水和污水流量測定實(shí)踐與研究

王金良

摘 要：我國水資源緊缺，為了充分利用和保護(hù)水資源，我國已經(jīng)實(shí)行了排污許可證制度及相應(yīng)的水污染物排放總量收費(fèi)制度。重點(diǎn)介紹了水和污水流量測定方法及流量測定技術(shù)的發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞：水和污水；流量測定；水泵計(jì)量法；超聲波法

中圖分類號：X824 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.105

隨著人口數(shù)量的增長，以及水資源的不合理利用，水資源污染日益嚴(yán)重。為了有效地保護(hù)水資源，我國在水環(huán)境容量開發(fā)與利用領(lǐng)域投入了大量精力。在排污許可證制度和水污染物排放總量收費(fèi)制度的實(shí)施過程中，水和污水流量測定是關(guān)鍵。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，探討了水和污水流量測定方法以及流量測定技術(shù)的發(fā)展情況，希望通過本文的介紹，為水和污水流量測定提供理論依據(jù)和指導(dǎo)意見。

1 水和污水流量測定方法分析

1.1 給水流量的測定

給水流量的測定常用的方法包括水泵計(jì)量法、水表計(jì)量法和流速-面積測定法，下面分別進(jìn)行介紹。

1.1.1 水泵計(jì)量法

通常水泵都設(shè)置有額定流量，可以通過水泵的額定流量來計(jì)算水泵的平均流速，也可以通過水泵的耗電量來計(jì)算水泵的平均流速。水泵計(jì)量法并不適用于使用時(shí)間比較長的管道，因?yàn)樵陂L時(shí)間使用以后，管道內(nèi)部容易結(jié)垢或者被腐蝕，導(dǎo)致測量值不準(zhǔn)確。

1.1.2 水表計(jì)量法

水表計(jì)量法是比較常見的一種給水流量測定方法。但是，水表計(jì)量法不適用于計(jì)量濁度高、硬度大的流體，因?yàn)槲鬯菀讓⑺砀g或者使水表結(jié)垢。使用水表特別要注意冬季的保暖，對于我國北方地區(qū)，當(dāng)溫度過低時(shí)，要及時(shí)對水表采取防凍措施，避免水表上的密封玻璃凍裂而影響計(jì)量結(jié)果。

1.1.3 流速-面積測量法

流速-面積測量法的原理是通過水的流速和橫斷面積而求得水的平均流量。比較常用的流速-面積測量法包括流速儀法、浮標(biāo)法和量水堰法，下面分別進(jìn)行介紹。

1.1.3.1 流速儀法

流速儀占據(jù)空間小、質(zhì)量輕且測量精度相對較高。目前，流速儀法已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)測流方法。在采用流速儀法測定流量時(shí)，應(yīng)該注意流速脈動和流速分布對測定結(jié)果的影響。當(dāng)流速脈動和流速變化較為劇烈時(shí)，要適當(dāng)?shù)卦黾訙y流的次數(shù)。在流體流動速度存在差異的時(shí)候使用流速儀時(shí)，可以在流速快和流速慢的地方分別設(shè)置流速儀，然后通過計(jì)算平均值來確定最終的流體流速。

1.1.3.2 浮標(biāo)法

浮標(biāo)法不適用于水流深、水道彎曲不平的流域，浮標(biāo)系數(shù)是影響液體流速最終測定準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。影響浮標(biāo)系數(shù)的因素有很多，例如浮標(biāo)的材料、大小，水流情況，風(fēng)力等，可以通過實(shí)際測量法和理論驗(yàn)算法來確定浮標(biāo)系數(shù)的值。通過浮標(biāo)法測定流速只能得到大概的范圍，測量結(jié)果不精確。

1.1.3.3 量水堰法

量水堰法是通過測量水流面積改變情況來計(jì)算流量的一種方法。

1.2 排水流量測定

排水流量的測定方法包括容積法、流速面積法、巴竭爾量水槽法和化學(xué)法。

1.2.1 容積法

采用容積法測定流量不受排水管道形狀的約束，測量過程方便，測量結(jié)果準(zhǔn)確。容積法適用于流量不大的排水。為了避免水和污水溢出，通常采用比較大的容器測定。對于需要長時(shí)間進(jìn)行流量測定的場所，可以同時(shí)使用2個容器。這2個容器存在平衡關(guān)系，當(dāng)其中一個容易注滿水時(shí)，另一個容器將水排出，實(shí)現(xiàn)自動測流。構(gòu)成容器的材料需要具有防腐性，或者在容器的外表面涂覆防腐層，保證容器的使用壽命。

1.2.2 流速面積法

將相對平坦的直線溝渠作為測量區(qū)域，采用浮標(biāo)法測定。對于排污水的溝渠，其中可能含有較多的鹽和砂石，容易對測量設(shè)備造成破壞，應(yīng)該謹(jǐn)慎處理。

1.2.3 巴竭爾量水槽法

由于污水中，特別是未經(jīng)過處理的污水中可能含有大量的塵、沙、漿、鹽及其他具有腐蝕性的物質(zhì)，仍然采用給水測定中的量水堰法，會因?yàn)槟嗌秤俜e而導(dǎo)致測定結(jié)果不精確。巴竭爾量水槽法適用于沙量大的排水渠測流，其測量范圍廣。將標(biāo)準(zhǔn)的量水槽分為進(jìn)水段、出水段、喉道，量水槽可以是固定式的，也可以是移動式的，通過對進(jìn)水段、出水段、喉道的水位和寬度進(jìn)行測量，推算出排水流量。

1.2.4 化學(xué)法

采用化學(xué)法測量排水流量不受水流、水位、壓力、水域形狀等影響?；瘜W(xué)法適用于水流相對穩(wěn)定、測量區(qū)域內(nèi)沒有死水和支流的場所。通常采用的指示劑有食鹽、重鉻酸鈉、同位素、食用染料和螢光染料。

2 流量測定技術(shù)的發(fā)展

流量測定技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)比較成熟，但是，人們針對流量測定技術(shù)的專研一直沒有停止過，主要表現(xiàn)在以下3個方面。

2.1 非轉(zhuǎn)子式測流計(jì)迅速發(fā)展

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子式測流計(jì)在轉(zhuǎn)子慣性的作用下以及污水的砂、鹽等腐蝕性物質(zhì)的作用下會對轉(zhuǎn)軸造成磨損，最終影響其測定精度。為了有效解決上述問題，先后出現(xiàn)了電磁法、超聲波法、核共振法、光環(huán)激光法及渦流散發(fā)-熱敏檢測等新型測量設(shè)備。其中，以電磁法和超聲波法的應(yīng)用效果最為理想。

2.1.1 電磁法

電磁流量計(jì)適用于電導(dǎo)率大于0.1 μs的流體，即使流體中存在層流、紊流和包含腐蝕性雜質(zhì)、纖維物等，采用電磁法測量也能夠保證準(zhǔn)確性。電磁法測量的準(zhǔn)確性高，對溫度要求不嚴(yán)格，容易轉(zhuǎn)化成自動監(jiān)測。不過目前，電磁法監(jiān)控的設(shè)備成本比較高，限制了其大范圍推廣使用。

潛水型電磁流量可以用于測量連續(xù)流體，在水或者污水流域中設(shè)置一塊擋板用于截流，流量計(jì)量傳感器安裝在擋板的底端。潛水型電磁流量可用于測定任何形狀的流域。采用低頻三值矩形波勵磁技術(shù)，零點(diǎn)穩(wěn)定，工作可靠。

2.1.2 超聲波法

目前，全球很多個國家對超聲波法測定流量予以了高度重視。超聲波法可以細(xì)分為時(shí)頻差法、聲束偏移法和多普勒法。超聲波法的適用范圍也相對比較廣泛。美國的超聲波法處于世界領(lǐng)先地位，他們生產(chǎn)的一種便攜式多普勒超聲波流量計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對沒有經(jīng)過處理的污水進(jìn)行流量計(jì)量。我國的超聲波法發(fā)展優(yōu)良，目前超聲波法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于大型輸水管道的流量測定中。另外，將超聲波法與測流堰配合使用，最終的測定效果更佳。

多聲道超聲明渠流量計(jì)是超聲波法計(jì)量流量的代表，它包括多對流速換能器、液位換能器、接線盒和控制器等。在受背壓狀態(tài)下和截面不規(guī)則時(shí)，仍然能夠保證性能穩(wěn)定，測量結(jié)果準(zhǔn)確。多聲道超聲明渠流量計(jì)容易安裝，安裝以后不妨礙液體流動，沒有固體堆積，后期維護(hù)費(fèi)用低。

2.2 耐腐蝕無磨損測流傳感器

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子式流量計(jì)使用一段時(shí)間以后，容易因?yàn)槲鬯斐筛g和磨損。為了解決這個問題，研究人員將工作重心放在了研發(fā)新型耐腐蝕傳感器探頭上。英國一家公司研發(fā)了一種壓差式耐腐蝕傳感器探頭，它不存在運(yùn)動部件，無磨損、無漂移而且靈敏度較高。英國的另一家公司研發(fā)了一種浸沒式差壓傳感器，整個傳感器采用氯化聚氯乙烯材料制成，在確保機(jī)械性能良好的同時(shí)又能抵抗化學(xué)腐蝕。

2.3 信息處理技術(shù)賦予流量計(jì)以新的功能

高速發(fā)展的信息處理技術(shù)賦予流量計(jì)以新的功能。傳統(tǒng)的旋杯式流量計(jì)在流量測定時(shí)比較麻煩。目前，人們發(fā)明了改進(jìn)型旋槳流量計(jì)。改進(jìn)型旋漿流量計(jì)增加了計(jì)算機(jī)控制的傳感器傳，能夠有效地對流量數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和處理。同時(shí)增加了多種功能，例如顯示功能、報(bào)警功能等。通過接口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的連接，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和處理，達(dá)到自動檢測的目的。

3 總結(jié)

水和污水的測定技術(shù)發(fā)展速度比較快，主要體現(xiàn)在以下2個方面：①測定流量的傳感器技術(shù)更加成熟，不僅靈敏性高，還可用于惡劣環(huán)境下。②信息處理能力有所提升，反應(yīng)速度快，處理的精度高，輸出信息直觀并兼有控制外部設(shè)備功能。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水和污水流量測定技術(shù)會更加成熟。

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〔編輯：劉曉芳〕