【摘 要】
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污水管道内臭味扩散、腐蚀泄露、爆炸隐患等问题日益显著,根源在于封闭系统的厌氧环境下有害气体的产生与蓄积,本课题研究提出了一种建筑立管-污水管道-立管通风系统即增强管道通风技术,其机理在于将污水管道内气流的自身动能转化为系统的通风推动力,具体做法为选择建筑立管作为污水管道内有害气体的“通风口”,通过在污水管道上下游设置阻气装置,使得气流运移不再从上游位置流入而是从建筑立管进行补气,同样地,气流运移至
【基金项目】
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国家自然科学基金（NO.51778523）； 陕西省重点研发计划项目（2019ZDLSF06-04）；
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污水管道内臭味扩散、腐蚀泄露、爆炸隐患等问题日益显著,根源在于封闭系统的厌氧环境下有害气体的产生与蓄积,本课题研究提出了一种建筑立管-污水管道-立管通风系统即增强管道通风技术,其机理在于将污水管道内气流的自身动能转化为系统的通风推动力,具体做法为选择建筑立管作为污水管道内有害气体的“通风口”,通过在污水管道上下游设置阻气装置,使得气流运移不再从上游位置流入而是从建筑立管进行补气,同样地,气流运移至下游位置不再流出而是从立管排出系统。增强管道通风技术产生的气流组织特性可以有效地改善管道通风状态、抑制有害气体的产生,本文就是围绕增强管道通风技术展开研究,通过现场调研、实验方法、CFD模拟三种方法,对增强管道通风技术的效能及机理进行探究,此外,为提高该技术的实际工程中的应用,基于通风机理的分析建立了增强管道通风技术简化应用模型。课题研究的主要结论如下:（1）某市排水系统污水主干管、干管内H2S气体的平均浓度在3～5ppm,而支管内的平均浓度处于小于3ppm,部分始段管道H2S浓度小于1ppm。有害气体空间分布特征上表现为主干管＞干管＞支管,有害气体浓度沿水流方向累计现象明显。竹集街污水管段一天内有害气体浓度峰值与居民用水高峰期一致,出现在8点、12点、18点及22点四个时间点。有害气体时间上分布特征表现为与污水流量的正相关性。因此,可以得出污水流量较大的主干管道区域有害气体问题更为严重。（2）检查井小孔是排水系统内潜在通风位置之一,有害气体在温差效应下得以从检查井小孔逸散出去。温差越大、井深越小时,小孔的通风换气作用越强。工况中,井深3m、温差10℃时,小孔的通风流量最大为0.22L/s;井深7m,温差2℃,通风最弱通风流量为0.04L/s,温差平均增长量为18m L/（7）s×℃（8）,井深的平均降低量20m L/（7）s×m（8）。以CH4为例,2km的污水管道的检查井小孔串联通风作用下,仅3m、5m井深在温差6℃以上时,管道末端CH4体积分数降至5%。（3）未设置化粪池时,温差驱动下,建筑立管-污水管道直连系统具有一定的自然通风效果。现场实验监测结果表现为温差越大时,立管的气流速度越大。典型的北方季节性气候,一年内温差最大在10℃左右,直连系统在二月、十月、十二月的通风效果最好,气流速度在0.8m/s左右;在七月、八月份,通风效果最差,气流速度在0.03～0.1m/s间。由此可见,直连系统具有自然通风效应,但在有害气体产生量较大的夏天通风受限。（4）污水流速是增强管道通风技术的动力来源,流速从0.4m/s增加至1.6m/s,横管内产生的压差从0.08Pa增加至1.58Pa,压差驱动下通风流量提高了4.92倍;在污水流速一定时,充满度从0.3增加至0.75,压差增加了2.28倍,通风流量提高了2.49倍。原因在于充满度的增加,管道顶部空间的气体体积减少,相同流速下所获得动能越多,增强了通风效果。通过与增强管道通风平台实测数据对比误差在13.5%,因此,可以得出,污水流速、充满度的增大都有利于增强管道通风系统发挥作用。（5）增强管道通风技术应用下,污水管道类似于靠水流而驱动的风机,上游建筑立管为吸气管路,下游立管为排气管路。基于通风机理的分析,建立技术简化应用模型,对不同工况下的通风效果进行评估。水流速度0.8m/s,充满度0.5时,1km的污水管道管径从DN300～1000的通风流量为3.84～7.68L/s,管道内气体更新一次所需时间在3.71～88.7h。通过与增强管道通风平台实测数据对比误差在11.6%,可以用于在实际工程中通风流量与通风效果的预测工作。
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