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内容简介

　　《真空排水系统的原理与设计》介绍了真空排水系统的基本概念、发展历史、分类、应用概况及适用范围；展示了两种真空排水终端及其专用阀件；阐述了真空排水管道的设计原理、流体及流动特性、逐级输送机理与真空排水管网的设计方法；论述了真空排水管道的气�惨毫较嗔魈迥Ｐ图捌涫�值模拟技术与常见真空泵站的设备选型方法，对系统能耗进行了分析；通过设计实例，简要介绍了交通领域的真空集便装置，扩展介绍了真空收运技术在城市垃圾收集上的应用；附录给出了真空系统的常用数据、长途客车真空卫生间标准（草稿）及室外真空排水系统设计实例中的管网设计图。《真空排水系统的原理与设计》使读者对真空收运系统有更具体、清晰的认识。《真空排水系统的原理与设计》可作为高等学校环境工程、给排水等专业的本科生及研究生的参考读物，也可供从事市政工程、给排水工程的工程技术人员阅读。

作者简介

　　周敬宣，华中科技大学科学与工程环境学院环境工程系教授，博士生导师。从事环保设备、噪声控制、生活垃圾分类收运研究；在战略环境评价、环境规划理论的教学与科研中有所积累。完成五十多项科研课题，取得一批成果。对环保节水真空厕所及污水收运系统进行了长期研究，有两项成果通过湖北省、武汉市科委组织的专家鉴定，获得三项国家发明专利、四项实用新型专利。编写《环境规划新编教程》《中国战略环境评价若干关键问题的探讨》《环保设备及课程设计》《环境与可持续发展》《可持续发展与生态文明》等书，在国内外重要刊物上发表学术论文百余篇。
　　
　　李旻，就读于华中科技大学环境科学与工程学院，于2006获得学士学位，硕博在读期间师从周敬宣教授，并于2011年获得博士学位。在校期间一直从事真空排水系统基础理论和应用技术的研究，以第一作者的身份发表论文十余篇。2011—2012年，在中信建筑设计研究总院从事建筑领域环保工作；2012年4月至今，在济南轨道交通装备公司环保工程研究所从事真空排水系统及相关领域的科研和设计工作。

目录

第1章 真空排水系统概述
1.1 基本概念
1.2 真空排水系统的发展历史
1.3 真空排水系统的分类
1.4 真空排水系统的组成
1.5 真空排水系统的应用
1.6 真空排水系统的适用性

第2章 真空排水终端的原理与设计
2.1 概述
2.2 真空集水单元
2.3 真空便器
2.4 真空界面阀
2.5 真空排水终端的数学模型

第3章 真空排水管道的输送机理
3.1 概述
3.2 真空排水管道内的流体性质
3.3 真空排水管道内的流动特征
3.4 污水的逐级输送机理
3.5 系统收集半径的估算

第4章 真空排水管网的原理与设计
4.1 一般设计流程
4.2 设计流量
4.3 气液比
4.4 室外系统的管路设计
4.5 室内系统的管路设计
4.6 管网水力模型及计算

第5章 真空排水管道的数值模拟
5.1 概述
5.2 真空排水管道的双流体模型
5.3 边界条件及处理方法
5.4 水平管道的模拟
5.5 锯齿形管道的模拟
5.6 U形提升管道的模拟
5.7 室内集水单元的模拟

第6章 真空排水泵站的原理与设计
6.1 真空站的类型及原理
6.2 设备选型方法
6.3 真空站的数学模型
6.4 系统能耗分析

第7章 真空排水系统设计实例
7.1 设计流程
7.2 设计实例一：某旅游度假村真空排水系统
7.3 设计实例二：某工业园真空排水系统改造

第8章 真空集便装置简介
8.1 概述
8.2 真空保持式集便装置
8.3 真空推拉式集便装置
8.4 真空在线式集便装置
8.5 其他形式的真空集便装置
8.6 应用实例：长途客车真空卫生间系统

第9章 真空垃圾收集系统简介
9.1 概述
9.2 国内外应用概况
9.3 工作原理
9.4 系统分类
9.5 系统特点
9.6 技术关键
9.7 收集范围
9.8 真空碎纸收集系统
9.9 应用实例
参考文献

附录A 真空常用数据表
附录B 长途客车真空卫生间标准（草案）
附录C 设计实例-管网设计图

精彩书摘

　　1.5 真空排水系统的应用
　　下面将列举几个国内外应用真空排水系统的典型案例：
　　（1）迪拜“棕榈岛”的真空排水系统
　　目前，世界上最大的真空排水系统是2008年建成投入使用的迪拜的“棕榈岛”（图1 7）的真空排水系统。系统目前服务于2000幢别墅，包括900个真空污水收集装置、40公里的真空管道和世界上最大的真空站。该真空排水系统将污水输送到“棕榈岛”的“躯干”部位的污水处理厂。处理后的污水不会排放到海里，而用于“棕榈岛”景观美化，灌溉花草，减少对脱盐水的需求。
　　（2）位于意大利威尼斯的Costruzioni Dondi工程
　　1999年，威尼斯的SS.Giovanni E Paolo医院的建设项目，需建立相应配套的污水收集系统。最初尝试用重力排水系统，但由于施工过程中种种困难而不得不停止改用了真空排水方案，整个系统共有53个用户端，用户端采用的是3英寸的界面阀。这主要是因为威尼斯是一个水城，管道埋深不能太大。Costruzioni Dondi工程说明了真空排水是威尼斯城唯一可行的污水收集方案。
　　（3）位于美国华盛顿州的西海岸工程
　　该海滨长6英里、宽2英里，西面是太平洋，东面是Greys海港。整个区域内还有很多的湖和沟渠。整个项目建于1994年，完成于1999年。由于区域被湖和沟渠分开，整个区域内建立了7个真空站，真空管线总长154千米，安装了5400个阀井为10000多家用户服务。
　　（4）马来西亚Langkawi酒店室外排水设计工程
　　马来西亚Langkawi酒店建在海上,基座用混凝土钢柱架在海平面5米以上,整个区域地势低洼，酒店地面标高比岸边平均低2至3米。传统重力管道铺设一是铺设湖底，带来污染隐患，违反了当地环境保护条例，二是在酒店内部设集污坑，由潜污泵输送至岸边市政管网，但管道铺设需有坡度同时也给整个景区带来负面影响。采用真空排水系统，将真空管道直接安装在桥架下，管径小，铺设任意灵活。真空站建在位于酒店背后的岸边，排除了业主对噪音和气味的顾虑，系统使用良好。
　　（5）上海国际赛车场真空排水工程
　　上海国际赛车场“上”字形赛道总长5.541 km，最长的直道赛段为1175m，赛车场沿“上”字形赛道周边设置了固定卫生设施共29栋。由于赛车场地为软土地基，为确保赛道基础施工质量和赛道表面层的平整，不宜全部采用传统重力排水系统，确定赛车场内距离室外污水重力排水管道系统较远的22栋固定卫生设施采用室外真空排水系统。该项目由德国洛蒂格公司于2004年建设，整个真空排水系统共设2座真空站，分为两个独立的系统，总管长分别为1714m和1277m。
　　（6）广州白云国际会议中心真空排水系统
　　中心位于白云山国家风景名胜区西侧，总建筑面积31.6 万m2，由于卫生间和化妆间所在地下室位置的特殊性，如果采用传统的设集水井采用潜水泵抽升污水的方式,将会遇到异味、堵塞、渗漏、维护等问题，所以设计选用了室内真空排水系统。该系统由德国洛蒂格公司2007年建设。
　　（7）武汉东湖风景区真空卫生间项目
　　工程由华中科技大学设计并于2008年竣工，所采用的技术及产品均具有自主知识产权。项目位于武汉市东湖听涛景区内，总占地48m2；由真空站、男女真空卫生间构成，其中共有真空便器8套。风景区内珍贵树种繁多，原有公共厕所均为传统重力水冲厕所，耗水量大，污水处置困难，由于厕所在当时建造时没有考虑到的污水收集处理问题，造成景区周围环境有异味，给来访园区的游人造成不良的印象。真空排水系统的应用大大缓解了这一问题。
　　（8）常州市滨河生活带真空截污工程
　　工程位于常州市北市河自西园村闸至红梅桥2km滨河生活带，由清华大学等单位于2010年完成，该河段长约1km，有雨污合流管排放口28处。采用室外真空排水系统对各污水排污口排出的污水进行截流收集，经提升后输送至下游重力管网。
　　由于该工程设计方所开发的浮球式及压力感应式真空界面阀为初步加工产品，在实际应用时存在寿命短等问题，因此该工程在多个截污点设置电动式，浮球式及压力感应式真空界面阀各设置一座。室外集水单元的设计容量为50、75、100L三种。系统设计峰值流量为14.6m3/s，平均气液比为5.5。真空排水管道管材选用UPVC。真空站内设置SK-6水环式真空泵2台，80QW4-15-4立式排污泵2台，6m3真空罐一座。
　　……

前言/序言

　　在21世纪，环境问题凸显，考验着人类的智慧与能力。真空收运技术用于环境保护，值得重视和发展。真空收运技术利用了物理学上的真空概念，将真空与常压间的压力差值作为传输的动力源，实现物体的收集和运送。真空收运技术历经100余年的发展，已经成功在室内排污、室外排水、移动式卫生间、城市垃圾收集等领域得到了广泛应用。真空排水系统利用真空作动力输送污物，其中的水主要起到润滑管壁的作用，减少输送污物阻力，具有节水的突出优点；加之具有管网铺设便捷，开挖量小，对周边环境影响少，改造过程简单等优点。
　　可以预见，在不远的将来，采用真空排水系统的下水处理方式将会发展成为我国污水收集、排放的一种重要方式。真空排水系统涵盖了物理学、流体力学、给排水、自动控制等多学科的基本原理，在设计上具有较强的技巧性与复杂性。华中科技大学环境科学与工程学院真空收运系统技术团队从事相关研究10余年，积累了一些实验数据、理论知识与设计经验，在国内外发表了若干科技论文，并制造了具有自主知识产权的相关产品。鉴于目前国内外关于真空排水系统的专著不多。我们整理团队的成果与著作，广泛收集相关文献，填空补缺拾遗，编著了此书，旨在系统反映研究现状，展望本领域未来发展方向；通过本书与国内外同行切磋探讨，也为有志于此的青年学子提供启蒙、参考资料，推进真空排水技术在我国的发展。
　　全书共分9章。第1章介绍了了解并实现一个真空排水系统所需的预备知识，包括真空排水系统的基本概念、发展历史、分类、应用概况及适用范围。同时，为了在逻辑上给读者一个清晰的阅读思路，我们将一个典型的真空排水系统划分为三大核心功能区域：真空排水终端、真空排水管网和真空泵站。
　　接下来，第2章对两种常见的真空排水终端——真空集水单元、真空便器及其专用阀件作了介绍。为了对这些排水终端的运行过程作定量刻画，分别介绍了其数学模型。
　　第3章对真空排水管道的设计原理、流体及其流动特性、逐级输送机理进行了阐述，最后对真空排水系统的收集半径进行了估算。
　　第4章介绍了真空排水系统中覆盖面积最大、与用户联系最为密切、机理最为复杂的子系统——真空排水管网，包括其设计流程、设计规定及计算方法。
　　第5章介绍了一个真空排水管道研究的最新进展——气�惨毫较嗔魈迥Ｐ图捌涫�值模拟技术。利用该方法，对室内及室外真空排水管道的输送机理及典型场景进行了数值实验研究。
　　第6章介绍了几种常见类型的真空泵站，举例介绍了其设备选型方法，提出了真空泵站的数学模型并对系统能耗进行了分析。
　　第7章是设计实例介绍，意图通过对实际工程设计的完整叙述，给读者一个更加直观的认识。
　　第8章以独立章节对目前在铁路客车、长途汽车、移动拖车中广泛应用的真空集便装置作了专门介绍。第9章是前述内容的延伸，介绍了真空收运技术在城市垃圾收集上的应用，旨在拓展读者思路，为学习、发展多种真空收运技术、开拓真空收运未来市场指明方向。
　　附录给出了真空排水设计计算相关的常用数据、第8章内容的扩展——长途客车真空卫生间标准（草稿），以及第7章设计实例中的管网设计图。本书内容可作为高等学校环境工程、给排水等专业的本科生及研究生的参考读物，也可供从事市政工程、给排水工程的技术人员阅读。写作中我们坚持科学严谨与权威性的同时，也力求具有一定的趣味性和可读性：对那些已经成为行业基本准则的内容，比如设计规范，参数计算等公式、方法在正文中进行如实、详尽的表述；对那些还在研究、摸索中的理论和方法，比如真空排水系统的建模、真空管道的数值模拟等，如实的在正文中进行说明，提供给读者进行参考和探讨；对于那些可以稍许减少严肃性的内容，比如在介绍系统的概况、发展历史、应用前景时，适当地在正文旁增加一些趣味性的扩展阅读材料；在写作风格上，避免正襟危坐，把所有内容都写得太过于公式化，书本化。该通俗时则通俗，该严谨时则严谨。由于信息技术发展迅速，也由于本书内容涉及环境工程、给水排水、控制理论等不同学科，编写中疏漏之处在所难免，敬请读者不吝赐教。本书在编写过程中得到了阳国柱教授等的指导与华中科技大学出版社大力帮助，谨此致谢。谨以此书，献给所有在华中科技大学环境科学与工程学院真空收运系统团队工作和学习过的人们。
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