市政排水管網(wǎng)節(jié)能的研究與應(yīng)用

聶榮樂(lè)

【摘 要】市政排水管網(wǎng)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(shè)計(jì)和泵站自身的節(jié)能等方面研究了市政排水管網(wǎng)的節(jié)能。通過(guò)實(shí)際工程運(yùn)用，節(jié)省電能1500度/天。

【關(guān)鍵詞】排水管網(wǎng)；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(shí)際上由于排水管道埋深會(huì)決定下游泵站的揚(yáng)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(yáng)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(yáng)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(shù)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(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的能耗影響很大。

一、市政排水管網(wǎng)現(xiàn)狀

（一）規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題

當(dāng)前的排水規(guī)劃一般來(lái)講，普遍比較不合理。排水規(guī)劃設(shè)計(jì)要以總體規(guī)劃為前提，但管網(wǎng)建設(shè)有其自身的特點(diǎn)，它建設(shè)完成后使用期限要長(zhǎng)達(dá)四五十年以上，如果嚴(yán)格以總體規(guī)劃的年限、污水量標(biāo)準(zhǔn)、居住人口密度、土地服務(wù)范圍等為依據(jù)，有時(shí)很難適應(yīng)城市發(fā)展的需要。

（二）排水體制問(wèn)題

排水體制關(guān)乎整個(gè)排水設(shè)計(jì)，當(dāng)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(kuò)建排水系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)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(duì)于城郊坡地降雨的排出，應(yīng)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(jìn)入市區(qū)，在高坡設(shè)截留洪溝，充分利用雨水的勢(shì)能，自流排水到市區(qū)下游水體。

市區(qū)內(nèi)平地街坊雨水地表徑流緩慢，設(shè)計(jì)溢流周期短、降雨歷時(shí)長(zhǎng)，盡管按暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算的暴雨流量較?。ㄏ嗤膹搅髅娣e時(shí)，與小匯水面積計(jì)算方法比較） ，但雨水流量遠(yuǎn)比污水流量大；所以新建的排水管網(wǎng)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(chǎng)進(jìn)行處理。同理，對(duì)于合流制的老市區(qū)，應(yīng)合理選取截流倍數(shù)，減小污水泵站需要抽提的污水量，就可以減小排水管網(wǎng)的能耗。

三、上游管道的埋深

如果所設(shè)計(jì)的市政排水管道是干管，上游管道的埋深將決定設(shè)計(jì)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(méi)在受納水體的最低水位下，常常在靠近堤岸處設(shè)陡坡的排水管或者幾階跌水。在進(jìn)行這類(lèi)管道的下游主管道設(shè)計(jì)時(shí)，僅僅根據(jù)已有的接入口標(biāo)高資料進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)使得主干管的埋深很大。所以這時(shí)應(yīng)該對(duì)接入口的上游2-10米的管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，如果有陡坡或跌水，應(yīng)該對(duì)該段上游管道進(jìn)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(fēng)機(jī)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(diǎn)。提升泵站的節(jié)能主要應(yīng)從以下幾方面考慮。

（1）滿(mǎn)足工藝要求前提下，應(yīng)使管道平直順暢，減小管道的轉(zhuǎn)彎和管件的數(shù)量，從而盡量減少水頭損失，同時(shí)要減少不必要的跌水，最大限度降低泵揚(yáng)程；

（2）合理確定安裝高度和吸水淹沒(méi)深度，正確進(jìn)行管路設(shè)計(jì)，選擇合適的流量調(diào)控方式，保證水泵機(jī)組始終高效運(yùn)轉(zhuǎn)；

（3）投資允許情況下，優(yōu)先選用高效水泵和電機(jī)及傳動(dòng)裝置。對(duì)于水量波動(dòng)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(jù)流量選擇合適的水泵組合，務(wù)必使得水泵的并聯(lián)后運(yùn)行工況點(diǎn)位于水泵特性曲線(xiàn)的高效段內(nèi)[3]。

五、節(jié)能管材的選用

市政排水管網(wǎng)常用管材：

目前市政排水管網(wǎng)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(diǎn)主要有管節(jié)長(zhǎng)、抗壓大、抗震強(qiáng)、施工方便等；缺點(diǎn)是耐腐蝕性不好、造價(jià)高。一般來(lái)說(shuō)主要應(yīng)用于壓力較大的部位，如污水泵站、穿公路、鐵路等交通干線(xiàn)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(yīng)力鋼筋混凝土管和預(yù)應(yīng)力混凝土管。優(yōu)點(diǎn)為制造簡(jiǎn)單、可以大量節(jié)約鋼材、抗壓力強(qiáng)、造價(jià)低、技術(shù)成熟，目前我國(guó)城市排水系統(tǒng)中大部分使用的均為混凝土管；缺點(diǎn)是抗腐蝕性差、管節(jié)短、施工較復(fù)雜、抗漏抗?jié)B性能差。鋼筋、水泥均為高能耗產(chǎn)品，在目前全球資源緊缺的背景下，有限的資源應(yīng)優(yōu)先生產(chǎn)附加值更多的產(chǎn)品，同時(shí)水泥的生產(chǎn)也會(huì)造成大量的環(huán)境污染，導(dǎo)致水土流失等弊端，因此混凝土管勢(shì)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(shí)多根陶土管承插連接。優(yōu)點(diǎn)為耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于排除酸性廢水，早期比較常用。缺點(diǎn)為性脆易破，現(xiàn)在較少使用。

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

（5）塑料管：塑料管種類(lèi)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(diǎn)有：重量輕好運(yùn)輸、耐腐蝕性強(qiáng)、摩擦力小、施工方便。由于塑料管道粗糙系數(shù)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(yīng)盡量選用塑料管。

六、工程運(yùn)用實(shí)例

廣東省某市的沿河截污管道，總投資3000萬(wàn)，總長(zhǎng)2km，截留倍數(shù)1。地形順河堤下坡，平均坡度約為5‰。該項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)中在管道從起點(diǎn)往下約1km處埋深達(dá)到了7米，為了減小埋深，保護(hù)河堤安全，設(shè)一個(gè)中途提升泵站，揚(yáng)程11m，流量300m3/h，功率30kw，2用1備，旱季1臺(tái)運(yùn)行，預(yù)計(jì)2臺(tái)運(yùn)行。旱季每日電耗約700度，雨季每日電耗約1400度。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，上游的合流管道和渠道都是淹沒(méi)排水，最大的一根管道跌水達(dá)到4m，造成了設(shè)計(jì)管段的埋深很大。所以在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)部分支流管道進(jìn)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(shè)計(jì)中管道埋深大大減小，管道從起點(diǎn)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(jié)果與討論

市政排水管網(wǎng)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(shù)；

選用粗糙系數(shù)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(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]王圃，王力，文屹.城市水廠(chǎng)二泵站中水泵的選擇[J]. 重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)， 2004， 26.

[3]文屹.中小城市給水泵站的優(yōu)化[D]；重慶大學(xué)；2004年.