или систему мониторинга для определения местоположения клапанов, когда они находятся под снегом на длительное время.

Низкая или сезонная плотность населения

При более низкой плотности населения затраты на сборные камеры и вакуумные станции менее важны, чем затраты на установку труб, а для самотечных канализационных коллекторов, насосных станций и т. Д. Пневматические трубы, как правило, меньше, чем гидравлические с самотеком.^{[нужна цитата ]} В безморозном климате трубы для вакуумной системы также могут быть заглублены на более мелкую глубину, чем для гравитационной системы.

Высокая удельная длина трубопровода, когда необходимая длина трубы превышает ~ 4 метра на человека^{[нужна цитата ]}, сделает вакуумную систему дешевле.

В сезонных поселениях (зоны отдыха, кемпинги и т. Д.) С обычными самотечными канализационными системами легко могут возникнуть проблемы с отложениями, поскольку не происходит автоматического смыва ежедневными сточными водами. Высокая скорость потока в вакуумных коллекторах предотвращает такие проблемы с отложениями. По этой причине на гоночных трассах Формулы-1 в Шанхае и Абу-Даби используется вакуумная канализационная система.^{[нужна цитата ]}

Исторические сайты

Боковая дорога в Flavigny-sur-Ozerain там, где было бы сложно установить обычную самотечную канализацию.

В исторических местах могут быть старые здания, узкие улочки и крутые склоны. Туризм также может вызывать сильные сезонные колебания плотности населения. Вакуумные канализационные системы могут быть выбраны за их быструю (избегая конфликтов с дорожным движением и туризмом), рентабельную и гибкую установку. Примеры включают Flavigny-sur-Ozerain, Франция, и Хасаб и Аль Сиб в Оман.

Уход

Вакуумные канализационные системы можно настроить таким образом, чтобы они собирали концентрированный черная вода (сточные воды туалета) только с серая вода из раковин и ванн, собираемых отдельно (серую воду лечить намного легче, чем с черной водой). Твердые биологические вещества из вакуумной системы не нужно разбавлять промывочной водой.

Системы канализации обычно термофильный компост биологические твердые вещества которые были отделены и обезвожены из стандартной самотечной канализации.^[12][13] Этот процесс будет проще, если твердые биологические вещества никогда не поливать.

Компостирование при высоких температурах убивает болезнетворные микроорганизмы и семена.^[13][14] Компост из биотвердых веществ необходимо компостировать при высоких температурах.^[15]

Сточные воды также можно очистить в анаэробный процесс с производством биогаз. Такой дизайн может повысить устойчивость водной инфраструктуры.^[16]

Примеры

Арктический

• в Берингов пролив регион Западная Аляска как родная деревня Савунга, расположен на Остров Святого Лаврентия, население 600, и коренное село Святой Михаил расположен на Norton Sound, уже много лет используют вакуумные канализационные системы.^{[нужна цитата ]}
• Селавик, обновила свою вакуумную канализационную систему в 2014 году, сэкономив более 217 000 долларов в год на расходах на электроэнергию.^[17]

Засушливые регионы

• Особенно на Ближнем Востоке (Объединенные Арабские Эмираты, Катар, Бахрейн, Оман) вакуумные канализационные системы становятся все более и более важными из-за простой и быстрой установки, а также эффекта экономии воды и простоты обслуживания.
• Пальмовый остров Джумейра, расположенный на побережье города Дубай, Объединенные Арабские Эмираты, имеет низкий, равнинный рельеф, с высоким уровнем грунтовых вод, водоохранную зону, необходимость сохранения пресной воды и низкую плотность населения. Поэтому здесь установлена ​​вакуумная канализационная система. Прибл. К этой вакуумной канализационной системе будут подключены 23 000 человек (или 2 000 зданий). В системе всего одна центральная вакуумная станция, обслуживающая 40 км канализационной сети. Вакуумная станция считается самой большой вакуумной станцией в мире.^{[1][неосновной источник необходим ]}
• Эко-город Масдар, ОАЭ, также использует вакуумную канализационную систему для отделения серой воды от черной.
• В последнее время вакуумные канализационные системы становятся популярными также для промышленных и коммерческих проектов, где образуется лишь небольшое количество бытовых сточных вод и где гибкость вакуумной канализационной системы позволяет легко координировать работу с большим количеством других наземных коммуникаций. Хорошие примеры можно снова найти на Ближнем Востоке, например, в некоторых небольших промышленных районах в эмирате Рас-эль-Хайма или недавно построенном алюминиевом заводе Qatalum в Катаре, крупнейшем в мире заводе по производству первичного алюминия.
• Системы вакуумной канализации используются не только в Европе или на Ближнем Востоке, но даже в слаборазвитых странах третьего мира. Несколько вакуумных канализационных систем уже построены или строятся в настоящее время в Африке (Южная Африка, Ботсвана, Намибия) для поселков и сельских районов, где в полной мере реализованы преимущества быстрого времени строительства, экономичной прокладки траншей и высокой гибкости.
• Австралия была одним из крупнейших пользователей вакуумных канализационных систем из-за низких затрат на установку и эксплуатацию. На сегодняшний день самая крупная система была установлена ​​в районе Чайных садов в Новом Южном Уэльсе, который в конечном итоге будет обслуживать более 4500 домов. В Водная корпорация в Западной Австралии считается крупнейшим владельцем вакуумных систем в мире, и в настоящее время они контролируют более 30 систем.

Зоны с высоким уровнем грунтовых вод

• В Соединенном Королевстве хорошо развиты системы вакуумной канализации. Наиболее широко обслуживаемым регионом являются низменные болота восточной Англии. Высокий уровень грунтовых вод (в некоторых случаях менее 1 метра ниже поверхности) и плохие грунтовые условия привели к тому, что местная водопроводная компания Anglian Water приняла решение использовать вакуумную канализацию, воспользовавшись необходимостью системы для прокладки канализационных труб малого диаметра. в неглубоких траншеях, что резко снижает потребность в насосных станциях, как того требуют обычные системы самотечной канализации. Самая большая система вакуумной канализации в этом регионе обслуживает деревни Аутвелл и Апвелл; четыре станции вакуумного сбора обслуживают около 1500 домов в этой агломерации. Исходя из первоначальной стоимости обычного самотечного коллектора для обслуживания территории, ранее обслуживаемой бытовыми отстойниками, на этом объекте потребовалось бы установить 32 насосные станции. С помощью вакуумной канализации это количество насосных станций было сокращено до четырех вакуумных станций. Другие компании в Великобритании, такие как Southern Water, также используют вакуумные канализационные системы.
• В северной Германии с 1970-х годов работает несколько сотен систем.^{[нужна цитата ]} Планируется больше.^[18] Гамбург Планировалось, что установка Jenfelder Au на 770 единиц будет с вакуумной канализацией.^[16]
• Город Ocean Shores, Вашингтон является хорошим аргументом в пользу надежности и долговечности вакуумной канализации. Вакуумная система города - одна из крупнейших в мире, и к тому же она зрелая; большинству его компонентов более 20 лет, и они должны работать в сложных условиях эксплуатации наряду с гравитационными канализационными системами и системами измельчения.^[19]
• Графство Сарасота, Флорида^[20] и другие населенные пункты во Флориде приняли вакуумные системы, в некоторых случаях в качестве анти-эвтрофикация мера.^[21]
• Город Гвоздика, Вашингтон^[22] разрабатывает систему сбора, включающую вакуумные коллекторы.
• Хорошие примеры можно найти на Мальдивах, в проекте WATSAN после цунами UNICEF - UN, где на нескольких островах вакуумные канализационные системы были лучшим вариантом. Еще несколько проектов, в основном для курортов, уже реализованы на Мальдивах.

Участки с сезонными заморозками

• Самая большая установка в Европе (несколько вакуумных станций) находится в Герасдорфе (недалеко от Вены), Австрия, где многие преимущества вакуумной канализационной системы помогли преодолеть сложные условия в этой горной местности.
• Эстония есть вакуумная канализация.^{[23][нужен лучший источник ]}
• Польша есть вакуумная канализация.^{[23][нужен лучший источник ]}

Руководящие технические руководящие принципы и нормы

• EN 1091
• DWA-A 116-1 (также известный как ATV-DVWK-A 116, часть 1)
• ВЭФ (Федерация водной среды) Альтернативные канализационные системы (второе издание - 2008 г.)
• WSA 07 (Кодекс Австралии)
• AS 4310-2004 (Австралийский стандарт для вакуумных клапанов)

Смотрите также

• Гравитационная канализация (более распространенная конкурирующая система)
• Компостирующий туалет (приложение для вакуумных туалетно-канализационных систем)
• Пневматика

Рекомендации

Процитированные работы

• Гиббс, Стив (30 сентября 2015 г.), «Crystal River работает над спасением ламантинов и местной экономики», informinfrastructure.com, Информированная инфраструктура
• Гиббс, Стив (18 октября 2016 г.). «Поддержание чистоты берегов океана: прибрежный городок полагается на вакуумную канализацию». informinfrastructure.com. Информированная инфраструктура.