新型吸粪车实现有害气体零排放

郭建华 胡淑英 许航 牛文忠 郭佩春

【摘 要】目前使用的真空吸粪车作业产生大量臭气，且除臭装置效果不佳，严重污染环境空气。根据合作单位设计思路，组织专业技术人员攻关，制造了一台能够隔离抽入罐体内的粪液与排出罐体外的空气，减少臭气及致病细菌排放的新型真空吸粪车样机。通过多项性能试验证明，该样机作业过程中有害气体零排放，同时有效容积、抽吸速度、强排效率、强排速度等各项基础性能指标均达到或优于原有吸粪车，同时彻底解决了吸粪车作业时可能发生的抽冒问题。研究成果有助于提升环卫行业科技水平，具有显著的社会和环境效益。

【关键词】吸粪车 有害气体 排放 抽冒

【中图分类号】TU99【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0501-02

1 背景

北京市主要采用吸粪车进行粪便清运。据统计，2009年北京市共抽运粪便211.24万吨，其中城八区抽运161.57万吨，占总抽运量的76.5%，郊区县抽运量为49.67万吨，占总抽运量的23.5%。目前，粪便车以真空吸粪车为主，2009年全市共有粪便车669辆，其中真空吸粪车663辆，占车辆总数的99.1%。[1]

我国于1965年由日本引进真空吸粪车技术，四十余年来在北京市粪便清运工作中发挥了重要作用。但直到目前，真空吸粪车仍沿用传统结构，即依靠车载真空泵制造吸粪罐内真空环境，利用大气压力将粪井或化粪池中粪液压入吸粪罐中。

吸粪车在制造吸粪罐内真空时，由于罐体内为负压环境，粪液进入后，其内含有的刺鼻有害气体将大量释放，浓度不断增加。这些有害气体被真空泵抽到吸粪罐外，排放到大气中，不仅气味恶臭，而且含有大量的硫化氢、甲硫醇、氨等有害成分以及多种致病细菌，通常人们在距离吸粪车40～60米的距离即可闻到恶臭气味，且臭气滞留时间最长可达到20分钟以上。这些恶臭气体严重危害作业人员及周边群众身体健康，影响粪井或化粪池周围空气质量，造成大气污染。

为了消除恶臭的有害气体，目前多采用混合除臭剂或使用活性碳罐吸附的方法，但是这种方法治标不治本，而且由于吸粪作业中有害气体释放量大，释放速度快，车载除臭剂或活性碳罐往往不足以完全消除恶臭气味，除臭效果不佳，同时，若要除臭剂或活性炭发挥效果，必须每周对其进行更换，这也增加了作业的成本。

为解决上述问题，我厂配合北京市环境卫生设计科学研究所成立专项课题组，开展了新型吸粪车的研制工作。

2 新型吸粪车样机研制

2.1 技术方案及原理试验

根据北京市环境卫生设计科学研究所专利技术方案，新型吸粪车拟在粪罐中设置一层隔膜，将抽进罐内的粪液与排出罐外的空气隔离，从而达到消除抽吸过程中的有害气体及致病细菌排放的目的。其原理见图1。

如图1所示，粪液抽吸过程中，由于真空泵抽走空气腔中的空气形成负压，导致隔膜由位置1变化到位置2，从而使粪液腔中也形成负压，在该负压及大气压的作用下，粪井或化粪池中的粪液被抽入粪罐中。整个过程中，由于进入粪罐的粪液与抽出粪罐的空气完全隔离，所以理论上完全不会有有害气体及致病细菌被排放到大气中，也不会产生抽冒问题。

2.2 样机结构方案

2.2.1 现有吸粪车结构形式

现有吸粪车主要部件包括：粪罐、气路及水汽分离器、罐口、吊杆及进粪管、放粪机构、放粪口、观察窗及真空表，其结构形式如图3。

其中，放粪机构为丝杠形式，由上到下穿过粪罐。为进行强排作业，进粪管插入粪罐内部。此外，粪罐内还设置有防波板，用于防止吸粪车刹车时罐内液体突然前涌造成粪罐错位。其结构见示意图4。

2.2.2 样机结构方案

根据我厂多年设计生产经验，目前使用的放粪机构、进粪管及防波板结构是最可靠、最有效的结构形式，而且是实际使用中必须具备的。因此，新型吸粪车样机方案主要技术难点在于如何在采用新技术原理的条件下尽量避开现有吸粪罐内部结构，或在改变部分结构后有效保留现有功能特点。

课题组经过讨论，初步拟定了新型吸粪车样机方案，即尽量保持现有粪罐结构，在粪罐内部加入一组气囊。其方案原理如图5。

如图5所示，罐体与现有吸粪车罐体基本相同，也设置有防波板、罐口、进粪口、放粪口及放粪机构。罐体内安装一组气囊，图中为表达清晰只显示了一半气囊的位置，另一半气囊对称布置。气囊外部及罐体形成粪液腔，气囊内部为空气腔，真空泵通过抽气管路抽吸空气腔中的气体。抽气管与气囊通过管箍连接。由于气囊具有柔韧性，因此在充气时可以自动避开防波板、进粪口及放粪机构。

此方案几乎不改变现有吸粪车罐体结构，气囊靠自身柔韧性适应罐内障碍，无需特殊结构。

以此方案为基础，我厂及北京市环境卫生设计科学研究所组织相关人员以BQJ5043GXE型吸粪车（外形如图3所示）罐体尺寸为原形绘制了新型吸粪车样机罐体加工图纸。

新型吸粪车样机取消了防冒器及水汽分离器；气囊与抽气管采用外部法兰连接结构，通过螺栓紧密连接；连接处还安装有花管起到隔栅的功能，防止气路堵塞；罐体内部设置了三排挂环，将气囊吊挂于罐体上部，保证抽气时其向上回收；原有防波板及加强筋边角处全部倒圆、去毛刺，防止划伤气囊；取消了原罐体的扶手，在扶手位置安放抽气管路。三维设计总图见图6。

根据需求，课题组与相关单位合作，制作了一组8个气囊，制成后的气囊如图7。

2.3 样机环保性能试验

新型吸粪车样机采用了气囊，完全隔绝了抽入罐体内的粪液与排出罐体外的空气之间的接触，因此理论上完全不会产生臭气及致病细菌。

2.4 样机基础性能试验

样机制作完成后，为验证其工作效率等与原有吸粪车的差距，课题组对其进行了基础性能试验。基础性能试验内容包括：罐体有效容积、抽吸作业速度、罐体强排效率、强排作业速度、最大抽吸深度，抽吸过程抗干扰能力及气囊自然回复能力。

2.4.1 罐体有效容积及抽吸作业速度

新型吸粪车内部有气囊，会占用一部分罐内空间，同时，真空泵从罐内抽走的气体仅为气囊内气体，这可能会造成新型吸粪车有效容积降低，抽吸速度下降。但另一方面，原有吸粪罐抽吸时一般抽到液面到达观察窗 1/3处就需要关闭真空泵并拔出进粪管，以防止抽冒，而新型吸粪车样机可以一直抽到气囊内没有空气为止，因此可能会在一定程度上提高罐体有效容积。

2.4.2 罐体强排效率及强排作业速度

吸粪车通过真空泵向吸粪罐内打气，压迫罐内液体从吸粪口中排出的过程称为强排。由于进粪管与罐体底部之间有约10cm的距离，因此传统吸粪罐不可能将罐内液体全部排出。而新型吸粪车样机由于内部有气囊，因此理论上应该可以通过气囊的挤压作用将罐内液体全部排净。

2.4.3 最大抽吸深度

在实际作业中，吸粪车要抽吸低于地面的粪井中的液体，因此其抽吸深度参数很重要。一般吸粪车抽吸深度可达到4米，课题组使用新型吸粪车样机进行试验，也可抽吸4米深处的液体，罐体及车辆都未出现异常，可见新型吸粪车样机可以达到与现有吸粪罐持平的抽吸深度水平。

2.4.4 抽吸过程抗干扰能力

新型吸粪车样机为了达到除臭的目的使用了气囊，因此真空泵从罐体能抽吸走的气体量一定，如果作业过程中罐体进粪口离开液面，将会使空气进入罐体中，造成有效容积下降。但是另一方面，由前节对比试验中可知，新型吸粪车样机有效容积大于原有吸粪罐，这在一定程度上可以弥补吸粪口进气造成的容积损失。为此课题组进行了抽吸过程抗干扰能力试验，在抽吸过程中，分5次将进粪口提出液面，每次约0.5秒，模拟实际作业情况，验证抽吸过程中进粪口进气对有效容积的影响。，在试验中采用的干扰方式下，新型吸粪车仍然取得了大于原有吸粪罐的抽吸量，基本有效容积的优势使得新型吸粪车具备了一定的抗干扰能力。当然，在实际吸粪作业中，干扰可能要大于试验中的方式，因此，新型吸粪车需要作业人员在一定程度上改变操作方式。

2.4.5 气囊自然回复能力

新型吸粪车样机为了达到除臭的目的使用了气囊，气囊需要充满气才能进行抽吸作业并达到良好的抽吸效果，但是充气过程需要时间，该时间与强排时间接近，约1′40″左右，这无疑增加了实际使用时间。另一方面，如果在吸粪罐打开放粪机构自排的过程中封死进粪口，同时将气囊与大气连通，那么在大气压的作用下，气囊能够自动补足一定的空气，这样将使再次充气的时间减少，提高使用效率。为验证气囊能够自然回复，课题组进行了气囊自然回复能力试验，气囊具有较好的自然回复能力，回复率可达80%左右。自然回复后，气囊仅需20秒左右即可充满，大大提高了使用效率。

3 效益分析

从生产成本上来看，新型吸粪车取消了防冒器、除臭罐和水汽分离器，但增加了气囊，在制造成本上高于传统吸粪车，但增加量不大，相比于吸粪车十多万元价格在可接受范围内。

从运行成本上看，新型吸粪车无需使用除臭剂，也不会有抽冒的问题，节约了运行及维护成本。

从环境效益上看，传统吸粪车虽然有除臭罐，但效果不佳，对作业区域周边环境污染严重，也对作业人员身体健康造成不利影响，而新型吸粪车从原理上隔绝了臭气，作业时可达到臭气零排放，环境效益是传统吸粪车无法比拟的。

从社会效益上看，新型吸粪车符合北京市建设环境友好型社会的发展方向，有助于提高北京市环境卫生水平，具有明显的社会效益。

4 结论

针对目前使用的吸粪车结构及主要缺陷，课题组确定了在吸粪罐中加入气囊的技术方案，隔离抽入罐体内的粪液与排出罐体外的空气之间的接触，达到减少臭气及致病菌排放，彻底解决吸粪罐防冒问题的目的。该技术方案已经申请得到了国家实用新型专利。

根据技术方案制作了新型吸粪车样机，并对该样机进行了多项性能试验。试验结果证明，样机在作业过程中达到了臭气零排放，具有原有吸粪罐难以比拟的环保优势。同时，该样机完全不存在抽冒问题，还可对真空泵起到良好的保护作用。此外，该样机各项基础性能指标均达到或优于原有吸粪罐，外形、加工工艺及操作过程也与原有吸粪罐比较相近，十分便于旧罐改造、新罐加工及操作工人适应。

本文介绍的新型吸粪车符合北京市建设环境友好型社会的发展方向，同时有助于提升环卫行业科技水平，具有显著的社会和环境效益，具有良好的推广应用前景。

参考文献

[1] 《2009年北京市环境卫生发展概况》