几种常用污水流量计量方法

liyf

摘 要：随着节能减排政策的大力推广，全国各地都在开展排污摸底工作，对于污水的精确计量存在着大量需求， 但是在实际使用的方法上还存在一些误区，许多不合适的方法被大量应用于污水计量，造成设备闲置，计量不准确等后果。着重介绍在地上明渠及地下暗渠中污水计 量的几种常用方法，供大家参考
　　关键词：污水；流量；计量；梯形槽；巴歇尔槽；宽顶堰；矩形堰；P-B槽
　　在我国，污水排放的形势非常严峻，要想治理污染首先要对排放总量进行控制，再分门别类地进行治理。目前，污水的排放计量仍然沿用粗放式的计量模 式，厂矿企业都是以供水量作为污水处理费的缴纳依据，许多污水处理厂的进出水计量也处于不受控的状态。加强污水排放监测，掌握并正确运用适用于污水计量的 方法是解决这一问题的关键所在。
　　根据污水的特性，在对污水流量进行计量时，应优先选取非接触式明渠流量计(配合专门的堰、槽)。因为污水中含有的化学物质、生物物质，或者经过 污水处理厂处理后夹带的活性污泥等都会严重影响到类似于电磁流量计等设备的正常运行。其次，污水中还含有大量的杂质、漂浮物等，电导率等不易控制，电极端 子的正常工作时间很短，采用接触式计量方法，其精确度都会在一定时间内严重漂移，造成计量不准，甚至设备停用。污水一般为重力流，对这种条件下形成的半管 流进行计量，也是许多接触式或管道式流量计力所不能及的。在实践中有很多失败的案例，正是由于没有掌握适合的方法或寻求到适宜的产品。下面就分别从地上污 水和地下污水常用的计量方法作以介绍。
　　1 地上明渠污水计量
　　1.1 无(有)侧收缩的矩形薄壁堰加超声波明渠流量计 (见图1)

　　测量精度：1%～4%。测量条件：堰上水位0.03～0.75m;渠宽大于0.3m。
　　适用于流量较大、水位较高、渠宽较宽的明渠流量计量，不适用于含有大量漂浮物质和易淤积物质的明渠的流量计量。但如果确实需要计量，可以通过技术手段隔离漂浮物，使之满足计量要求。
　　公式：
　　式中： Q——流量，m3/s;
　　Ce——流量系数;
　　g——重力加速度，m/s2;
　　bb——堰口的有效宽度，m;
　　he——有效水头，m。
　　通惠河双桥污水排口就采用了无侧收缩的矩形薄壁堰进行排放量的计量。
　　通惠河双桥污水排口为矩形暗渠排口，但排口处可按明渠考虑，渠宽为3.5m，通常水位为0.15~0.3m，根据规范查询和多年经验，可采用无 侧收缩的矩形薄壁堰进行计量。该矩形薄壁堰长3.49m，高0.25m，厚度0.012m，堰上倾角50°。由于此排污口水流量较大，流速较快，又不能断 水施工，给矩形堰的安装造成了极大的困难。设计人员勘察了现场情况后，将整个堰板设计成相等的两段，并为了保证计量的精确性，将两段堰板接缝处设计成正反 两个阶梯型，安装后两处阶梯合为一体，整体性好，又不漏水。施工时，先将水引向渠道一侧，安装前一半堰板;前一半堰板安装好之后，再将水引向渠道的另一 侧，安装后一半堰板。矩形薄壁堰安装完以后， 测得h max=0.12m，在行进渠道上，距堰板0.5m处上方安装超声波流量计探头(见图2)。

　　1.2 宽顶堰加超声波明渠流量计(见图3)

　　测量精度：3%～5% 。测量条件：堰上水位大于0.06m;渠宽大于0.3m。
　　适用于流量大的城市生活污水、工业废水和雨水的明渠排水流量计量。
　　公式：
　　式中：Q——流量，m3/s;;
　　C——流量系数;
　　g——重力加速度，m/s2;
　　b——堰宽，m;
　　h——上游堰顶水头，m。
　　通惠河会村污水排口就采用了矩形宽顶堰进行污水排放量的计量(见图4)。

　　通惠河会村污水排口为矩形暗渠排口，但排口处可按明渠考虑，渠宽为3m，通常水位为0.5~0.8m，根据相关规范和多年经验，采用矩形宽顶堰 进行计量。该矩形薄壁堰长2.99m，高0.4m，厚度0.4m。由于此排污口水流量非常大，水深常态为0.5m以上，又不能断水施工，宽顶堰的安装非常 困难。同通惠河双桥排口，将整个宽顶堰设计成相等的两段，并为了确保计量的精确性，将两段堰板接缝处设计成正反两个阶梯型，安装后两处阶梯合为一体。矩形 宽顶堰安装好以后，测得h max=0.68m，在行进渠道上，距堰板0.24m处上方安装超声波流量计探头。
　　1.3 巴歇尔水槽加超声波明渠流量计(见图5)

　　测量精度：2%～5%。测量条件： 喉道在0 . 1 5 2 ～2.4m。
　　适用于渠道坡降小、水中杂质多、污水流量为1.5L/s～93m3/s的明渠流量计量按下式计算。
　　公式：
　　式中：Q——流量，m3/s;
　　C——流量系数;
　　h——上游水头，m;
　　n——由喉道宽度决定的指数。
　　北京军区大院的景观水(中水)排口采用了巴歇尔水槽，计量从景观河流排入市政管网的水流量。北京军区大院的景观水排口为矩形明渠，渠道宽0.3m，雨 天水位0.1~0.2m，平时稍有溢流。由于要求计量精确，根据现场实际情况，选用喉道为0.75m的巴歇尔水槽测流。
　　1.4 三角堰加超声波明渠流量计(见图6)

　　测量精度：1%～3%。测量范围：1.08m3/h～360m3/h。适合于渠道宽度不大，水流条件较好，需精确计量的沟渠。不适用于水中存在大量漂浮物的明渠的计量，但可根据实际情况采用一些措施使其得以应用。
　　公式：
　　式中：Q——流量，m3/s;
　　Ce——流量系数;
　　g——重力加速度，m/s2;
　　he——有效水头，m。
　　2 下水道暗渠流量计量(自由流条件下)
　　矩形非满流暗渠流量计量在一定条件下可在暗渠中使用(参照地上宽顶堰或矩形堰)。
　　2.1 矩形暗渠坡度法加超声波流量计
　　在水流量特大，无法下水施工，并且对测量精度要求不高的情况下，可以使用坡度法计量流量。
　　公式：
　　式中：Q——流量，m3/s;
　　A——过水断面面积，m2;
　　V——流速，m/s;
　　R——水力半径，m;
　　I——坡度;
　　n——渠道粗糙系数。
　　清河污水处理厂入清河总排口(见图7)就采用了坡度法计量排入清河的水量。清河污水处理厂入清河排口为矩形暗渠，渠宽近7m，水深近1m，流量 近30万m3/d，流速极快，在这种情况下，无法下水施工，安装堰板等。只有通过水尺标定零水位，在检查井井壁安装超声波流量计探头，标定零水位后采用坡 度法计算出各水位的水流量，再将得出的液位量的对应关系输入超声波流量计，流量计准确记录瞬时流量并计算累计流量。

　　2.2 圆形暗渠坡度法加超声波明渠流量计
　　坡度-过水面积测量法，是目前比较常用的测量暗渠大致流量的方法。在已知管道的坡度、管壁粗糙度等情况下，用非接触式液位计测量出管道中重力流 的水位高度，然后利用计算公式算出流量值。但是由于管道坡度、管壁粗糙系数的不确定性，以及管道内杂物淤积堵塞管道等原因，使得采用这种测量法得出的流量 值存在较大误差，因此，此方法只能作为非精确污水计量使用。
　　公式：
　　式中：Q —— 流量，m3/s;
　　A —— 过水断面面积，m2;
　　V —— 流速，m/s;
　　R —— 水力半径，m;
　　I —— 坡度;
　　n —— 渠道粗糙系数。
　　2.3 下水道圆形暗渠流量槽加超声波明渠流量计(梯型槽，见图8)

　　测量精度：1%~3%。测量条件：管径为0.25~0.22m的圆管。
　　国内唯一适用于下水道圆形暗渠的污水流量精确计量槽。
　　优点： 独特的自清洁设计， 获国家专利Z  L200920108560.3，同美国的P-B槽相比，更适合于国内污水管道特性，计算方法更趋合理，权威机构计量标定;玻璃钢槽体抗腐蚀、不变形，经 久耐用;安装方便快捷，不阻流、不破坏原管道;误差小，系统误差仅为1%~3%;通过与超声波明渠流量计配套使用，广泛应用于市政、工矿企业的污水排放计 量。
　　原理： 圆形断面收缩成倒梯形喉道，喉道部产生射流(平均流速比水面传播的水波速度快)，测量上游侧水位ha，求取流量Q。
　　公式：
　　式中：Q ——流量，L/s;
　　K ——修正系数;
　　ha——水位，cm;
　　B ——相关系数。
　　说明：
　　(1)上述K，B 根据不同的管径有不同的系数，可通过计算公式手册查询。
　　(2)ha是指通过梯形槽中部测流段的液位高度。北京奔驰亦庄工厂的4个污水排口采用了下水道专用流量计量槽计量流量。
　　北京奔驰亦庄工厂是新建工厂，采用D N 400PE材质的污水管道，管道较新。DN  400的梯形槽和管道匹配度极高，可以直接插到管道5cm深，这时大部分水流已经导流至槽体，所以可直接带水作业，用快干高强水泥封堵槽体中间段的梯形两 侧，观察一段时间，待水泥全部凝固，梯形槽施工完毕后，将超声波流量计探头用不锈钢螺栓固定于梯形槽专用探头支架上，设定零水位即可实现瞬时和累计流量的 监测。本工程已于2008年8月分别通过业主方及北京市环保局的验收，正常运行并取得了非常好的效果(见图9)。

　　3 结语
　　上述几种方法基本满足了地上、地下污水管道，渠道的污水流量监测的需要。以上几项工程实例均根据需要加装了由太阳能供电系统供电的无线远程监测 系统，监测数据通过无线GSM/GPRS/CDMA网络远传至监控中心，并利用专为流量监控开发的客户端软件对流量进行实时监测。
　　污水精确计量是一项系统工程，需根据不同的实际情况选取适宜的计量方法。除了由经验丰富的专业人员作设备选型，保证计量堰槽本身的加工精度外，还要结合超声波明渠流量计的精度进行综合调整，在匹配度良好和保证施工质量的前提下，最大限度地提高测量精度。