水和污水流量测定实践与研究

王金良

摘 要：我国水资源紧缺，为了充分利用和保护水资源，我国已经实行了排污许可证制度及相应的水污染物排放总量收费制度。重点介绍了水和污水流量测定方法及流量测定技术的发展情况。

关键词：水和污水；流量测定；水泵计量法；超声波法

中图分类号：X824 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.105

随着人口数量的增长，以及水资源的不合理利用，水资源污染日益严重。为了有效地保护水资源，我国在水环境容量开发与利用领域投入了大量精力。在排污许可证制度和水污染物排放总量收费制度的实施过程中，水和污水流量测定是关键。本文结合实际工作经验，探讨了水和污水流量测定方法以及流量测定技术的发展情况，希望通过本文的介绍，为水和污水流量测定提供理论依据和指导意见。

1 水和污水流量测定方法分析

1.1 给水流量的测定

给水流量的测定常用的方法包括水泵计量法、水表计量法和流速-面积测定法，下面分别进行介绍。

1.1.1 水泵计量法

通常水泵都设置有额定流量，可以通过水泵的额定流量来计算水泵的平均流速，也可以通过水泵的耗电量来计算水泵的平均流速。水泵计量法并不适用于使用时间比较长的管道，因为在长时间使用以后，管道内部容易结垢或者被腐蚀，导致测量值不准确。

1.1.2 水表计量法

水表计量法是比较常见的一种给水流量测定方法。但是，水表计量法不适用于计量浊度高、硬度大的流体，因为污水容易将水表腐蚀或者使水表结垢。使用水表特别要注意冬季的保暖，对于我国北方地区，当温度过低时，要及时对水表采取防冻措施，避免水表上的密封玻璃冻裂而影响计量结果。

1.1.3 流速-面积测量法

流速-面积测量法的原理是通过水的流速和横断面积而求得水的平均流量。比较常用的流速-面积测量法包括流速仪法、浮标法和量水堰法，下面分别进行介绍。

1.1.3.1 流速仪法

流速仪占据空间小、质量轻且测量精度相对较高。目前，流速仪法已经成为国际标准测流方法。在采用流速仪法测定流量时，应该注意流速脉动和流速分布对测定结果的影响。当流速脉动和流速变化较为剧烈时，要适当地增加测流的次数。在流体流动速度存在差异的时候使用流速仪时，可以在流速快和流速慢的地方分别设置流速仪，然后通过计算平均值来确定最终的流体流速。

1.1.3.2 浮标法

浮标法不适用于水流深、水道弯曲不平的流域，浮标系数是影响液体流速最终测定准确度的关键。影响浮标系数的因素有很多，例如浮标的材料、大小，水流情况，风力等，可以通过实际测量法和理论验算法来确定浮标系数的值。通过浮标法测定流速只能得到大概的范围，测量结果不精确。

1.1.3.3 量水堰法

量水堰法是通过测量水流面积改变情况来计算流量的一种方法。

1.2 排水流量测定

排水流量的测定方法包括容积法、流速面积法、巴竭尔量水槽法和化学法。

1.2.1 容积法

采用容积法测定流量不受排水管道形状的约束，测量过程方便，测量结果准确。容积法适用于流量不大的排水。为了避免水和污水溢出，通常采用比较大的容器测定。对于需要长时间进行流量测定的场所，可以同时使用2个容器。这2个容器存在平衡关系，当其中一个容易注满水时，另一个容器将水排出，实现自动测流。构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层，保证容器的使用寿命。

1.2.2 流速面积法

将相对平坦的直线沟渠作为测量区域，采用浮标法测定。对于排污水的沟渠，其中可能含有较多的盐和砂石，容易对测量设备造成破坏，应该谨慎处理。

1.2.3 巴竭尔量水槽法

由于污水中，特别是未经过处理的污水中可能含有大量的尘、沙、浆、盐及其他具有腐蚀性的物质，仍然采用给水测定中的量水堰法，会因为泥沙淤积而导致测定结果不精确。巴竭尔量水槽法适用于沙量大的排水渠测流，其测量范围广。将标准的量水槽分为进水段、出水段、喉道，量水槽可以是固定式的，也可以是移动式的，通过对进水段、出水段、喉道的水位和宽度进行测量，推算出排水流量。

1.2.4 化学法

采用化学法测量排水流量不受水流、水位、压力、水域形状等影响。化学法适用于水流相对稳定、测量区域内没有死水和支流的场所。通常采用的指示剂有食盐、重铬酸钠、同位素、食用染料和萤光染料。

2 流量测定技术的发展

流量测定技术经过多年的发展，已经比较成熟，但是，人们针对流量測定技术的专研一直没有停止过，主要表现在以下3个方面。

2.1 非转子式测流计迅速发展

传统的转子式测流计在转子惯性的作用下以及污水的砂、盐等腐蚀性物质的作用下会对转轴造成磨损，最终影响其测定精度。为了有效解决上述问题，先后出现了电磁法、超声波法、核共振法、光环激光法及涡流散发-热敏检测等新型测量设备。其中，以电磁法和超声波法的应用效果最为理想。

2.1.1 电磁法

电磁流量计适用于电导率大于0.1 μs的流体，即使流体中存在层流、紊流和包含腐蚀性杂质、纤维物等，采用电磁法测量也能够保证准确性。电磁法测量的准确性高，对温度要求不严格，容易转化成自动监测。不过目前，电磁法监控的设备成本比较高，限制了其大范围推广使用。

潜水型电磁流量可以用于测量连续流体，在水或者污水流域中设置一块挡板用于截流，流量计量传感器安装在挡板的底端。潜水型电磁流量可用于测定任何形状的流域。采用低频三值矩形波励磁技术，零点稳定，工作可靠。

2.1.2 超声波法

目前，全球很多个国家对超声波法测定流量予以了高度重视。超声波法可以细分为时频差法、声束偏移法和多普勒法。超声波法的适用范围也相对比较广泛。美国的超声波法处于世界领先地位，他们生产的一种便携式多普勒超声波流量计能够实现对没有经过处理的污水进行流量计量。我国的超声波法发展优良，目前超声波法已经被广泛应用于大型输水管道的流量测定中。另外，将超声波法与测流堰配合使用，最终的测定效果更佳。

多声道超声明渠流量計是超声波法计量流量的代表，它包括多对流速换能器、液位换能器、接线盒和控制器等。在受背压状态下和截面不规则时，仍然能够保证性能稳定，测量结果准确。多声道超声明渠流量计容易安装，安装以后不妨碍液体流动，没有固体堆积，后期维护费用低。

2.2 耐腐蚀无磨损测流传感器

传统的转子式流量计使用一段时间以后，容易因为污水造成腐蚀和磨损。为了解决这个问题，研究人员将工作重心放在了研发新型耐腐蚀传感器探头上。英国一家公司研发了一种压差式耐腐蚀传感器探头，它不存在运动部件，无磨损、无漂移而且灵敏度较高。英国的另一家公司研发了一种浸没式差压传感器，整个传感器采用氯化聚氯乙烯材料制成，在确保机械性能良好的同时又能抵抗化学腐蚀。

2.3 信息处理技术赋予流量计以新的功能

高速发展的信息处理技术赋予流量计以新的功能。传统的旋杯式流量计在流量测定时比较麻烦。目前，人们发明了改进型旋桨流量计。改进型旋浆流量计增加了计算机控制的传感器传，能够有效地对流量数据进行读取和处理。同时增加了多种功能，例如显示功能、报警功能等。通过接口实现与计算机的连接，对采集的数据进行储存和处理，达到自动检测的目的。

3 总结

水和污水的测定技术发展速度比较快，主要体现在以下2个方面：①测定流量的传感器技术更加成熟，不仅灵敏性高，还可用于恶劣环境下。②信息处理能力有所提升，反应速度快，处理的精度高，输出信息直观并兼有控制外部设备功能。相信随着科学技术的发展，水和污水流量测定技术会更加成熟。

参考文献

[1]王新成.浅谈排污口规范与废水流量的测定[J].山东化工，2014（04）：78-80，82.

[2]丁程程，刘健.废水污染源自动监测排污口规范化研究[J].山东科学，2011（04）：64-68.

[3]左鸣，汪晓军，李达宁.曝气生物滤池用于电镀废水深度处理的研究[J].中国给水排水，2011（15）：35-38.

[4]李进.基于高效复合菌系的生物活性炭技术深度处理焦化废水的中试研究[D].武汉：武汉科技大学，2015.

[5]杨茜，于茵，周岳溪，等.石化工业园区有毒废水来源识别研究[J].环境科学，2014（12）：4582-4588.

〔编辑：刘晓芳〕