市政排水管網節(jié)能的研究與應用

聶榮樂

【摘 要】市政排水管網系統(tǒng)的能耗主要存在于排水泵站，為了減小市政管道的能耗，本文從管材的選用、管道的設計和泵站自身的節(jié)能等方面研究了市政排水管網的節(jié)能。通過實際工程運用，節(jié)省電能1500度/天。

【關鍵詞】排水管網；節(jié)能；泵站

由于排水管道為重力流管道，表面上看不消耗能量，所以排水管道的節(jié)能常常被忽視。但是實際上由于排水管道埋深會決定下游泵站的揚程，所以的排水管道的節(jié)能非常重要的。排水工程所消耗的能源主要包括電、燃料及藥劑等潛在能源，其中電耗占總能耗也是的60%～90%[1]。如果排水管道的總埋深體抬高1m，下游的水泵站的揚程就可以減小1m，由于排水泵站的水量通常都很大，所以減小揚程將大大減小排水泵站的能耗。而排水管道的埋深是有很多方面所決定包括了截留倍數的確定、管材的選用和上有管道的埋深等等因素。除了排水管道的埋深，泵站本身的設計對于整個排水管網系統(tǒng)的能耗影響很大。

一、市政排水管網現狀

（一）規(guī)劃設計問題

當前的排水規(guī)劃一般來講，普遍比較不合理。排水規(guī)劃設計要以總體規(guī)劃為前提，但管網建設有其自身的特點，它建設完成后使用期限要長達四五十年以上，如果嚴格以總體規(guī)劃的年限、污水量標準、居住人口密度、土地服務范圍等為依據，有時很難適應城市發(fā)展的需要。

（二）排水體制問題

排水體制關乎整個排水設計，當前的大部分排水體制均需改制。排水系統(tǒng)的體制一般分為合流制和分流制，混合制也是城市中常有的系統(tǒng)，是具有合流制的城市需要擴建排水系統(tǒng)時出現的。在大城市中，因各區(qū)域的自然條件以及修建情況相差較大，因此要因地制宜地在各區(qū)域采用不同的排水體制。

二、雨水、污水的排除方式與節(jié)能

對于城郊坡地降雨的排出，應遵循“高水高排”的原則，使山區(qū)坡地徑流的雨水盡可能不進入市區(qū)，在高坡設截留洪溝，充分利用雨水的勢能，自流排水到市區(qū)下游水體。

市區(qū)內平地街坊雨水地表徑流緩慢，設計溢流周期短、降雨歷時長，盡管按暴雨強度公式計算的暴雨流量較小（相同的徑流面積時，與小匯水面積計算方法比較） ，但雨水流量遠比污水流量大；所以新建的排水管網系統(tǒng)盡量采用分流排水體制，雨水盡快的排入附近水體，污水排至污水處理廠進行處理。同理，對于合流制的老市區(qū)，應合理選取截流倍數，減小污水泵站需要抽提的污水量，就可以減小排水管網的能耗。

三、上游管道的埋深

如果所設計的市政排水管道是干管，上游管道的埋深將決定設計管段的埋深。有些城市的舊的排水管道，特別是直接排到受納水體的雨水管道和合流制管道，為了保證出口能淹沒在受納水體的最低水位下，常常在靠近堤岸處設陡坡的排水管或者幾階跌水。在進行這類管道的下游主管道設計時，僅僅根據已有的接入口標高資料進行設計會使得主干管的埋深很大。所以這時應該對接入口的上游2-10米的管道進行現場勘察，如果有陡坡或跌水，應該對該段上游管道進行改造，取消跌水和陡坡，可以大大提高主管道埋深。

四、排水泵站的節(jié)能

泵站和風機房的電耗一般占排水工程總電耗的60%-80%，自然也是節(jié)能的重點。提升泵站的節(jié)能主要應從以下幾方面考慮。

（1）滿足工藝要求前提下，應使管道平直順暢，減小管道的轉彎和管件的數量，從而盡量減少水頭損失，同時要減少不必要的跌水，最大限度降低泵揚程；

（2）合理確定安裝高度和吸水淹沒深度，正確進行管路設計，選擇合適的流量調控方式，保證水泵機組始終高效運轉；

（3）投資允許情況下，優(yōu)先選用高效水泵和電機及傳動裝置。對于水量波動頻繁的系統(tǒng)考慮采用變頻泵[3]。

（4）水泵的組合優(yōu)化。根據流量選擇合適的水泵組合，務必使得水泵的并聯后運行工況點位于水泵特性曲線的高效段內[3]。

五、節(jié)能管材的選用

市政排水管網常用管材：

目前市政排水管網常用管材主要有金屬管、混凝土管、陶土管、玻璃鋼夾砂管和塑料管。

（1）金屬管：包括鋼管、鑄鐵管、球墨鑄鐵管等。金屬管材的優(yōu)點主要有管節(jié)長、抗壓大、抗震強、施工方便等；缺點是耐腐蝕性不好、造價高。一般來說主要應用于壓力較大的部位，如污水泵站、穿公路、鐵路等交通干線部位、壓力排水管道等。

（2）混凝土管：包括素混凝土管、普通鋼筋混凝土管、自應力鋼筋混凝土管和預應力混凝土管。優(yōu)點為制造簡單、可以大量節(jié)約鋼材、抗壓力強、造價低、技術成熟，目前我國城市排水系統(tǒng)中大部分使用的均為混凝土管；缺點是抗腐蝕性差、管節(jié)短、施工較復雜、抗漏抗?jié)B性能差。鋼筋、水泥均為高能耗產品，在目前全球資源緊缺的背景下，有限的資源應優(yōu)先生產附加值更多的產品，同時水泥的生產也會造成大量的環(huán)境污染，導致水土流失等弊端，因此混凝土管勢必將遭到淘汰。

（3）陶土管：陶土管由塑性耐火粘土上釉燒制而成，多制成承插管，使用時多根陶土管承插連接。優(yōu)點為耐腐蝕性強，特別適用于排除酸性廢水，早期比較常用。缺點為性脆易破，現在較少使用。

（4）玻璃鋼夾砂管：玻璃鋼夾砂管是以樹脂為基體材料，玻璃纖維及其制品為增強材料，石英砂為填充材料而制成的新型復合材料。主要優(yōu)點為耐腐蝕性好、耐寒耐熱性能好、重量輕、方便運輸、管節(jié)長、接頭少、耐壓性好、施工方便、應用范圍廣。缺點主要是造價較高、接口處容易滲漏。

（5）塑料管：塑料管種類繁多，比較常用的有U-PVC（聚氯乙烯）管、PE（聚乙烯）管、HDPE（高密度聚乙烯）管等。塑料管主要優(yōu)點有：重量輕好運輸、耐腐蝕性強、摩擦力小、施工方便。由于塑料管道粗糙系數較小，同樣流量下相同管徑的水頭損失小，因此為了節(jié)約能量，降低下游管道的埋深，排水管道應盡量選用塑料管。

六、工程運用實例

廣東省某市的沿河截污管道，總投資3000萬，總長2km，截留倍數1。地形順河堤下坡，平均坡度約為5‰。該項目初步設計中在管道從起點往下約1km處埋深達到了7米，為了減小埋深，保護河堤安全，設一個中途提升泵站，揚程11m，流量300m3/h，功率30kw，2用1備，旱季1臺運行，預計2臺運行。旱季每日電耗約700度，雨季每日電耗約1400度。經過現場勘查，上游的合流管道和渠道都是淹沒排水，最大的一根管道跌水達到4m，造成了設計管段的埋深很大。所以在施工圖設計時，對部分支流管道進行改造，取消跌水和陡坡，大減小了排水管道的埋深。因此施工圖設計中管道埋深大大減小，管道從起點往下約1km處埋減小為4米取消了，取消了中途泵站，旱季每日節(jié)省電耗700度，雨季節(jié)省電耗1500度。

七、結果與討論

市政排水管網的能耗主要是提升泵站的電耗。為了減小提升泵站的能耗可以采用以下幾種辦法：

選用合理選取截流倍數；

選用粗糙系數小的管材；

合理利用上游管道的跌水和陡坡；

合理的選用水泵，優(yōu)化水泵的組合和運行。

【參考文獻】

[1]林榮忱，等. 污水處理廠泵站與曝氣系統(tǒng)的節(jié)能途徑[J] .中國給水排水，1999 ，1.

[2]王圃，王力，文屹.城市水廠二泵站中水泵的選擇[J]. 重慶建筑大學學報， 2004， 26.

[3]文屹.中小城市給水泵站的優(yōu)化[D]；重慶大學；2004年.