水处理设备的合理选型，是每一个设计人员需要掌握的知识。作为输送提升的核心设备，泵在水处理项目中无处不在。泵的原理多样，种类繁多，而且还在不断地发展创新，不同的应用场合，泵的使用方法也各有差异。

1、污水泵的原理与分类

在专业定义上，泵是指将原动机的机械能转换成流体的压力能和动能，从而实现流体定向输运的动力设备。在使用时常按用途来进行命名，比如潜污泵、污泥泵、计量泵等，工作原理各有不同。按工作原理可以分类如下：

1、叶片式泵

叶片式泵包括离心泵（单级、多级），轴流泵，混流泵，旋涡泵等。

离心泵-利用旋转叶轮带动流体一起旋转，借离心力的作用，使流体的压力能和动能得到增加。潜水电机直接与泵叶轮同轴相连，水力部件由水泵壳体、叶轮组成。水泵壳体的出水口为径向，出水口中心线与电机中心线在同一平面内。为了确保流量稳定且没有过多涡旋，水力部件设计和制造成没有锐利的棱角。泵出水配管法兰按ISO标准，公称压力为1MPa。 

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上图为潜水离心泵

轴流泵-利用叶轮上的翼型叶片在流体旋转所产生的升力使流体的能量增加。轴流泵又有立式轴流泵和水平轴流泵之分，潜水电机直接与水泵叶轮同轴相连，水力部件由水泵壳体、导叶、叶轮和耐磨环组成。水泵壳体的出水口为轴向出水。为了确保流量稳定且没有垂直直流管内的涡旋、底部旋涡，水力部件设计和制造成没有锐利的棱角。为确保水泵吸水口处流态均匀，在井筒底部配有防止涡流产生及水分流现象的防漩设施。 

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上图为潜水轴流泵

水平轴流泵-应为成套设备，并需配备管道连接管、拍门、导杆、吊索（吊链）、起吊支架和葫芦、潜水电缆、接线盒（IP65）和监控装置等所有安装附件和不锈钢紧固件。

水平轴流泵采用导杆自动结合就位固定方式，滑行杆支架作为水泵整体的部件之一，水泵的全部重量以及泵送时产生的推力全部作用在对接的出口管路法兰上。水平轴流泵可以上下方便地进行升降移动，检查或维修人员无需进入池底。

潜水内回流泵应为卧式单级结构，垂直单导轨、自耦式安装。叶轮的设计应采用无堵塞、防缠绕结构型式，通过固体颗粒直径可达 120mm 以及允许长纤维垃圾。

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上图为水平轴流泵

混流泵-介于离心泵和轴流泵之间，部分利用了离心力，部分利用了升力。混流泵为电机驱动，适用于抽吸原生污水，采用底吸，水平出流，单蜗壳，混流叶轮，泵的轴向荷载由泵基座或者电机座承受，泵的进水流道为泵整体设计的一部分，合力确定进水流道的尺寸。

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上图为混流泵

2、容积式泵

容积式泵包括往复泵（活塞、柱塞、隔膜），回转泵（齿轮、螺杆、滑片等）

往复式泵-利用工作容积周期性的改变来输送流体，并提高其压力，包括活塞式、柱塞式和隔膜式三类。

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上图为隔膜泵

回转式泵-利用一对或几个特殊形状的回转体，如齿轮、螺杆或其他形状的转子在壳体内作旋转运动来输送流体并提高其压力。

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上图为螺杆泵

自吸式转子泵-应适合初沉与二沉的混合污泥（含固率3%~7%）、表面浮渣、沉砂等，污泥中含有粒径小于0.15mm的细砂约10%，系统中不设置污泥切割装置，允许***通过60mm不可压缩异物，具有无堵塞、耐磨等特点适合高含砂污泥输送。

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上图为自吸式转子泵

3、其他类型泵

叶片式泵和容积式泵基本包括了所有常用的泵的类型，还有一些其他类型的泵，比如：

水环式真空泵-水环式真空泵在启动前注入一定水作为工作液体，靠星形叶轮的旋转，形成封闭水环，叶轮与水环之间形成周期性扩大与减小的空间，形成负压，吸入气体并排出，达到抽真空的目的。

喷射泵-利用高速射流的抽吸作用来抽吸并输送液体，可以起到抽真空的作用。

2、污水泵的主要性能参数

1、流量与扬程 

泵在单位时间内输送的流体量称为流量，泵的流量一般指体积流量，用q表示。单位重力作用下的液体通过泵后所获得的能量增加值，称为扬程，用H表示，单位为m。

在选型时，流量与扬程是由设计人员根据工艺计算结果给出的核心参数，是一个固定值。对于水泵自身性能而言，流量与扬程往往是一个区间内的对应关系，是一个范围。在选型时，两者互相影响，理想的选型是工艺参数需要的固定值落在水泵性能曲线的最高效率点，在有偏差时，要综合评估偏差可能带来的不利影响，权衡后确定选型结果。

2、轴功率与效率

泵在运行时原动机传递到泵转轴上的功率称为轴功率，用P表示，单位为kw。单位时间内通过泵的流体所获得的功率称为有效功率，用Pe表示。泵的效率为有效功率与轴功率之比，即η=Pe/P。

泵的效率与泵本身的设计水平、机械加工水平等有关，效率的高低直接影响能耗，同时泵有各自的高效率区间，选型时需要落在这个区间，以降低能耗。 

3、转速

泵轴每分钟的转数，称为转速，用n表示，单位为r/min。

转速一般与电机的标准转速对应，可通过变频器对电机转速进行调整，水泵性能曲线也对应变化。在实际流量扬程变化时，通过变频来调节可以达到很好的节能效果。

4、汽蚀与汽蚀余量

汽蚀指水泵运行中，因为某些原因使得泵内局部压力降低到水的汽化压力时，水会产生汽化而形成气液流，到达高压区后气泡受到挤压破灭重新凝结成水，在这个过程中会产生很高的水锤压力，使材料收到侵蚀和破坏。汽蚀现象主要是针对叶片泵而言，是在泵的选型设计中必须避免的现象。汽蚀的产生与泵的性能有关，也与泵的吸口装置的设计有关。

汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示，具体分为如下几类：

• NPSHa——装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量，越大越不易汽蚀；

• NPSHr——泵汽蚀余量，又叫必需的汽蚀余量或泵进口动压降，越小抗汽蚀性能越好；

• NPSHc——临界汽蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量；

• [NPSH]——许用汽蚀余量，是确定泵使用条件用的汽蚀余量，通常取 [NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。

必需汽蚀余量和有效汽蚀余量有何区别

汽蚀余量分有效气蚀余量NPSHa和必须气蚀余量NPSHr。泵的必须汽蚀余量是泵的特性，由设计决定，泵的有效汽蚀余量由工艺管路决定。

对于给定泵，在给定转速和流量下必需具有的汽蚀余量称为必需汽蚀余量，常用NPSHr表示。又称为泵的汽蚀余量，是规定泵要达到的汽蚀性能参数。NPSHr和泵的内部流动有关，是由泵本身头定的，其物理意义是表示液体在泵进口部分压力下降的程度，也就是为了保征泵不发生汽蚀，要求在泵进口处单位重量液体具有超过汽化压力水头的富余能量。必须汽蚀余量与装置参数无关，只与泵进口部分的运动参数（vo、wo、wk等）有关，这些运动参数在一定转速和流量下是由几何参数决定的。这就是说NPSHr是由泵本身（吸水室和叶轮进口部分的几何参数）决定的。对于既定的泵，不论何种介质（黏性大介质因影响速度分布除外），在一定转速和流量下流经泵进口，因速度大小相同故有相同的压力降，即NPSHr相同。所以NPSHr与液体的性质无关（不考虑热力学因素）。NPSHr越小，表示压力降小，要求装置必须提供的NPSHa小，因而泵的抗汽蚀性能越好。因此:r代表required必需的，由泵本体决定，具体与转速，叶轮形式等有关；

有效汽蚀余量是指由泵安装条件所确定的汽蚀余量，常用NPSHa表示。又称为装置汽蚀余量，是由吸入装置提供的在泵进口处单位重量液体具有的超过汽化压力水头的富余能量。NPSHa越大，泵越不容易发生汽蚀。有效汽蚀余量的大小与装置参数及液体性质（p、pv等）有关。因为吸入装置的水力损失和流量的平方成正比，所以NPSHa随流量的增加而减小。因此: A代表available有效的，可以提供的，这个由系统和管路决定，必须经过严格计算；

要保证泵不气蚀，NPSHa必须大于NPSHr。具体大多少，各种不同形式的泵都有经验值, 一般把泵的必须汽蚀余量增加0.5-1m的富余能头作为允许汽蚀余量。

3、污水泵的选型

1、确认使用条件

在泵的选型时，首先需要确认使用的基本条件，包括：

a.输送介质的物理化学性能

影响泵的性能、材料和结构。包括：介质特性（如腐蚀性、磨蚀性、毒性等）、固体颗粒含量及颗粒大小、密度、黏度、汽化压力等。

b.选型参数

流量、扬程、温度、装置汽蚀余量、操作状态。

c.现场条件

泵的安装位置、环境温度、相对湿度、大气压力、大气腐蚀状况及危险区域划分等级等。

2、选择泵的类型

水处理中根据用途的不同需要选择对应的合适类型：

a.进水的提升 

在废水的进水中杂质往往较多，一般选择抗堵塞的离心泵。中小规模水量时，最常用的为潜污泵。在方便设置泵房时，可采用干式无堵塞排污泵。在大型规模项目，一般采用干式安装的大型污水泵，以方便检修。

在工业废水处理项目中，进水缠绕物杂质少时，经常根据需求选用自吸泵等。

进水提水泵在允许时，建议尽量选择质量优秀的产品，可以大大减少日常运行维护中的麻烦，保证系统的正常运转。

b.中间提升及尾水排放

中间提升及尾水排放时，废水中的杂质特别是缠绕性杂质非常少，在水泵的选型上范围大很多，基本常规的输送污水的泵都能使用。在尾水水质较好时，排放和回用泵可考虑选择清水泵，泵的效率一般较污水泵高，成本也较低。

c.有自吸需求

有自吸需求时可选用自吸泵、转子泵。根据需求可配套真空泵。

d.污泥的输送

初沉污泥：污泥悬浮物浓度高、杂物较多，一般采用螺杆泵，需要时配套破碎机。

二沉池污泥及污泥回流：污泥含水率高，特性与水类似，一般选用潜污泵、混流泵或轴流泵，内回流需要扬程低，可选用穿墙泵。

化学污泥：根据污泥情况可选择无堵塞排污泵、螺杆泵。

浓缩后污泥：一般选择螺杆泵，也可选择隔膜泵。

脱水后污泥：脱水后污泥的管道输送需要扬程高，可选择柱塞泵。

e.药剂投加

小流量的药剂投加一般选择计量泵，PAM的投加可选择螺杆泵。

大流量的药剂投加可选择耐腐蚀泵等。

3、确定泵的型号

在类型确定后，再根据泵的性能曲线选择合适的型号：

a.查系列型谱图，选择泵的额定工作点落在泵的高效工作区内，校核泵的汽蚀余量是否符合要求。

b.校核泵的材质、密封等是否能满足输送介质要求。

c.校核安装检修条件是否满足单体设计的要求。

当有两种以上规格符合条件时，选择综合指标高的设备：效率高、重量低和价格低。

来源：工业废水圈

2021第十三届上海国际化工环保展展览会

时间：2021年8月25-27日

地点：上海新国际博览中心

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