二级泵站中水泵的调速节能.docx

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二级泵站中水泵的调速节能

浅析二级泵站中水泵的调速节能

　据统计，目前水泵电耗约占全国总用电量的20%。

在自来水厂中，泵房运行费占水厂制水成本的50%以上，而同时，二级泵站又有巨大的节能潜力。

因此，恰当调整传统的供水方式，采取最大限度的节能措施，不仅能带来巨大的经济效益，而且还会产生巨大的社会效益。

     水厂机泵的选型,一般是按城市最高日.最大时的需水量来确定的，但管网供水显然不是恒定流量，因此在大部分时段里机泵都处于低负荷运行。

水泵的特性曲线方程为：

H=HX--SXQ2 而管道的特性曲线方程为：

H=HST+∑SQ2

式中    H------水泵的实际扬程     Q------水泵的实际出水量

HX------水泵在Q=0时所产生的虚总扬程

SX------泵体内虚阻耗系数           HST------水泵静扬程

S------代表长度及直径已定的管道的沿程与局部阻力之和的系数

水泵装置的工况点是指水泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相等的那个点，也即为水泵特性曲线与管道特性曲线的交点。

当曲线改变时，工况点就会转移。

二级泵站传统的运行方式是进行台数的切换水泵恒速运行；目前，随着科学技术的发展，变速运行正成为发展的趋势（其中，变频调速是其主要方式）。

变速调节主要有二种运行方式：

①恒压变流量运行方式②变压变流量运行方式。

下面，我们从能量消耗的角度上来分析恒速运行与变速运行的效果。

1 恒速运行

恒速运行时的特性曲线如左图所示。

从图上可知，当管网中的流量从Q1降为Q2时，水泵的供水压力将从设计供水压力H0升高至H1，理论上水泵此时需要消耗功率为Q2*H1，但从图上管网特性曲线分析，此时管网瞬时需要消耗功率为Q2*H2，水泵多消耗的功率Q2*H1-Q2*H2实际上是管网压力升高而无效地消耗于管网之中。

在水厂实际运行中我们常见的就是通过调节阀门的开启度来调节流量，即通过增大管网的阻力来平衡水泵的工况（使管道特性曲线变陡）。

因为管网的用水量是每时每刻都在变化的，而二级泵站的分级也是有限的，靠水泵台数的切换是不现实的，所以常采用闸阀节流措施。

虽然使用闸阀节流，水泵的轴功率会随着流量的减少而减少，且操作方便易行，但从经济上看，节流调节很明显是用消耗水泵的多余能量来维持一定的供水量；同时从效率曲线上可知，当流量从Q1降到Q2时，水泵的效率也相应地从ηA降低到ηB。

2 变速运行

 变速运行主要有以下两种运行方式:

⑴恒压变流量运行

恒压运行时的特性曲线如左图所示，当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时，压力保持不变（恒为H0），由于水泵采用变频调速，即有原来的满转速n变为n1，如图红线所示。

理论上此时水泵需要消耗功率为Q2*H0，虽然小于恒速运行时的消耗功率Q2*H1，但仍大于管网此时需要的消耗功率Q2*H2。

因此，为了平衡水泵的工况点，也只好采用单闸节流措施，同恒速运行时一样，多消耗的功率（Q2*H0—Q2*H2）仍然是无效地消耗于管网之中。

但从效率特性曲线图可知，采用变速运行水泵的效率提高了（由ηA提高到ηB，C点为D点的等效点）；且这种运行方式供水品质优良，可在任何情况下同时满足全网各用户对供水的流量与扬程的不同要求。

⑵变压变流量运行

从左图特性曲线可知，当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时，由于水泵采用变速运行，使转速从n调为n2，并使水泵的出水压力刚好等于H2，此时理论上水泵的输出功率为Q2*H2，而此时管网需要消耗功率也为Q2*H2，两者刚好相等，水泵也达到其平衡工况点，因此这种运行方式是最节能的。

同恒压运行一样，水泵的效率也提高了（由ηA提高为ηB）。

3  分析比较

从以上特性曲线图可知，变速运行相对恒速运行来说，是通过以下两个途径节能的：

第一是提高了水泵的效率；第二是降低用阀门节流引起的压力损失。

通常变速运行比恒速运行多节能12%左右。

变速运行中，虽然变压比恒压方式节能，但并不能说变压就一定比恒压好，而应根据实际情况具体分析。

恒压运行无须知道流量，只要有一个压力传感器就行；而变压运行是根据流量变化从而使压力作出相应的变化，它必须知道用水量，也就是说，变压运行必须要有流量计，因此，变压运行的造价比恒压运行要高。

从特性曲线分析可知，当管道特性曲线的斜率较小时（即曲线较平缓），如下图所示，

此时一般用恒压运行方式。

因为恒压运行方式投资较变压方式少，且此时若用变压方式，相对恒压方式也节不了多少能量。

此时恒压供水不仅安全可靠

4 结束语

     水泵变速调节是一种有效的调节方式，相对恒速运行方式而言，节电效果明显。

在采用变速方式时，根据上图所示，一般认为，当SA/SB>4时，则采用恒压运行方式较安全及经济。

在室内外供水系统中大多为此类情况；而在自来水厂中，配水管网一般阻力都较大，即管道特性曲线较陡，应采用变压运行方式才能最大限度的节能。

当然，先进的调速设备价格较为昂贵，一次投资较大，因此不能盲目地认为变速调节就一定能节能，当管网中有水塔和水池且其调节容积足够大时，就没有必要采用变速调节了。

浅析建筑排水小型污水处理

　　近年来，随着城乡建设的发展，环境保护、污染治理、综合利用日益被重视并受到法律、法规控制。

建筑排水污染治理涵盖了工业与民用建筑、居住小区排水治理，从生活排水至生产污水内容广泛，虽然在规模上与城市污水处理厂差距很大，但在排水水质上比城市污水要更为复杂。

大多数建筑排水仍属于有机污染范畴。

目前处理工艺以生化处理为主，日趋整体非标设备化、系列化，以便于专业生产制造，更有利于设计选用、安装运行和达标排放。

　　污水处理工艺包括物理处理法，即利用筛选、浮选、沉淀等措施除去污水中大部分悬浮物质，但不能去除溶解的和胶体物质；化学祛：

即利用化学药剂或电化学方法降低污染物浓度，主要用于混凝、中和、萃取、消毒等。

水中污染物构成复杂时，不能完全达标排放，多用于预处理和深度处理；生物化学法，即在人工控制的边界条件下，利用细菌呼吸作用实现对有机污染物的降解，较之化学法有效率高和运行费用低的特点。

　　对于建筑排水，由于水质多属于有机污染，因此建筑排水污水处理，包括中水处理，广泛采用以生化处理为核心的工艺流程和成套设备。

建筑排水处理量较小。

一般水量多在100-1500m3/d，目前采用整体设备比较多，尤其大量埋地式设备更在某些地区和企业广泛采用。

由于各种因素影响，如生产厂家综合实力参差不齐、设计人员专业水平限制、选用者盲从生搬硬套、运输和安装技术的限制、经费投人不合理等使一些处理设备或设施不能正常发挥应有作用，影响达标排放或污水净化回用的目的。

这些不应发生的事故和继续存在的隐患，应引起充分的重视，以减少资源和经济上的浪费。

　　生化处理的设计与实践实质上是用人工的方法，根据实践经验和参数，合理创造环境条件和营养条件，充分适应和满足微生物通过生命活动完成有机物代谢的复杂过程。

水中微生物的生化作用以细菌为主。

细菌生命活动特性有四个方面：

1．营养需要：

其生长繁殖需要碳、氢、氮、磷等成分和能量，所以要摄食有机污染物和无机盐类；2．呼吸作用：

细菌氧化各种有机物质，并从中获取能量。

氧化过程绝大部分为去氢氧化，即把有机物中的氢脱去而放出适当的能量。

此时，必须有相应的受氢体来接受脱出的氢，反应才能最终完成。

如果以游离的氧分子O2作为受氢体，反应在有氧条件下才能进行，这种反应称为有氧氧化；如果是以分子氧以外的化合物作为受氢体，反应在缺氧或无氧的条件下进行，则称为无氧氧化；3．温度：

大部分细菌生长适宜的温度在20℃～40℃之间，在限值内温度提高10℃，生长速率可提高一倍；4．酸碱度：

大多数细菌适宜于pH值范围在6～8，而pH值4～10也能生存。

　　微生物的这些特性应在确定工艺流程和工程设计中给以充分保证。

在工程运行中如出现不正常时，也应从这些特性方面去检查、补充和完善。

细菌靠胞外聚合物细纤维互相同织形成菌胶团，并进一步絮换形成絮体称为活性污泥，当菌胶团附着在填料表面形成密度较大的粘膜，称为生物膜，所以活性污泥与生物膜的基本形态仍是菌胶团。

鉴于细菌的这些特性，不同水质的污水要求设计者应创造不同的边界条件以适应细菌特性达到最佳有机物去除效率。

　　工程上，选择工艺流程和工艺设备时，首先应确认污水的水质。

有些厂家样本在提供参数时，一般只有COD或BOD参数值，然后根据设计处理量Q（m3／d）就可以把从住宅小区、矿山、石油化工、宾馆。

工厂、学校、饭店等行业生活污水和工业废水处理到一级或中水排放，给人一种万能污水处理设备的假象。

其实，各种污水形成的COD、BOD、SS构成内容相去甚远，除以上参数外。

设计者更重视的因素有污水的可生化性（BOD／COD）值，有害物质的浓度、pH值等，这些重要参数对选择处理工艺和反应器的类型起着决定性作用。

如回避这些因素，只用流量或BOD来套用设备，将会带来很大隐患。

　　在有些污水处理工艺流程中出现过调节沉淀池，调节酸化池等综合功能的地型。

设计者出于小型化、一池多用的良好愿望，创造了这些池型。

但是每一个工艺模块都是在特定的前提下，才能充分发挥功效。

调节池的功能在于调节水量和均匀水质。

因此，调节池的液面水位是波动很大的，水深也是不断变化的，也就是说沉降时间是不断变化的。

为了均匀水质，作为调节池设计时希望把不同时刻的进水互相碰头混参，因此池内的流态最好是完全混合型流态。

因此可以认为调节池的功能和流态与静置沉淀理论相驳。

酸化理论是利用调正合适的水力停留时间及水的上向流速使厌氧甲烷菌难以繁殖，使反应控制在水解酸化阶段，进行水解产酸菌迅速分解有机物的过程。

酸化工艺要求上流式流态从下向上穿透污泥层完成对有机物的网捕、吸附、生物絮凝、生物降解、澄清污水等综合反应。

这个过程需要配水均匀；上向流态；衡定的反应时间等等，显然水位波动很大的调节池与之不易相容。

所以，如果保证各处理工艺真正发挥原有功能，采用诸如调节沉淀池、调节酸化池要在内部结构上大作文章，否则应脱开分建为好。

　　在氧化池的设计中，很多人很看重水力停留时间（HRT），并把这一因素作为工艺计算比选的重要标尺。

在实际设计中，一般氧化池控制性参数应为有机物负荷（污泥负荷或容积负荷）和去除效率，前者反映出氧化工艺的数量值，即每公斤活性污泥每天去除BOD5的数量值（kg）或每立方米曝气池容积每天去除BOD5的数量值（kg），后者反映氧化池对有机物去除的程度和出水质量。

只要控制了氧化池降解有机物的数量和质量，氧化池的选型就确定了。

同样，不同工艺的比选也应主要用有机物去除的数量和质量两个参数来衡量。

对于小型污水处理受场地、空间等限制，多选用负荷较高的生物膜法工艺，以接触氧化法为多。

该工艺的生物膜为大量丝状菌交织而成，成立体状在池中均怖，试验表明其氧化能力比活性活泥法高1．81倍。

设计时应保证填料下怖气，促使生物膜表面代谢物质浓度变化快，浓度梯度大，加快了传质速度。

氧的吸收率一般与水深成正比，即氧吸收率随水深而提高。

一般曝气池水深应在3.5m以上较为合理。

目前市售设备，由于运输限制，水深均在2．7m以下，对去除负荷和空气氧的利用有负面影响，采用时应进行计算复核才可。

　　关于活性污泥法工艺，目前有多种方式，如普通活性污泥法、SBR法（间歇周期活性污泥法）、CASS（周期循环活性污泥法）、完全混合加速曝气法、延时曝气曝气法等等，这些方法的活性污泥负荷均在0.15～0.5KgBOD5／Kg污泥·d，曝气方法有鼓风暖气和机械曝气。

由于负荷较低，占地面积较大，选用时应充份考虑环境条件是否适用。

生物膜法有塔滤、生物转盘、接触氧化法等。

前两种方法一般自然通风充氧，冬季时大量冷空气卷吸入水中会降低污水温度、影响去除效果，多数用于有取暖的房间内。

由于供氧有限，污泥负荷也较低，占地面积增大，一次投资很高。

接触氧化法属于淹没式生物滤池。

人工鼓风曝气鼓风机出风温度＞60℃，对水有加温作用，因此受室外气温影响较小，因而负荷较高，（对于生活污水容积负荷可达7KgBOD5·d，工业污水可达2～3KgBOD5／m3·d）适用于小型污水处理工艺。

采用时应注意工艺流态和伟气方法。

有些设计者在推流式曝气池中加填料，这只是对活性活泥法的一种工艺补充与标准接触氧化法在负荷和出水质量上是有本质区别的。

　　污水最终达标排放，污水的澄清处理是关键。

经验表明，出水中含有大量细小悬浮物，1克悬浮物相当于0．24克左右的COD，对出水达标影响甚大。

对于小型污水处理，一般澄清处理均采用沉淀——过滤。

沉淀装置受场地限制，多数采用竖流式沉淀池，也有采用斜管（板）沉淀池。

过滤装置采用砂滤较多，也有采用聚苯乙烯球、涤纶纤维球等快速过滤装置。

由于生化出水中仍含有机污染物及溶解氧，因此出水采用斜管（板）沉淀时，在夏天易在管（板）表面形成生物膜，影响沉淀效果，严重时出现管（板）堵塞，厌氧污泥团上浮，出水水质变坏。

因此，对于小型污水处理不提倡二次沉淀采用斜管（板）沉淀池。

　　过滤工艺目前多出现砂层表面产生板结或滤层堵塞，使实际反冲洗强度和时间远远大于设计参数。

这同样是由于氧化池出水中的残存的微生物、可降解的有机物质和溶解氧综合生化反应所致。

由于一般设计流程均采用滤后消毒，使上述生化反应在沉淀过滤中继续进行。

为使澄清工艺正常运行，建议来用滤前消毒工艺。

青岛啤酒废水生化处理后中水处理工艺采用滤前消毒杀菌已运行15年，未发生过滤装置堵塞问题。

当采用活性炭过滤时，建议炭层增加微量曝气形成生物炭工艺，曝气强度为水量的5％左右，可以延长活性炭的再生周期。

　　小型污水处理除中水处理可回用外，基本上不产生经济效益，既使中水处理由于目前自来水价定位不合理，也使之经济效益较差而得不到推广。

为了使之存在具有较强的生命力，除了强制性的法律法规外，设计遵循简单适用、运行可靠、达标稳定、节约能耗、投资经济的原则是极为重要的。

设计中应根据不同排水水质、水量和环境条件从工艺流程设备选型到技经分析进行多方案比选，避免生搬硬套，使建筑排水小型污水处理在不断完善、不断求新中更加健康地发展。