污水泵的技术发展趋势

作者:Hans-Jürgen Bittermann 文章来源:PROCESS德文版 发布时间:2014-09-18


科学家团队对柏林科技大学试验用泵进行检验,利用这一技术将完成污水泵堵塞原因的检测,拿出解决问题的方案。

全球的污水净化处理市场因巨大的发展潜力而显得十分诱人,这对输送民用污水和工业污水的污水泵生产商而言,同样是一块巨大的蛋糕。随着监控系统以及维护技术事业的发展,污水泵的可用性还需要进一步提高,因为其一旦故障停机会带来了很大的不利影响。

随着污水净化处理设备运行成本和人工费用的增加,社区污水处理费用也随之提高,尽管如此,污水处理厂的运营商们仍不断地优化工艺,以提高污水净化处理技术设备的可靠性,满足更高的经济性要求。

污水泵的可用性和运行费用与其设计水平有着重要的关系,作为污水净化过程的重要设备,在最初结构设计中就要充分考虑全生命周期的费用(包括投资、运行成本和维护保养费用)。

需要注意的关键点

一般来讲,污水泵与输送的污水量和平均污水成分相适应(包括叶轮类型)。污水泵的结构应该没有易于堵塞的地方(通过颗粒的直径最大),坚固耐用和工作可靠(排污可靠性),同时还要注意压力管道的最低流速。

污水中的固体物质在管道中容易沉积和结块,尤其在立式输送过程中,容易造成固体物质不易被抽离泵坑,或者控制阀因沉积污垢而卡死。因此,为了保证设备工作的可靠性,需保证一定的最低自清洁流速。Grundfos公司建议:水平管道的最低自清洁流速为0.7m/s,垂直管道的自清洁流速为1m/s。因此,许多小型污水泵的流量往往不是真实输送流量所决定,相反由污水泵的自清洁流量所决定。由于工作噪音和经济性因素,污水泵的最大流量不得超过2.3m/s。

同样需要注意的是污水泵的开关次数,污水泵的开关起动次数应与电动机的性能保持一致(尽可能的少)。为便于维护保养,污水泵的安装位置应有很好的敞开性(选择干式或者湿式设备)。最后,应检查是否有易燃易爆危险介质进入的可能性?或者有产生沼气的可能性?如果有,就必需使用隔爆安全型的污水泵。

干式或湿式设备的安装运行

原则上,要在干式安装运行和湿式安装运行之间做出决策:干式安装的污水泵可选择立式或者卧式的安装位置。干式安装的优点是易于拆卸和装配,易于维护保养,但需要建造泵房,要有资金预算。

作为经济性的技术替代解决方案,传统的潜水泵已经进入到污水净化技术领域,湿式安装的污水泵最大优点就是:污水泵因安装在水面之下,无需建造泵房。

折中考虑

叶轮是泵的核心——传递输送液体介质所需的(压力)能量,主要有单吸叶轮、自由流叶轮和管道叶轮三种。

在自由流叶轮的污水泵中,污水并不直接与叶轮相互接触。基于液力耦合原理,污水围绕泵壳盘旋而过,把长纤维状的或粘稠固体物质一同输送出去。但这种泵的性价比较低,当然,叶轮的选择本身就是一个高效率与低堵塞可能性之间的折中。

在能源利用率这一问题上,也总是需要一些折中调和的选择:若污水泵的工作运行时间比较短(例如泄洪泵站中的污水泵每年工作的次数有限),则污水泵的能源利用率高低没有多大的关系,而对于其他经常运行或长年使用的污水泵(输水泵、循环泵)来说,注意经济性和电动机的效率就格外重要。

识别和排除污水泵堵塞

在对污水泵堵塞原因调查研究的基础上,IMEBA(复杂污水泵系统工作性能优化的创新性机械技术)项目——由柏林科技大学和Aucoteam公司联合开展、得到柏林水资源供应公司的资助,拿出了一套识别和排除污水泵堵塞的解决方案。这一方案成功地把机电一体化干预系统和排除污水泵堵塞的排堵模块,例如控制自清洁顺序和回流冲洗过程的模块,从实验室规模搬到了柏林Lichtenberg的污水泵站生产现场。

柏林污水处理厂处理的污水成分非常复杂,污水中的固体物质不断增加,被泵送出去的固体物质随时间、季节、天气而不断发生变化。IMEBA的解决方案救活了150台患有“肠梗阻”的污水泵。这种称为“主导反应污水泵工况诊断技术”获得了积极的市场效应。到目前为止,该技术已成功地在污水泵站中安装了分离系统和原位测试,目前又在另一个大学泵站中启用了这一方案。

在2013年度的“流程工业泵技术论坛”中,Thamsen先生做了题为《符合要求的泵系统设计》的专题讲座,主要针对叶片泵效率和抗干扰性能之间的权衡问题。Thamsen博士建议,按照优先性原则考虑技能效率和功能性,最重要的是确保污水泵首先要干好本职工作,然后才是研究怎么干好活的问题。

小结

要想选择或者设计一台污水泵,首先就要搞清楚“真正需要输送的污水量”、“污水真实的组成成分”以及“水泵安装地点”等条件。但对越来越复杂的污水处理工艺而言,仅靠上述条件远远不够。由于污水泵运行费用压力大,性能匹配的合适系统成为人们关注的焦点了。在泵系统中集成通信技术、符合水泵控制和调节要求的控制系统这一发展趋势已经非常明朗了。

IFAT 2014 新品推介

西门子公司展示的是模块化水资源管理软件Siwa。水资源和污水净化企业可以利用这一软件在计算机上对复杂的水资源网络和污水网络进行模拟和优化。其中的“泄漏“模块能够识别输水管道系统中的泄漏、找出泄漏点的位置。

在泵送干物质含量较高的介质时,例如输送脱水污泥、粪便、青饲料和生物垃圾时,偏心螺杆泵是最可靠的泵。其输送原理是基于在固定定子中摆动旋转的转子,而恰恰是固定的定子提供了不同的优化可能性。Netzsch公司展示的新型定子简化的螺杆泵,这种被称为iFD Stator 2.0的定子中,弹性体材料没有被硫化到定子中,而是根据定子形状贴嵌在定子上。据生产厂家介绍,这样可在弹性体材料磨损后方便地从定子上取下来,按照垃圾分类进行无害化处理。同样,新型定子的安装和定位也非常方便。此外,这种结构设计还减小了启动扭矩和工作扭矩,从而更加节约能源。

Allweiler公司展示了偏心螺杆泵使用的新材料Alldur,专门针对输送腐蚀性污水而设计,其弹性体材料的配方可抵抗很高的化学侵蚀,大大提高了定子的使用寿命,从而提高了泵的使用寿命。

为了进一步提高潜水泵的工作效率,Homa公司重新设计了电动机和液压设备。改进后的电动机不仅提高了工作效率,准确的电机冷却使得EffTec系列的各种潜水泵可在水下潜水使用,也可以在水上干运行。同时,电动机集成了监控装置,液压系统实现了优化:这不仅仅提高了工作效率,还改善了运行平稳性,提高了系统的使用寿命。

Schmalenberger公司展示了SMK系列自吸式塑料叶片泵。泵壳经过了流体力学技术改进,塑料叶片泵能够输送气体含量高达15%的液体-气体混合介质。辅助配置中的水泵控制系统能够保护水泵的安全,提高滑动密封件的使用寿命。

Emiler Egger公司研发设计的Turo TA泵是输送具有结成网状污垢倾向污水的典型代表,本届博览会上展示的是一种吸沙泵:能够长年输送磨蚀性水-沙混合液体的泵。

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