城市污水處理系統(tǒng)中一體化泵站設(shè)計(jì)及智能化研究

趙 超

（上海京瑞實(shí)業(yè)有限公司，上海 201203）

當(dāng)前，隨著水資源缺乏和水環(huán)境污染問(wèn)題的愈演愈烈，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了水資源的重要性，隨之也越來(lái)越關(guān)注城市的污水處理問(wèn)題。但由于城市污水的處理難度越來(lái)越大，所以要實(shí)現(xiàn)對(duì)城市污水的高質(zhì)高效處理，一體化泵站的合理應(yīng)用就顯得尤為重要。而科學(xué)合理分析一體化泵站智能設(shè)計(jì)在城市污水處理系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，對(duì)于城市污水處理系統(tǒng)的整體發(fā)展具有重要意義[1]。

1 一體化泵站簡(jiǎn)述

一體化泵站的設(shè)計(jì)構(gòu)想是讓水源從水泵處獲得足夠勢(shì)能，從而使污水處理工作的效率得以大幅度提升。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用此類(lèi)泵站已達(dá)十年之久，其技術(shù)運(yùn)用已達(dá)到相當(dāng)成熟的地步。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)和科研人員研究發(fā)現(xiàn)，其技術(shù)潛力仍有提升空間，因此，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)也可以投入時(shí)間和資金，持續(xù)進(jìn)行研發(fā)，以提升一體化泵站的技術(shù)含量和系統(tǒng)的整體運(yùn)行效能，爭(zhēng)取把城鎮(zhèn)污水處理能力提高到一個(gè)新的水平，同時(shí)還城市居民和生態(tài)環(huán)境一個(gè)清潔的水環(huán)境。

2 一體化泵站技術(shù)的應(yīng)用原理

在城市污水處理系統(tǒng)中進(jìn)行泵站一體化設(shè)計(jì)，主要包括：水泵和井筒，水網(wǎng)以及傳感器和管理控制系統(tǒng)。全部泵站的配套設(shè)施和構(gòu)件先由生產(chǎn)廠家在車(chē)間內(nèi)部完成生產(chǎn)，再向相關(guān)企業(yè)提供成品件，然后由采購(gòu)人員直接采購(gòu)運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)，最后經(jīng)作業(yè)人員拼裝完成；其作業(yè)過(guò)程從設(shè)計(jì)到最后完成，流程操作簡(jiǎn)便易行，且投入運(yùn)行后也會(huì)立刻呈現(xiàn)出良好的性能和運(yùn)行狀態(tài)[2-4]。

城市污水系統(tǒng)將一體化泵站設(shè)計(jì)引入城市污水處理規(guī)劃，其技術(shù)原理與污水凈化原理非常接近，但應(yīng)用過(guò)程細(xì)究起來(lái)仍發(fā)現(xiàn)存在一定程度的差別。一體化泵站設(shè)計(jì)的技術(shù)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(kāi)始攪拌，觀測(cè)有汞花類(lèi)物質(zhì)出現(xiàn)在污水中時(shí)，即標(biāo)志著混拌作業(yè)結(jié)束；

（2）積淀：經(jīng)混拌的污水向積淀池排放，此時(shí)技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)真觀測(cè)，在全部雜質(zhì)沉入池底和水體產(chǎn)生明顯分離時(shí)，就標(biāo)志著積淀完成，然后及時(shí)清除積淀池內(nèi)積淀的雜質(zhì)，留下干凈水體；

（3）濾清：這時(shí)干凈水體向?yàn)V池排放，實(shí)現(xiàn)反復(fù)多次的過(guò)濾過(guò)程，直到濾掉全部有毒有害物質(zhì)和污濁物，使水體變得清澈見(jiàn)底，即結(jié)束濾清過(guò)程；

（4）消毒：該過(guò)程是對(duì)清潔水體實(shí)施消毒作業(yè)，最后測(cè)試水體中的有毒有害物質(zhì)已達(dá)到符合排放標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)志著消毒作業(yè)結(jié)束，而達(dá)標(biāo)水體投入循環(huán)再利用。

3 一體化泵站在城市污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用特性

當(dāng)前，我國(guó)積極推進(jìn)和倡導(dǎo)的城鎮(zhèn)化建設(shè)戰(zhàn)略決策，極大地推動(dòng)了城市的人口和整體規(guī)模迅速增加，且大量的外來(lái)務(wù)工人員和農(nóng)村剩余勞動(dòng)力涌入城市，同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模隨著制造業(yè)的興起也在不斷擴(kuò)大。在此背景下，工業(yè)生產(chǎn)和居民生活的污水排放量成倍增長(zhǎng)，所以，對(duì)城市污水進(jìn)行有效處理已成為城市管理決策部門(mén)工作的當(dāng)務(wù)之急[5]。

通過(guò)分析國(guó)內(nèi)目前城市污水處理的行業(yè)現(xiàn)狀可以看出，各個(gè)城市的水生態(tài)環(huán)境都存在著不同程度的污染現(xiàn)象，很難找到一個(gè)完全沒(méi)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(yán)重匱乏，若污水處理再得不到有效處理，將會(huì)造成大量可回收再利用的寶貴水資源流失，這樣就會(huì)加劇城市的缺水程度。此時(shí)，污水處理一體化泵站技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其規(guī)劃設(shè)計(jì)是城市污水處理的先進(jìn)技術(shù)類(lèi)型之一。

一體化泵站有著較強(qiáng)的污水處理功能，而且，在城市污水經(jīng)過(guò)處理后，既可以直接實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，又可以為城市周邊以及農(nóng)業(yè)灌溉提供用水，還適用于城市污水的長(zhǎng)距離輸送和雨水處理，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）作業(yè)流程簡(jiǎn)單，可在較短時(shí)間完成作業(yè)周期，無(wú)需太多的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)內(nèi)容，且所有設(shè)施和構(gòu)件都是直接由生產(chǎn)廠家提供成品件購(gòu)進(jìn)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，所以作業(yè)過(guò)程不會(huì)危害周邊的環(huán)境和生態(tài)；

（2）工程造價(jià)低廉，主要是指在成本開(kāi)支方面與普通泵站相比，可實(shí)現(xiàn)總成本開(kāi)支20%幅度的縮減，極大緩解了企業(yè)資金緊張的問(wèn)題；

（3）這種泵站的管控系統(tǒng)主要是采用信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其操作流程實(shí)現(xiàn)了集成化，既節(jié)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(fā)生；

（4）這種泵站的控制系統(tǒng)是由生產(chǎn)廠家提前在內(nèi)部完成質(zhì)量性能測(cè)試，所以，施工現(xiàn)場(chǎng)的安裝使用只需要再經(jīng)過(guò)稍微調(diào)試即可投入運(yùn)行，操作過(guò)程方便快捷，系統(tǒng)具有很好的安全穩(wěn)定性，并且，系統(tǒng)的整體技術(shù)與以往的傳統(tǒng)方式相比，優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。

4 城市污水處理系統(tǒng)中一體化泵站的智能設(shè)計(jì)

飛力樹(shù)脂混凝土預(yù)制泵站采用了一體化智能設(shè)計(jì)，取代了傳統(tǒng)的混凝土普通泵站形式，其筒體特制材質(zhì)是多層復(fù)合材料，內(nèi)外層是玻璃鋼纖維，加工技術(shù)極為精密，中間是不飽和樹(shù)脂，有石英材質(zhì)粒料和無(wú)機(jī)填充材料，有非常均勻的壁厚，筒體成型工藝先進(jìn)，整體性能優(yōu)良[6]。飛力樹(shù)脂混凝土預(yù)制泵站的設(shè)計(jì)方式是模塊化形式，成品性能質(zhì)量都很優(yōu)異，筒體屬于剛性性質(zhì)，其強(qiáng)度和剛度等級(jí)都極高；整體結(jié)構(gòu)非常安全穩(wěn)定，材料厚度和成品重量盡量簡(jiǎn)約化；以沉井形式實(shí)施安裝作業(yè)，作業(yè)過(guò)程方便快捷，省略基坑開(kāi)挖和圍護(hù)結(jié)構(gòu)作業(yè)，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不產(chǎn)生噪音和粉塵污染。由于是直接購(gòu)進(jìn)成品構(gòu)件完成安裝，所以無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)澆筑，安裝周期很短且成本低廉，這對(duì)于相關(guān)企業(yè)控制成本費(fèi)用非常有利。一體化泵站的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 一體化泵站整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 一體化泵站內(nèi)部結(jié)構(gòu)透視圖

4.1 一體化泵站的工藝設(shè)計(jì)

4.1.1 外殼設(shè)計(jì)

市面通行的頂蓋檢修的焊接作業(yè)多采用鋁紋板，規(guī)格型號(hào)及技術(shù)應(yīng)用沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)適用配件很難找到。而飛力TOP3的頂蓋設(shè)計(jì)采用全新形式，生產(chǎn)過(guò)程為標(biāo)準(zhǔn)化管理，成型工藝先進(jìn)，質(zhì)強(qiáng)體輕，操作簡(jiǎn)便易行，外觀表面采用防滑的凹凸鑄造工藝，排風(fēng)管道實(shí)施內(nèi)置，外觀設(shè)計(jì)合理且相當(dāng)簡(jiǎn)潔，與周邊環(huán)境渾然一體。

4.1.2 高效污水處理技術(shù)

（1）創(chuàng)新體驗(yàn)：飛力污水泵N泵N技術(shù)作為一種創(chuàng)新技術(shù)對(duì)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(shè)計(jì)到高效率的持續(xù)輸出帶來(lái)了全新的快捷體驗(yàn)，同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)鑄鐵材質(zhì)的模塊更適用；而高鉻鑄鐵材質(zhì)的葉輪模塊更適宜強(qiáng)腐蝕性的污水處理；切碎器模塊有助于對(duì)污水中的較長(zhǎng)物質(zhì)進(jìn)行破碎；

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

4.1.3 專(zhuān)業(yè)配件

（1）專(zhuān)業(yè)閥門(mén)井：飛力TOP3泵站設(shè)計(jì)有系統(tǒng)自清潔功能，無(wú)需擔(dān)心沉積現(xiàn)象；系統(tǒng)附件的質(zhì)量性能都保證可靠；預(yù)制的閥門(mén)井都是根據(jù)一體化泵站的針對(duì)性設(shè)計(jì)；系統(tǒng)運(yùn)維人員的所有維護(hù)保養(yǎng)作業(yè)從始至終都不用進(jìn)入泵站內(nèi)部，不會(huì)出現(xiàn)安全事故；排水口設(shè)計(jì)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(dú)有的專(zhuān)利技術(shù)，其設(shè)計(jì)對(duì)象主要是針對(duì)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(tǒng)的自清潔，泵站出水連接從此再無(wú)雜物堆積；

（3）飛力專(zhuān)有機(jī)械自動(dòng)沖洗閥：能夠?qū)崿F(xiàn)全程清洗自動(dòng)化，剛啟動(dòng)時(shí)完成短時(shí)間清洗，沉積物不會(huì)沉到水底，懸浮在水中，不用再進(jìn)行電器元件的額外設(shè)置，水力運(yùn)行持續(xù)保持高效率，干態(tài)雜物也可泵送出去，泵站從此再無(wú)異味。

4.1.4 全變頻供水機(jī)組

（1）一體化泵站的飛力TOP3配置的賽萊默供水機(jī)組技術(shù)和性能都很先進(jìn)，其系統(tǒng)控制是智能化的變頻設(shè)計(jì)，供水過(guò)程安全穩(wěn)定，高效節(jié)能；

（2）高效智能專(zhuān)業(yè)可靠：增壓機(jī)組的立式多級(jí)泵是最先進(jìn)的款式，電機(jī)配置也很高效，機(jī)組整機(jī)運(yùn)行效率非常高，有效降低了機(jī)組能耗；

（3）快速響應(yīng)穩(wěn)定供水：該系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)設(shè)置高度專(zhuān)業(yè)化，可確保供水始終保持恒定的水壓和穩(wěn)定的精度控制。

4.2 一體化泵站設(shè)計(jì)智能化

一體化泵站系統(tǒng)的飛力TOP3供水機(jī)組的設(shè)計(jì)主要包括智能化的通訊控制系統(tǒng)，供水機(jī)組，排水和通風(fēng)排風(fēng)，而系統(tǒng)管道線路以及閥門(mén)系統(tǒng)在內(nèi)的內(nèi)容設(shè)計(jì)已全部納入集成式的專(zhuān)業(yè)預(yù)制式設(shè)計(jì)，且在生產(chǎn)車(chē)間完成組裝和整機(jī)質(zhì)量性能測(cè)試，該系統(tǒng)對(duì)于市政工程的給排水，二次供水以及農(nóng)業(yè)綠化灌溉用水等都非常適用[8]。

（1）模塊化專(zhuān)業(yè)泵站設(shè)計(jì)：預(yù)制泵站供水機(jī)組的高效率與超前設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)了泵站的整機(jī)交付使用，泵站直徑有三個(gè)參數(shù)類(lèi)型，分別是4.2 m，3.8 m和3 m。供水機(jī)組安裝4個(gè)，其中3個(gè)是正常運(yùn)行的，另外1個(gè)是故障備用的，系統(tǒng)污水處理最大設(shè)定額度是640 m3/h，泵站系統(tǒng)其余功能均可提前向生產(chǎn)廠家定制；

（2）占地面積小節(jié)約土建：泵站整機(jī)設(shè)備由預(yù)制泵站統(tǒng)一集成，緊湊化設(shè)計(jì)，省略了土建施工成本；

（3）建造周期短且容易擴(kuò)容：整機(jī)設(shè)計(jì)裝配和性能質(zhì)量由生產(chǎn)廠家提前制造和測(cè)試，安裝作業(yè)方便快捷，大幅壓縮了施工時(shí)長(zhǎng)，可結(jié)合實(shí)際情況任意選址，可對(duì)管網(wǎng)輕松擴(kuò)容；

（4）專(zhuān)業(yè)控制器智能高效：控制器的研發(fā)針對(duì)性很強(qiáng)，可滿足供水機(jī)組對(duì)各種運(yùn)行環(huán)境和功能各異的需求適用性，高效電機(jī)綜合了變頻切換與控制算法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，整機(jī)工作效率和安全穩(wěn)定性非常可靠；

（5）獨(dú)有功能智慧運(yùn)行：一體化泵站滿足電機(jī)絕緣和水泵的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定期巡檢，能對(duì)葉輪堵轉(zhuǎn)進(jìn)行有效防范，能自主判斷偶發(fā)預(yù)警信息，泵站系統(tǒng)智能網(wǎng)絡(luò)可隨時(shí)構(gòu)建；

（6）全面考量運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)憂：監(jiān)測(cè)供電電源，把控冗余液位，滿足網(wǎng)絡(luò)通訊4G技術(shù)，可接續(xù)傳遞中控?cái)帱c(diǎn)，可實(shí)時(shí)推送預(yù)警信息。

5 一體化泵站設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）布局規(guī)劃需科學(xué)合理，要重點(diǎn)關(guān)注排灌結(jié)合構(gòu)造，要融合自動(dòng)排水和提水，以此對(duì)閘站系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，提升緊湊結(jié)構(gòu)，減少占用土地。

（2）泵站的一體化設(shè)計(jì)要保證足夠揚(yáng)程，水泵選型依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行，保證達(dá)到污水排放要求；如果成本條件允許，水泵構(gòu)件越新越好，可選用技術(shù)運(yùn)用成熟的水泵類(lèi)型；試運(yùn)行階段的泵型能不用就不用，總體以保證系統(tǒng)運(yùn)行高效為原則。

（3）設(shè)計(jì)人員要結(jié)合城市污水實(shí)際情況和一體化泵站的應(yīng)用目標(biāo)確定水泵型號(hào)。

（4）最好以正進(jìn)水形式設(shè)計(jì)一體化泵站，這樣可以使所有水泵都能充足勻稱(chēng)流態(tài)進(jìn)水；現(xiàn)場(chǎng)條件無(wú)法正進(jìn)水的，必須要側(cè)進(jìn)水；要把水泵和入水口距離盡量延長(zhǎng)，同時(shí)保證導(dǎo)流順暢。

（5）在設(shè)計(jì)一體化泵站的出水口時(shí)，要盡量避免出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎，防止壅高和水流速度太快而引發(fā)的超強(qiáng)沖擊力損傷系統(tǒng)功能。

6 結(jié)語(yǔ)

無(wú)論是生活還是生產(chǎn)，水資源對(duì)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(huì)廣泛關(guān)注的重要問(wèn)題之一，因此，為了進(jìn)一步提高城市污水處理的效果和效率，最關(guān)鍵的就是對(duì)城市的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化改進(jìn)。而目前迫切需要深入研究和創(chuàng)新的工藝是一體化泵站智能設(shè)計(jì)在城市污水處理系統(tǒng)中的合理應(yīng)用，這樣就可以為城市污水處理項(xiàng)目建設(shè)的順利開(kāi)展提供助力。