城市污水冷熱源污水污雜物分級濃度測試實(shí)驗

56FLUID MACHINERYVol.35 ,No. 1 2007文章編號: 1005- -0329( 2007 )01- -0056- -04城市污水冷熱源污水污雜物分級濃度測試實(shí)驗劉志斌,張承虎,錢(qián)劍峰,黃磊,李桂濤,孫德興(哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江哈爾濱150090 )摘要:對污雜物的性質(zhì)、形狀以及分級濃度進(jìn)行了定義并通過(guò)實(shí)驗在典型時(shí)段對哈爾濱市兩處具有代表性的污水干渠進(jìn)行了現場(chǎng)測定。實(shí)驗結果表明污水中大尺寸污雜物濃度平均高達1.0kg/m'。實(shí)驗數據將為理論研究和工程設計提供參考。關(guān)鍵詞:城市污水污雜物分級濃度實(shí)驗中圖分類(lèi)號: TB6文獻標識碼: 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前言濾處理容易堵塞換熱器和管路設備[3。雖然水力連續濾污裝置已經(jīng)成功解決了這一難題4] ,但在傳統的暖通空調設計中采暖選用小鍋爐或是城市污水污雜物的分級濃度、性質(zhì)和形狀統計者城市熱網(wǎng)空調選用冷水機組或單體空調機組。規律是該裝置的設計優(yōu)化與工程選型、后續換熱當-棟建筑既要空調又要采暖時(shí)，采用兩套主機設備尺寸確定的關(guān)鍵基礎數據'5],也將為污水凝和兩套末端設備其初投資、運行和維護費用是一固潛 熱型熱泵的研究提供數據參考。本文定義了般業(yè)主難以承受的。近年來(lái),國家進(jìn)-步加強建污雜物的分級濃度、性質(zhì)和形狀類(lèi)別并在實(shí)驗中筑節能政策和措施的實(shí)施力度北方地區冬季單進(jìn)行了測試，為城市污水冷熱源和污水源熱泵供位面積熱負荷減小,而南方地區熱負荷本來(lái)就小，暖 積累基礎數據。這就使得全國范圍內的低溫采暖得以實(shí)現。目前的熱泵工程技術(shù)可以實(shí)現冬季采暖(平均溫度在2污雜物相關(guān)概念40~45C屬低溫采暖)夏季空調全年生活熱水供應這三種功能是一種經(jīng)濟、可靠、簡(jiǎn)便、舒適的根據本課題組的以往工程觀(guān)察和經(jīng)驗以及相采暖空調方式。熱泵工程得以實(shí)施的先決條件是關(guān)文獻分析6~8]堵塞換熱器的污雜物成分主要存在合適的低位冷熱源,比較空氣、土壤、地下水、為大尺寸的柔性污雜物或者某-維尺寸較大的污地表水而言,城市污水具有比熱容大導熱系數中國煤化工負熱器封頭部位減速,大無(wú)需打井和回灌，冬夏溫度適宜等優(yōu)點(diǎn)'121。并YHCNMHG增加了其黏附掛壁的但是城市污水污雜物含量較高，若不進(jìn)行粗效過(guò)概率,長(cháng)期積累、最終堵塞換熱器換熱管管頭。某收稿日期: 2006- -03- -15基金項目:屆方數據學(xué)基金項目( 50578048 )北京市供熱、 供燃氣、通風(fēng)及空調工程"重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放課題( KF200503 )2007年第35卷第1期流體機械57一維尺 寸較大的污雜物與同體積的球狀或者塊狀球狀污 雜物接近球型三維尺寸較均勻實(shí)驗表明污雜物相比較前者穿過(guò)上游過(guò)濾裝置的概率要其主要是細顆粒的泥沙等,-般為硬性塊狀污雜比后者要大許多,因此也容易造成殼管換熱器堵物的其中一 維尺寸比其它兩維要小一個(gè)數量級,塞。顯然在對污雜物的尺寸進(jìn)行分類(lèi)之后對其主要是植物莖根、 腐木、橡膠等,- -般為硬性或者性質(zhì)和形狀進(jìn)行分類(lèi)是必要的。脆性條狀污雜物的其中兩維尺寸比另-維要小實(shí)際工程中的過(guò)濾裝置的網(wǎng)眼只有一種尺-一個(gè)數量級,主要是樹(shù)枝、腐骨等,-般為硬性或寸例如4mm被其過(guò)濾截留的污雜物的尺寸可能者 脆性;片狀污雜物的其中一維尺寸比其它兩維比4mm大,也可能比其小,甚至某一維的尺寸是要小兩個(gè)數量級,主 要是樹(shù)葉、動(dòng)物毛皮、塑料袋4mm的千、百分之一,如纖維或毛發(fā),但是-般都碎片等,-般為脆性或者柔性;絲狀污雜物的其中認為這些污雜物的尺寸大于4mm。于是,為了能兩維尺寸比另一維要小兩個(gè)數量級，主要是毛發(fā)、用-維尺寸客觀(guān)地描述污雜物的大小,可以規定.纖維等,-般為柔性。在-定條件(時(shí)間和流速)下被-定直徑的濾網(wǎng)充分過(guò)濾所截留的污雜物即為尺寸在這一直徑以.上3測試實(shí)驗的污雜物其濾液再被另-較小直徑的濾網(wǎng)充分過(guò)濾所截留的污雜物即為尺寸在這兩個(gè)直徑之間實(shí)驗器材:網(wǎng)眼直徑分別為123A5和8的污雜物。另外,由于實(shí)際工程設計和運行中都.mm的鋼質(zhì)濾篩,厚0.8mm濾孔等邊三角形分是以污水的體積流量作為設計或運行參數的,因布孔心距與直徑之比為3 2。體積為0.050m3的此污水污雜物采用質(zhì)量/體積濃度將更為合理實(shí)量桶兩個(gè)。精度為0.01g的天平攪拌器。用。還有一個(gè)問(wèn)題就是污雜物的質(zhì)量,本文采用取水方法模擬實(shí)際工程取水狀態(tài)將污水干所謂濕質(zhì)量”.指在短時(shí)間內滴盡聚集態(tài)液態(tài)水渠進(jìn)行充分攪渾并從污水干渠中底部利用吊桶之后的過(guò)濾截留物的質(zhì)量,采用濕質(zhì)量的目的也人工取水50L。是為了可以直接用于工程實(shí)際。于是污雜物的分實(shí)驗步驟污雜物尺寸級別由大到小分別進(jìn)級濃度可以規定為單位體積所含某一直徑以上或行測定。先將污水通過(guò)8mm網(wǎng)眼的濾篩倒入量某兩個(gè)直徑之間的污雜物的濕質(zhì)量,單位為kg/桶再將濾篩浸入水中用攪拌器緩慢地攪拌濾篩m'。例如2~3mm污雜物的濃度為0.25kg/m3,即內的污水5min之后稱(chēng)量被截留污雜物的濕質(zhì)量,是說(shuō)1m'污水被3mm濾網(wǎng)充分過(guò)濾之后再被即為尺寸在8mm以上的污雜物。將上述濾液在2mm濾網(wǎng)充分過(guò)濾所截留污雜物的濕質(zhì)量為0.通過(guò)5mm網(wǎng)眼的濾篩倒入另一個(gè)量桶同樣的方25kg。規定單位體積的1mm濾網(wǎng)污水濾液再經(jīng)法即可測得尺寸在5 ~ 8mm污雜物的濕質(zhì)量。通濾紙過(guò)濾截留物的質(zhì)量即為0~1mm的污雜物濃過(guò)計算可得各級尺寸的污雜物的質(zhì)量-體積濃度。很明顯各分級濃度之和即為污雜物總濃度。度。 同一地點(diǎn)進(jìn)行5次取水測量,取平均值作為所說(shuō)的污雜物性質(zhì)主要是指污雜物在流動(dòng)過(guò)結果。 實(shí)驗過(guò)程中同時(shí)按照上述污雜物的性質(zhì)和程中其外觀(guān)形狀是否可能發(fā)生明顯變化或者說(shuō)變形狀分類(lèi)對過(guò)濾截留物進(jìn)行分類(lèi)測量和統計。形能力。變形能力較好的污雜物更容易堵塞換熱取水地點(diǎn)一哈爾濱市某-污水干渠渠寬1.器。將污雜物的性質(zhì)分三類(lèi),即硬性、脆性、柔性。2m 水深0. 25m流速0.14m/s ,屬小型干渠。附如果污雜物在運動(dòng)過(guò)程中尺寸和形狀基本不變的近 有兩所高校、多家飯店等。測試時(shí)間2006年2則為硬性污雜物脆性的污雜物經(jīng)過(guò)攪拌和碰撞容月28日 下午14時(shí)至15時(shí)。.易碎裂成更小的顆粒主要是各種未完全腐爛有機取水地點(diǎn)二哈爾濱市另一污水干渠渠寬2.物的松散結合物其對過(guò)濾裝置的負荷有一定的減0m. 水深0. 5m流速0. 23m/s屬中型干渠。附近輕作用柔性的污雜物幾乎可以變化為各種形狀，中國煤化工古等。測試時(shí)間2006即使某-維尺寸很小也不易穿過(guò)過(guò)濾裝置,-旦穿年|YHCNMHG時(shí)。透濾網(wǎng)將給換熱器造成堵塞危險主要有毛發(fā)、塑料袋植物莖須、人造纖維等。4實(shí)驗結果分析根據日常生活經(jīng)驗和直觀(guān)表達將污雜物的形狀分為萬(wàn)弊通球狀、塊狀、條狀、片狀、絲狀。以取水地點(diǎn)-為例:其測定數據可作為商業(yè)58FLUID MACHINERYVol.35 ,No. 1 2007服務(wù)區域污水的典型,同時(shí)也可作為小型干渠的度都較高，因此其數據可作為商業(yè)服務(wù)區內小型代表。由于測試時(shí)間在下午2點(diǎn)到3點(diǎn)之間,正干渠污水污雜物濃度的高峰值3。 實(shí)驗測得結果是午餐完畢洗刷盤(pán)碟的高峰期，水量和污雜物濃如表1所示。表1取水點(diǎn)一污水的各 級尺寸污雜物的質(zhì)量-體積濃度( kg/m3 )尺寸|0~1(mm)1~2(mm)2~3(mm)|3~4(mm)4~5( mm)| 5 ~8( mm )>8(mm)總濃度硬性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球狀0. 6100.1800. 198.0.0780.0720. 0710. 039.1. 248塊狀0.0870. 0870. 0720. 095). 1100. 0630.514條狀0.0250.0280.0620. 0580. 189片狀.0.0120. 0190. 0440. 100.0910.273絲狀0.0200. 0420. 0370.0630.1150. 1150. 405濃度0.6230.2870.3640. 2220. 3020.4650.3662. 629通過(guò)計算,各種尺寸的污雜物占總質(zhì)量的比普通過(guò)濾裝置難以承受的。例如,1 萬(wàn)m2的某工例如圖1所示?？梢钥闯銎渲行∮?mm污雜物程大約需要污水150m'/h ,則每天污雜物截留量的總濃度占57%約為1. 5kg/m’大于4mm的污為4. 08t。雜物占43%。約為1.13kg/m'。0絲狀;母片狀:口條狀》8mm網(wǎng)決狀:球狀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雜物尺寸(mm)圖1取水點(diǎn)-污水污雜物的分級百分比圖3 取水點(diǎn)一污水污雜物的形狀特點(diǎn)3種性質(zhì)的污雜物占各種尺寸污雜物的比例以取水地點(diǎn)二為例:其測定數據可作為住宅如圖2所示。尺寸越小柔性成分越少越不容易生活區域污水的典型,同時(shí)也可作為中型干渠的堵塞換熱器隨著(zhù)尺寸的增大柔性成分的比例呈代表。由于測試時(shí)間在夜晚9點(diǎn)到10點(diǎn)之間，已大幅的增加。脆性成分所占比例較小。是用水低峰期河匯流期,水量和污雜物濃度較為口柔性;囚脆性;硬性穩定因此該數據可作為住宅生活區內中型干渠:污水污雜物濃度的平均值。實(shí)驗測得結果如表2所示。0.35各種尺寸的污雜物占總質(zhì)量的比例如圖4所示?？梢钥闯銎渲行∮?mm污雜物的總濃度占圖的0~1 1~2 2~3 3~4 4~55~8 >870%約為2.4kg/m3;大于4mm的污雜物占30%。約為1. 0kg/m'。與取水點(diǎn)一不同ρ ~ 1mm圖2取水點(diǎn)一污水污雜物的性 質(zhì)特點(diǎn)的污雜物占據很大比例而且> 8mm的污雜物所各種形狀污雜物占各種尺寸污雜物的比例如占比例也很突出。對于前者,分析其原因為該時(shí)圖3所示。與污雜物的性質(zhì)規律類(lèi)似,尺寸越小，1中國煤化工]化學(xué)和物理分解都比球狀比例越大尺寸增大條狀、片狀、絲狀相繼出較]CNMHG截留污雜物的觀(guān)察發(fā)現且比例逐漸增加?，F，這部分污雜物中含有許多大長(cháng)度的絲狀或者數據表明,大于4mm的污雜物總濃度為片狀污雜物致使網(wǎng)眼尺寸變小或貼附于網(wǎng)眼將1. 133kg/m3其中柔性成分和絲片狀成分較多,比其堵塞,因此許多小于8mm的污雜物也被截留。較容易被過(guò)應襲置截留清除,但是該濃度是--般第一次測量所得數據較大是合理的。2007年第35卷第1期流體機械表2取水點(diǎn)二污水的各級尺寸污雜物的質(zhì) 量-體積濃度(kg/m2 )尺寸0~1( mm)| 1 ~2( mm)| 2~3( mm)| 3~4( mm)| 4~5( mm)| 5~8( mm )>8(mm)濃度硬性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球狀0.2760. 0810. 0410. 0340. 0610. 1212. 509塊狀0.0180.014 .0.0140.0170.0620. 1310. 256條狀0.012 .0. 0070. 0090.016). 0340.0840.162片狀0. 0030.0060.0120. 0270.1050.153絲狀0. 0100. 010.0.0260.06;0.2290.3570.3200.1150. 0800. 1050.2520. 6703. 4375結語(yǔ)20%(1)不同的污水干渠在不同時(shí)段污雜物的口2~3mm7%國3-4mm分級濃度、性質(zhì)、形狀特點(diǎn)是不同的,但是其差別四4-5mm主要在于小尺寸部分,大尺寸( > 4mm )污雜物的目.5-8mm3%@ >8mm .總濃度相差不大在1. 0kg/m3左右。2%i9939(2 )城市污水中雖然大尺寸( >4mm )污雜物比例不高,但是其性質(zhì)和形狀不利于其在換熱器圖4取水點(diǎn)二污水污雜物的分級百分比內順暢流動(dòng)必須阻止其進(jìn)入換熱器以免發(fā)生堵污雜物的各種性質(zhì)成分和形狀成分所占比例塞。如圖5、6所示,呈現出與取水點(diǎn)-相同的規律。( 3 )城市污水中的大尺寸( > 4mm )污雜物濃堵塞危險程度較高的污雜物主要集中在4mm以度過(guò)高一般的除污設備和除污方法難以承受比上。較合理的處理方法就是過(guò)濾截留的污雜物仍然交還給污水,由污水自身再帶走,避免開(kāi)式分離作業(yè)。2下( 4 )城市污水具有小尺寸污雜物占大部分”0柔性;日脆性;口硬性的特點(diǎn)。小尺寸污雜物雖然不易堵塞換熱器,但是其是污垢污染換熱器的主要因素應該引起重視。(5 )本文數據具有一定的代表性,可作為各0-11-22-3 3-44~55~8 >8雜物尺中(mm)種污水除污設備設計優(yōu)化與工程選型、換熱器設圖5取水點(diǎn)二污水污雜物的性質(zhì)特 點(diǎn)計與防除垢研究的基礎數據。參考文獻2t0絲狀;固片狀:四條狀[1]馬最良姚楊趙麗瑩.污水源熱泵系統的應用前景臺塊狀:留球狀[ J]中國給水排水2003 ,19( 7)4143.中國煤化工水中熱能的可行性分析網(wǎng)m m盟T_HCN MH GJ(3)28-30.城市原生污水冷熱源應用0-1 1~2 2~3 3~-4 4~5 5~8 >8雜物尺寸(mm)關(guān)鍵因素研究J]哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報2004 20( 6 ) 701-705.圖6取水點(diǎn)二污水污雜物的形 狀特點(diǎn)(下轉第36頁(yè))36FLUID MACHINERYVol.35 ,No. 1 2007( 1 )采用先進(jìn)的LDV ,PU ,PDV等測試技術(shù)對5研究(第二報IJ]機論,1980 ( 10) ;48-43旋流泵內部流動(dòng)進(jìn)行測試和分析揭示其內部流[9] 封俊李世煌.旋流泵無(wú)葉腔內流動(dòng)的研究J].水動(dòng)的規律。泵技術(shù),1988( 1 )25-28.(2)以實(shí)驗數據為依據,針對旋流泵特殊的結[ 10] 封俊李世煌等.激光測速技術(shù)在旋流泵無(wú)葉腔內流場(chǎng)中的應用J ]水泵技術(shù),1988 (2 ) :13-16.構對其性能的影響考慮旋流泵內的流動(dòng)損失即[11]陳紅勛陳次昌.旋流泵葉輪內流速場(chǎng)的初步測量效率損失的主要原因,對旋流泵的結構設計進(jìn)行[ J]排灌機械,1991 (2 )17-19.改造。[12]陳紅勛,關(guān)醒凡陳次昌.旋流泵葉片表面的壓力(3)結合已有的清水模型根據實(shí)驗所得的數測量[ J]流體工程,1991 20( 5 ) 20-23.據提出符合旋流泵內渾水流動(dòng)模型,運用CFD[13]封俊李世煌.旋流泵無(wú)葉腔內部的有限元分析軟件進(jìn)行計算,用數值模擬的方法解決實(shí)際的問(wèn).[J]流體工程,1988 ,17( 11 ) 24-26.題。[ 14] 陳紅勛關(guān)醒凡金樹(shù)德.旋流泵葉輪中全三維勢流(4)針對旋流泵的特殊結構綜合現有的實(shí)驗的直接邊界元解法J]流體工程,1992 21( 6 ):19-數據及數值模擬的成果建議針對不同濃度、不同24.粘度、不同粒徑顆粒以及在不同比轉數情況下對[15]施衛東汪永志孔繁余等.旋流泵無(wú)葉腔內部流場(chǎng)數值模擬[ J ]農業(yè)工程學(xué)報2005 (21 ) 72-75.旋流泵進(jìn)行分型設計提出對不同的流動(dòng)需采用[ 16] 夏明暉劉樹(shù)紅吳玉林.旋流泵主流道三維定常流相應的設計模型,從而減少設計.上的偏差。場(chǎng)的數值模擬[ J]工程熱處理學(xué)報,2006 (5 ):420-422.參考文獻.[17](瑞士)E.爾格.專(zhuān)為抽送強列磨蝕性物料而設計的土羅泵在工業(yè)中的應用[ J ]水泵技術(shù),1976 ,[ 1] 關(guān)醒凡.現代泵技術(shù)手冊[J ]北京:宇航出版社,( 3) 64-73.1995.[18]蔡振成. 渦流雜質(zhì)泵[ J].水泵技術(shù),1979(2)30-[2]黃道見(jiàn),關(guān)醒凡，,劉厚林等.旋流泵模型試驗研究35.[J]水泵技術(shù)2002 (2) 30-31.[19]彭希秀.WL立式渦流泵研制J]水泵技術(shù),1988,[3]沙毅王勁松楊敏官等.旋流泵內部流動(dòng)及吸入( 3) 14-20.性能試驗研究J]水泵技術(shù)2003 (4) 9-12.[20]關(guān)醒凡,謝達榮.旋流泵特性及設計方法研究[J][4 ] K Rutschi. 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