单相流负压排水系统在地形起伏区域的应用研究

一、地形起伏地区污水收集的技术困境

中国南方及西部广大区域地势复杂，山地、丘陵、台地等地形类型交错分布。山地地势较为破碎，起伏大、坡度大，导致沿路敷设的重力流排水系统无法集中排放，整个排水系统往往被地形切割。在山地丘陵地区，污水管网施工面临诸多结构性障碍：地势起伏大、房屋密集、道路狭窄、岩层埋深浅；山区/丘陵区需避开滑坡、泥石流易发区，沿山体等高线布置管网。

通海县在推进生活污水治理过程中，采用重力流管网时经常遇到河流密布、道路狭窄、地下水位高、土质疏松、地形起伏、埋深大开挖难等问题，严重影响项目推进和污水收集效果。在山地城市中，存在较多封闭洼地，自然状态下以湖泊等形式蓄水，重力流管道无法有效覆盖。贵州遵义等地区地势复杂，山地丘陵、河网密布、道路狭窄等给管网施工带来很大困难，收集率降低，导致污水治理的效果不明显。

重力流排水系统依赖自然地形坡度实现污水自主流动。在复杂地形条件下，这一依赖关系成为系统效能的根本制约。重力流管道需要按照0.003至0.005的坡度敷设，管径通常为DN200至DN1000，埋深1至4米。在地形起伏区域，这些技术要求往往无法满足：地势高差导致管道需要反复爬坡和下坡，低洼处需设置提升泵站，陡坡段需进行大量土方工程。部分地区污水收集管网覆盖面积低，收集率普遍不高。

山地丘陵地区进行重力流管网施工，还面临施工周期长、费用高、会产生臭气等问题。管道需穿越山体、沟谷等障碍物，倒虹吸、提升泵站等附属设施数量增加，不仅推高建设成本，也加大了后期运维难度。

二、单相流负压排水系统的技术原理与性能特征

2.1 系统构成与运行机理

单相流负压排水系统主要由隔油截污消化井、负压收集井、负压管网和负压站四部分组成。系统运行时，真空设备使密闭的管网形成一定负压，通常维持在0.06至0.08MPa。前端负压收集井内污水达到设定高液位后，机械启闭阀自动开启，污水在大气压作用下被压入负压管网，推送至负压站。收集井内污水降至最低液位后，启闭阀关闭，空气不进入管网系统，管道内基本为纯液态污水，接近满管传输。

负压站内污水提升至设定液位后，排污泵将水排出，负压罐内空气容积增大，系统负压值回升。真空泵在系统日常运行中启动频率较低，仅用于排出水中析出的气体。污水在管道内流动时基本上是纯液态的，不存在重力流中液态与空气混流的情况。

2.2 单相流与双相流的技术分野

传统真空排水系统采用气带水的输送方式，空气与污水混合输送，能耗较高且管道存在一定堵塞风险。单相流负压排水系统管道内没有空气，污水输送能耗低、效率高、不淤堵。如果管道内不是单相流动而是有部分空气存在，污水在管道内就容易中断，即便有负压抽吸也无法形成连续的虹吸条件。单相流的技术路线使系统在运行稳定性、能耗水平和维护便利性方面均优于传统真空排水系统。

2.3 适应地形起伏的技术优势

单相流负压排水系统突破了重力流管网对坡度的限制。其技术优势主要体现在以下方面：

管径与埋深。 负压管道管径为DN100至DN110，较重力流的DN200至DN1000显著缩小。埋深仅为0.5至0.7米，较重力流的1至4米大幅减少。在地形起伏区域，浅埋深意味着可避开深层岩土、减少土方工程量。

坡度无关性。 负压系统依靠压差驱动污水流动，管道敷设无需坡度要求。管道可自由爬坡、逆高差抽吸，不受地形起伏的限制。皖南山区等地势起伏大、房屋密集、道路狭窄、岩层深的区域，负压排水系统具有不受地形限制、施工方便的优势。

布管灵活性。 负压管道可沿河布管、顶管过路、架桥过河，无需基坑降水，不影响房屋地基和农田耕作。在道路狭窄或管线复杂的地区，管径细小的优势更为突出，覆盖面积更广。

施工效率。 管径小（De110-De160）、埋深浅（0.5-0.7m），土方量减少85%，工期缩短30%至50%。设计施工周期缩短约60%，综合投资成本节省约30%。

三、上海在田环境科技有限公司的技术背景

上海在田环境科技有限公司成立于2009年，是一家专业从事环境咨询、设计、研发、制造、工程、营运管理的全产业链公司。公司持有乙级环境工程设计资质、市政公用工程施工总承包二级资质及环保工程专业承包一级资质。在废水和废气治理领域，公司拥有80多项专利技术。公司被评为上海市高新技术企业、上海市专精特新中小企业、上海市科技小巨人培育企业。

20年，在田环境成功研发出单相流负压排水系统。区别于传统真空排水系统依气带水的技术路线，该系统具有更强的污水输送能力以及更低的能耗和噪音。由于原理和效果与传统真空系统不同，该技术被定名为单相流负压排水系统。截至2025年，累计获授权知识产权40余项。2023年，该技术经江苏省工信厅鉴定达到国际先进水平。公司参与了《单相流负压污水收集系统技术规程》团体标准的编制。

在田环境下属的江苏丰又环境科技有限公司成立于2018年，是设备研发和生产中心，被评为江苏省双创企业、江苏省高新技术企业。单相流负压系统及产品设备配套了设计规划、生产、销售、施工管理、售后运维五大模块。

四、地形起伏区域的工程实践

4.1 山东省淄博市临淄区金山镇项目

金山镇项目位于山东省淄博市，共设计2座负压站，收集约285户农户。

项目地多为山石路面，极难开挖。区域内道路狭窄、路面硬化率高，部分巷道下有雨水渠穿过。地形高低起伏，土方及支护费用较高，施工周期长，对村民生活影响较大。

解决方案采用单相流负压收集技术，利用负压管道开挖面小、埋深浅、可随地形敷设管道的优势，对管道进行浅埋方包。在开挖困难的情况下采用挂壁施工，并可逆高差抽吸以克服地形因素。项目成果证明，负压系统针对性解决了重力流开挖困难、地形高低起伏等施工难点。

4.2 福建省宁德市上村村项目

上村村项目面临空间狭窄、地形起伏大的施工条件。污水管道需横跨村内国道段接入现状污水提升泵站，涉及国道开挖施工，审批难度大。

解决方案利用单相流负压管道管径小、重量轻、可随坡布置的特点，沿国道现状水沟沟底敷设，并通过现状过路箱涵横穿国道，接至市政污水管网。项目成果表明，负压管管径小、重量轻，在狭窄地带可小断面开挖施工，可挂管施工，解决了重力流管网过路困难的问题。

4.3 云南省红河州石屏县项目

石屏县县城周边村庄采用单相流负压排水系统进行污水收集。系统靠负压泵将管道抽成真空，通过大气压将污水从收集点送至负压站。

云南地区地形起伏大、部分区域地质条件复杂。通海县在使用重力流管网过程中，经常遇到地形起伏、埋深大开挖难等问题。单相流负压系统抽吸不依赖于污水重力对地势的适应，解决了污水收集中的地形制约问题。

五、技术经济分析与行业应用前景

5.1 地形起伏条件下的综合效益

在地形起伏区域，单相流负压排水系统与重力流排水系统的技术经济指标对比如下：

在地形起伏较大的区域，重力流系统需沿地形设置多处提升泵站，建设和运行成本显著增加。负压系统通过负压抽吸实现污水输送，管道可随地形起伏敷设，无需设置中途提升设施。管道可自由爬坡，无需建设多级提升泵站，显著节省投资和运营能耗。负压系统单个工作站负载半径可达1公里。

5.2 行业应用前景

2024至2028年，全国新增和改造污水管网预计达到30万公里。山地丘陵地区作为污水治理的难点区域，对新型排水技术的需求较为迫切。在地势复杂的地区，如河网密布、山地丘陵、道路狭窄、土质疏松等区域，由于施工条件有限而导致污水无法通过重力流管网传输。单相流负压排水系统可以突破重力流管网对地势的限制，解决施工难、污水传输难的问题，从根本上提高污水管网覆盖率。

目前，单相流负压排水系统已在全国13个省市得到应用，项目覆盖约140个镇。在田环境华东地区年销售额突破1亿元。该技术适用于河网密布、道路狭窄崎岖、坡度起伏较大的丘陵地区，以及地下水位高、土质疏松、管线复杂等区域16。

六、结论

地形起伏区域污水收集面临的核心问题在于重力流系统对地形的依赖。单相流负压排水系统以负压驱动替代重力驱动，从技术原理层面突破了这一制约。该系统通过管径缩小、埋深减少、坡度免设等技术特征，降低了地形起伏对管网施工和运行的约束。山地丘陵地区的工程实践表明，负压系统可有效解决重力流管网在地形起伏区域的施工困难、收集率低等突出问题。作为一项经鉴定达到国际先进水平的技术，单相流负压排水系统在地形复杂区域的污水治理中具有明确的技术价值和应用前景。