城市污水冷热源污水污杂物分级浓度测试实验

56FLUID MACHINERYVol.35 ,No. 1 2007文章编号: 1005- -0329( 2007 )01- -0056- -04城市污水冷热源污水污杂物分级浓度测试实验刘志斌,张承虎,钱剑峰,黄磊,李桂涛,孙德兴(哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150090 )摘要:对污杂物的性质、形状以及分级浓度进行了定义并通过实验在典型时段对哈尔滨市两处具有代表性的污水干渠进行了现场测定。实验结果表明污水中大尺寸污杂物浓度平均高达1.0kg/m'。实验数据将为理论研究和工程设计提供参考。关键词:城市污水污杂物分级浓度实验中图分类号: TB6文献标识码: AStage Concentration Experimental Analysis of Contaminant in Urban SewageLIU Zhi-bin , ZHANG Cheng-hu , QIAN Jian-feng , HUANG Lei ,LI Gui-tao , SUN De-xing( Harbin institute of technology , Harbin 150090 , China )Abstract : Characters 、shapes and stage concentration of the contaminant were defined ; And two representative drain pipes inHarbin was been measured by field experiment. The results indicate that the average number of the bigger contaminant concentra-tion is 1.0 kg/m3. These data will provide reference for theory research and engineering design.Key words : urban sewage ; contaminant ; stage concentration ; experiment1前言滤处理容易堵塞换热器和管路设备[3。虽然水力连续滤污装置已经成功解决了这一难题4] ,但在传统的暖通空调设计中采暖选用小锅炉或是城市污水污杂物的分级浓度、性质和形状统计者城市热网空调选用冷水机组或单体空调机组。规律是该装置的设计优化与工程选型、后续换热当-栋建筑既要空调又要采暖时，采用两套主机设备尺寸确定的关键基础数据'5],也将为污水凝和两套末端设备其初投资、运行和维护费用是一固潜 热型热泵的研究提供数据参考。本文定义了般业主难以承受的。近年来,国家进-步加强建污杂物的分级浓度、性质和形状类别并在实验中筑节能政策和措施的实施力度北方地区冬季单进行了测试，为城市污水冷热源和污水源热泵供位面积热负荷减小,而南方地区热负荷本来就小，暖 积累基础数据。这就使得全国范围内的低温采暖得以实现。目前的热泵工程技术可以实现冬季采暖(平均温度在2污杂物相关概念40~45C属低温采暖)夏季空调全年生活热水供应这三种功能是一种经济、可靠、简便、舒适的根据本课题组的以往工程观察和经验以及相采暖空调方式。热泵工程得以实施的先决条件是关文献分析6~8]堵塞换热器的污杂物成分主要存在合适的低位冷热源,比较空气、土壤、地下水、为大尺寸的柔性污杂物或者某-维尺寸较大的污地表水而言,城市污水具有比热容大导热系数中国煤化工负热器封头部位减速,大无需打井和回灌，冬夏温度适宜等优点'121。并YHCNMHG增加了其黏附挂壁的但是城市污水污杂物含量较高，若不进行粗效过概率,长期积累、最终堵塞换热器换热管管头。某收稿日期: 2006- -03- -15基金项目:届方数据学基金项目( 50578048 )北京市供热、 供燃气、通风及空调工程"重点实验室开放课题( KF200503 )2007年第35卷第1期流体机械57一维尺 寸较大的污杂物与同体积的球状或者块状球状污 杂物接近球型三维尺寸较均匀实验表明污杂物相比较前者穿过上游过滤装置的概率要其主要是细颗粒的泥沙等,-般为硬性块状污杂比后者要大许多,因此也容易造成壳管换热器堵物的其中一 维尺寸比其它两维要小一个数量级,塞。显然在对污杂物的尺寸进行分类之后对其主要是植物茎根、 腐木、橡胶等,- -般为硬性或者性质和形状进行分类是必要的。脆性条状污杂物的其中两维尺寸比另-维要小实际工程中的过滤装置的网眼只有一种尺-一个数量级,主要是树枝、腐骨等,-般为硬性或寸例如4mm被其过滤截留的污杂物的尺寸可能者 脆性;片状污杂物的其中一维尺寸比其它两维比4mm大,也可能比其小,甚至某一维的尺寸是要小两个数量级,主 要是树叶、动物毛皮、塑料袋4mm的千、百分之一,如纤维或毛发,但是-般都碎片等,-般为脆性或者柔性;丝状污杂物的其中认为这些污杂物的尺寸大于4mm。于是,为了能两维尺寸比另一维要小两个数量级，主要是毛发、用-维尺寸客观地描述污杂物的大小,可以规定.纤维等,-般为柔性。在-定条件(时间和流速)下被-定直径的滤网充分过滤所截留的污杂物即为尺寸在这一直径以.上3测试实验的污杂物其滤液再被另-较小直径的滤网充分过滤所截留的污杂物即为尺寸在这两个直径之间实验器材:网眼直径分别为123A5和8的污杂物。另外,由于实际工程设计和运行中都.mm的钢质滤筛,厚0.8mm滤孔等边三角形分是以污水的体积流量作为设计或运行参数的,因布孔心距与直径之比为3 2。体积为0.050m3的此污水污杂物采用质量/体积浓度将更为合理实量桶两个。精度为0.01g的天平搅拌器。用。还有一个问题就是污杂物的质量,本文采用取水方法模拟实际工程取水状态将污水干所谓湿质量”.指在短时间内滴尽聚集态液态水渠进行充分搅浑并从污水干渠中底部利用吊桶之后的过滤截留物的质量,采用湿质量的目的也人工取水50L。是为了可以直接用于工程实际。于是污杂物的分实验步骤污杂物尺寸级别由大到小分别进级浓度可以规定为单位体积所含某一直径以上或行测定。先将污水通过8mm网眼的滤筛倒入量某两个直径之间的污杂物的湿质量,单位为kg/桶再将滤筛浸入水中用搅拌器缓慢地搅拌滤筛m'。例如2~3mm污杂物的浓度为0.25kg/m3,即内的污水5min之后称量被截留污杂物的湿质量,是说1m'污水被3mm滤网充分过滤之后再被即为尺寸在8mm以上的污杂物。将上述滤液在2mm滤网充分过滤所截留污杂物的湿质量为0.通过5mm网眼的滤筛倒入另一个量桶同样的方25kg。规定单位体积的1mm滤网污水滤液再经法即可测得尺寸在5 ~ 8mm污杂物的湿质量。通滤纸过滤截留物的质量即为0~1mm的污杂物浓过计算可得各级尺寸的污杂物的质量-体积浓度。很明显各分级浓度之和即为污杂物总浓度。度。 同一地点进行5次取水测量,取平均值作为所说的污杂物性质主要是指污杂物在流动过结果。 实验过程中同时按照上述污杂物的性质和程中其外观形状是否可能发生明显变化或者说变形状分类对过滤截留物进行分类测量和统计。形能力。变形能力较好的污杂物更容易堵塞换热取水地点一哈尔滨市某-污水干渠渠宽1.器。将污杂物的性质分三类,即硬性、脆性、柔性。2m 水深0. 25m流速0.14m/s ,属小型干渠。附如果污杂物在运动过程中尺寸和形状基本不变的近 有两所高校、多家饭店等。测试时间2006年2则为硬性污杂物脆性的污杂物经过搅拌和碰撞容月28日 下午14时至15时。.易碎裂成更小的颗粒主要是各种未完全腐烂有机取水地点二哈尔滨市另一污水干渠渠宽2.物的松散结合物其对过滤装置的负荷有一定的减0m. 水深0. 5m流速0. 23m/s属中型干渠。附近轻作用柔性的污杂物几乎可以变化为各种形状，中国煤化工古等。测试时间2006即使某-维尺寸很小也不易穿过过滤装置,-旦穿年|YHCNMHG时。透滤网将给换热器造成堵塞危险主要有毛发、塑料袋植物茎须、人造纤维等。4实验结果分析根据日常生活经验和直观表达将污杂物的形状分为万弊通球状、块状、条状、片状、丝状。以取水地点-为例:其测定数据可作为商业58FLUID MACHINERYVol.35 ,No. 1 2007服务区域污水的典型,同时也可作为小型干渠的度都较高，因此其数据可作为商业服务区内小型代表。由于测试时间在下午2点到3点之间,正干渠污水污杂物浓度的高峰值3。 实验测得结果是午餐完毕洗刷盘碟的高峰期，水量和污杂物浓如表1所示。表1取水点一污水的各 级尺寸污杂物的质量-体积浓度( kg/m3 )尺寸|0~1(mm)1~2(mm)2~3(mm)|3~4(mm)4~5( mm)| 5 ~8( mm )>8(mm)总浓度硬性0.6100.2520. 3030.1740.1260.1190. 0741. 6580. 0000.0000. 0080. 016.0290. 0260. 079柔性0.0130. 0350.0610. 0400.1600.3170.2660. 892球状0. 6100.1800. 198.0.0780.0720. 0710. 039.1. 248块状0.0870. 0870. 0720. 095). 1100. 0630.514条状0.0250.0280.0620. 0580. 189片状.0.0120. 0190. 0440. 100.0910.273丝状0.0200. 0420. 0370.0630.1150. 1150. 405浓度0.6230.2870.3640. 2220. 3020.4650.3662. 629通过计算,各种尺寸的污杂物占总质量的比普通过滤装置难以承受的。例如,1 万m2的某工例如图1所示。可以看出其中小于4mm污杂物程大约需要污水150m'/h ,则每天污杂物截留量的总浓度占57%约为1. 5kg/m’大于4mm的污为4. 08t。杂物占43%。约为1.13kg/m'。0丝状;母片状:口条状》8mm网决状:球状0.7014%23%5-8mm17%怒0.35! I -2mm11%4-5mm3-4mm12%9%0.00=0-1 1-2 2-3 3~4 4~5 5~8 >1杂物尺寸(mm)图1取水点-污水污杂物的分级百分比图3 取水点一污水污杂物的形状特点3种性质的污杂物占各种尺寸污杂物的比例以取水地点二为例:其测定数据可作为住宅如图2所示。尺寸越小柔性成分越少越不容易生活区域污水的典型,同时也可作为中型干渠的堵塞换热器随着尺寸的增大柔性成分的比例呈代表。由于测试时间在夜晚9点到10点之间，已大幅的增加。脆性成分所占比例较小。是用水低峰期河汇流期,水量和污杂物浓度较为口柔性;囚脆性;硬性稳定因此该数据可作为住宅生活区内中型干渠:污水污杂物浓度的平均值。实验测得结果如表2所示。0.35各种尺寸的污杂物占总质量的比例如图4所示。可以看出其中小于4mm污杂物的总浓度占图的0~1 1~2 2~3 3~4 4~55~8 >870%约为2.4kg/m3;大于4mm的污杂物占30%。约为1. 0kg/m'。与取水点一不同ρ ~ 1mm图2取水点一污水污杂物的性 质特点的污杂物占据很大比例而且> 8mm的污杂物所各种形状污杂物占各种尺寸污杂物的比例如占比例也很突出。对于前者,分析其原因为该时图3所示。与污杂物的性质规律类似,尺寸越小，1中国煤化工]化学和物理分解都比球状比例越大尺寸增大条状、片状、丝状相继出较]CNMHG截留污杂物的观察发现且比例逐渐增加。现，这部分污杂物中含有许多大长度的丝状或者数据表明,大于4mm的污杂物总浓度为片状污杂物致使网眼尺寸变小或贴附于网眼将1. 133kg/m3其中柔性成分和丝片状成分较多,比其堵塞,因此许多小于8mm的污杂物也被截留。较容易被过應袭置截留清除,但是该浓度是--般第一次测量所得数据较大是合理的。2007年第35卷第1期流体机械表2取水点二污水的各级尺寸污杂物的质 量-体积浓度(kg/m2 )尺寸0~1( mm)| 1 ~2( mm)| 2~3( mm)| 3~4( mm)| 4~5( mm)| 5~8( mm )>8(mm)浓度硬性1. 8950.2710. 094.0. 0620. 0600. 1240. 1882.694脆性0. 0000.0000. 0020. 0040.0100.0320.172柔性0.0490. 0190. 0140.0350.0960. 3580.571球状0.2760. 0810. 0410. 0340. 0610. 1212. 509块状0.0180.014 .0.0140.0170.0620. 1310. 256条状0.012 .0. 0070. 0090.016). 0340.0840.162片状0. 0030.0060.0120. 0270.1050.153丝状0. 0100. 010.0.0260.06;0.2290.3570.3200.1150. 0800. 1050.2520. 6703. 4375结语20%(1)不同的污水干渠在不同时段污杂物的口2~3mm7%国3-4mm分级浓度、性质、形状特点是不同的,但是其差别四4-5mm主要在于小尺寸部分,大尺寸( > 4mm )污杂物的目.5-8mm3%@ >8mm .总浓度相差不大在1. 0kg/m3左右。2%i9939(2 )城市污水中虽然大尺寸( >4mm )污杂物比例不高,但是其性质和形状不利于其在换热器图4取水点二污水污杂物的分级百分比内顺畅流动必须阻止其进入换热器以免发生堵污杂物的各种性质成分和形状成分所占比例塞。如图5、6所示,呈现出与取水点-相同的规律。( 3 )城市污水中的大尺寸( > 4mm )污杂物浓堵塞危险程度较高的污杂物主要集中在4mm以度过高一般的除污设备和除污方法难以承受比上。较合理的处理方法就是过滤截留的污杂物仍然交还给污水,由污水自身再带走,避免开式分离作业。2下( 4 )城市污水具有小尺寸污杂物占大部分”0柔性;日脆性;口硬性的特点。小尺寸污杂物虽然不易堵塞换热器,但是其是污垢污染换热器的主要因素应该引起重视。(5 )本文数据具有一定的代表性,可作为各0-11-22-3 3-44~55~8 >8杂物尺中(mm)种污水除污设备设计优化与工程选型、换热器设图5取水点二污水污杂物的性质特 点计与防除垢研究的基础数据。参考文献2t0丝状;固片状:四条状[1]马最良姚杨赵丽莹.污水源热泵系统的应用前景台块状:留球状[ J]中国给水排水2003 ,19( 7)4143.中国煤化工水中热能的可行性分析网m m盟T_HCN MH GJ(3)28-30.城市原生污水冷热源应用0-1 1~2 2~3 3~-4 4~5 5~8 >8杂物尺寸(mm)关键因素研究J]哈尔滨商业大学学报2004 20( 6 ) 701-705.图6取水点二污水污杂物的形 状特点(下转第36页)36FLUID MACHINERYVol.35 ,No. 1 2007( 1 )采用先进的LDV ,PU ,PDV等测试技术对5研究(第二报IJ]机论,1980 ( 10) ;48-43旋流泵内部流动进行测试和分析揭示其内部流[9] 封俊李世煌.旋流泵无叶腔内流动的研究J].水动的规律。泵技术,1988( 1 )25-28.(2)以实验数据为依据,针对旋流泵特殊的结[ 10] 封俊李世煌等.激光测速技术在旋流泵无叶腔内流场中的应用J ]水泵技术,1988 (2 ) :13-16.构对其性能的影响考虑旋流泵内的流动损失即[11]陈红勋陈次昌.旋流泵叶轮内流速场的初步测量效率损失的主要原因,对旋流泵的结构设计进行[ J]排灌机械,1991 (2 )17-19.改造。[12]陈红勋,关醒凡陈次昌.旋流泵叶片表面的压力(3)结合已有的清水模型根据实验所得的数测量[ J]流体工程,1991 20( 5 ) 20-23.据提出符合旋流泵内浑水流动模型,运用CFD[13]封俊李世煌.旋流泵无叶腔内部的有限元分析软件进行计算,用数值模拟的方法解决实际的问.[J]流体工程,1988 ,17( 11 ) 24-26.题。[ 14] 陈红勋关醒凡金树德.旋流泵叶轮中全三维势流(4)针对旋流泵的特殊结构综合现有的实验的直接边界元解法J]流体工程,1992 21( 6 ):19-数据及数值模拟的成果建议针对不同浓度、不同24.粘度、不同粒径颗粒以及在不同比转数情况下对[15]施卫东汪永志孔繁余等.旋流泵无叶腔内部流场数值模拟[ J ]农业工程学报2005 (21 ) 72-75.旋流泵进行分型设计提出对不同的流动需采用[ 16] 夏明晖刘树红吴玉林.旋流泵主流道三维定常流相应的设计模型,从而减少设计.上的偏差。场的数值模拟[ J]工程热处理学报,2006 (5 ):420-422.参考文献.[17](瑞士)E.尔格.专为抽送强列磨蚀性物料而设计的土罗泵在工业中的应用[ J ]水泵技术,1976 ,[ 1] 关醒凡.现代泵技术手册[J ]北京:宇航出版社,( 3) 64-73.1995.[18]蔡振成. 涡流杂质泵[ J].水泵技术,1979(2)30-[2]黄道见,关醒凡，,刘厚林等.旋流泵模型试验研究35.[J]水泵技术2002 (2) 30-31.[19]彭希秀.WL立式涡流泵研制J]水泵技术,1988,[3]沙毅王劲松杨敏官等.旋流泵内部流动及吸入( 3) 14-20.性能试验研究J]水泵技术2003 (4) 9-12.[20]关醒凡,谢达荣.旋流泵特性及设计方法研究[J][4 ] K Rutschi. 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