污水管網系統被稱為“城市生命線”,在城市中承擔著污水輸送、控制水體污染及預防內澇溢流等作用,是保證城市生活正常運轉的重要基礎設施,因此對污水管網的建設和監測至關重要。污水管網的流量監測有助于管網污染物溯源能力的提升、監控企業偷排漏排的管控、雨污混接的及時整改、城市內澇的預警、海水倒灌的監測等,為市政管網的維護提供數據支撐。如今,“建設智慧型城市”已成為諸多市政工程項目的重要指導思想之一,在水環境規劃與治理項目中,市政污水管網的建設或改造是重要的環節,其中,對于管網的智能化、可視化、實時性管理有著越來越廣泛的需求。
在污水管網的設計階段,在線監測須被統籌考慮,特別在一些老舊管網改造項目中,新增在線監測通常存在很多實際困難,針對復雜的管網環境,滿管與非滿管并存的管道狀態,如何設置適合的流量計顯得尤為關鍵。傳統的電磁流量計是基于法拉第電磁感應原理,測量滿管狀況下的流量,在此基礎上,非滿管流量計增加了管道內液位測量的功能,進而通過面積速度法計算得到流量。
污水管網內的流體來源中,工業污水和生活污水占主要部分。工業污水,流體一般為自然流動,流量大,并且非滿管具有自由水面,精確測量有一定的難度。對污水排入管網點位的點源監測,以前多采用傳統槽式流量計,不僅精度較低,而且帶來較大的水頭損失,同時對上游渠道的坡度及下游水深也均有一定的要求,當不能滿足條件時測量精度會降低,有時甚至無法進行測量。如果用傳統的電磁流量計來測量污水,則需要建造額外的閘板和堰板以保證滿管,這些附加的安裝費用甚至會超出流量計本身的費用,大口徑管道時更是如此,而且還增加了管道堵塞的可能性。
生活污水來源比較分散,排水管網末端流量小,不易測量,通常要在區域主干管道上布設流量計,對流量計的合理分布提出更高要求。生活污水流量具有相對明顯的時間周期性,導致管網內水量產生波動,對流量計測量的穩定性是不小的考驗。
此外,排水管網流量測量還面臨以下問題:排水管網內垃圾多、懸浮物高,導致數據干擾多,設備維護成本高;監測點通常分布較為分散,給市政電源的接入帶來難度;監測設備通常安裝于檢查井內,對設備的防護等級以及信號的傳輸能力提出更高要求;現場環境復雜,安裝不便,維護復雜等。
在傳統的電磁流量計相鄰位置的管道正上方居中部位開孔,外加超聲波液位計。測得液位,進而可以得到非滿管流體的截面面積,結合流速,計算出流量。
非滿管電磁流量計維護工作量通常較小,但考慮到污水可能會在傳感器內壁附著,形成的積聚層會對傳感器電導率產生影響,并且由于非滿管電磁流量計傳感器均位于管道內部,不易進行人工清潔維護,所以該流量計一般適用于流速大于3m/s的管道,這樣一定程度上可以減輕污染物附著沉積的現象。此外,非滿管電磁流量計需要專用的儀表井,以方便儀表的安裝與維護。
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