地下水节能汲取及废水循环利用系统设计
导读:：通过实验设计了地下水节能汲取及废水循环利用系统，地下水节能汲取装置主要有潜水泵、变频器、控制器、管网中的压力传感器、止回阀等组成。本系统能根据管网中用水量的大小，变频电机自动调节转速高低，控制水泵流量大小，以节约电能。
关键词：地下水节能汲取，废水循环利用系统，设计
1 研制背景
根据联合国关于一个国家如果每人每年供水不足1000立方即为缺水国家的标准来看，中国人口占世界总人口的22%，而淡水占有量仅占世界的8%，人均淡水占有量只有世界人均值的1/3，是众所周知的贫水国家。
水资源短缺造成的最为严重的后果便是一些国家的人民身体健康状况恶化。世界卫生组织调查发现，现在发展中国家有10亿人喝不上淡水，全世界每年有1000万人死于因饮用脏水或污染水引起的疾病。而更令人不安的是，在世界许多地区，隐伏着国与国之间为争夺水资源而发生冲突的危机。
2010年云南遭遇百年一遇的全省性特大旱灾，干旱范围之广、时间之长、程度之深、损失之大，均为云南省历史少有。严重干旱已经造成全省742万人、459万头大牲畜饮水困难。云南各灾区采取凭票供水、筑坝蓄水、组织运水等措施保障灾区民众用水。目前山东省正在遭受500年一遇的大旱，不能水浇的麦苗
没有水，一切生命都将枯萎。为了生存，有人往返远方艰难背水，为了生存，有人向地下执着地掘进，……就让你我从眼前的节水开始吧。千万别让人类的眼泪，成为地球上的最后一颗水滴!
近年来，伴随着经济的飞速发展，中国开始面临能源短缺的严峻考验。在北京、上海、广州等大城市，加油站经常人满为患，车主苦等几个小时仍加不上油的例子经常见诸报端;最近几年，全国各地夏季用电高峰时段的拉闸限电措施每每使人们不得不沉浸在滚滚热浪之中;煤、电、油的短缺已成为制约国家和地方经济发展的瓶颈——建设节约型社会已刻不容缓。
从我做起,从现在做起是我们每一个公民应该做的，为此，我们设计了地下水节能汲取系统及废水循环利用系统，以节约能源，节省水源。
2 设计方案
本方案包括地下水节能汲取和废水循环利用两个部分、系统结构简图如图1所示。
图1 地下水节能汲取及废水循环利用系统示意图
2.1 地下水节能汲取系统
地下水节能汲取装置主要有潜水泵、变频器、控制器、管网中的压力传感器、止回阀等组成。系统根据管网中压力传感器的反馈信号由控制器控制变频器改变潜水泵电机的转速，从而改变水泵流量，保持管网中水压的恒定。
2.2 废水循环利用系统
改变传统的废水直接进入下水道模式，增设废水接收装置，废水接收装置设计成两个出水口，将洗澡、洗手、洗菜、洗衣服等的污染较轻用水储存，利用这些废水冲刷厕所等。而污染较重或者不适宜再利用的水经过污水处理装置后直接进入下水道。
3 理论设计计算
水泵是按工频运行设计的环境保护，同步转速为
，其中磁极对数P在厂家制造出来时已经是固定的，只有通过改变频率f来改变转速n。通过变频技术来改变补水泵的流量。水泵的特点是其负载转矩与转速的平方成正比，其轴功率与转速的立方成正比：
(1)
(2)
(3)
式中n0为基准(额定)转速;n为运行转速;Q0为n0时的流量;H0为n0时的扬程;H为n时的扬程;P0为n0时的功率;P为n时的功率。
但是对于实际的泵负载，通常存在一个与高低差有关的实际扬程，在进行变频调速运行时必须注意。
(1)使用变频器以后，水泵电机工作电流从30A下降到15—25A，电机温升明显下降，同时减少了机械磨损，维修量工作量也大大减少。
(2)保护功能可靠，可实现循环变频电机软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了水泵电机设备的使用寿命，确保安全生产。
(3)节能效果明显，节能效益可观。以一台10KW 的电机为例，一年可节电2.5万Kwh，节省电费(以0.6元/Kwh计)可达1.5万元。
(4)按照每人每月生活用水3立方米，其中50%的生活用水可以循环利用计算，每人每年可以节约用水18立方米，数以亿计的城市人口可以节约的水资源将是多么巨大的一个数字。
4 工作原理及性能分析
地下水节能汲取系统管网上装设压力传感器随时检测压力的变化，并将检测到的模拟信号送入汲水系统与给定压力比较、处理。当管网中用水量大环境保护，管网压力降低时，水压信号传给控制器，变频器立即将频率提高，潜水泵电机转速加快，水泵流量增大，管网中压力随即升高;用水量较小时电机低速运转，水泵流量较小;当管网中没有用水时或者用水量很小，管网中水的压力没有变换或者变化较小时，变频电机停止运转网。也就是说本系统能根据管网中用水量的大小，变频电机自动调节转速高低，控制水泵流量大小，以节约电能。
废水循环利用系统主要增加了一个废水接收装置，废水接受装置剖视图如图4所示。
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装置主体 |
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调节装置 |
图4 废水接收装置剖视图
废水接收装置主要有两部分组成。废水接收装置的主体部分由两个出水口：一个出水口接废水储水箱，用于储存污染较轻的生活用水，然后接入到冲厕系统;另一个出水口是污染较重的生活用水的出口，废水经该接口流到污水处理系统，经处理后流入下水道。废水接收装置的另一部分是调节装置，根据废水污染程度，人工可以旋转该调节装置，使生活用水流向不同的接口。这样污染较轻的生活用水，可以进行二次应用，从而达到节水的目的。
5 结论
将变频调速技术应用到汲水装置中环境保护，节约电能。在汲水系统中采用变频调速技术，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速，使供水管网中压力保持在给定值，并最大限度的节约能源，并且该系统的运行状态很可靠，所以在当今社会是很适用的，应极力推广。
将废水进行分类，将污染较轻的水进行二次应用，节省水源。
地下水的汲取在很多工厂企业都有应用，通过利用变频器控制潜水泵，可以节约不少的电能，具有很大的推广价值。废水的循环利用，可以应用到千家万户，应用前景广阔。
参考文献
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[2]王荣，刘秀东.供暖热网变频补水控制系统的应用.民营科技，2010，2：17
[3]韩卫杰.PLC和变频器在城市小区恒压供水中的应用.科学之友，2008，10(30)：18-19
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