流量测量视角下的污水处理厂水量不平衡解决方案
01、概述
污水处理厂水量平衡主要指污水处理厂进水和出水总量的平衡。污水处理厂进、出水水量不平衡的问题，越来越受到有关监管部门和各大污水运营公司的重视。进、出水水量不平衡的严重程度，受到污水和污泥处理工艺、回用水量、设备装备水平和流量计的安装位置等的影响。前文《污水处理厂污水和污泥精确测量的方法和应用思路》已简单介绍了解决进、出水水量不平衡问题的思路。
今天，从流量测量的角度，进一步探讨解决污水处理厂进、出水水量不平衡问题的方法。
02、问题分析
除了前面提到的污水和污泥处理工艺、回用水量和设备装备水平等影响因素之外，进、出水水量不平衡的问题，也与流量计的安装位置、是否定期校核有关。
2.1 流量计的安装位置
进、出口流量计的安装位置不同，应用场景不同，也要面对不同的问题。
① 污水处理厂的进水大多是满管/非满管的重力流，此重力流管的埋地深多数较大。通常，非满管流量计的测量误差大于电磁流量计，且重力流管内安装的楔形流量计维护难度大于电磁流量计。因此，污水处理厂的进口流量计大都选用电磁流量计，安装在污水一级提升泵房后的压力管道。在满管、较高流速（如2m/s）和足够长平直段（电磁流量计前面5倍管径处，后面3倍管径处）情况下，高质量的电磁流量计的测量精度可以达到0.5%（即流量测量误差<0.5%）。
② 污水处理厂出口可能是满流或非满流。流量计大都选用（满管情况下）电磁流量计和（非满管且地上）巴氏计量槽。同样，也要考虑流量计的安装位置和流速对流量计测量精度的影响。
我们知道，下述原因会影响进、出水水量的差值，导致厂区的进水流量≠出水流量。
① 污泥储池溢流、污泥脱水车间的排放水，吸砂上清液、深度处理车间反冲洗水等厂区工艺排水，通过厂区工艺管路回流到污水厂提升泵房的集水井，会增大一级提升泵房后电磁流量计流量，导致计算的进水量增加，这是导致测量误差的主要因素之一；
② 中水回用和内部绿化回用，导致计算的出水量降低，这是导致测量误差的主要因素之一；
③ 敞开式处理构筑物，在蒸腾作用下蒸发，导致计算的出水量降低，此影响通常不大；
④ 剩余污泥有一定的含水量，携带部分水量，导致计算的出水量降低，此影响通常不大。
2.2 定期校核
由于设备本身原因，电磁流量计需要定期校核或复检，以便确保电磁流量计的测量精度。根据《管道式电磁流量计在线校准要求》（CJ/T 364—2011）：电磁流量计的复检时间间隔由被校单位根据实际使用情况确定，复检时间间隔不宜超过2年。
对于不同管径的电磁流量计，通常采用如下校核方式：
▶管径<DN400的电磁流量计，拆卸后返厂校核；
▶管径>DN400的电磁流量计，可以在线校核。
污水处理厂的电磁流量计通常都>DN400，可以考虑采用在线校核方式。目前已有《电磁流量计》（JJG 1033—2007）、《管道式电磁流量计在线校准要求》（CJ/T 364—2011）等行业标准涉及电磁流量计的校核。
▶按照《电磁流量计》（JJG 1033—2007）中规定，电磁流量计校准需将被检电磁流量计安装在液体流量标准装置上进行检定。这就要求使用企业将电磁流量计拆卸后送至法定计量机构进行检定，但是在实际状况下，要实现该流程在时间和经济上均比较困难。
▶大部分企业通常选择《管道式电磁流量计在线校准要求》（CJ/T 364—2011）规定的在线校准模式对流量计进行误差验证。污水中杂质多、管壁覆膜等会增加测量误差；作为校准器的外夹式超声波时差法流量计不适合污水环境，导致测量的准确度等级较低，测量结果波动大，与流量标准测量装置的偏差大。
因此，DN400以上的电磁流量计存在在线校核的难题。
03、解决方案
3.1 流量计安装位置的建议
▶在重力流的总进口安装超声波互相关流量计，直接测量污水处理厂总进口的流量。通常，非满管情况下，超声波互相关流量计的流量测量误差<3%，可以满足有关监管部门的要求。
▶集水井的回流管道上安装流量计，一级提升泵房后电磁流量计与此流量计之和即为总进水水量。需要注意：回流管道可能存在多根，需要安装多套流量计；回流管道通常是满管/非满管交替，需要考虑安装超声波互相关流量计，原因如上。
3.2 电磁流量计在线校核的建议
随着计量设备的发展，插入式互相关流量计等新技术也开始应用，在电磁流量计校核等应用场景也取得了较好的结果。目前已有相关的标准在制定中。
我们建议采用不断水安装方式的插入式超声波互相关流量计，对电磁流量计进行在线精度测定，以便获得稳定可靠的数据。插入式超声波互相关流量计有如下优势：
▶安装简单使用方便，仅需管道焊接及开孔（碳钢管），或安装抱箍及开孔（混凝土管、PE管等）；
▶无需断水，可带压操作；
▶满管非满管均可测量；
▶满管且满足安装距离情况下，流量计测量误差<0.5%，与电磁流量计精度一致；在低流速情况下可以确保高精度；
▶可以作为电磁流量计的在线校核工具；
▶在电磁流量计送检、维修等情况下可作为备份使用，甚至取代电磁流量计进行在线流量测量。
同理，也可以采用不断水安装方式的楔形超声波互相关流量计，校核污水处理厂出口的巴氏计量槽。
04、相关案例
4.1 国外案例
某污水处理厂，进、出水流量测量位置存在流场非对称和动态波动，导致进、出水水量不平衡。
▶相对于参考值的偏差验证系统: -1.0%～3.3%；
▶每日流入量与流出量之差: -2.5%～3.7%。
经过92天校准周期后，调整电磁流量计的K值，再经过25天的结果验证期：
- 每日进水量与出水量之差降低至：-0.8%～0.4%，满足客户要求。
4.2 国内案例
我们分别在浙江嘉兴、浙江绍兴、上海临港等开展了污水处理厂电磁流量计和巴氏计量槽的校核工作。参见《拓展应用：污水处理厂进水水量的校核》、《典型案例：污水处理厂四个进口渠道的同步流量测量》、《拓展应用：某污水处理厂DN2200总进口的流量测量》、《典型案例：污水处理厂重力流出水管的流量测量》，等。
05、总结
① 从流量测量的视角观察，流量计的安装位置和电磁流量计是否定期校核可能直接导致进、出水水量不平衡。
② 可以考虑在重力流的总进口安装超声波互相关流量计，直接测量污水处理厂总进口的流量；或者在集水井的回流管道上安装流量计，一级提升泵房后电磁流量计与此流量计之和即为总进水水量。需要注意的是：回流管道可能存在多根，需要安装多套流量计；回流管道通常是满管/非满管交替，需要考虑安装超声波互相关流量计。
③ 可以考虑采用插入式互相关流量计校核污水厂进口或出口的电磁流量计。
④ 可以考虑采用楔形传感器校核污水处理厂出口的巴氏计量槽。
