新型吸糞車實現(xiàn)有害氣體零排放

郭建華 胡淑英 許航 牛文忠 郭佩春

【摘 要】目前使用的真空吸糞車作業(yè)產(chǎn)生大量臭氣，且除臭裝置效果不佳，嚴重污染環(huán)境空氣。根據(jù)合作單位設(shè)計思路，組織專業(yè)技術(shù)人員攻關(guān)，制造了一臺能夠隔離抽入罐體內(nèi)的糞液與排出罐體外的空氣，減少臭氣及致病細菌排放的新型真空吸糞車樣機。通過多項性能試驗證明，該樣機作業(yè)過程中有害氣體零排放，同時有效容積、抽吸速度、強排效率、強排速度等各項基礎(chǔ)性能指標均達到或優(yōu)于原有吸糞車，同時徹底解決了吸糞車作業(yè)時可能發(fā)生的抽冒問題。研究成果有助于提升環(huán)衛(wèi)行業(yè)科技水平，具有顯著的社會和環(huán)境效益。

【關(guān)鍵詞】吸糞車 有害氣體 排放 抽冒

【中圖分類號】TU99【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0501-02

1 背景

北京市主要采用吸糞車進行糞便清運。據(jù)統(tǒng)計，2009年北京市共抽運糞便211.24萬噸，其中城八區(qū)抽運161.57萬噸，占總抽運量的76.5%，郊區(qū)縣抽運量為49.67萬噸，占總抽運量的23.5%。目前，糞便車以真空吸糞車為主，2009年全市共有糞便車669輛，其中真空吸糞車663輛，占車輛總數(shù)的99.1%。[1]

我國于1965年由日本引進真空吸糞車技術(shù)，四十余年來在北京市糞便清運工作中發(fā)揮了重要作用。但直到目前，真空吸糞車仍沿用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即依靠車載真空泵制造吸糞罐內(nèi)真空環(huán)境，利用大氣壓力將糞井或化糞池中糞液壓入吸糞罐中。

吸糞車在制造吸糞罐內(nèi)真空時，由于罐體內(nèi)為負壓環(huán)境，糞液進入后，其內(nèi)含有的刺鼻有害氣體將大量釋放，濃度不斷增加。這些有害氣體被真空泵抽到吸糞罐外，排放到大氣中，不僅氣味惡臭，而且含有大量的硫化氫、甲硫醇、氨等有害成分以及多種致病細菌，通常人們在距離吸糞車40～60米的距離即可聞到惡臭氣味，且臭氣滯留時間最長可達到20分鐘以上。這些惡臭氣體嚴重危害作業(yè)人員及周邊群眾身體健康，影響糞井或化糞池周圍空氣質(zhì)量，造成大氣污染。

為了消除惡臭的有害氣體，目前多采用混合除臭劑或使用活性碳罐吸附的方法，但是這種方法治標不治本，而且由于吸糞作業(yè)中有害氣體釋放量大，釋放速度快，車載除臭劑或活性碳罐往往不足以完全消除惡臭氣味，除臭效果不佳，同時，若要除臭劑或活性炭發(fā)揮效果，必須每周對其進行更換，這也增加了作業(yè)的成本。

為解決上述問題，我廠配合北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計科學研究所成立專項課題組，開展了新型吸糞車的研制工作。

2 新型吸糞車樣機研制

2.1 技術(shù)方案及原理試驗

根據(jù)北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計科學研究所專利技術(shù)方案，新型吸糞車擬在糞罐中設(shè)置一層隔膜，將抽進罐內(nèi)的糞液與排出罐外的空氣隔離，從而達到消除抽吸過程中的有害氣體及致病細菌排放的目的。其原理見圖1。

如圖1所示，糞液抽吸過程中，由于真空泵抽走空氣腔中的空氣形成負壓，導致隔膜由位置1變化到位置2，從而使糞液腔中也形成負壓，在該負壓及大氣壓的作用下，糞井或化糞池中的糞液被抽入糞罐中。整個過程中，由于進入糞罐的糞液與抽出糞罐的空氣完全隔離，所以理論上完全不會有有害氣體及致病細菌被排放到大氣中，也不會產(chǎn)生抽冒問題。

2.2 樣機結(jié)構(gòu)方案

2.2.1 現(xiàn)有吸糞車結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)有吸糞車主要部件包括：糞罐、氣路及水汽分離器、罐口、吊桿及進糞管、放糞機構(gòu)、放糞口、觀察窗及真空表，其結(jié)構(gòu)形式如圖3。

其中，放糞機構(gòu)為絲杠形式，由上到下穿過糞罐。為進行強排作業(yè)，進糞管插入糞罐內(nèi)部。此外，糞罐內(nèi)還設(shè)置有防波板，用于防止吸糞車剎車時罐內(nèi)液體突然前涌造成糞罐錯位。其結(jié)構(gòu)見示意圖4。

2.2.2 樣機結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)我廠多年設(shè)計生產(chǎn)經(jīng)驗，目前使用的放糞機構(gòu)、進糞管及防波板結(jié)構(gòu)是最可靠、最有效的結(jié)構(gòu)形式，而且是實際使用中必須具備的。因此，新型吸糞車樣機方案主要技術(shù)難點在于如何在采用新技術(shù)原理的條件下盡量避開現(xiàn)有吸糞罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或在改變部分結(jié)構(gòu)后有效保留現(xiàn)有功能特點。

課題組經(jīng)過討論，初步擬定了新型吸糞車樣機方案，即盡量保持現(xiàn)有糞罐結(jié)構(gòu)，在糞罐內(nèi)部加入一組氣囊。其方案原理如圖5。

如圖5所示，罐體與現(xiàn)有吸糞車罐體基本相同，也設(shè)置有防波板、罐口、進糞口、放糞口及放糞機構(gòu)。罐體內(nèi)安裝一組氣囊，圖中為表達清晰只顯示了一半氣囊的位置，另一半氣囊對稱布置。氣囊外部及罐體形成糞液腔，氣囊內(nèi)部為空氣腔，真空泵通過抽氣管路抽吸空氣腔中的氣體。抽氣管與氣囊通過管箍連接。由于氣囊具有柔韌性，因此在充氣時可以自動避開防波板、進糞口及放糞機構(gòu)。

此方案幾乎不改變現(xiàn)有吸糞車罐體結(jié)構(gòu)，氣囊靠自身柔韌性適應(yīng)罐內(nèi)障礙，無需特殊結(jié)構(gòu)。

以此方案為基礎(chǔ)，我廠及北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計科學研究所組織相關(guān)人員以BQJ5043GXE型吸糞車（外形如圖3所示）罐體尺寸為原形繪制了新型吸糞車樣機罐體加工圖紙。

新型吸糞車樣機取消了防冒器及水汽分離器；氣囊與抽氣管采用外部法蘭連接結(jié)構(gòu)，通過螺栓緊密連接；連接處還安裝有花管起到隔柵的功能，防止氣路堵塞；罐體內(nèi)部設(shè)置了三排掛環(huán)，將氣囊吊掛于罐體上部，保證抽氣時其向上回收；原有防波板及加強筋邊角處全部倒圓、去毛刺，防止劃傷氣囊；取消了原罐體的扶手，在扶手位置安放抽氣管路。三維設(shè)計總圖見圖6。

根據(jù)需求，課題組與相關(guān)單位合作，制作了一組8個氣囊，制成后的氣囊如圖7。

2.3 樣機環(huán)保性能試驗

新型吸糞車樣機采用了氣囊，完全隔絕了抽入罐體內(nèi)的糞液與排出罐體外的空氣之間的接觸，因此理論上完全不會產(chǎn)生臭氣及致病細菌。

2.4 樣機基礎(chǔ)性能試驗

樣機制作完成后，為驗證其工作效率等與原有吸糞車的差距，課題組對其進行了基礎(chǔ)性能試驗。基礎(chǔ)性能試驗內(nèi)容包括：罐體有效容積、抽吸作業(yè)速度、罐體強排效率、強排作業(yè)速度、最大抽吸深度，抽吸過程抗干擾能力及氣囊自然回復能力。

2.4.1 罐體有效容積及抽吸作業(yè)速度

新型吸糞車內(nèi)部有氣囊，會占用一部分罐內(nèi)空間，同時，真空泵從罐內(nèi)抽走的氣體僅為氣囊內(nèi)氣體，這可能會造成新型吸糞車有效容積降低，抽吸速度下降。但另一方面，原有吸糞罐抽吸時一般抽到液面到達觀察窗 1/3處就需要關(guān)閉真空泵并拔出進糞管，以防止抽冒，而新型吸糞車樣機可以一直抽到氣囊內(nèi)沒有空氣為止，因此可能會在一定程度上提高罐體有效容積。

2.4.2 罐體強排效率及強排作業(yè)速度

吸糞車通過真空泵向吸糞罐內(nèi)打氣，壓迫罐內(nèi)液體從吸糞口中排出的過程稱為強排。由于進糞管與罐體底部之間有約10cm的距離，因此傳統(tǒng)吸糞罐不可能將罐內(nèi)液體全部排出。而新型吸糞車樣機由于內(nèi)部有氣囊，因此理論上應(yīng)該可以通過氣囊的擠壓作用將罐內(nèi)液體全部排凈。

2.4.3 最大抽吸深度

在實際作業(yè)中，吸糞車要抽吸低于地面的糞井中的液體，因此其抽吸深度參數(shù)很重要。一般吸糞車抽吸深度可達到4米，課題組使用新型吸糞車樣機進行試驗，也可抽吸4米深處的液體，罐體及車輛都未出現(xiàn)異常，可見新型吸糞車樣機可以達到與現(xiàn)有吸糞罐持平的抽吸深度水平。

2.4.4 抽吸過程抗干擾能力

新型吸糞車樣機為了達到除臭的目的使用了氣囊，因此真空泵從罐體能抽吸走的氣體量一定，如果作業(yè)過程中罐體進糞口離開液面，將會使空氣進入罐體中，造成有效容積下降。但是另一方面，由前節(jié)對比試驗中可知，新型吸糞車樣機有效容積大于原有吸糞罐，這在一定程度上可以彌補吸糞口進氣造成的容積損失。為此課題組進行了抽吸過程抗干擾能力試驗，在抽吸過程中，分5次將進糞口提出液面，每次約0.5秒，模擬實際作業(yè)情況，驗證抽吸過程中進糞口進氣對有效容積的影響。，在試驗中采用的干擾方式下，新型吸糞車仍然取得了大于原有吸糞罐的抽吸量，基本有效容積的優(yōu)勢使得新型吸糞車具備了一定的抗干擾能力。當然，在實際吸糞作業(yè)中，干擾可能要大于試驗中的方式，因此，新型吸糞車需要作業(yè)人員在一定程度上改變操作方式。

2.4.5 氣囊自然回復能力

新型吸糞車樣機為了達到除臭的目的使用了氣囊，氣囊需要充滿氣才能進行抽吸作業(yè)并達到良好的抽吸效果，但是充氣過程需要時間，該時間與強排時間接近，約1′40″左右，這無疑增加了實際使用時間。另一方面，如果在吸糞罐打開放糞機構(gòu)自排的過程中封死進糞口，同時將氣囊與大氣連通，那么在大氣壓的作用下，氣囊能夠自動補足一定的空氣，這樣將使再次充氣的時間減少，提高使用效率。為驗證氣囊能夠自然回復，課題組進行了氣囊自然回復能力試驗，氣囊具有較好的自然回復能力，回復率可達80%左右。自然回復后，氣囊僅需20秒左右即可充滿，大大提高了使用效率。

3 效益分析

從生產(chǎn)成本上來看，新型吸糞車取消了防冒器、除臭罐和水汽分離器，但增加了氣囊，在制造成本上高于傳統(tǒng)吸糞車，但增加量不大，相比于吸糞車十多萬元價格在可接受范圍內(nèi)。

從運行成本上看，新型吸糞車無需使用除臭劑，也不會有抽冒的問題，節(jié)約了運行及維護成本。

從環(huán)境效益上看，傳統(tǒng)吸糞車雖然有除臭罐，但效果不佳，對作業(yè)區(qū)域周邊環(huán)境污染嚴重，也對作業(yè)人員身體健康造成不利影響，而新型吸糞車從原理上隔絕了臭氣，作業(yè)時可達到臭氣零排放，環(huán)境效益是傳統(tǒng)吸糞車無法比擬的。

從社會效益上看，新型吸糞車符合北京市建設(shè)環(huán)境友好型社會的發(fā)展方向，有助于提高北京市環(huán)境衛(wèi)生水平，具有明顯的社會效益。

4 結(jié)論

針對目前使用的吸糞車結(jié)構(gòu)及主要缺陷，課題組確定了在吸糞罐中加入氣囊的技術(shù)方案，隔離抽入罐體內(nèi)的糞液與排出罐體外的空氣之間的接觸，達到減少臭氣及致病菌排放，徹底解決吸糞罐防冒問題的目的。該技術(shù)方案已經(jīng)申請得到了國家實用新型專利。

根據(jù)技術(shù)方案制作了新型吸糞車樣機，并對該樣機進行了多項性能試驗。試驗結(jié)果證明，樣機在作業(yè)過程中達到了臭氣零排放，具有原有吸糞罐難以比擬的環(huán)保優(yōu)勢。同時，該樣機完全不存在抽冒問題，還可對真空泵起到良好的保護作用。此外，該樣機各項基礎(chǔ)性能指標均達到或優(yōu)于原有吸糞罐，外形、加工工藝及操作過程也與原有吸糞罐比較相近，十分便于舊罐改造、新罐加工及操作工人適應(yīng)。

本文介紹的新型吸糞車符合北京市建設(shè)環(huán)境友好型社會的發(fā)展方向，同時有助于提升環(huán)衛(wèi)行業(yè)科技水平，具有顯著的社會和環(huán)境效益，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 《2009年北京市環(huán)境衛(wèi)生發(fā)展概況》