導(dǎo)讀:：通過實驗設(shè)計了地下水節(jié)能汲取及廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，地下水節(jié)能汲取裝置主要有潛水泵、變頻器、控制器、管網(wǎng)中的壓力傳感器、止回閥等組成。本系統(tǒng)能根據(jù)管網(wǎng)中用水量的大小，變頻電機(jī)自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速高低，控制水泵流量大小，以節(jié)約電能。

關(guān)鍵詞：地下水節(jié)能汲取，廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，設(shè)計

1 研制背景

根據(jù)聯(lián)合國關(guān)于一個國家如果每人每年供水不足1000立方即為缺水國家的標(biāo)準(zhǔn)來看，中國人口占世界總?cè)丝诘?2%，而淡水占有量僅占世界的8%，人均淡水占有量只有世界人均值的1/3，是眾所周知的貧水國家。

水資源短缺造成的最為嚴(yán)重的后果便是一些國家的人民身體健康狀況惡化。世界衛(wèi)生組織調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在發(fā)展中國家有10億人喝不上淡水，全世界每年有1000萬人死于因飲用臟水或污染水引起的疾病。而更令人不安的是，在世界許多地區(qū)，隱伏著國與國之間為爭奪水資源而發(fā)生沖突的危機(jī)。

2010年云南遭遇百年一遇的全省性特大旱災(zāi)，干旱范圍之廣、時間之長、程度之深、損失之大，均為云南省歷史少有。嚴(yán)重干旱已經(jīng)造成全省742萬人、459萬頭大牲畜飲水困難。云南各災(zāi)區(qū)采取憑票供水、筑壩蓄水、組織運水等措施保障災(zāi)區(qū)民眾用水。目前山東省正在遭受500年一遇的大旱，不能水澆的麥苗

沒有水，一切生命都將枯萎。為了生存，有人往返遠(yuǎn)方艱難背水，為了生存，有人向地下執(zhí)著地掘進(jìn)，……就讓你我從眼前的節(jié)水開始吧。千萬別讓人類的眼淚，成為地球上的最后一顆水滴!

近年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國開始面臨能源短缺的嚴(yán)峻考驗。在北京、上海、廣州等大城市，加油站經(jīng)常人滿為患，車主苦等幾個小時仍加不上油的例子經(jīng)常見諸報端;最近幾年，全國各地夏季用電高峰時段的拉閘限電措施每每使人們不得不沉浸在滾滾熱浪之中;煤、電、油的短缺已成為制約國家和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸——建設(shè)節(jié)約型社會已刻不容緩。

從我做起,從現(xiàn)在做起是我們每一個公民應(yīng)該做的，為此，我們設(shè)計了地下水節(jié)能汲取系統(tǒng)及廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，以節(jié)約能源，節(jié)省水源。

2 設(shè)計方案

本方案包括地下水節(jié)能汲取和廢水循環(huán)利用兩個部分、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 地下水節(jié)能汲取及廢水循環(huán)利用系統(tǒng)示意圖

2.1 地下水節(jié)能汲取系統(tǒng)

地下水節(jié)能汲取裝置主要有潛水泵、變頻器、控制器、管網(wǎng)中的壓力傳感器、止回閥等組成。系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)中壓力傳感器的反饋信號由控制器控制變頻器改變潛水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵流量，保持管網(wǎng)中水壓的恒定。

2.2 廢水循環(huán)利用系統(tǒng)

改變傳統(tǒng)的廢水直接進(jìn)入下水道模式，增設(shè)廢水接收裝置，廢水接收裝置設(shè)計成兩個出水口，將洗澡、洗手、洗菜、洗衣服等的污染較輕用水儲存，利用這些廢水沖刷廁所等。而污染較重或者不適宜再利用的水經(jīng)過污水處理裝置后直接進(jìn)入下水道。

3 理論設(shè)計計算

水泵是按工頻運行設(shè)計的環(huán)境保護(hù)，同步轉(zhuǎn)速為

，其中磁極對數(shù)P在廠家制造出來時已經(jīng)是固定的，只有通過改變頻率f來改變轉(zhuǎn)速n。通過變頻技術(shù)來改變補(bǔ)水泵的流量。水泵的特點是其負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，其軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比：

(1)

(2)

(3)

式中n0為基準(zhǔn)(額定)轉(zhuǎn)速;n為運行轉(zhuǎn)速;Q0為n0時的流量;H0為n0時的揚程;H為n時的揚程;P0為n0時的功率;P為n時的功率。

但是對于實際的泵負(fù)載，通常存在一個與高低差有關(guān)的實際揚程，在進(jìn)行變頻調(diào)速運行時必須注意。

(1)使用變頻器以后，水泵電機(jī)工作電流從30A下降到15—25A，電機(jī)溫升明顯下降，同時減少了機(jī)械磨損，維修量工作量也大大減少。

(2)保護(hù)功能可靠，可實現(xiàn)循環(huán)變頻電機(jī)軟啟動，具有短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了水泵電機(jī)設(shè)備的使用壽命，確保安全生產(chǎn)。

(3)節(jié)能效果明顯，節(jié)能效益可觀。以一臺10KW 的電機(jī)為例，一年可節(jié)電2.5萬Kwh，節(jié)省電費(以0.6元/Kwh計)可達(dá)1.5萬元。

(4)按照每人每月生活用水3立方米，其中50%的生活用水可以循環(huán)利用計算，每人每年可以節(jié)約用水18立方米，數(shù)以億計的城市人口可以節(jié)約的水資源將是多么巨大的一個數(shù)字。

4 工作原理及性能分析

地下水節(jié)能汲取系統(tǒng)管網(wǎng)上裝設(shè)壓力傳感器隨時檢測壓力的變化，并將檢測到的模擬信號送入汲水系統(tǒng)與給定壓力比較、處理。當(dāng)管網(wǎng)中用水量大環(huán)境保護(hù)，管網(wǎng)壓力降低時，水壓信號傳給控制器，變頻器立即將頻率提高，潛水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，水泵流量增大，管網(wǎng)中壓力隨即升高;用水量較小時電機(jī)低速運轉(zhuǎn)，水泵流量較小;當(dāng)管網(wǎng)中沒有用水時或者用水量很小，管網(wǎng)中水的壓力沒有變換或者變化較小時，變頻電機(jī)停止運轉(zhuǎn)網(wǎng)。也就是說本系統(tǒng)能根據(jù)管網(wǎng)中用水量的大小，變頻電機(jī)自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速高低，控制水泵流量大小，以節(jié)約電能。

廢水循環(huán)利用系統(tǒng)主要增加了一個廢水接收裝置，廢水接受裝置剖視圖如圖4所示。

圖4 廢水接收裝置剖視圖

廢水接收裝置主要有兩部分組成。廢水接收裝置的主體部分由兩個出水口：一個出水口接廢水儲水箱，用于儲存污染較輕的生活用水，然后接入到?jīng)_廁系統(tǒng);另一個出水口是污染較重的生活用水的出口，廢水經(jīng)該接口流到污水處理系統(tǒng)，經(jīng)處理后流入下水道。廢水接收裝置的另一部分是調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)廢水污染程度，人工可以旋轉(zhuǎn)該調(diào)節(jié)裝置，使生活用水流向不同的接口。這樣污染較輕的生活用水，可以進(jìn)行二次應(yīng)用，從而達(dá)到節(jié)水的目的。

5 結(jié)論

將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到汲水裝置中環(huán)境保護(hù)，節(jié)約電能。在汲水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)，系統(tǒng)可根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使供水管網(wǎng)中壓力保持在給定值，并最大限度的節(jié)約能源，并且該系統(tǒng)的運行狀態(tài)很可靠，所以在當(dāng)今社會是很適用的，應(yīng)極力推廣。

將廢水進(jìn)行分類，將污染較輕的水進(jìn)行二次應(yīng)用，節(jié)省水源。

地下水的汲取在很多工廠企業(yè)都有應(yīng)用，通過利用變頻器控制潛水泵，可以節(jié)約不少的電能，具有很大的推廣價值。廢水的循環(huán)利用，可以應(yīng)用到千家萬戶，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]朱開球.自來水廠變頻節(jié)能改造分析.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，23：277-278

[2]王榮，劉秀東.供暖熱網(wǎng)變頻補(bǔ)水控制系統(tǒng)的應(yīng)用.民營科技，2010，2：17

[3]韓衛(wèi)杰.PLC和變頻器在城市小區(qū)恒壓供水中的應(yīng)用.科學(xué)之友，2008，10(30)：18-19

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”