污水厂进水泵的选择

污水处理厂进水泵的选择分析及应用Selection; Analysis and application of Feedwater Pump for SEWAGE PLANT吴罕江 杨云峰（浙江富春紫光环保股份有限公司 杭州 310012）摘要：进水泵是污水处理厂工艺运行中主要的动力提升设备，根据污水厂进水泵的实际使用要求和进水泵的运行参数，分析了其工作要求、运行特点，提出了选择和运行进水泵的注意事项及控制要点。关键字：污水处理厂 进水泵、流量、扬程、节能 0 前言进水泵是污水处理厂必需的重要设备之一，用以将纳污主管里收集到的污水提升到污水处理厂后续处理单元所要求的高度，使其实现重力自流。水网综合各污水处理厂电耗统计分析显示，进水泵占污水处理厂总电耗的18%，是污水处理厂主要电力消耗设备之一。附图：图示一因此，合理的选择水泵，不仅可以节能降耗，还可以减少设备的开启提高设备的使用寿命。合理选择水泵主要在两个阶段进行控制：在设计阶段，通过减少弯头、管路，减少手头损失，降低扬程，合理设计确定水泵的运行参数。在运行阶段，尽量提高泵前池水位，降低水泵扬程，增加水泵在高效区内的运行时间，这样既提高了水泵效率又减少了电耗。同时充分利用输水管网的调蓄能力，减少水泵开启时间。通过上述途径，充分降低水泵电耗，做到节能降耗、经济运行的目标。本课题是以象山富春紫光污水处理有限公司为例予以分析。1、基本情况分析1.1 规模及服务面积象山县城是象山县的政治、经济、文化和服务中心，根据城市发展规划，县城的经济特点是比较发达的第三产业，作为滨海城市，旅游、休闲具有独特的优势。象山富春紫光污水处理有限公司是象山县城唯一的污水处理厂，一期规模为2.5万m 3/d，二期扩建规模至5万m 3/d，远期为10万m 3/d。承担着县城城区污水处理任务。污水厂服务面积为29.79Km 2,服务人口10-12 万，二期服务人口为14万，远期人口为16万-22万。1.2 工艺及主要设施象山富春紫光污水处理有限公司采用A 2O工艺，厂区主要设施有进水泵站、沉砂池、A 2O池、二沉池、出水消毒渠、污泥泵房、脱水机房、鼓风机房等。污水通过厂外收集管网输送至进水泵房集水池，泵房进水泵将集水池污水提升至沉砂池，通过初步沉淀，过滤粗砂，污水通过重力流输送至A 2O池，经A 2O池生化处理后，污水流至二沉池，二沉池沉淀后，污水通过消毒渠消毒后，排出厂外。污泥泵房为接纳二沉池沉淀污泥和向生化池提供污泥，并将多余污泥输送至脱水机房，鼓风机房是为生化池提供空气。工艺流程示意图如下：第 3 页 共 10 页图示二1.3 进出水水质考虑城区主要工业为轻纺、电气、机械为主，食品加工为副的工业结构，工业污水年排放量仅为50万吨/年，其余均为生活污水和市政污水。出水水质按一级B排放标准。进出水水质指标为：CODcr BOD5 SS NH3-N TP进水 280mg/l 160mg/l 230mg/l 30mg/l 5mg/l出水 60mg/l 20mg/l 20mg/l 8mg/l 1mg/l去除效率 78.6% 87.5% 91.3% 82% 70%表一1.4、进水泵房目前进水泵房设进水闸门、粗格栅、螺旋输送机、泵前积水池和提升泵房组成。近期污水设计流量为0.375m 3/s,中期污水设计流量为0.75m 3/s，设计抽升能力为5 万m 3/d，变化系数为1.3。远期增设进水泵房，最大设计流量为1.5m3/s (K=1.30)。满足中期污水设计能力泵前集水池是用来调节来水量与抽升量之间的不平衡，其前端为梯形，上部长3.4m，下部长10m，高4.2m，平均深7.45m,容积为209.6m 3,其中水泵泵体高1.7m，泵体以上容积为177.87m 3；后端为长方形，长10 米，宽度为4.8 米，深7.7米，容积369.6 m 3，其中泵体以上容积为264.0m 3。泵体以上总容积为441.87 立方米。图示三进水泵高程图见上图。如图所示，进水泵需将泵房集水池内的水提高到7.48m高的沉砂池，其中管路最高端标高为8.2m。考虑每增加1个90弯，约需增加水头损失0.5m。在设计阶段，我们通过与设计工程师联系沟通，提升水管尽可能减少弯头与管路，减少手头损失，降低扬程。同时，将末端水管沉没于沉砂池液位下，在满水管时，利用虹吸，降低水头损失。从而为合理设计确定水泵的运行参数提供了前提条件。第 5 页 共 10 页2、水泵设计选型2.1 水泵设计参数设计院根据前述条件，近期选用2台水泵，一用一备；中期增加一台，二用一备；远期增至五台，四用一备。单泵参数如下：Q=0.38m3/s-0.425 m3/sH=11mN=55KW设计人员根据象山富春紫光污水处理有限公司处理量25000m 3/d（K=1.3）的情况和泵房设计高程，选择扬程为11m，且在此扬程下，选择流量范围为32832m3/d-36720 m3/d或1368m 3/h-1530 m3/h。2.2 水泵选购根据蓝图水泵设计参数，我们向国内水泵制造商进行了采购，水泵制造商结合自身技术加工情况，推荐了如下水泵，其性能曲线参数见下图：图示四考虑水泵均能在一定的扬程-流量区域范围内运行，结合蓝图设计参数和水泵运行性能曲线，当扬程为11m时，水泵流量在1450 m 3/h，满足水泵设计流量Q=13681530m 3/h的要求，且根据功率需求约为51KW，选用55KW电机。应该说，按照水泵设计参数，该型水泵是非常符合要求的，但它是否符合污水厂日常实际运行的要求呢？2.3 实际使用效果2006年9月，水泵设备单机调试完成后，正式进入运行阶段，操作人员发现，水泵的流量达到了40000m 3/d，运行电流在105A-115A之间。单台水泵的流量远远超出一期日处理量25000 m 3/d的要求，且因水泵采用软启动启动-运行，出水直管也未安装阀门，导致流量无法控制。怎么办？为什么会出现这些情况呢？3、水泵参数分析3.1 水泵设计参数选择分析象山富春紫光污水处理有限公司一期设计处理规模为2.5万m 3/d，汛期或非正常时候短时期内可能达到3.25万m 3/d，选用2台水泵，一用一备。二期扩建规模至5万m 3/d，二期增加一台，二用一备。远期为10万m 3/d，中远期增至五台，四用一备。设计院在选择水泵时，往往按照最不利的使用条件来考虑：选择11m的扬程，在此条件下，单台水泵需具备3.25万m 3/d的提升能力作为设计参数。而污水处理厂在建设初期，其水量往往偏小，因此，设计院选择的水泵参数往往太过于保守。即使在汛期或短时间流量较大时，流量达到3.25万m 3/d或更大水量的时候，我们也可通过启用备用泵共同提升达到3.25万m 3/d。因此，我们往往只需考虑正常的处理量就可以。3.2 水泵实际需求流量分析本项目我们按照一期的实际提升流量，建议按照2.5万m 3/d作为单台水泵提升流量，在汛期等流量较大时期，我们可通过启用备用泵共同提升达到3.25万m3/d。二期扩建时，增加一台，二用一备，达到流量5万m 3/d。3.3 水泵实际需求扬程分析本项目水泵的扬程，根据泵房高程图所示：沉砂池提升液位标高为7.48m，泵房集水池底部标高为-3.4m，高程差为10.88m。而实际运行时，潜污泵因自身发热比较厉害，必须通过浸泡在水中进行降温冷却，否则长时间运行很容易过第 7 页 共 10 页热导致电机烧毁，因此，水泵运行时，水位不能低于水泵顶部。考虑该型潜污泵自身高度一般在1.7m左右，因此，加上潜污泵泵安装基础，实际集水池运行水位至少在-1.2m的位置，因此，实际最低扬程会在8.68m，加上一个90弯头水头损失计0.5m，水泵的低位扬程可选择在9.18m。而泵房集水池的高位液，根据本泵房高程图，高位液位可选择在+3m左右，相应的高位扬程是4.98m。3.4 水泵实际参数及选购根据上述分析，我们建议的扬程为4.98m-9.18m,对应的流量可为2.5万m3/d-3.25万m 3/d。为此推荐的水泵其性能曲线如下：图示五如图所示，在扬程为9.18m时，对应的流量约为2.4万m 3/d，而在扬程为4.98m时，对应的流量为4.32万m 3/d，对应的电机功率为37KW。2006年11月，我们用新水泵更换了泵房已安装的原有水泵，在低液位时，流量约为2.5万m 3/d；但在常态高液位+1m时，流量还是比较大，达到3.5万m3/d。为控制流量，我们在出水主管上安装了控制阀门，调节水量，确保提升水量稳定，基本解决了进水提升问题。4、节能控制和效果分析4.1 换泵前后能耗比较分析通过合理选配水泵，不尽解决了提升水量稳定控制问题，也大大节约了能耗。换泵前后电流数据如下： 项目 低液位-1.2m 高液位+1m 高液位+3m 平均电流原水泵 115A 105A 102A 107.33A新水泵 85A 78A 75A 79.33A同比节约 30A 27A 27A 28A表二如图所示，换泵后，水泵平均节约电流为28A，平均每小时可节约电能18.43KW,水泵24小时运行，按当地尖峰电价（19：00-21：00）1.054元/KW、高峰电价（8：00-11：00、13：00-19：00和21：00-22：00）0.872元/KW、谷峰电价（11：00-13：00和22：00-8：00）0.388元/KW计，每天节约电费为：18.43KW/h（2h1.054元/KW+10h0.872元/KW+12h0.388元/KW）=285.37元。年节约电费为104160.09元。可以说，通过更换水泵型号，即使单台水泵，通过调节提升液位，也能够满足污水厂日常或汛期的污水提升的要求，同时也取得了较好的节能效果。换泵是完全正确的措施。4.2 换泵后节能措施比较分析如表二所示，新水泵在泵房集水池不同液位时，不仅流量不一致，电流也有所差异，在低液位-1.2m，电流达到85A；而在高液位+3m时，虽然提升流量较大，可达4.32万m 3/d，而水泵电流仅为75A。象山富春紫光污水处理有限公司处理能力为日处理污水2.5万m 3/d，而实际处理量分季节与时段不同，波动较大。夏季高峰水量可达2.8万m 3/d，冬季低峰时水量为2万m 3/d。每日白天多，晚上少。水量的起伏变化，对污水厂的稳定运行和节能造成影响。因泵房集水池高于泵身部分蓄水能力为441.87 立方米，单纯靠该部分蓄水，远远满足不了调控的需要。考虑与进水泵房集水池连通的有庞大的市政污水输送管网，具有较好的水量蓄积能力，可以作为调节池来使用。因此，我们完全第 9 页 共 10 页可以利用厂外进水管调控集水池水位，使其达到较高液位，从而达到当日稳定运行、减小水泵电流及运行能耗的目的。若按高液位+1m与低液位-1.2m相比，电流相差7A，每天也可节约71.34元，年节约费用26037.88元。考虑在此液位下，水泵提升流量较大，可通过调节水泵出水管增设的阀门来调节流量（前述水泵电流是在通过阀门调整好流量的前提下测量所得）。4.3 进一步节能措施建议在一期处理量2.5万m 3/d的前提下，在高液位运行时，尽管电流值已有所减少，但通过阀门强制调控流量，限制了水泵最大效能的发挥。如果投资经济条件许可，建议通过变频控制水泵，从而获得更好的节能效果。特别是二期项目5万m 3/d处理量开始后，在高液位时，水泵的提升量可达4.32万m 3/d，如果开启1台水泵，提升流量不足；如果开启2台，提升量太过于富裕，能耗损失较大。因此，建议在二期项目开始后，能增设水泵变频控制，从而最大限度发挥水泵的运行能力，达到较为理想的节能效果。5 结论5.1 污水厂水泵设计参数与实际使用参数之间的差异，对根据水泵实际参数进行选型提出了建议，确保污水厂进水泵房提升能力的可靠节约实现。5.2 在本次水泵经济运行分析中，我们研究了泵房集水池液位与水泵选用及节能运行的关系，取得了初步经济效益。5.3 污水厂前端有庞大的市政污水输送管网，可以作为调节池来使用，保证集水池液位尽可能处于高液位，达到水泵的稳定和经济运行。5.4 对污水厂水泵的通过变频控制，从而达到进一步节能运行提出了建议。参考文献1. 林峥 实用泵手册 上海：上海科学技术出版社，2004 年 10 月；2. 机械工程师手册编委会机械工程师