净水厂深度处理中间提升泵房的优化设计

净水厂深度处理中间提升泵房的优化设计

闫鹍

哈尔滨供水集团有限责任公司黑龙江哈尔滨150010

摘要：近年来，随着居民对饮用水水质要求的提高，不少常规处理水厂考虑更新改造，设置深度处理设施。由于深度处理设施是在原有净水工艺流程上新增加的，因此改造时为匹配原有工艺流程，需新建净水厂深度处理中间提升泵房。中间提升泵房虽然不是净水厂深度处理的净化工艺单元，但其连接水厂常规处理构筑物和深度处理构筑物，起到连接点和桥梁的作用，其运行的可靠性直接影响到后续深度处理的稳定运行。

关键词：净水厂净水厂深度处理；提升泵房；优化设计

引言

对净水厂深度处理中间提升泵房的水泵选型、泵房布置、泵房前调蓄水池设计等进行比选研究，中间提升泵房连接水厂常规处理构筑物和深度处理构筑物，其运行的可靠性直接影响到后续深度处理的稳定运行。比选了３种水泵形式：卧式离心泵、立式混流泵和潜水混流泵，从水泵运行规律适用性、建设成本、日常维护检修便利性等方面考虑，优选潜水混流泵型中间提升泵房。泵房前调蓄水池的容积大小与水厂实际运行诸多因素有关，需合理确定。

1净水厂深度处理中间提升泵房的设置需求

图1是常见的常规处理净水厂高程布置示意，沉淀池进水水位4.60m，清水池最高水位-0.10m，如果在V型滤池出水进入清水池之间新增深度处理设施，则需考虑新建中间提升泵房，将V型滤池出水提升至后续深度处理单元再处理。如果深度处理采用臭氧－生物活性炭工艺，臭氧接触池单元水头损失约0.5m，生物活性炭单元水头损失约2.5m，考虑连接管路损失约1.5m，则臭氧－生物活性炭单元的水头损合计为4.5m左右，需由中间提升泵房提升。中间提升泵房将V型滤池出水提升至后续深度处理单元，提升泵房内需设置泵前调蓄水池和水泵机组。调蓄水池有效水深一般为4～5m，因此设计水泵扬程为8～10m，且设置变频控制。中间提升泵房的水泵为大流量小扬程的水泵。

图１常规处理水厂高程布置

2水泵选型优化配置

2.1配泵原则

为节约能耗并方便管理，中间提升泵房水泵配置的几点原则如下：①为便于运行管理和维护，应采用相同结构形式的水泵；②配泵方案需满足泵前调蓄水池水位变化导致的扬程变化，能使水泵运行在高效范围内；③为适应上游重力流来水的流量变化和调蓄水池的水位变化，水泵均应考虑设置变频调速；④水泵配置的台数和泵房前调蓄水池容积密切相关。

2.2泵型选择比较

目前净水厂设计中常用叶片式水泵按流体转出叶轮方向的不同可分为离心泵、混流泵和轴流泵3种类型。对于以上3种水泵类型，由于中间提升泵房的水泵扬程一般为8～10m，从水泵比转速来分析，所采用的水泵应为高比转速离心泵或混流泵。不同类型的水泵按照安装方式和电机设置部位不同又分为卧式、立式和潜水型3种形式，不同形式的水泵对应不同的泵房土建设计方式。实际工程中，净水厂中间提升泵房一般会采用3种水泵：卧式离心泵、立式混流泵和潜水混流泵。

2.2.1卧式离心泵

由于水泵扬程较低，因此所选的卧式离心泵为高比转速，低水泵转速的泵型号，采用8级电机，水泵电机功率P为90KW。卧式离心泵关死扬程为设计工况的1.1～1.3倍，扬程随流量减少而增加，从曲线看扬程变化比较缓慢。其关死功率较小，轴功率随流量增加而略有下降，且曲线比较平缓。由于采用8级电机，卧式离心泵造价较高。卧式离心泵的效率较高，所选水泵额定点效率为82.5%。

2.2.2立式混流泵

立式混流泵为干式电机，电机位于泵筒上部，水泵电机功率为90KW。立式混流泵关死扬程为设计工况的1.5～1.8倍，扬程随流量减少而增加，变化较急，Q-H曲线较陡。其关死功率不高，轴功率随流量增加有波动，先变小后变大再变小。所选立式混流泵额定点效率为81.1%。

2.2.3潜水混流泵

潜水混流泵是潜水型电机，水泵电机功率为110KW。潜水混流泵关死扬程为设计工况的1.2～1.3倍，扬程随流量减少先急速增加，后平稳，流量大时变化较急。其关死功率较大，轴功率随流量增加而急速变小。所选潜水混流泵额定点效率为78.5%。

3泵房前调蓄水池的优化设计

中间提升泵房前调蓄水池的设置至关重要，水泵从调蓄水池内吸水提升，调蓄水池的容积大小与诸多因素有关，包括前续工艺来水日常变化规律、来水突变的情况、水泵配置台数、单泵流量大小、水泵变频设置、水泵曲线情况等。如果泵房前调蓄水池容积设置过大，则会造成土建施工浪费；如果泵房前调蓄水池容积过小，则日常运行调蓄水池内水位变幅大，水泵开关频繁。如多台水泵并联曲线的运行范围不能完全覆盖进水流量的变化，则会发生溢流情况，极大地影响水厂的制水生产安全。在实际设计过程中，会设定一些前提条件，在假定的前提条件下，分析确定泵房前调蓄水池的容积。笔者一般采用美国环境保护局USEPA的EPANET软件模拟提升泵房调蓄水池在水泵不变频条件下的水位情况，以此初步判断水泵的运行情况以及设置的调蓄水池能否满足实际生产运行需求。在容积一定的情况下，调蓄水池的水位变幅受水泵运行特性曲线自平衡和开关水泵台数所影响，试算不同调蓄水池容积条件下，水泵的开停在可接受的范围内。试算工况一：调蓄水池容积为800m3时，一天24h内，4#泵开停1次，5#泵开停2次，6#泵开停45次，合计一天开停水泵次数48次。试算工况二：调蓄水池容积为1200m3时，一天24h内，4#泵开停1次，5#泵开停2次，6#泵开停25次。一天开停水泵28次，平均约1h1次。提升泵房调蓄池容积越小，水池水位变幅越快，水泵开停次数越频繁。工程最终选定调蓄水池容积为1200m3，约为单台水泵30min的水量。以上模拟了一个较为典型的工况，实际运行时发生的工况更为复杂，同时，实际运行时水泵设置变频，通过水泵变频调速适应来水流量的波动和其他情况的发生，此时水泵的开停次数会更少或尽量避免。

结语

⑴市政净水厂在原有处理工艺流程上新增加深度处理设施，改造时为适应原有工艺流程，需新建中间提升泵房。中间提升泵房虽然不是净水厂深度处理的净化工艺单元，但其连接水厂常规处理构筑物和深度处理构筑物，其运行的可靠性直接影响到常规处理与后续深度处理水量的稳定衔接。⑵净水厂中间提升泵房可选择3种水泵形式：卧式离心泵、立式混流泵和潜水混流泵。从比转速角度分析，卧式离心泵主要适用于扬程较高的工作工况，在低扬程工作条件下需要采用8级或10级电机，造价高，中间提升泵房一般优选高比转速的混流泵类型。立式混流泵房占地面积较小，泵房的宽度也比较小，但水泵叶轮安装有一定的淹没水深要求，泵房深度较大，且水泵检修时需先拆除顶部干式电动机，泵房上部建筑较高。潜水混流泵房为湿式泵房，所需安装尺寸小，占地面积小，可不设上部建筑，只需设置简易吊架，泵房土建造价低。潜水混流泵的出水口可以不设置阀门，日常检修工作量少，单泵检修时不会影响到其他水泵的正常运行，泵房也无需停水。

参考文献：

［１］许嘉炯．生物活性炭深度处理工艺的系统选择和应用［Ｊ］．给水排水，２０１２，３８（９）：３３－３７．⑴⑵