国际市政与建筑给排水管道管件及技术装备展

摘要：美国内珀维尔市通过安装准确耐用的流量计，消除了传感器漂移，为流量监测系统提供了可***的数据。通过对这些可***的流量和液位数据进行分析，能够分析市政排水管网的状态，判断入流和渗漏问题，优化对市政排水管网的维护和管理，执行最优的污水管道修复策略，最终减少进入污水处理厂的流量。 关键词：流量监测；市政排水管网；入流和渗漏；优化 The successful application of Sigma flow meter in municipal sewer system Huang Weiming1, Fang Wen2, Marcia Kinley3 (1. Hach Company Beijing Representative, 2.Hach Company Beijing Representative, 3. Hach Company) Abstract: The city of Naperville has installed the strong and accurate flow meter, eliminated sensor drift, and provided reliable data for the flow monitoring system. By analyzing these reliable data of flow and level, we can know the status of the municipal sew system, judge the problem of infiltration and inflow, optimize the maintenance and manager for municipal sewer system, execute the optimized strategy for sewer rehabilitation, and finally reduce the flow into water treatment plant. Key word: flow monitoring municipal sewer system infiltration and inflow optimize 1、市政排水管网概述 市政排水管网是城市基础卫生设施的重要环节。它的作用就是及时可***地排除产生的污水或废水，给城市创造一个安全的生存和生产环境，对于维护城市公共卫生、保障人民身体健康具有非常重要的意义。 市政排水管网有合流制和分流制两种排水系统。合流制排水系统中，生活污水、降雨径流和工业废水混合排入同一管道。分流制排水系统中，生活污水和工业废水在城市污水管道排出，雨水单独由雨水管道排出，能够有效减少降雨对城市污水处理厂造成的冲击。大部分的老城采用的是合流制排水系统，大部分的新城市以及开发区采用的是分流制排水系统，合流制排水系统正逐步向分流制排水系统演变。 2、美国内珀维尔的市政排水管网问题 内珀维尔的污水收集系统是一个独立的下水道系统，包含了469英里的污水管道和19个泵站，大多数管道都是重力流形式。收集到的污水和来自附近沃伦维尔小镇的污水汇合，进入日均处理量约为8.5万吨/天的污水处理厂。 内珀维尔大部分建于20世纪60年代的混凝土管道正迅速变坏，而且，其中还有一部分管道建于20世纪20年代。在污水长年累月的腐蚀及其他环境因素的作用下，污水管道严重老化，破损和堵塞的危险成为市政管理者主要关心的问题。 一方面，由于污水管道的破损，地下水可能会进入污水收集系统。我们称之为渗漏。 另一方面，降雨时，由于雨水管路接到了污水管路，雨水会进入污水收集系统。我们称之为入流。 入流和渗漏问题会引起污水收集系统过载，冲击污水处理厂的运行，造成更高的处理费用和过多的泵房运行成本；还会造成污水管道水位升高，当超过水位警戒线时，会导致污水回流，如图1所示；甚至会造成检修口溢流，破坏环境卫生，影响公共健康。 图1、过载水位警戒线 Figure1. Warning level when overload 所以，只有减少入流和渗漏问题，才能够有效避免污水收集系统过载，从而节省处理费用，保护环境以及公共健康。这就要求能够快速找到具有入流和渗漏问题的污水管道，进行修复。 然而，要在如此多的污水管道中，找到具有入流和渗漏问题的污水管道不是一件容易的事情。况且，污水管道的环境极其恶劣，难闻的、有毒的气体随时会阻止维护工作的进程。随着经济的飞速发展，排水管网也在不断扩大。迫切需要一种快速简便的方法，来找到管网中存在入流和渗漏问题的污水管道。 3、全新Sigma流量计的应用 信息系统是市政基础设施有效运行和维护的关键，包括污水收集系统。对于污水收集系统而言，流量测量技术是信息系统的关键因素。只要能正确使用流量计，就能得到准确的流量，从而为减少入流和渗漏问题提供所需的关键信息。这些准确的流量数据，对于污水管网的运行和维护是很重要的。对污水管网进行恰当的运行和维护，能够减少污水管道的入流和渗漏问题，从而减少对污水处理容量的需求，带来更高的使用率，降低成本。对污水流量进行完全和准确的测量，还能够判断哪些污水管道的入流和渗漏问题比较严重，从而确定需要修复的污水管道。 图2、Sigma流量计探头的安装 Figure2. Installation of the Sigma flow meter 内珀维尔从20世纪80年代后期就开始解决入流和渗漏问题，2002年开始加快问题解决的进程。最近，安装了HACH公司的Sigma AV流量计，如图2所示，并开发出很好的流量监测信息系统，能够提供污水收集系统当前状态的实时信息。 整个流量监测系统有24个固定监测点和10个临时监测点，用于监测排水主干管、干管的重要节点部位的流量。其中两个固定监测点测量来自沃伦维尔小镇的流量，用于收费目的。剩下的监测点主要用于入流和渗漏的监测。在适当的位置安装适当的流量计，根据这些流量计测量到的流量信息，就能知道哪条污水管道的入流和渗漏问题最严重。区分出市政排水管网中入流和渗漏问题最严重的这部分管道，就能有针对性的进行修复。这样，就把有限的资源投入到收益最大的地方。 流量监测系统的功能，是建立在可***的流量信息上的。目前，有多种不同的测量技术用于流量测量，选择正确的流量和液位传感器是很关键的。Sigma AV流量计采用更加准确耐用的流量测量技术&mdash &mdash 多普勒频移技术。如图3所示，流体中的颗粒（固体或者气泡）使超声信号产生频率偏移，频率偏移和颗粒的流速成比例关系，通过测量频率偏移测量流体的流速；利用浸没压力方法测量液位从而计算出横截面积。根据测量的流速和面积计算出液体的流量。 图3、Sigma AV流量计测量原理 Figure3. Measuring principle of Sigma AV sensor Sigma AV流量计能够在苛刻的条件下，连续测量而没有漂移，能够在更长的维护间隔内工作，提供更加准确的流量数据，从而为城市的入流和渗漏减排计划带来了进一步的准确度和效率。 有了可***、精确的流量计后，就能准确的判断污水管道的问题了。比如： 1、流速下降了，液位却出现了一个峰值，说明有堵塞现象。用户有一次在查看数据时发现了这种现象，如图3所示。到达现场提起检修口的盖子检查，发现有一块胶合板堵住了水流。 图4、污水管道出现堵塞的情况 Figure4. Showing sewer blocked 2、在下雨时，流量有明显的增加，说明该污水管道有入流或者渗漏的问题，需要对这段污水管道进行修复。如图4所示。 图5、下雨时污水管道有入流和渗漏的情况 Figure5. Showing infiltration and inflow when rainfall 如果在下雨时，同时有多个测量点的流量有明显的增加，说明有多段污水管道出现了入流和渗漏问题。而又因为资源有限，不能同时解决所有污水管道的问题。这时候，就需要判断入流和渗漏问题最严重的污水管道，先解决这段污水管道的问题具有最大的成本效益。比较这几个流量增加的测量点，可以发现流量增加最多的那段污水管路就是入流和渗漏问题最严重的。 到目前为止，内珀维尔市已经减少大量的入流和渗漏问题。由于问题的解决，减少了进入污水处理厂的污水量，就没有必要再新建污水处理厂了。 4、结语 内珀维尔市安装了更加准确耐用的流量计，为流量监测系统提供了可***的数据。内珀维尔市的流量监测系统，由于有了可***的流量和液位数据，能够快速准确的分析城市排水管网的状态，判断污水管道是否出现入流和渗漏问题，对城市入流和渗漏减缓工程有着积极的意义。根据排水管网的分析结果，能够优化对污水管网的维护和管理，还能够执行最优的污水管道修复策略，最终减少入流和渗漏问题对污水处理厂造成的冲击。 通过准确、连续的流量和液位监测，我们不仅可以分析污水管道是否堵塞，是否出现入流和渗漏问题，还可以分析污水管道是否发生污水泄漏，从而防止污水对环境的污染，保护环境。 参考文献 [1] 叶萍. 中国城市排水建设发展的思考. 时代金融. 2006，4：95-97； [2] 王昊阳. 城市分流与河流制混合区域排水管网水质水量变化特征. 清华大学硕士学位论文. 2007，6； 详情请点击

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环保设备是环保产业的重要组成部分。近年来，我国环保设备制造业发展迅速，技术的集成化和设备的成套化、国产化逐步受到重视。但是，由于国内环保设备市场较为混乱，环保设备没有完整的标准化、系列化，没有形成规模，在国际市场上竞争力较低。通过提高环保设备的标准化程度，促进其集成化，可最大限度的降低设备投入和运行费用，实现自动化控制等目标，提升我国环保产业的整体技术水平，促进环保设备的可持续发展。 国外对环保设备的分类和标准化进行较早，有些国家已形成了较为完整的体系，如国际标准化组织(ISO)、欧洲标准化委员会(EN)、德国标准化学会(DIN)、英国的标准学会(BS)、美国的国家标准学会(ANSI)等，对环保设备有较为系统、详细的标准和规范。尤其在技术要求和配套性方面，具有严格的标准和规范性。接下来将依次介绍国际水处理设备标准体系，以期为我国环保设备标准化工作提供借鉴。ISO 水处理装备标准 ISO标准是指由国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)制订的标准。国际标准化组织，是世界上最大的非政府标准化专门机构，成立于1947年，总部设在瑞士日内瓦。其宗旨是在世界范围内促进标准化工作的发展，以利于国际物资交流和互助，并扩大知识、科学、技术和经济方面的合作 其主要任务是制定国际标准，协调世界范围内的标准化工作，与其他国际性组织合作研究有关标准化问题。ISO标准中涉及到水处理设备的标准共14项，主要在通用产品标准的范围内，包括动力泵、螺栓、污水管道系统、球墨铸铁等几大类，以原则性规定为主。欧洲水处理装备标准 EN标准是由欧洲标准化委员会(Comit éEuropéen de Normalisation ，法文缩写CEN)颁布的标准。欧洲标准化委员会成立于1961年，总部设于比利时布鲁塞尔，是以西欧国家为主体、由国家标准化机构组成的非营利性国际标准化科学技术机构，是欧洲三大标准化机构之一。欧洲水处理设备标准共有67项，主要包括以下几大类： 1、一般要求共3项，包括：①建筑物外排水和污水系统组件的清理和修复的一般要求 ②建筑物外排水和污水系统状况的确定-第1部分：一般要求 ③专门为无沟排放污水设备而设计的部件的一般要求。 2、污水处理厂的相关标准共16项，涵盖了通用施工原则、预处理、初次澄清、污泥储留池、活性污泥处理、生物固定薄膜反应器、污泥处理和储存、安全性原则、需要的通用数据、控制和自动化、化学处理、沉淀/絮凝处理、消毒、活性污泥厂的曝气槽清水中氧气转化的测量、物理(机械)过滤法等内容，基本上涵盖了污水处理的全过程。 3、船和海上构筑物排水系统标准共4项，包括：①生活污水排水系统的设计 ②生活污水排水、排水管道的自流系统 ③生活污水排水、排水管的真空抽吸系统 ④生活污水排水、污物处理排出管道。 4、污水管道系统相关标准共43项，主要包括以下几类： a.一般要求：包括液压排放管、排水管和污水管构件的一般要求，排水管和非开槽污水管的结 构和测试，建筑物外运输污水的塑料和导管系统的地上和地下安装规程。 b.试验方法类：地下排水和污水用塑料管道系统的耐温度循环和外部负荷综合作用的试验方法，地埋式无压热塑性管道接头密封压力的估算方法。 c.建筑物内粪便和污水排放用热塑管道系统：包括抗周期性升温的试验方法、连接件气密性试验方法，推荐的安装指南等通用要求，并针对聚丙烯(PP)、聚已烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚氯乙烯(PVC-U)材质的管道的合格评定指南、配件、系统适用性、推荐的安装指南等做了详细的规定。 d.无压力排水和污水用塑料管道系统：明确了未增塑的聚氯乙烯(PVC- U)、聚丙烯(PP)、聚已烯(PE)的合格评定指南、系统适用性、管道规格、系统和配件要求、辅助配件(包括检查井的规格)等具体要求，并对不饱和聚脂树脂(UP)基玻璃纤维增强热固性塑料(GRP)的接头适用性、配件、安装指南、活动关键部位、减少接头或刚性结点、总则、辅助设备等做了规定。 e.污水和排水用纤维水泥管：对检查井及人孔、重力系统的管道、管道连接件及配件等做了规定。 5、水处理装备材料及试验方法标准共1项，污水工程用球墨铸铁管、配件、附件和其它接头要求和试验方法。德国水处理装备标准 德国标准化学会(Deutsches Institut für Normung，DIN)是德国最大的具有广泛代表性的公益性标准化民间机构，成立于1917年，总部设在德国柏林。DIN于1951 年参加国际标准化组织(ISO)，同时DIN还是欧洲标准化委员会(CEN)、欧洲电工标准化委员会(CENELEC)和国际标准实践联合会(IFAN)的积极参加国。德国现有水处理设备相关标准60项。德国的水处理装备标准大致可以分为以下几类: 1、基础标准包括2项，废水工程：术语，城市技术设施用术语-第1部分：水处理。 2、污水处理厂相关标准共18项，包括：①对于常规中大型污水厂，直接引用的欧洲水处理标准(EN)中的污水处理厂部分(共16项) ②对小型污水厂，对污水预处理工厂、好氧生物处理生活污水所用的渗透膜的等提出了具体要求(共2项)。 3、构件和技术装备的设计原则共12项，对污水处理厂各构件及技术装备的设计原则进行了规定。主要包括固体分离和浓缩设备，含氧生物废水处理设备，水闸、泄水闸门、叠梁闸门等截水设备，粒状介质过滤器和粒状固定床过滤器中污水处理用设备，热污泥干燥设备，输送设备等。并对厌氧废水处理厂、排泄污水的接收站、污水污泥的机械排放、间歇操作装置等进行了规定。 4、专用装备标准共13项，主要包括废水处理厂专用设备类、水处理用设备类和管道类。 5、50PT及以下的小型废水处理系统的标准共7项，包括预制的化粪池，土壤渗透系统，包装的和/或现场装配的家用废水处理设备，预制袋就地组装的化粪池，预处理污水过滤系统，化粪池污水的预制处理设备，预制三级处理装置等。 6、试验方法类共8项，主要包括水处理设备腐蚀防护效果的评定方法和其他试验方法类。英国水处理装备标准 BS标准是由英国标准学会(Britain Standard Institute, 简称BSI)制订的英国标准。英国标准学会是在国际上具有较高声誉的非官方机构，成立于1901年，是世界上最早的全国性标准化机构。经过一百多年的发展，现已成为举世闻名的，集标准研发、标准技术信息提供、产品测试、体系认证和商检服务五大互补性业务于一体的国际标准服务提供商，面向全球提供服务。英国现有污水处理设备标准54项，主要包括以下几大类: 1、污水处理厂相关标准共8项，主要包括预处理、一般建造原则、要求的一般数据、初次澄清、活性污泥处理法、曝气池清水中充氧量的测量、气味控制和通风、生物固定薄膜反应器等。 2、建筑物外排水和污水系统标准共10项，对建筑物外排水和污水系统的概述和定义、计划、维修和使用、性能要求、泵抽排装置、水工设计和环境考虑、修复等做了详细的规定，同时规定了排水和污水管道系统的一般要求和目视检验编码系统的条件要求、建筑物外压力污水系统等。 3、管道系统标准共36项，主要包括以下几类: a.一般用途、排水和排污水的地下或地面压力系统用塑料管道系统-聚乙烯 b.排水管和污水管用陶制管、管件及管件连接 c.污水系统用带套管和孔座及其配件 d.非承压地下排放和污水用塑料管道系统 e.建筑物内污水和污物排放(高、低温)用塑料管道系统 f.试验方法和材料要求：包括污水工程用球磨铸铁管、接头、配件及其连接件的要求和试验方法、橡胶密封件、弹性密封件的材料要求等。美国水处理装备标准 美国的水处理装备标准体系主要包括三大类，分别是ASME标准、ANSI标准、ASTM 标准。ASME标准是由美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers, ASME)制定的，其指定的管道、锅炉、压力容器等技术标准具有较高的权威性，在全球九十多个国家采用。ANSI标准是由美国国家标准学会(American National Standards Institute, ANSI)制定的标准。ASTM标准是由美国材料试验协会(American Society for Testing and Materials, ASTM)制定的标准。关于水处理装备的相关标准包括以下几类： 第一类，水处理装备的材料、管道系统、设备操作及管理等标准。主要包括，水、污水处理设备用700等级的铸造链、连接件及链轮，输水用聚氯乙烯PVC压力管及配件的地下安装， 非下水道排污的废水处理系统的最低要求，水处理设备的消毒，水处理设备的操作和管理等5项。另外，ASTM标准中也包括了很多水处理设备制造所用材料，污水处理管道等方面的标准，在此不一一列举。 第二类，生活污水处理系统相关标准。共包括14项子标准。 第三类，废水处理系统用组件和装置的评定相关标准。包括了13项标准。 第四类，紫外线微生物水处理系统。包括了13项标准。国外水处理装备标准的总结 1、标准系列化，已经形成较为完善的体系欧盟、美国、德国等主要围绕一个大系统来做标准，逐步实现标准的系列化。如欧盟的污水处理厂标准，涵盖了污水处理厂从初始建造到污水、污泥处理等一系列操作规程 德国对污水处理厂各构件和技术装备的设计原则进行了规定 美国的“生活污水处理系统标准”、“废水处理系统用组件和装置的评定标准”等涵盖了生活污水处理主要环节及设备。 2、重视性能要求和试验验收从产品角度来看，制造厂商确保了产品的生产供应，但产品的性能，多由用户通过试验和验收来确认。从目前统计来看，德国、美国、欧盟等国外标准，重视对设备性能和试验验收，出台有水处理设备腐蚀防护效果的评定方法等相关标准。 3、设备标准大多是以原则性的规定为主国外标准化组织对设备的标准多以原则性规定为主，一方面是基于国外设备供方经过长期的市场竞争，已建立了完善的企业产品标准体系 另一方面，是由于国际标准化组织(ISO)/ 国际电工委员会(IEC)在标准中均允许由用户和设备供方在合同(协议)中对特殊要求和细节做出规定。这样做的好处是可以减少标准数量、简化标准结构。我国环保设备标准问题及标准化工作方向 国内环保设备标准化工作起步较晚，存在着分类不系统、标准不全面、规范不具体等问题，直接导致我国环保设备成本偏高，运行成本高，维护费用大、使用寿命短，对配套设备要求高等一系列问题，进而导致在国内、国际市场竞争能力偏低的现象。 为推进国产设备标准化工作，可以从以下几个方面着手：①分类及型号编制的标准化 ②技术条件的标准化，有利于环保设备的规模性开发、生产 ③接口的标准化，即配套设备的标准化 ④零部件的标准化，即提高零部件的兼容性 ⑤设备管理的标准化，要注重环保设备在管理过程中的运行、调整和控制问题。来源:中宜环科环保产业研究