郭曉楠

(昊華工程有限公司，北京 100143)

淺談橡膠工廠設計中采用的節(jié)水技術措施

Measures of water saving technologies used in rubber factor design

郭曉楠

(昊華工程有限公司，北京 100143)

水資源匱乏和水污染日益嚴重已經成為制約我國經濟社會發(fā)展的重要因素，如何合理、有效的利用有限的水資源成為擺在所有工業(yè)設計者面前的課題。隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，相關的橡膠輪胎制造產業(yè)也得到了飛速發(fā)展，大量的輪胎制造廠在生產過程中每年消耗的一次水量也是巨大的。筆者結合自己在設計工作中的經歷，從節(jié)流和開源兩個方面淺述了在橡膠輪胎工廠設計中采用的節(jié)水技術措施。

橡膠輪胎工廠；給排水；節(jié)水技術

水是關系到人類生存和發(fā)展至關重要的資源。我國是一個水資源貧乏的國家，又是一個水資源嚴重污染的國家。人均水資源占有量僅為世界平均量的1/4。水資源在我國的分布極其不均勻，并且全國有超過2/3的城市呈現(xiàn)不同程度的水資源短缺。隨著國民經濟的快速發(fā)展，用水需求將不斷增加，如不采取強有力的節(jié)水措施，水資源匱乏不僅會影響到人們日常的生活，也會成為社會可持續(xù)發(fā)展的限制因素。

近年來隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，橡膠輪胎產業(yè)也得到了飛速的發(fā)展。目前，在我國有超過500家各種規(guī)模的輪胎制造廠家，大量的輪胎制造廠在滿足市場需要的同時，生產過程中的耗水量也是巨大的。如何在滿足生產的前提下，盡可能的減少一次水的用量，成為擺在工廠設計者面前的課題。

橡膠輪胎廠的用水根據(jù)用途可分為生產用水和生活用水兩部分，以下筆者就針對這兩部分結合自己在設計工作中的經歷，從節(jié)流和開源兩個方面淺述在設計工作中采用的節(jié)水措施。

1 節(jié)流措施

1.1 生產節(jié)水措施

1.1.1 減少工藝一次水用量，提高循環(huán)水使用率

輪胎廠的生產用水，主要集中在煉膠、壓片、壓延、擠出等工藝過程中，為各種生產設備以及冷卻水槽提供冷卻用水。由于生產工藝對產品質量的要求，大部分設備為間接傳熱冷卻，不接觸膠料，水質不受污染，可以回收后經冷卻塔、換熱器等設備降溫處理后重復利用。胎面擠出聯(lián)動裝置和內胎、墊帶擠出聯(lián)動裝置的冷卻水槽為膠料和冷卻水直接接觸，這部分水一般選用一次水，但這部分水回水水質較清，考慮到減少生產用一次水量，這部分水也可以回收經過水處理器處理后作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水。這種將生產回水降溫后循環(huán)使用的給水系統(tǒng)，水的回用率可達到97%以上，大大減少了一次水的使用，節(jié)水效果顯著。

1.1.2 冷卻塔采用閉式循環(huán)，減少蒸發(fā)量和排污量

在生產冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中，冷卻塔的使用非常廣泛。傳統(tǒng)的應用方式為敞開式循環(huán)，這種循環(huán)方式對于低溫差循環(huán)水系統(tǒng)降溫效果明顯，管理維護方便，從而得到了廣泛的應用。但這種循環(huán)換熱方式也存在弊端，開放式的循環(huán)，使得水與空氣充分接觸，空氣中的雜質、灰塵也隨之進入水中，加上濕度適宜和氧氣充足，填料上滋生大量的細菌和微生物。這些都隨之進入循環(huán)體系。為保證循環(huán)水水質穩(wěn)定，必須采取相應的過濾、除藻、消毒等水質處理措施。根據(jù)多年的設計數(shù)據(jù)，正常運行3～5年的敞開式冷卻塔由于蒸發(fā)、排污和風吹等造成的水量損失約占整個循環(huán)水量的2%～3%，對于大型的橡膠輪胎廠，按2 000 m3/h常溫循環(huán)水量計，每日的循環(huán)水補水量就高達1 440 m3。而相對的密閉式循環(huán)方式，由于循環(huán)水和冷源不直接接觸，減少了循環(huán)過程中對水質的污染，此外閉式循環(huán)還避免了蒸發(fā)和風吹造成的水量損失，這就大大減少了循環(huán)補水量，一般來說，補水量僅占循環(huán)水量的0.5%～1%左右。以2 000 m3/h常溫循環(huán)水量計，每日節(jié)約的水量就高達960 m3，節(jié)水效果非常顯著。

1.1.3 采用合格的優(yōu)質管材、管件

在20世紀，國內建筑普遍采用鍍鋅鋼管做為給水系統(tǒng)的給水干管。但是，隨著使用時間的延長，鍍鋅鋼管易腐蝕和滋生細菌，這不僅會造成水的二次污染危害人體健康，而且腐蝕物的泄露會造成水資源的污染。我國建設部、衛(wèi)生部等部委也聯(lián)合發(fā)布文件，要求自2000年6月1日起，在全國城鎮(zhèn)新建住宅給水管道中，禁止使用冷鍍鋅鋼管，并根據(jù)當?shù)貙嶋H情況逐步限制禁止使用熱鍍鋅鋼管，推廣應用新型管材。

在橡膠工廠的建筑給水排水設計中，一般選用的新型塑料管材包括室內排水用硬質聚氯乙烯（UPVC）管、室內給水用無規(guī)共聚聚丙烯（PP-R）管、室外排水用聚乙烯（PE）管、高密度聚乙烯（HDPE）管、玻纖增強聚丙烯（FRPP）管等等。此外，在需要使用鋼管的消防設計上，我們推薦使用消防專用的內外涂環(huán)氧復合鋼管來替代傳統(tǒng)的熱鍍鋅鋼管。在熱水給水系統(tǒng)中除采用不銹鋼、銅管外還可以采用耐熱性襯塑鋼管等新型管材。這些新型管材內壁光滑平整度好，除抗腐蝕外還能提供較好的水力條件，達到節(jié)水節(jié)能的效果。

閥門是建筑給排水中最常用的配件之一，它的類型和質量的好壞直接影響用水的質量和節(jié)水的效果。在工廠運行中，各種管道設備的跑冒滴漏一直以來都是工廠管理者在節(jié)水方面面臨的難題。一般的，截止閥關閉的嚴密性好于閘閥，而閘閥又好于蝶閥。在同等條件下，設計中應選擇嚴密性較好的閥門，達到更好的節(jié)水效果。

1.2 生活節(jié)水措施

1.2.1 采用節(jié)水型配水器具和衛(wèi)生器具

在橡膠工廠的給水設計中，職工生活用水占一次水用量相當大的比例。這部分生活用水包括洗浴用水和衛(wèi)生間生活用水兩部分。在設計的過程中，如何更好的控制生活一次水的用量，首要考慮的就是在合理的工況下優(yōu)先使用節(jié)水型配水器具和節(jié)水衛(wèi)生器具。

在建設部發(fā)布的行業(yè)標準《節(jié)水型生活用水器具》CJ164—2002中，對節(jié)水型水嘴（水龍頭）、節(jié)水型便器、節(jié)水型便器沖洗閥以及節(jié)水型淋浴器等節(jié)水型生活用水器具的定義、技術要求、檢驗方法和檢驗規(guī)則做出了詳細的規(guī)定。在實際的設計過程中，我們參照規(guī)范的要求，并結合橡膠工廠的實際情況優(yōu)先選用符合要求的節(jié)水器具。對于車間內設置的企業(yè)生活間，考慮到工人人流量大且缺乏專門的衛(wèi)生人員管理，在設計中我們優(yōu)先選用自動感應式水嘴作為洗面盆的配水器具，選用陶瓷閥芯節(jié)水龍頭作為洗滌池的配水器具。節(jié)水衛(wèi)生器具選用液壓腳踏式沖洗閥大便器和感應式沖洗閥小便器。對于有坐便器設置要求的場所，我們優(yōu)先選用3 L、6 L兩檔水箱節(jié)水便器。

1.2.2 限定配水點的水壓，減少超壓出流水量

根據(jù)《建筑給水排水設計規(guī)范》GB50015—2003（2009年版）第3.1.14條的規(guī)定，每個衛(wèi)生器具的正常使用均有其對應的最低工作壓力要求。

（Uc——流量系數(shù)，A——過水斷面積，H——配水支管起端壓力，V——管道流速）

因此，衛(wèi)生器具工作壓力H1越大，其出水流速V越大，對于相同管徑的供水管來說，衛(wèi)生器具出水流量Q越大，相應的配水支管的起端壓力H也就越大，越浪費水。

在橡膠工廠給排水設計中，主要的生活用水集中在企業(yè)生活間和綜合辦公樓內。大多數(shù)工廠內，除生活飲用水外，生產用水和生活用水多共用一根加壓給水管，由于工藝設備的用水水壓往往高于同層的生活用水水壓，導致生活用水的衛(wèi)生器具超壓出流現(xiàn)象普遍。

在實際的設計過程中，為限定衛(wèi)生器具的合理工作水壓常采用生活給水支管單獨減壓的方法，通常采用的有減壓閥和減壓孔板。減壓閥可以減動壓和靜壓，具有良好運行參數(shù)的減壓閥還可以起到很好的控制和降噪的效果，但價格較為昂貴；減壓孔板價格相對較低，系統(tǒng)較為簡單，但壓力控制不夠穩(wěn)定，在對水壓要求較低的情況下可以選用。設計中需根據(jù)實際情況選擇不同的減壓方式以達到節(jié)水的效果。

1.2.3 增加熱水洗浴系統(tǒng)循環(huán)，減少無效冷水量

在橡膠工廠的設計中，煉膠車間等生產車間的衛(wèi)生等級屬于1.2級的較臟車間，生活用熱水量較大。為方便操作工人洗浴，一般在車間輔房內設置有集中浴室。《建筑給水排水設計規(guī)范》（GB50015—2003）2009年版5.2.10中規(guī)定：集中熱水供應系統(tǒng)應設熱水循環(huán)管道，設置要求應保證干管和立管中的熱水循環(huán)，應設置循環(huán)泵，采用機械循環(huán)。這一規(guī)定主要是為了減少洗浴初期熱水管道內儲存的低溫水出流量，這部分冷水未產生使用效益，可稱為無效冷水，也就是浪費的水量。

在實際的設計過程中，我們多采用干管和立管循環(huán)，盡量在干管上設置淋浴噴頭和洗手盆，同時在熱水回水管上設置管道泵來保證機械循環(huán)。對間隔距離較遠的男女淋浴間盡量采用各自獨立的換熱系統(tǒng)。為保證配水均勻，減少在調溫過程中浪費的無效冷水，設計中我們在超過三個噴頭的淋浴間設計環(huán)形配水管道，對于成組設置的淋浴器采用配水管不變徑、盡量使熱水循環(huán)管道同程布置等措施。同時，對于條件允許的工廠，建議使用換熱水箱，熱水單管配水并采用管道泵保證熱水回水強制循環(huán)。

2 開源措施

2.1 中水利用技術

中水是指各種排水經處理后，達到規(guī)定的水質標準，可在生活、市政、環(huán)境等范圍內雜用的非飲用水。近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，水資源短缺成了擺在所有人面前亟待解決的難題，開發(fā)新的水源，合理利用中水是所有解決這一難題的其中一條有效途徑。

在橡膠工廠的設計中，我們一般采用獨立的中水系統(tǒng)。企業(yè)生活間內的洗浴排水、生產循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水以及空調系統(tǒng)排放的清潔冷凝水等均可以作為中水水源。橡膠輪胎廠由于其自身生產特點，作為中水的水源水質一般較好，處理流程相對簡單，多采用生物處理和物化處理相結合的方式，工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

處理后的中水主要用于企業(yè)生活間沖廁、道路清掃、車輛沖洗及廠區(qū)綠化灌溉等，其水質應符合國家標準《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T 18920）的規(guī)定。

在運行中，中水處理站應有專門人員巡查，處理后的出水水質應定期檢測，以確保中水水質符合使用標準。

2.2 雨水利用技術

早在2010年5月31日國家發(fā)布的《民用建筑節(jié)水設計標準》GB50555—2010第5.2.1條中就對民用建筑的雨水利用有明確的規(guī)定：建筑與小區(qū)應采取雨水入滲收集、收集回用等雨水利用措施。對于橡膠工廠這種工業(yè)建筑，國家還尚未給出統(tǒng)一的雨水利用技術標準，但是，隨著水資源的進一步匱乏，水污染的進一步加重，清潔雨水回收利用也逐步成為工業(yè)建筑節(jié)水設計的重要組成部分。

首先，隨著橡膠輪胎廠產能的擴大，工廠生產車間占地面積也不斷增長，以年產1 000萬條半鋼子午胎規(guī)模為例，僅生產車間的占地面積就超過10萬m2。這部分建筑屋面雨水水質清潔，可作為回收再利用的主要來源。其次，橡膠輪胎廠由于其自身的工藝特點，其初期雨水中主要污染物以炭黑顆粒為主，含有少量油，成分較為簡單，處理相對容易。因此，橡膠工廠有雨水回用的便利條件。

在廠區(qū)排水設計中，我們一般采用雨、污分流形式。廠區(qū)內設單獨的雨水管，在雨水干管上設初期雨水切換閥門，有以時間控制和以流量控制兩種方式，切換雨水流向。通過不同管道將初期雨水集中后送至廠區(qū)初期雨水收集池儲存，以便后期分批送至廠區(qū)污水處理站處理。降雨中后期的潔凈雨水可收集至廠區(qū)雨水儲水池存放，多余部分可以外排至市政雨水管網。收集的清潔雨水可以用于日后廠區(qū)綠化灌溉、道路掃灑、車輛沖洗等，都可以節(jié)省寶貴的一次水。

值得一提的是，并非所有的橡膠輪胎工廠都可以采取這種雨水回用方式，只有在年降雨量超過800 mm的城市地區(qū)，使用這種雨水回用方式才具有顯著的效益和優(yōu)勢。

2.3 提高消防水池的使用效率

按照《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》GB50974—2014中對于消防水池的規(guī)定，當符合下列規(guī)定之一時，應設置消防水池：

（1）當生產、生活用水量達到最大時，市政給水管網或入戶引入管不能滿足室內、外消防給水設計流量。

（2）當采用一路消防供水或只有一條入戶引入管，且室外消火栓設計流量大于20 L/s或建筑高度大于50 m。

（3）市政消防給水設計流量小于建筑室內外消防給水設計流量。

根據(jù)橡膠輪胎廠的設計特點，廠內設置的消防水池，其容積一般應滿足火災延續(xù)時間內室內、外消防用水量之和。按目前的平均設計規(guī)模，火災延續(xù)時間一般在3 h左右，室內、外消火栓加上室內自動噴淋等消防設施，用水量龐大，消防水池儲水量動輒在1 000 m3以上。由于消防用水的特殊性，這部分水是不可動用的，長時間放置會造成水體微生物滋生，產生異味。為了確保消防水的質量，必須定期更新，這就帶來水資源的巨大浪費。

在實際設計中，我們摸索了一套行之有效的節(jié)水設計方案，將消防水池和生產水池合建，既可以和生產用加壓自來水水池合建，也可以在滿足水質要求的前提下和生產常溫循環(huán)水水池合建。在具體設計中，合建水池應采取確保消防用水量不做他用的技術措施。我們較常用的是采用液位控制，同時在生產水泵吸水管上設置Φ25的真空破壞孔，確保消防用水不可動用。另一方面，隨著城市規(guī)劃的發(fā)展，大部分橡膠輪胎廠往往坐落于市政配套成熟的工業(yè)園區(qū)，這些大型的工業(yè)園區(qū)市政給水系統(tǒng)相對比較成熟，有可靠的水量和水壓的保證。在這種條件下，我們在設計中盡可能的利用市政給水管網來滿足廠區(qū)室外消防給水，消防水池的儲水僅用于室內消防用水，這就大大減少了消防水池的容積，既降低了投資費用，又節(jié)約了寶貴的水資源。

TQ330.8

1009-797X(2015)02-0064-04

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.04.018

郭曉楠（1979-），女，2001年畢業(yè)于西安建筑科技大學，碩士，國家注冊公用設備工程師（給水排水）?，F(xiàn)主要從事給排水專業(yè)工程設計工作。

2015-03-06