淺談橡膠工廠設計中采用的節水技術措施

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設計者面前的課題。隨著我國汽車工業的快速發展，相關的橡膠輪胎制造產業也得到了飛速發展，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水技術措施。

橡膠輪胎工廠；給排水；節水技術

水是關系到人類生存和發展至關重要的資源。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的城市呈現不同程度的水資源短缺。隨著國民經濟的快速發展，用水需求將不斷增加，如不采取強有力的節水措施，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發展的限制因素。

近年來隨著我國汽車行業的快速發展，橡膠輪胎產業也得到了飛速的發展。目前，在我國有超過500家各種規模的輪胎制造廠家，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，從節流和開源兩個方面淺述在設計工作中采用的節水措施。

1 節流措施

1.1 生產節水措施

1.1.1 減少工藝一次水用量，提高循環水使用率

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。胎面擠出聯動裝置和內胎、墊帶擠出聯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冷卻水系統的補充水。這種將生產回水降溫后循環使用的給水系統，水的回用率可達到97%以上，大大減少了一次水的使用，節水效果顯著。

1.1.2 冷卻塔采用閉式循環，減少蒸發量和排污量

在生產冷卻循環水系統中，冷卻塔的使用非常廣泛。傳統的應用方式為敞開式循環，這種循環方式對于低溫差循環水系統降溫效果明顯，管理維護方便，從而得到了廣泛的應用。但這種循環換熱方式也存在弊端，開放式的循環，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體系。為保證循環水水質穩定，必須采取相應的過濾、除藻、消毒等水質處理措施。根據多年的設計數據，正常運行3～5年的敞開式冷卻塔由于蒸發、排污和風吹等造成的水量損失約占整個循環水量的2%～3%，對于大型的橡膠輪胎廠，按2 000 m3/h常溫循環水量計，每日的循環水補水量就高達1 440 m3。而相對的密閉式循環方式，由于循環水和冷源不直接接觸，減少了循環過程中對水質的污染，此外閉式循環還避免了蒸發和風吹造成的水量損失，這就大大減少了循環補水量，一般來說，補水量僅占循環水量的0.5%～1%左右。以2 000 m3/h常溫循環水量計，每日節約的水量就高達960 m3，節水效果非常顯著。

1.1.3 采用合格的優質管材、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、衛生部等部委也聯合發布文件，要求自2000年6月1日起，在全國城鎮新建住宅給水管道中，禁止使用冷鍍鋅鋼管，并根據當地實際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氧復合鋼管來替代傳統的熱鍍鋅鋼管。在熱水給水系統中除采用不銹鋼、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，達到節水節能的效果。

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，達到更好的節水效果。

1.2 生活節水措施

1.2.1 采用節水型配水器具和衛生器具

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先使用節水型配水器具和節水衛生器具。

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

1.2.2 限定配水點的水壓，減少超壓出流水量

根據《建筑給水排水設計規范》GB50015—2003（2009年版）第3.1.14條的規定，每個衛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，A——過水斷面積，H——配水支管起端壓力，V——管道流速）

因此，衛生器具工作壓力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生活間和綜合辦公樓內。大多數工廠內，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，導致生活用水的衛生器具超壓出流現象普遍。

在實際的設計過程中，為限定衛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，系統較為簡單，但壓力控制不夠穩定，在對水壓要求較低的情況下可以選用。設計中需根據實際情況選擇不同的減壓方式以達到節水的效果。

1.2.3 增加熱水洗浴系統循環，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范》（GB50015—2003）2009年版5.2.10中規定：集中熱水供應系統應設熱水循環管道，設置要求應保證干管和立管中的熱水循環，應設置循環泵，采用機械循環。這一規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，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。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。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。

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，達到規定的水質標準，可在生活、市政、環境等范圍內雜用的非飲用水。近年來，隨著工業的發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。企業生活間內的洗浴排水、生產循環冷卻水系統排污水以及空調系統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生活間沖廁、道路清掃、車輛沖洗及廠區綠化灌溉等，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日國家發布的《民用建筑節水設計標準》GB50555—2010第5.2.1條中就對民用建筑的雨水利用有明確的規定：建筑與小區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建筑，國家還尚未給出統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建筑節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。

在廠區排水設計中，我們一般采用雨、污分流形式。廠區內設單獨的雨水管，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初期雨水收集池儲存，以便后期分批送至廠區污水處理站處理。降雨中后期的潔凈雨水可收集至廠區雨水儲水池存放，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綠化灌溉、道路掃灑、車輛沖洗等，都可以節省寶貴的一次水。

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，使用這種雨水回用方式才具有顯著的效益和優勢。

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技術規范》GB50974—2014中對于消防水池的規定，當符合下列規定之一時，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時間內室內、外消防用水量之和。按目前的平均設計規模，火災延續時間一般在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，隨著城市規劃的發展，大部分橡膠輪胎廠往往坐落于市政配套成熟的工業園區，這些大型的工業園區市政給水系統相對比較成熟，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）。現主要從事給排水專業工程設計工作。

2015-03-06