城市污水處理系統中一體化泵站設計及智能化研究

趙 超

（上海京瑞實業有限公司，上海 201203）

當前，隨著水資源缺乏和水環境污染問題的愈演愈烈，人們逐漸認識到了水資源的重要性，隨之也越來越關注城市的污水處理問題。但由于城市污水的處理難度越來越大，所以要實現對城市污水的高質高效處理，一體化泵站的合理應用就顯得尤為重要。而科學合理分析一體化泵站智能設計在城市污水處理系統中的具體應用，對于城市污水處理系統的整體發展具有重要意義[1]。

1 一體化泵站簡述

一體化泵站的設計構想是讓水源從水泵處獲得足夠勢能，從而使污水處理工作的效率得以大幅度提升。目前，國內應用此類泵站已達十年之久，其技術運用已達到相當成熟的地步。經實踐檢驗和科研人員研究發現，其技術潛力仍有提升空間，因此，相關生產企業也可以投入時間和資金，持續進行研發，以提升一體化泵站的技術含量和系統的整體運行效能，爭取把城鎮污水處理能力提高到一個新的水平，同時還城市居民和生態環境一個清潔的水環境。

2 一體化泵站技術的應用原理

在城市污水處理系統中進行泵站一體化設計，主要包括：水泵和井筒，水網以及傳感器和管理控制系統。全部泵站的配套設施和構件先由生產廠家在車間內部完成生產，再向相關企業提供成品件，然后由采購人員直接采購運抵施工現場，最后經作業人員拼裝完成；其作業過程從設計到最后完成，流程操作簡便易行，且投入運行后也會立刻呈現出良好的性能和運行狀態[2-4]。

城市污水系統將一體化泵站設計引入城市污水處理規劃，其技術原理與污水凈化原理非常接近，但應用過程細究起來仍發現存在一定程度的差別。一體化泵站設計的技術原理主要如下：

（1）混拌：這是處理城市污水的第一步，是把適量混凝劑投入污水，立即開始攪拌，觀測有汞花類物質出現在污水中時，即標志著混拌作業結束；

（2）積淀：經混拌的污水向積淀池排放，此時技術人員應認真觀測，在全部雜質沉入池底和水體產生明顯分離時，就標志著積淀完成，然后及時清除積淀池內積淀的雜質，留下干凈水體；

（3）濾清：這時干凈水體向濾池排放，實現反復多次的過濾過程，直到濾掉全部有毒有害物質和污濁物，使水體變得清澈見底，即結束濾清過程；

（4）消毒：該過程是對清潔水體實施消毒作業，最后測試水體中的有毒有害物質已達到符合排放標準，即標志著消毒作業結束，而達標水體投入循環再利用。

3 一體化泵站在城市污水處理系統中的應用特性

當前，我國積極推進和倡導的城鎮化建設戰略決策，極大地推動了城市的人口和整體規模迅速增加，且大量的外來務工人員和農村剩余勞動力涌入城市，同時，工業生產規模隨著制造業的興起也在不斷擴大。在此背景下，工業生產和居民生活的污水排放量成倍增長，所以，對城市污水進行有效處理已成為城市管理決策部門工作的當務之急[5]。

通過分析國內目前城市污水處理的行業現狀可以看出，各個城市的水生態環境都存在著不同程度的污染現象，很難找到一個完全沒有被污染的城市供水體系。而部分城市本就屬于缺水型城市，水資源嚴重匱乏，若污水處理再得不到有效處理，將會造成大量可回收再利用的寶貴水資源流失，這樣就會加劇城市的缺水程度。此時，污水處理一體化泵站技術應運而生，其規劃設計是城市污水處理的先進技術類型之一。

一體化泵站有著較強的污水處理功能，而且，在城市污水經過處理后，既可以直接實現達標排放，又可以為城市周邊以及農業灌溉提供用水，還適用于城市污水的長距離輸送和雨水處理，其主要技術特點如下：

（1）作業流程簡單，可在較短時間完成作業周期，無需太多的現場作業內容，且所有設施和構件都是直接由生產廠家提供成品件購進，并進行現場組裝，所以作業過程不會危害周邊的環境和生態；

（2）工程造價低廉，主要是指在成本開支方面與普通泵站相比，可實現總成本開支20%幅度的縮減，極大緩解了企業資金緊張的問題；

（3）這種泵站的管控系統主要是采用信息技術進行設計，其操作流程實現了集成化，既節省了大量的人力資源成本，又可以有效防止危害人身安全的事故發生；

（4）這種泵站的控制系統是由生產廠家提前在內部完成質量性能測試，所以，施工現場的安裝使用只需要再經過稍微調試即可投入運行，操作過程方便快捷，系統具有很好的安全穩定性，并且，系統的整體技術與以往的傳統方式相比，優勢相當明顯。

4 城市污水處理系統中一體化泵站的智能設計

飛力樹脂混凝土預制泵站采用了一體化智能設計，取代了傳統的混凝土普通泵站形式，其筒體特制材質是多層復合材料，內外層是玻璃鋼纖維，加工技術極為精密，中間是不飽和樹脂，有石英材質粒料和無機填充材料，有非常均勻的壁厚，筒體成型工藝先進，整體性能優良[6]。飛力樹脂混凝土預制泵站的設計方式是模塊化形式，成品性能質量都很優異，筒體屬于剛性性質，其強度和剛度等級都極高；整體結構非常安全穩定，材料厚度和成品重量盡量簡約化；以沉井形式實施安裝作業，作業過程方便快捷，省略基坑開挖和圍護結構作業，作業現場不產生噪音和粉塵污染。由于是直接購進成品構件完成安裝，所以無需現場澆筑，安裝周期很短且成本低廉，這對于相關企業控制成本費用非常有利。一體化泵站的結構如圖1、圖2所示。

圖1 一體化泵站整體結構示意圖

圖2 一體化泵站內部結構透視圖

4.1 一體化泵站的工藝設計

4.1.1 外殼設計

市面通行的頂蓋檢修的焊接作業多采用鋁紋板，規格型號及技術應用沒有統一標準，相關適用配件很難找到。而飛力TOP3的頂蓋設計采用全新形式，生產過程為標準化管理，成型工藝先進，質強體輕，操作簡便易行，外觀表面采用防滑的凹凸鑄造工藝，排風管道實施內置，外觀設計合理且相當簡潔，與周邊環境渾然一體。

4.1.2 高效污水處理技術

（1）創新體驗：飛力污水泵N泵N技術作為一種創新技術對于提升城市污水處理工作的效率具有重要意義，給污水泵從自清潔設計到高效率的持續輸出帶來了全新的快捷體驗，同時，系統運行成本大幅縮減；

（2）模塊選擇：有特殊性的污水處理模塊，其中，標準鑄鐵材質的模塊更適用；而高鉻鑄鐵材質的葉輪模塊更適宜強腐蝕性的污水處理；切碎器模塊有助于對污水中的較長物質進行破碎；

（3）可靠運行：一體化泵站的所有選擇模塊可全部高效可靠運行，且操作過程結合了方便快捷地轉換切換模塊形式，從而可確保以合理形式維系安全運行[7]。

4.1.3 專業配件

（1）專業閥門井：飛力TOP3泵站設計有系統自清潔功能，無需擔心沉積現象；系統附件的質量性能都保證可靠；預制的閥門井都是根據一體化泵站的針對性設計；系統運維人員的所有維護保養作業從始至終都不用進入泵站內部，不會出現安全事故；排水口設計在井底，免受積水困擾；

（2）斜裝出水連接緊密和契合度很高：飛力斜裝出水連接是獨有的專利技術，其設計對象主要是針對那種坡度較大，但越到底部越小的泵站底座形式，非常有利于完成系統的自清潔，泵站出水連接從此再無雜物堆積；

（3）飛力專有機械自動沖洗閥：能夠實現全程清洗自動化，剛啟動時完成短時間清洗，沉積物不會沉到水底，懸浮在水中，不用再進行電器元件的額外設置，水力運行持續保持高效率，干態雜物也可泵送出去，泵站從此再無異味。

4.1.4 全變頻供水機組

（1）一體化泵站的飛力TOP3配置的賽萊默供水機組技術和性能都很先進，其系統控制是智能化的變頻設計，供水過程安全穩定，高效節能；

（2）高效智能專業可靠：增壓機組的立式多級泵是最先進的款式，電機配置也很高效，機組整機運行效率非常高，有效降低了機組能耗；

（3）快速響應穩定供水：該系統技術參數設置高度專業化，可確保供水始終保持恒定的水壓和穩定的精度控制。

4.2 一體化泵站設計智能化

一體化泵站系統的飛力TOP3供水機組的設計主要包括智能化的通訊控制系統，供水機組，排水和通風排風，而系統管道線路以及閥門系統在內的內容設計已全部納入集成式的專業預制式設計，且在生產車間完成組裝和整機質量性能測試，該系統對于市政工程的給排水，二次供水以及農業綠化灌溉用水等都非常適用[8]。

（1）模塊化專業泵站設計：預制泵站供水機組的高效率與超前設計理念實現了泵站的整機交付使用，泵站直徑有三個參數類型，分別是4.2 m，3.8 m和3 m。供水機組安裝4個，其中3個是正常運行的，另外1個是故障備用的，系統污水處理最大設定額度是640 m3/h，泵站系統其余功能均可提前向生產廠家定制；

（2）占地面積小節約土建：泵站整機設備由預制泵站統一集成，緊湊化設計，省略了土建施工成本；

（3）建造周期短且容易擴容：整機設計裝配和性能質量由生產廠家提前制造和測試，安裝作業方便快捷，大幅壓縮了施工時長，可結合實際情況任意選址，可對管網輕松擴容；

（4）專業控制器智能高效：控制器的研發針對性很強，可滿足供水機組對各種運行環境和功能各異的需求適用性，高效電機綜合了變頻切換與控制算法的技術優勢，整機工作效率和安全穩定性非常可靠；

（5）獨有功能智慧運行：一體化泵站滿足電機絕緣和水泵的實時監測和定期巡檢，能對葉輪堵轉進行有效防范，能自主判斷偶發預警信息，泵站系統智能網絡可隨時構建；

（6）全面考量運轉無憂：監測供電電源，把控冗余液位，滿足網絡通訊4G技術，可接續傳遞中控斷點，可實時推送預警信息。

5 一體化泵站設計注意事項

（1）布局規劃需科學合理，要重點關注排灌結合構造，要融合自動排水和提水，以此對閘站系統進行一體化設計，提升緊湊結構，減少占用土地。

（2）泵站的一體化設計要保證足夠揚程，水泵選型依據設計進行，保證達到污水排放要求；如果成本條件允許，水泵構件越新越好，可選用技術運用成熟的水泵類型；試運行階段的泵型能不用就不用，總體以保證系統運行高效為原則。

（3）設計人員要結合城市污水實際情況和一體化泵站的應用目標確定水泵型號。

（4）最好以正進水形式設計一體化泵站，這樣可以使所有水泵都能充足勻稱流態進水；現場條件無法正進水的，必須要側進水；要把水泵和入水口距離盡量延長，同時保證導流順暢。

（5）在設計一體化泵站的出水口時，要盡量避免出現急轉彎，防止壅高和水流速度太快而引發的超強沖擊力損傷系統功能。

6 結語

無論是生活還是生產，水資源對于人們的重要性都是不容忽視的。就目前而言，污水處理已成為社會廣泛關注的重要問題之一，因此，為了進一步提高城市污水處理的效果和效率，最關鍵的就是對城市的污水處理系統進行合理優化改進。而目前迫切需要深入研究和創新的工藝是一體化泵站智能設計在城市污水處理系統中的合理應用，這樣就可以為城市污水處理項目建設的順利開展提供助力。