城市中小型污水泵站的設(shè)計(jì)與優(yōu)化運(yùn)行管理

賴華武

（海口市排水泵站管理所，海南 海口 570208）

中小型污水泵站作為城市重要的工程措施，其在防洪、排澇和抗旱減災(zāi)，以及工農(nóng)業(yè)用水和城鄉(xiāng)居民生活供排水等方面均發(fā)揮著重要的作用。泵站具有投資省、成本低、工期短、見(jiàn)效快、靈活機(jī)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，但是泵站同樣存在著運(yùn)行耗能、設(shè)備維護(hù)和更新費(fèi)用高等問(wèn)題。因此，對(duì)泵站科學(xué)合理的設(shè)計(jì)及其經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行就顯得尤為重要。

1 泵站概況

桂林洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū) 1#污水提升泵站坐落于海口市城郊結(jié)合部的桂林洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，是桂林洋污水處理廠配套管網(wǎng)工程之子項(xiàng)。作為污水處理廠前最后一級(jí)提升泵站的一員，擔(dān)負(fù)著開發(fā)區(qū)中工業(yè)和生活兩大區(qū)域的污水輸送任務(wù)。工程造價(jià)為784萬(wàn)元，占地面積1200m2，設(shè)計(jì)提升污水能力為350L/S，于2011年5月建成投產(chǎn)。該泵站的主要特點(diǎn)是：（1）造價(jià)節(jié)約，布局科學(xué)，占地面積小；（2）工藝設(shè)計(jì)合理全面，便于維護(hù)管理；（3）主要設(shè)備及控制系統(tǒng)均采用國(guó)內(nèi)知名品牌，性能優(yōu)良。且泵站在日常生產(chǎn)運(yùn)行管理上顯著，自動(dòng)化程度較高，是現(xiàn)代化中小型污水泵站設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的具體體現(xiàn)。工藝流程：

2 泵站設(shè)計(jì)基本原則

2.1 規(guī)模的確定

根據(jù)遠(yuǎn)近期污水處理量的大小，確定污水泵站的設(shè)計(jì)規(guī)模。桂林洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)、生活兩區(qū)域近期（2010年）污水平均日流量預(yù)測(cè)為112.3L/S，服務(wù)面積約374ha；遠(yuǎn)期（2020年）污水平均日流量預(yù)測(cè)為 231.5L/S，服務(wù)面積約640ha。因此，泵站的建設(shè)分近、遠(yuǎn)二期實(shí)施。近期設(shè)計(jì)流量為178.6 L/S（污水變化系數(shù)取1.59），遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)流量350 L/S（污水變化系數(shù)取1.49）；其中土建按遠(yuǎn)期一次性修建，設(shè)備按近、遠(yuǎn)二期分期安裝投產(chǎn)。

2.2 站址的確定和布局

根據(jù)整個(gè)市政管網(wǎng)的情況和具體地形條件，結(jié)合工藝設(shè)計(jì)流程特點(diǎn)，選擇合適的泵站位置。泵站布局時(shí)既要考慮流程合理、管理方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，還要考慮建筑造型、廠區(qū)綠化與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)等因素，并盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

2.3 設(shè)備主材的選用

由于污水中污雜物含量多，腐蝕性強(qiáng)，所以泵站水下設(shè)備及主材應(yīng)選用適合污水性質(zhì)且耐腐蝕的產(chǎn)品。

3 設(shè)計(jì)狀況及設(shè)備

3.1 進(jìn)水閘門井

進(jìn)水閘門井平面尺寸為3.0×1.5m，地面以下深9.575m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，配備兩臺(tái)0.75kw方形鑄鐵鑲銅電動(dòng)閘門（W×H=800×800mm）。其主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)有：①為減少后續(xù)工段集水池沉泥容積，進(jìn)水閘井沉底 0.3m；②泵站事故溢流口設(shè)置在井室內(nèi)，溢流管標(biāo)高設(shè)置根據(jù)污水正常水位控制，排入附近雨水管道。不足之處是沒(méi)有在閘井處設(shè)置有超聲波液位儀，用于全程監(jiān)控井室內(nèi)水位和來(lái)水水量的具體情況，給具體生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)一定的被動(dòng)。

3.2 格柵間

格柵間平面尺寸為4.4×6.4m，地面以下深7.185m，操作平臺(tái)位于地面以上 0.3m，屬地面式格柵間。建有二組柵渠，柵渠類型采用地下鋼筋混凝土直壁式平行渠道，渠長(zhǎng)6.4m，寬度為 1.1m。格柵采用回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)，柵條間距為20mm；過(guò)柵流速v為0.9m/s,水頭損失0.11m左右。為防止掉渣，格柵的安裝傾角為75°。主要設(shè)備見(jiàn)下表：

序號(hào) 設(shè)備名稱 規(guī) 格 臺(tái)數(shù) 產(chǎn)地1 回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)B=800 H=9.875m N=1.1kw (無(wú)銹鋼材質(zhì))2 國(guó)產(chǎn)2無(wú)軸螺旋輸送壓榨一體機(jī)D=260 L=4.8m P=2.2kw (無(wú)銹鋼材質(zhì))1 國(guó)產(chǎn)3 柵后出水電動(dòng)閘門 800×800 N=0.75kw 2 國(guó)產(chǎn)

該工段設(shè)置有 4臺(tái)超聲波液位儀，用于顯示柵前后水位；這些儀表都具有就地顯示功能，并將信號(hào)以直流輸出送到泵房PLC控制柜。格柵間的設(shè)計(jì)特點(diǎn)有：①具有良好的進(jìn)水流態(tài)，設(shè)備的選型經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)；②進(jìn)水管底與柵前流道設(shè)有0.3m的跌水高差，很好的彌補(bǔ)了過(guò)柵水頭損失。

在實(shí)際運(yùn)行管理中格柵間存在一些問(wèn)題：①考慮節(jié)約工程造價(jià)的原因，進(jìn)水閘門井、格柵間的設(shè)備均為露天設(shè)置，這樣的設(shè)計(jì)一是容易使設(shè)備因日曬雨淋而腐蝕老化加快，二是無(wú)法安裝手動(dòng)或電動(dòng)起吊葫蘆，給日常的維修及管養(yǎng)都帶來(lái)了一定的不便。②回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)較適合于打撈布條、麻繩、塑料袋等垃圾軟物，但對(duì)于較大塊的木板等硬物打撈不便，須人工清理，增加了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。③沒(méi)有設(shè)置有害氣體自動(dòng)探測(cè)報(bào)警裝置。

3.3 集水池（水泵間）

集水池是調(diào)節(jié)變化的進(jìn)水量，提供潛水泵機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件，因此在設(shè)計(jì)上尤顯得重要。集水池容積太大會(huì)造成池內(nèi)淤積、腐化且增加工程造價(jià)，容積太小又不能滿足水量調(diào)節(jié)的要求而使水泵啟動(dòng)頻繁，為此必須合理選擇。集水池容積根據(jù)進(jìn)水管的設(shè)計(jì)流量、水泵抽升能力、臺(tái)數(shù)、工作制度、啟動(dòng)時(shí)間等而定，一般應(yīng)不小于最大一臺(tái)泵5min的出水量或通過(guò)TminQ/4計(jì)算的值[注：Tmin－水泵最小工作周期（S），Q－水泵流量(m3/s)]。集水池的大小還要滿足管道與機(jī)組設(shè)備的安裝要求，一般水泵間距可為1.5～1.8m。

根據(jù)上述幾點(diǎn)要求，本泵站水泵間的平面尺寸為 7×9.5m，泵房深9.575m，操作平臺(tái)在地面以上0.3m的位置，有效容積為105m3，類型為地面式潛水污水泵房。近期配置了3臺(tái)南京藍(lán)深生產(chǎn)的潛水泵（2用1備），其中兩臺(tái)流量為89L/S，備用一臺(tái)流量為175 L/S，揚(yáng)程均為12m；遠(yuǎn)期預(yù)留增加一臺(tái)水泵，流量為175 L/S。同時(shí)在泵坑配有一臺(tái)超聲波液位儀，用于監(jiān)控水位及自動(dòng)控制泵的開停。設(shè)計(jì)上主要特點(diǎn)體現(xiàn)在：①水力條件好，布置緊湊。②水泵選型合理，節(jié)能高效，安裝維護(hù)方便且土建投資節(jié)約。③集水池中間設(shè)置一道隔離墻和一臺(tái)電動(dòng)隔離閘門，其目的是非正常情況時(shí)可保證泵站在不停產(chǎn)的前提下進(jìn)行設(shè)備維修。當(dāng)隔離閘門關(guān)閉時(shí)，此時(shí)的集水池就被分割成兩個(gè)獨(dú)立的小集水池，也意味著從進(jìn)水至格柵、水泵再到出水，就形成了二條互不干擾的獨(dú)立生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)；當(dāng)隔離閘門打開，又變成一個(gè)公共的生產(chǎn)系統(tǒng)。④在集水池的前端設(shè)置了1m寬的配水區(qū)（即設(shè)置一道導(dǎo)流板），較好地保證進(jìn)水流態(tài)的穩(wěn)定、均勻，盡量消除“汽蝕”和“旋流”現(xiàn)象。⑤泵房整個(gè)操作平臺(tái)均在地面之上，不會(huì)出現(xiàn)因突發(fā)停電或閘門損壞滲漏等而造成“水淹泵房”的現(xiàn)象。

3.4 出水管

其主要特點(diǎn)為：①?zèng)]有修建出水池，而是采用D500mm的無(wú)銹鋼管作為總出水管與下游市政污水管網(wǎng)連接，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約投資。②目前大部分的泵站在設(shè)計(jì)上排水流量的計(jì)量?jī)x表幾乎空白，普遍存在水量統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。而本泵站在總出水管上安裝有等徑的管段式電磁流量計(jì)，可以準(zhǔn)確讀取泵站的日常污水輸送總量，改寫了以往用水泵設(shè)計(jì)流量和運(yùn)行時(shí)間來(lái)人工推算總水量的作法，便捷準(zhǔn)確。③各水泵的出水管上均設(shè)有可靠的止回閥，避免了通常泵組首先關(guān)閉出口閥后再啟動(dòng)的要求；備用設(shè)備平時(shí)完全可以將出口閥置于開位，處于隨時(shí)備用啟動(dòng)狀態(tài)，在瞬時(shí)切換不至于給生產(chǎn)帶來(lái)波動(dòng)，避免因設(shè)備突發(fā)故障而造成生產(chǎn)操作忙亂甚至連帶事故。

在運(yùn)行管理中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題：①由于采用了出水鋼管代替出水池，意味著出水管路變長(zhǎng)，增加了水頭損失，一定程度上增加了能耗。②總出水鋼管埋設(shè)在地底下，防腐要求高。③遠(yuǎn)離出口端的邊臺(tái)水泵出水阻力大，運(yùn)行電流偏高。

3.5 電力配電及控制系統(tǒng)

泵站供電負(fù)荷等級(jí)為二級(jí)。就近從開閉所引來(lái)一路10KV高壓電源，另設(shè)一臺(tái)86KW柴油發(fā)電機(jī)組作為第二路電源。在變配電低壓側(cè)，設(shè)功率因數(shù)集中自動(dòng)補(bǔ)償裝置，要求補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.90；低壓配電系統(tǒng)采用放射式供電。除電動(dòng)葫蘆采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，其它電動(dòng)設(shè)備均設(shè)自控或手動(dòng)控制兩種方式。格柵間的設(shè)備根據(jù)格柵機(jī)前后液位差和時(shí)間周期通過(guò)PLC自動(dòng)控制清渣；潛水泵則根據(jù)泵池液位變化通過(guò)PLC控制起停，并實(shí)現(xiàn)水泵輪值。上述控制在機(jī)旁設(shè)置手動(dòng)控制。

其配電及控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：①運(yùn)行性能穩(wěn)定安全可靠，自動(dòng)化程度高，操作方便。②潛水泵的啟動(dòng)采用軟啟動(dòng)方式，大大減少了水泵瞬間啟動(dòng)電流對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊損害，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。唯一不足的是當(dāng)今變頻調(diào)速技術(shù)被廣泛使用，而該泵站在設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有采用，對(duì)泵站的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行造成了一定的局限，不能不說(shuō)是一種遺憾。

3.6 通風(fēng)除臭設(shè)計(jì)

暴露的格柵、泵房會(huì)產(chǎn)生臭氣，為保護(hù)職工身體，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命及減少臭氣排放對(duì)周圍環(huán)境造成影響，在設(shè)計(jì)上必須考慮通風(fēng)除臭的措施。本泵站采用自然通風(fēng)，對(duì)臭氣的處理采用植物液除臭裝置。經(jīng)比選，植物液除臭技術(shù)具有運(yùn)營(yíng)成本低、去除率高及便于管養(yǎng)等特點(diǎn)。臭氣收集密封箱的取風(fēng)口位于格柵、進(jìn)水閘門井及集水池處。

3.7 反沖洗管系統(tǒng)

由于來(lái)水含有較多的污雜物和砂粒，污雜物和砂粒在集水池死角會(huì)沉積或發(fā)酵，所以在設(shè)計(jì)上集水池內(nèi)設(shè)置了反沖洗管系統(tǒng)。反沖洗主管（DN100）從水泵出水管上接出并用di32管道在集水池均勻布線，利用水泵在抽升污水時(shí)，部分壓力水回流反沖洗集水池，達(dá)到了定期清砂、清渣的目的。反沖洗管道均采用耐腐蝕老化性能較好的PE管。

3.8 防雷、接地和消防設(shè)計(jì)

泵站防雷等級(jí)為三類。泵房及配電房頂部均按有關(guān)規(guī)范布有避雷帶，主要配電設(shè)備儀器都按要求設(shè)有接地。消防設(shè)計(jì)充分考慮消防通道的順暢、便捷，并按防火規(guī)范要求布置室外消火栓和滅火器。

4 生產(chǎn)優(yōu)化運(yùn)行管理

桂林洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū) 1#污水提升泵站自投產(chǎn)運(yùn)行來(lái)，通過(guò)理論和實(shí)踐的探討，同時(shí)借鑒海口市區(qū)其它泵站豐富的經(jīng)驗(yàn)，不斷總結(jié)和創(chuàng)新，形成一套適合自己的科學(xué)生產(chǎn)運(yùn)行管理體系。

4.1 節(jié)能運(yùn)行的途徑

水泵作為市政排水泵站中最為耗能的設(shè)備，因此如何合理使用是節(jié)能的關(guān)鍵。桂林洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū) 1#污水提升泵站在潛水泵不具有調(diào)速功能的條件下，采取以下方法節(jié)能效果良好。

（1）生產(chǎn)中隨時(shí)調(diào)整進(jìn)水閘門的開啟度，盡量讓來(lái)水量與出水量相接近，滿足每臺(tái)運(yùn)行的潛水泵都處在高效區(qū)工作。這樣在可以節(jié)省能耗的同時(shí)，也延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。

（2）盡量滿足潛水泵在允許的高水位下運(yùn)行，這樣就有效地縮短了提升揚(yáng)程，增加了水泵出水量，達(dá)到節(jié)能目的。

（3）在總來(lái)水量變化較大的時(shí)間段，采取大小水泵合理配置的方式運(yùn)行。如果水量大，可運(yùn)行大泵，如果水量小，運(yùn)行小泵；亦可根據(jù)具體變化，采取大泵和小泵并聯(lián)運(yùn)行。大小泵配置的運(yùn)行方式，不但調(diào)節(jié)靈活，而且經(jīng)濟(jì)性好，安全可靠性亦大為提高。

（4）加強(qiáng)維修，及時(shí)修復(fù)葉輪汽蝕及合理的泄漏間隙。當(dāng)發(fā)現(xiàn)潛水泵葉輪汽蝕嚴(yán)重或口環(huán)磨損后的泄漏間隙已超過(guò)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行更換或修理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定口環(huán)半徑間隙為口環(huán)外徑的 2.5%—3.5%，葉輪的汽蝕磨損采用高分子修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)，這樣對(duì)提高水泵的效率非常有效。

4.2 有關(guān)技改及措施

針對(duì)工藝及設(shè)備存在的問(wèn)題，組織技術(shù)力量進(jìn)行技術(shù)改造，取得了良好效果，具體措施如下：

（1）在進(jìn)水閘門井內(nèi)安裝一臺(tái)超聲波液位儀，并與PLC相連接，這樣就可以全天侯監(jiān)控進(jìn)水閘門井中的水位和總來(lái)水量的情況，為閘門開啟和水泵運(yùn)行提供依據(jù)。

（2）購(gòu)置一臺(tái)便攜式有害氣體監(jiān)測(cè)儀，用于檢測(cè)泵房有害氣體濃度情況，保障值班操作人員安全與健康。

（3）低壓配電柜的元器件在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)使低壓配電內(nèi)的環(huán)境溫度長(zhǎng)期過(guò)高，容易造成電器元件及接頭因過(guò)熱而老化加快及故障頻發(fā)。為解決此問(wèn)題，我們?cè)谂潆姽耥敳靠沼嗫臻g安裝了一臺(tái)排風(fēng)扇，這樣就可以在其工作時(shí)強(qiáng)排柜內(nèi)熱量，大大改善了配電柜內(nèi)的工作環(huán)境溫度，確保了電氣元器件的正常工作狀態(tài)，并有效延長(zhǎng)其使用壽命。

5 結(jié)束語(yǔ)

桂林洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū) 1#污水提升泵站自竣工投產(chǎn)以來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐證明，泵站各構(gòu)筑造型設(shè)計(jì)合理先進(jìn)，技術(shù)參數(shù)選取符合標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備配置優(yōu)良，運(yùn)行狀況良好穩(wěn)定。生產(chǎn)管理上以節(jié)能低耗為目的，效果顯著，取得良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，為中小型污水泵站的設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行提供了很好的參考價(jià)值。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.泵站設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50265-2010）/中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2011.

[2]北京市政工程設(shè)計(jì)研究總院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五冊(cè)城鎮(zhèn)排水）（第二版）[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[3]上海市排水管理處.城鎮(zhèn)排水管渠與泵站維護(hù)技術(shù)規(guī)程[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[4]黃群初,陳金錐.污水泵站集水池相關(guān)設(shè)計(jì)水位的確定[J].水科學(xué)與工程設(shè)計(jì),2006,(6).

[5]盧心虹,胡大衛(wèi).天津市政泵站設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)的實(shí)踐與展望[J].給水排水,2001,27(6):32-34.

[6]王洪臣.城市污水處理廠運(yùn)行控制與維護(hù)[M].北京:科學(xué)出版社,1997.