城市中小型污水泵站的设计与优化运行管理

2012-09-28赖华武

湖南科技学院学报 2012年12期

赖华武

（海口市排水泵站管理所，海南海口 570208）

中小型污水泵站作为城市重要的工程措施，其在防洪、排涝和抗旱减灾，以及工农业用水和城乡居民生活供排水等方面均发挥着重要的作用。泵站具有投资省、成本低、工期短、见效快、灵活机动等优点，但是泵站同样存在着运行耗能、设备维护和更新费用高等问题。因此，对泵站科学合理的设计及其经济优化运行就显得尤为重要。

1 泵站概况

桂林洋经济开发区 1#污水提升泵站坐落于海口市城郊结合部的桂林洋经济开发区，是桂林洋污水处理厂配套管网工程之子项。作为污水处理厂前最后一级提升泵站的一员，担负着开发区中工业和生活两大区域的污水输送任务。工程造价为784万元，占地面积1200m2，设计提升污水能力为350L/S，于2011年5月建成投产。该泵站的主要特点是：（1）造价节约，布局科学，占地面积小；（2）工艺设计合理全面，便于维护管理；（3）主要设备及控制系统均采用国内知名品牌，性能优良。且泵站在日常生产运行管理上显著，自动化程度较高，是现代化中小型污水泵站设计和运行管理的具体体现。工艺流程：

2 泵站设计基本原则

2.1 规模的确定

根据远近期污水处理量的大小，确定污水泵站的设计规模。桂林洋经济开发区工业、生活两区域近期（2010年）污水平均日流量预测为112.3L/S，服务面积约374ha；远期（2020年）污水平均日流量预测为 231.5L/S，服务面积约640ha。因此，泵站的建设分近、远二期实施。近期设计流量为178.6 L/S（污水变化系数取1.59），远期设计流量350 L/S（污水变化系数取1.49）；其中土建按远期一次性修建，设备按近、远二期分期安装投产。

2.2 站址的确定和布局

根据整个市政管网的情况和具体地形条件，结合工艺设计流程特点，选择合适的泵站位置。泵站布局时既要考虑流程合理、管理方便、经济实用，还要考虑建筑造型、厂区绿化与周围环境相协调等因素，并尽量减少对周边环境的影响。

2.3 设备主材的选用

由于污水中污杂物含量多，腐蚀性强，所以泵站水下设备及主材应选用适合污水性质且耐腐蚀的产品。

3 设计状况及设备

3.1 进水闸门井

进水闸门井平面尺寸为3.0×1.5m，地面以下深9.575m，采用钢筋混凝土结构，配备两台0.75kw方形铸铁镶铜电动闸门（W×H=800×800mm）。其主要设计特点有：①为减少后续工段集水池沉泥容积，进水闸井沉底 0.3m；②泵站事故溢流口设置在井室内，溢流管标高设置根据污水正常水位控制，排入附近雨水管道。不足之处是没有在闸井处设置有超声波液位仪，用于全程监控井室内水位和来水水量的具体情况，给具体生产运行带来一定的被动。

3.2 格栅间

格栅间平面尺寸为4.4×6.4m，地面以下深7.185m，操作平台位于地面以上 0.3m，属地面式格栅间。建有二组栅渠，栅渠类型采用地下钢筋混凝土直壁式平行渠道，渠长6.4m，宽度为 1.1m。格栅采用回转式格栅除污机，栅条间距为20mm；过栅流速v为0.9m/s,水头损失0.11m左右。为防止掉渣，格栅的安装倾角为75°。主要设备见下表：

序号设备名称规格台数产地1 回转式格栅除污机B=800 H=9.875m N=1.1kw (无锈钢材质)2 国产2无轴螺旋输送压榨一体机D=260 L=4.8m P=2.2kw (无锈钢材质)1 国产3 栅后出水电动闸门 800×800 N=0.75kw 2 国产

该工段设置有 4台超声波液位仪，用于显示栅前后水位；这些仪表都具有就地显示功能，并将信号以直流输出送到泵房PLC控制柜。格栅间的设计特点有：①具有良好的进水流态，设备的选型经济合理，技术先进；②进水管底与栅前流道设有0.3m的跌水高差，很好的弥补了过栅水头损失。

在实际运行管理中格栅间存在一些问题：①考虑节约工程造价的原因，进水闸门井、格栅间的设备均为露天设置，这样的设计一是容易使设备因日晒雨淋而腐蚀老化加快，二是无法安装手动或电动起吊葫芦，给日常的维修及管养都带来了一定的不便。②回转式格栅除污机较适合于打捞布条、麻绳、塑料袋等垃圾软物，但对于较大块的木板等硬物打捞不便，须人工清理，增加了操作工人的劳动强度。③没有设置有害气体自动探测报警装置。

3.3 集水池（水泵间）

集水池是调节变化的进水量，提供潜水泵机组稳定运行的条件，因此在设计上尤显得重要。集水池容积太大会造成池内淤积、腐化且增加工程造价，容积太小又不能满足水量调节的要求而使水泵启动频繁，为此必须合理选择。集水池容积根据进水管的设计流量、水泵抽升能力、台数、工作制度、启动时间等而定，一般应不小于最大一台泵5min的出水量或通过TminQ/4计算的值[注：Tmin－水泵最小工作周期（S），Q－水泵流量(m3/s)]。集水池的大小还要满足管道与机组设备的安装要求，一般水泵间距可为1.5～1.8m。

根据上述几点要求，本泵站水泵间的平面尺寸为 7×9.5m，泵房深9.575m，操作平台在地面以上0.3m的位置，有效容积为105m3，类型为地面式潜水污水泵房。近期配置了3台南京蓝深生产的潜水泵（2用1备），其中两台流量为89L/S，备用一台流量为175 L/S，扬程均为12m；远期预留增加一台水泵，流量为175 L/S。同时在泵坑配有一台超声波液位仪，用于监控水位及自动控制泵的开停。设计上主要特点体现在：①水力条件好，布置紧凑。②水泵选型合理，节能高效，安装维护方便且土建投资节约。③集水池中间设置一道隔离墙和一台电动隔离闸门，其目的是非正常情况时可保证泵站在不停产的前提下进行设备维修。当隔离闸门关闭时，此时的集水池就被分割成两个独立的小集水池，也意味着从进水至格栅、水泵再到出水，就形成了二条互不干扰的独立生产运行系统；当隔离闸门打开，又变成一个公共的生产系统。④在集水池的前端设置了1m宽的配水区（即设置一道导流板），较好地保证进水流态的稳定、均匀，尽量消除“汽蚀”和“旋流”现象。⑤泵房整个操作平台均在地面之上，不会出现因突发停电或闸门损坏渗漏等而造成“水淹泵房”的现象。

3.4 出水管

其主要特点为：①没有修建出水池，而是采用D500mm的无锈钢管作为总出水管与下游市政污水管网连接，其优点是节约投资。②目前大部分的泵站在设计上排水流量的计量仪表几乎空白，普遍存在水量统计不准确的问题。而本泵站在总出水管上安装有等径的管段式电磁流量计，可以准确读取泵站的日常污水输送总量，改写了以往用水泵设计流量和运行时间来人工推算总水量的作法，便捷准确。③各水泵的出水管上均设有可靠的止回阀，避免了通常泵组首先关闭出口阀后再启动的要求；备用设备平时完全可以将出口阀置于开位，处于随时备用启动状态，在瞬时切换不至于给生产带来波动，避免因设备突发故障而造成生产操作忙乱甚至连带事故。

在运行管理中也发现一些问题：①由于采用了出水钢管代替出水池，意味着出水管路变长，增加了水头损失，一定程度上增加了能耗。②总出水钢管埋设在地底下，防腐要求高。③远离出口端的边台水泵出水阻力大，运行电流偏高。

3.5 电力配电及控制系统

泵站供电负荷等级为二级。就近从开闭所引来一路10KV高压电源，另设一台86KW柴油发电机组作为第二路电源。在变配电低压侧，设功率因数集中自动补偿装置，要求补偿后的功率因数大于0.90；低压配电系统采用放射式供电。除电动葫芦采用现场手动控制，其它电动设备均设自控或手动控制两种方式。格栅间的设备根据格栅机前后液位差和时间周期通过PLC自动控制清渣；潜水泵则根据泵池液位变化通过PLC控制起停，并实现水泵轮值。上述控制在机旁设置手动控制。

其配电及控制系统的特点是：①运行性能稳定安全可靠，自动化程度高，操作方便。②潜水泵的启动采用软启动方式，大大减少了水泵瞬间启动电流对设备及电网带来的冲击损害，延长了设备的使用寿命。唯一不足的是当今变频调速技术被广泛使用，而该泵站在设计时并没有采用，对泵站的节能优化运行造成了一定的局限，不能不说是一种遗憾。

3.6 通风除臭设计

暴露的格栅、泵房会产生臭气，为保护职工身体，延长设备使用寿命及减少臭气排放对周围环境造成影响，在设计上必须考虑通风除臭的措施。本泵站采用自然通风，对臭气的处理采用植物液除臭装置。经比选，植物液除臭技术具有运营成本低、去除率高及便于管养等特点。臭气收集密封箱的取风口位于格栅、进水闸门井及集水池处。

3.7 反冲洗管系统

由于来水含有较多的污杂物和砂粒，污杂物和砂粒在集水池死角会沉积或发酵，所以在设计上集水池内设置了反冲洗管系统。反冲洗主管（DN100）从水泵出水管上接出并用di32管道在集水池均匀布线，利用水泵在抽升污水时，部分压力水回流反冲洗集水池，达到了定期清砂、清渣的目的。反冲洗管道均采用耐腐蚀老化性能较好的PE管。

3.8 防雷、接地和消防设计

泵站防雷等级为三类。泵房及配电房顶部均按有关规范布有避雷带，主要配电设备仪器都按要求设有接地。消防设计充分考虑消防通道的顺畅、便捷，并按防火规范要求布置室外消火栓和灭火器。

4 生产优化运行管理

桂林洋经济开发区 1#污水提升泵站自投产运行来，通过理论和实践的探讨，同时借鉴海口市区其它泵站丰富的经验，不断总结和创新，形成一套适合自己的科学生产运行管理体系。

4.1 节能运行的途径

水泵作为市政排水泵站中最为耗能的设备，因此如何合理使用是节能的关键。桂林洋经济开发区 1#污水提升泵站在潜水泵不具有调速功能的条件下，采取以下方法节能效果良好。

（1）生产中随时调整进水闸门的开启度，尽量让来水量与出水量相接近，满足每台运行的潜水泵都处在高效区工作。这样在可以节省能耗的同时，也延长了水泵的使用寿命。

（2）尽量满足潜水泵在允许的高水位下运行，这样就有效地缩短了提升扬程，增加了水泵出水量，达到节能目的。

（3）在总来水量变化较大的时间段，采取大小水泵合理配置的方式运行。如果水量大，可运行大泵，如果水量小，运行小泵；亦可根据具体变化，采取大泵和小泵并联运行。大小泵配置的运行方式，不但调节灵活，而且经济性好，安全可靠性亦大为提高。

（4）加强维修，及时修复叶轮汽蚀及合理的泄漏间隙。当发现潜水泵叶轮汽蚀严重或口环磨损后的泄漏间隙已超过规定值时，应进行更换或修理。根据经验及实测数据确定口环半径间隙为口环外径的 2.5%—3.5%，叶轮的汽蚀磨损采用高分子修补材料进行修补，这样对提高水泵的效率非常有效。

4.2 有关技改及措施

针对工艺及设备存在的问题，组织技术力量进行技术改造，取得了良好效果，具体措施如下：

（1）在进水闸门井内安装一台超声波液位仪，并与PLC相连接，这样就可以全天侯监控进水闸门井中的水位和总来水量的情况，为闸门开启和水泵运行提供依据。

（2）购置一台便携式有害气体监测仪，用于检测泵房有害气体浓度情况，保障值班操作人员安全与健康。

（3）低压配电柜的元器件在工作时产生的热量会使低压配电内的环境温度长期过高，容易造成电器元件及接头因过热而老化加快及故障频发。为解决此问题，我们在配电柜顶部空余空间安装了一台排风扇，这样就可以在其工作时强排柜内热量，大大改善了配电柜内的工作环境温度，确保了电气元器件的正常工作状态，并有效延长其使用寿命。