大型城市污水泵站設(shè)備選型研究

孟祥磊

摘要：本文以天津市某大型污水泵站為例，從水泵選型、水泵機(jī)組臺數(shù)確定、格柵除污機(jī)選型、集水池清泥裝置四個方面對泵站內(nèi)主要設(shè)備的特點(diǎn)及適用進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：污水泵站；設(shè)備選型；泵站清淤

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，污水處理廠與中心城區(qū)的距離也不斷加大，污水管道的管徑、埋深、輸送距離都產(chǎn)生了巨大變化，這就對中途提升泵站提出了新的要求。本文以天津市某大型污水泵站（設(shè)計(jì)流量約8.0m3/s，進(jìn)水管道埋深約17m）為例，對泵站主要設(shè)備的選型進(jìn)行了探討。

1水泵選型

正確選擇水泵型式是泵站能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵，根據(jù)天津市排水泵站的建設(shè)及管理經(jīng)驗(yàn)，在充分調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，遵循便于管理、運(yùn)行可靠、滿足景觀、節(jié)省占地要求等原則，就目前使用最多的潛水排污泵、潛水混流泵和立式無堵塞排污泵進(jìn)行比較。

1.1潛水排污泵

該泵型適用污水泵站，具有如下特點(diǎn)：（1）水安裝，安裝、拆卸簡便；（2）作介質(zhì)：懸浮的固液混合物，顆粒25～150mm；纖維長度50～400mm；排污性能好：（3）結(jié)構(gòu)采用單流道，污物通過能力強(qiáng)；（4）于55KW水泵帶冷卻夾套，可帶走電機(jī)熱量，在超低水位情況下仍可安全運(yùn)行.

1.2潛水混流泵

該泵型適用雨水泵站，具有如下特點(diǎn)：（1）筒式潛水安裝，安裝、拆卸簡便；（2）輪為葉片式，適用于低中流量、低中揚(yáng)程情況，泵廠一般做到1000口徑以內(nèi)；（3）作介質(zhì)：清水或物理化學(xué)類似于清水的液體，其中不允許含大顆粒、長纖維。

1.3立式無堵塞排污泵

該泵型適用污水泵站且不限制建筑面積的情況，具有如下特點(diǎn)：（1）干式安裝，需設(shè)置主機(jī)房；（2）水泵安裝高度需滿足水泵汽蝕余量，安裝位置較低，并需設(shè)置真空引水裝置；（3）工作介質(zhì)：懸浮的固液混合物，顆粒30～200mm；纖維長度50～150mm；排污性能好：葉輪結(jié)構(gòu)采用雙流道，污物通過能力強(qiáng)。

1.4水泵選型結(jié)論

本工程為大型污水泵站，泵站來水成分復(fù)雜、纖維狀雜物多，顯然潛水混流泵不宜選用。為保證泵站運(yùn)行安全，可選擇潛水排污泵或立式無堵塞排污泵。若安裝立式無堵塞排污泵則需設(shè)置主機(jī)房，導(dǎo)致泵站上部建筑面積大，不符合規(guī)劃局對泵站建筑面積的控制要求。

綜合比較后，潛水排污泵具有明顯的優(yōu)勢，該泵型安裝簡單，使用方便，自動化水平高，可實(shí)現(xiàn)無人管理；安裝在水下運(yùn)行，能消除噪音的污染。綜合比較后，水泵采用潛水排污泵。

2水泵機(jī)組臺數(shù)

經(jīng)過對各水泵廠調(diào)研，國產(chǎn)品牌潛水排污泵一般為600口徑以內(nèi)，最大流量（4500m3/h（1.25m3/s）；進(jìn)口品牌潛水排污泵一般為1000口徑以內(nèi)，最大流量（10800m3/h（3.0m3/s）。結(jié)合泵站設(shè)計(jì)規(guī)模、單泵排水能力等因素，集水池內(nèi)安裝的水泵機(jī)組臺數(shù)按兩個方案進(jìn)行比選，方案一為安裝水泵機(jī)組為8臺，方案二為安裝水泵機(jī)組為6臺。

2.1方案一（裝機(jī)8臺）

方案一采用國產(chǎn)水泵，單泵流量1.00m3/s，功率185kW，水泵總功率為1480kW，變壓器總?cè)萘?000 kVA（4×1250kVA）

該方案特點(diǎn)如下：

2.1.1集水池分為四格，每格設(shè)連通閘門，檢修時可運(yùn)行6臺水泵，可負(fù)擔(dān)設(shè)計(jì)流量，不影響泵站正常運(yùn)行；

2.1.2水泵總功率方數(shù)值較小，可節(jié)省日后泵站運(yùn)行費(fèi)用；

2.1.3當(dāng)水泵機(jī)組出現(xiàn)故障時，小流量、多機(jī)組的配置方式可提供泵站更高的運(yùn)行保證率；

2.1.4在日常泵站運(yùn)行中，小流量水泵更易于進(jìn)行水泵機(jī)組匹配，調(diào)度靈活；

2.1.5工程投資較高；

2.2方案二（裝機(jī)6臺）

方案二采用進(jìn)口水泵，單泵流量1.48m3/s，功率250kW，水泵總功率為1500kW，變壓器總?cè)萘?000 kVA（4×1250kVA）

該方案特點(diǎn)如下：

2.2.1集水池分為二格，每格設(shè)連通閘門，檢修時可運(yùn)行3臺水泵，只能擔(dān)負(fù)75%設(shè)計(jì)流量，影響泵站正常運(yùn)行；

2.2.2水泵總功率數(shù)值較高，泵站運(yùn)行費(fèi)用高；

2.2.3當(dāng)水泵機(jī)組出現(xiàn)故障時，泵站運(yùn)行保證率低；

2.2.4工程投資較低；

2.2.5水泵機(jī)組臺數(shù)對比結(jié)論

經(jīng)過上述分析，方案一水泵采用小流量、多機(jī)組的配置方式，具有運(yùn)行可靠、運(yùn)行費(fèi)低等特點(diǎn)，本工程集水池內(nèi)水泵裝機(jī)8臺，其中2臺為變頻泵。

3格柵除污機(jī)選型

3.1耙齒回轉(zhuǎn)格柵除污機(jī)

該類型設(shè)備適用雨、污水泵站，具有如下特點(diǎn)：（1）作為細(xì)、中格柵，柵條間隙6～100mm；（2）可用于設(shè)備寬度4米、深度20米以內(nèi)的情況；（3）采用不銹鋼齒輪和鏈條，軸承為陶瓷軸承，耐磨、維護(hù)量低；（4）為密閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效密閉臭氣外溢。

3.2鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī)

該類型設(shè)備適用雨、污水泵站，具有如下特點(diǎn)：（1）作為中粗格柵使用，柵條間隙20～100mm；（2）水下無運(yùn)轉(zhuǎn)部件，維護(hù)檢修方便；（3）可用于設(shè)備寬度4米、深度20米以內(nèi)的情況。

3.3固液分離機(jī)（循環(huán)式齒耙清污機(jī)）

該類型設(shè)備適用污水泵站，具有如下特點(diǎn)：（1）無柵條，由諸多小齒耙相互聯(lián)成一個大的旋轉(zhuǎn)面，撈渣徹底；（2）作為細(xì)中格柵使用，柵條間隙5～15mm；（3）可用于設(shè)備寬度3米、深度10米以內(nèi)的情況；

3.4格柵除污機(jī)選型結(jié)論

格柵除污機(jī)是泵站機(jī)電設(shè)備中的重要設(shè)備，其主要功能負(fù)責(zé)攔截泵站進(jìn)水中污雜物、漂浮物，以保證水泵不被雜物堵塞，該設(shè)備能否正常運(yùn)行、降低格柵故障率，是保證泵站良好運(yùn)行的關(guān)鍵。由于該泵站深度超深，對格柵制造的要求較高，在調(diào)研現(xiàn)狀污水泵站、處理廠的格柵運(yùn)行情況后，本工程格柵采用耙齒回轉(zhuǎn)格柵除污機(jī)。

4集水池清泥裝置

目前，現(xiàn)狀污水泵站清挖集水池淤泥沒有有效手段、機(jī)械，只能在汛期會戰(zhàn)中對泵站進(jìn)行斷水、人工清挖淤泥，不僅費(fèi)時耗力、而且易產(chǎn)生安全隱患。

本工程設(shè)計(jì)流量大、埋深超深，為保證泵站日常持續(xù)運(yùn)行、減少并盡量避免人工清挖集水池泥砂，按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2011年版）》（GB50014-2006）中“5.3.11集水池應(yīng)設(shè)沖洗裝置，宜設(shè)清泥設(shè)施”，因此，在集水池中設(shè)置清泥裝置。

4.1清泥設(shè)施工藝流程

集水池沉淀→泥砂收集→泥砂提升→泥砂分離→外運(yùn)

目前，針對排水泵站集水池所用清泥裝置尚無定型設(shè)備，在調(diào)研國內(nèi)污水處理廠沉砂池所用設(shè)備及國外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本工程對噴射式提砂裝置、氣提式砂泵、潛水排砂泵、移動式提砂泵進(jìn)行比較。

4.2噴射式提砂裝置

4.2.1該設(shè)備特點(diǎn)如下：

（1）利用中水或經(jīng)過濾的污水作為水源，經(jīng)加壓泵加壓，形成高壓水在砂斗底部形成真空、連續(xù)提砂；

（2）主體設(shè)備位于水面之上，安裝、維護(hù)簡便；

（3）砂水混合液提升不經(jīng)過泵體，不存在堵塞、磨損問題；

（4）高壓水對砂粒具有清洗效果，有效降低砂粒外有機(jī)物含量。

4.2.2氣提式砂泵

該設(shè)備特點(diǎn)如下：

（1）利用鼓風(fēng)機(jī)提供氣源至空氣提升泵將砂水混合液由低處提升；

（2）主體設(shè)備位于水面之上，安裝、維護(hù)簡便；

（3）砂水混合液提升不經(jīng)過泵體，不存在堵塞、磨損問題；

4.3潛水排砂泵

該設(shè)備特點(diǎn)如下：

（1）耦合式潛水安裝，安裝、拆卸簡便；

（2）砂水混合液提升經(jīng)過泵體，存在堵塞、磨損問題

4.4集水池清泥裝置選型結(jié)論

該泵站泥砂提升高度需20米，若采用氣提式砂泵不滿足設(shè)備深度比（H/T）的要求；若采用移動式提砂泵，因該泵為抽真空啟動，提砂泵安裝的位置不滿足水泵汽蝕余量。因此，氣提式砂泵不符合本工程的需求。若采用潛水排砂泵，砂水混合液提升經(jīng)過泵體，存在堵塞、磨損問題。另外，考慮到集水池需設(shè)置水沖洗裝置，為此泥砂提升裝置優(yōu)先考慮利用水源作為泥砂提升，即采用噴射式提砂裝置。

5結(jié)論

對于大型污水泵站，由于其重要性和特殊性，其工藝布局和設(shè)備選型與常規(guī)泵站相比也有一些區(qū)別，必須結(jié)合日常養(yǎng)護(hù)管理部門的要求以及當(dāng)前國內(nèi)外工藝設(shè)備的發(fā)展，合理選型，優(yōu)化布局。

參考文獻(xiàn)：

[1]張中和著：《給水排水設(shè)計(jì)手冊（第五冊）》[M]，中國建筑工業(yè)出版社，2004

[2]顏錦文著：《水泵及水泵站》[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2008