市政排水管网节能的研究与应用

　　【摘要】市政排水管网系统的能耗主要存在于排水泵站，为了减小市政管道的能耗，本文从管材的选用、管道的设计和泵站自身的节能等方面研究了市政排水管网的节能。通过实际工程运用，节省电能1500度天。
　　【关键词】排水管网；节能；泵站
　　由于排水管道为重力流管道，表面上看不消耗能量，所以排水管道的节能常常被忽视。但是实际上由于排水管道埋深会决定下游泵站的扬程，所以的排水管道的节能非常重要的。排水工程所消耗的能源主要包括电、燃料及药剂等潜在能源，其中电耗占总能耗也是的60～90〔1〕。如果排水管道的总埋深体抬高1m，下游的水泵站的扬程就可以减小1m，由于排水泵站的水量通常都很大，所以减小扬程将大大减小排水泵站的能耗。而排水管道的埋深是有很多方面所决定包括了截留倍数的确定、管材的选用和上有管道的埋深等等因素。除了排水管道的埋深，泵站本身的设计对于整个排水管网系统的能耗影响很大。
　　一、市政排水管网现状
　　（一）规划设计问题
　　当前的排水规划一般来讲，普遍比较不合理。排水规划设计要以总体规划为前提，但管网建设有其自身的特点，它建设完成后使用期限要长达四五十年以上，如果严格以总体规划的年限、污水量标准、居住人口密度、土地服务范围等为依据，有时很难适应城市发展的需要。
　　（二）排水体制问题
　　排水体制关乎整个排水设计，当前的大部分排水体制均需改制。排水系统的体制一般分为合流制和分流制，混合制也是城市中常有的系统，是具有合流制的城市需要扩建排水系统时出现的。在大城市中，因各區域的自然条件以及修建情况相差较大，因此要因地制宜地在各区域采用不同的排水体制。
　　二、雨水、污水的排除方式与节能
　　对于城郊坡地降雨的排出，应遵循高水高排的原则，使山区坡地径流的雨水尽可能不进入市区，在高坡设截留洪沟，充分利用雨水的势能，自流排水到市区下游水体。
　　市区内平地街坊雨水地表径流缓慢，设计溢流周期短、降雨历时长，尽管按暴雨强度公式计算的暴雨流量较小（相同的径流面积时，与小汇水面积计算方法比较），但雨水流量远比污水流量大；所以新建的排水管网系统尽量采用分流排水体制，雨水尽快的排入附近水体，污水排至污水处理厂进行处理。同理，对于合流制的老市区，应合理选取截流倍数，减小污水泵站需要抽提的污水量，就可以减小排水管网的能耗。
　　三、上游管道的埋深
　　如果所设计的市政排水管道是干管，上游管道的埋深将决定设计管段的埋深。有些城市的旧的排水管道，特别是直接排到受纳水体的雨水管道和合流制管道，为了保证出口能淹没在受纳水体的最低水位下，常常在靠近堤岸处设陡坡的排水管或者几阶跌水。在进行这类管道的下游主管道设计时，仅仅根据已有的接入口标高资料进行设计会使得主干管的埋深很大。所以这时应该对接入口的上游210米的管道进行现场勘察，如果有陡坡或跌水，应该对该段上游管道进行改造，取消跌水和陡坡，可以大大提高主管道埋深。
　　四、排水泵站的节能
　　泵站和风机房的电耗一般占排水工程总电耗的6080，自然也是节能的重点。提升泵站的节能主要应从以下几方面考虑。
　　（1）满足工艺要求前提下，应使管道平直顺畅，减小管道的转弯和管件的数量，从而尽量减少水头损失，同时要减少不必要的跌水，最大限度降低泵扬程；
　　（2）合理确定安装高度和吸水淹没深度，正确进行管路设计，选择合适的流量调控方式，保证水泵机组始终高效运转；
　　（3）投资允许情况下，优先选用高效水泵和电机及传动装置。对于水量波动频繁的系统考虑采用变频泵〔3〕。
　　（4）水泵的组合优化。根据流量选择合适的水泵组合，务必使得水泵的并联后运行工况点位于水泵特性曲线的高效段内〔3〕。
　　五、节能管材的选用
　　市政排水管网常用管材：
　　目前市政排水管网常用管材主要有金属管、混凝土管、陶土管、玻璃钢夹砂管和塑料管。
　　（1）金属管：包括钢管、铸铁管、球墨铸铁管等。金属管材的优点主要有管节长、抗压大、抗震强、施工方便等；缺点是耐腐蚀性不好、造价高。一般来说主要应用于压力较大的部位，如污水泵站、穿公路、铁路等交通干线部位、压力排水管道等。
　　（2）混凝土管：包括素混凝土管、普通钢筋混凝土管、自应力钢筋混凝土管和预应力混凝土管。优点为制造简单、可以大量节约钢材、抗压力强、造价低、技术成熟，目前我国城市排水系统中大部分使用的均为混凝土管；缺点是抗腐蚀性差、管节短、施工较复杂、抗漏抗渗性能差。钢筋、水泥均为高能耗产品，在目前全球资源紧缺的背景下，有限的资源应优先生产附加值更多的产品，同时水泥的生产也会造成大量的环境污染，导致水土流失等弊端，因此混凝土管势必将遭到淘汰。
　　（3）陶土管：陶土管由塑性耐火粘土上釉烧制而成，多制成承插管，使用时多根陶土管承插连接。优点为耐腐蚀性强，特别适用于排除酸性废水，早期比较常用。缺点为性脆易破，现在较少使用。
　　（4）玻璃钢夹砂管：玻璃钢夹砂管是以树脂为基体材料，玻璃纤维及其制品为增强材料，石英砂为填充材料而制成的新型复合材料。主要优点为耐腐蚀性好、耐寒耐热性能好、重量轻、方便运输、管节长、接头少、耐压性好、施工方便、应用范围广。缺点主要是造价较高、接口处容易渗漏。
　　（5）塑料管：塑料管种类繁多，比较常用的有UPVC（聚氯乙烯）管、PE（聚乙烯）管、HDPE（高密度聚乙烯）管等。塑料管主要优点有：重量轻好运输、耐腐蚀性强、摩擦力小、施工方便。由于塑料管道粗糙系数较小，同样流量下相同管径的水头损失小，因此为了节约能量，降低下游管道的埋深，排水管道应尽量选用塑料管。
　　六、工程运用实例
　　广东省某市的沿河截污管道，总投资3000万，总长2km，截留倍数1。地形顺河堤下坡，平均坡度约为5。该项目初步设计中在管道从起点往下约1km处埋深达到了7米，为了减小埋深，保护河堤安全，设一个中途提升泵站，扬程11m，流量300m3h，功率30kw，2用1备，旱季1台运行，预计2台运行。旱季每日电耗约700度，雨季每日电耗约1400度。经过现场勘查，上游的合流管道和渠道都是淹没排水，最大的一根管道跌水达到4m，造成了设计管段的埋深很大。所以在施工图设计时，对部分支流管道进行改造，取消跌水和陡坡，大减小了排水管道的埋深。因此施工图设计中管道埋深大大减小，管道从起点往下约1km处埋减小为4米取消了，取消了中途泵站，旱季每日节省电耗700度，雨季节省电耗1500度。
　　七、结果与讨论
　　市政排水管网的能耗主要是提升泵站的电耗。为了减小提升泵站的能耗可以采用以下几种办法：
　　选用合理选取截流倍数；
　　选用粗糙系数小的管材；
　　合理利用上游管道的跌水和陡坡；
　　合理的选用水泵，优化水泵的组合和运行。
　　【参考文献】
　　〔1〕林荣忱，等。污水处理厂泵站与曝气系统的节能途径〔J〕。中国给水排水，1999，1。
　　〔2〕王圃，王力，文屹。城市水厂二泵站中水泵的选择〔J〕。重庆建筑大学学报，2004，26。
　　〔3〕文屹。中小城市给水泵站的优化〔D〕；重庆大学；2004年。