浅谈橡胶工厂设计中采用的节水技术措施

郭晓楠

(昊华工程有限公司，北京 100143)

浅谈橡胶工厂设计中采用的节水技术措施

Measures of water saving technologies used in rubber factor design

郭晓楠

(昊华工程有限公司，北京 100143)

水资源匮乏和水污染日益严重已经成为制约我国经济社会发展的重要因素，如何合理、有效的利用有限的水资源成为摆在所有工业设计者面前的课题。随着我国汽车工业的快速发展，相关的橡胶轮胎制造产业也得到了飞速发展，大量的轮胎制造厂在生产过程中每年消耗的一次水量也是巨大的。笔者结合自己在设计工作中的经历，从节流和开源两个方面浅述了在橡胶轮胎工厂设计中采用的节水技术措施。

橡胶轮胎工厂；给排水；节水技术

水是关系到人类生存和发展至关重要的资源。我国是一个水资源贫乏的国家，又是一个水资源严重污染的国家。人均水资源占有量仅为世界平均量的1/4。水资源在我国的分布极其不均匀，并且全国有超过2/3的城市呈现不同程度的水资源短缺。随着国民经济的快速发展，用水需求将不断增加，如不采取强有力的节水措施，水资源匮乏不仅会影响到人们日常的生活，也会成为社会可持续发展的限制因素。

近年来随着我国汽车行业的快速发展，橡胶轮胎产业也得到了飞速的发展。目前，在我国有超过500家各种规模的轮胎制造厂家，大量的轮胎制造厂在满足市场需要的同时，生产过程中的耗水量也是巨大的。如何在满足生产的前提下，尽可能的减少一次水的用量，成为摆在工厂设计者面前的课题。

橡胶轮胎厂的用水根据用途可分为生产用水和生活用水两部分，以下笔者就针对这两部分结合自己在设计工作中的经历，从节流和开源两个方面浅述在设计工作中采用的节水措施。

1 节流措施

1.1 生产节水措施

1.1.1 减少工艺一次水用量，提高循环水使用率

轮胎厂的生产用水，主要集中在炼胶、压片、压延、挤出等工艺过程中，为各种生产设备以及冷却水槽提供冷却用水。由于生产工艺对产品质量的要求，大部分设备为间接传热冷却，不接触胶料，水质不受污染，可以回收后经冷却塔、换热器等设备降温处理后重复利用。胎面挤出联动装置和内胎、垫带挤出联动装置的冷却水槽为胶料和冷却水直接接触，这部分水一般选用一次水，但这部分水回水水质较清，考虑到减少生产用一次水量，这部分水也可以回收经过水处理器处理后作为循环冷却水系统的补充水。这种将生产回水降温后循环使用的给水系统，水的回用率可达到97%以上，大大减少了一次水的使用，节水效果显著。

1.1.2 冷却塔采用闭式循环，减少蒸发量和排污量

在生产冷却循环水系统中，冷却塔的使用非常广泛。传统的应用方式为敞开式循环，这种循环方式对于低温差循环水系统降温效果明显，管理维护方便，从而得到了广泛的应用。但这种循环换热方式也存在弊端，开放式的循环，使得水与空气充分接触，空气中的杂质、灰尘也随之进入水中，加上湿度适宜和氧气充足，填料上滋生大量的细菌和微生物。这些都随之进入循环体系。为保证循环水水质稳定，必须采取相应的过滤、除藻、消毒等水质处理措施。根据多年的设计数据，正常运行3～5年的敞开式冷却塔由于蒸发、排污和风吹等造成的水量损失约占整个循环水量的2%～3%，对于大型的橡胶轮胎厂，按2 000 m3/h常温循环水量计，每日的循环水补水量就高达1 440 m3。而相对的密闭式循环方式，由于循环水和冷源不直接接触，减少了循环过程中对水质的污染，此外闭式循环还避免了蒸发和风吹造成的水量损失，这就大大减少了循环补水量，一般来说，补水量仅占循环水量的0.5%～1%左右。以2 000 m3/h常温循环水量计，每日节约的水量就高达960 m3，节水效果非常显著。

1.1.3 采用合格的优质管材、管件

在20世纪，国内建筑普遍采用镀锌钢管做为给水系统的给水干管。但是，随着使用时间的延长，镀锌钢管易腐蚀和滋生细菌，这不仅会造成水的二次污染危害人体健康，而且腐蚀物的泄露会造成水资源的污染。我国建设部、卫生部等部委也联合发布文件，要求自2000年6月1日起，在全国城镇新建住宅给水管道中，禁止使用冷镀锌钢管，并根据当地实际情况逐步限制禁止使用热镀锌钢管，推广应用新型管材。

在橡胶工厂的建筑给水排水设计中，一般选用的新型塑料管材包括室内排水用硬质聚氯乙烯（UPVC）管、室内给水用无规共聚聚丙烯（PP-R）管、室外排水用聚乙烯（PE）管、高密度聚乙烯（HDPE）管、玻纤增强聚丙烯（FRPP）管等等。此外，在需要使用钢管的消防设计上，我们推荐使用消防专用的内外涂环氧复合钢管来替代传统的热镀锌钢管。在热水给水系统中除采用不锈钢、铜管外还可以采用耐热性衬塑钢管等新型管材。这些新型管材内壁光滑平整度好，除抗腐蚀外还能提供较好的水力条件，达到节水节能的效果。

阀门是建筑给排水中最常用的配件之一，它的类型和质量的好坏直接影响用水的质量和节水的效果。在工厂运行中，各种管道设备的跑冒滴漏一直以来都是工厂管理者在节水方面面临的难题。一般的，截止阀关闭的严密性好于闸阀，而闸阀又好于蝶阀。在同等条件下，设计中应选择严密性较好的阀门，达到更好的节水效果。

1.2 生活节水措施

1.2.1 采用节水型配水器具和卫生器具

在橡胶工厂的给水设计中，职工生活用水占一次水用量相当大的比例。这部分生活用水包括洗浴用水和卫生间生活用水两部分。在设计的过程中，如何更好的控制生活一次水的用量，首要考虑的就是在合理的工况下优先使用节水型配水器具和节水卫生器具。

在建设部发布的行业标准《节水型生活用水器具》CJ164—2002中，对节水型水嘴（水龙头）、节水型便器、节水型便器冲洗阀以及节水型淋浴器等节水型生活用水器具的定义、技术要求、检验方法和检验规则做出了详细的规定。在实际的设计过程中，我们参照规范的要求，并结合橡胶工厂的实际情况优先选用符合要求的节水器具。对于车间内设置的企业生活间，考虑到工人人流量大且缺乏专门的卫生人员管理，在设计中我们优先选用自动感应式水嘴作为洗面盆的配水器具，选用陶瓷阀芯节水龙头作为洗涤池的配水器具。节水卫生器具选用液压脚踏式冲洗阀大便器和感应式冲洗阀小便器。对于有坐便器设置要求的场所，我们优先选用3 L、6 L两档水箱节水便器。

1.2.2 限定配水点的水压，减少超压出流水量

根据《建筑给水排水设计规范》GB50015—2003（2009年版）第3.1.14条的规定，每个卫生器具的正常使用均有其对应的最低工作压力要求。

（Uc——流量系数，A——过水断面积，H——配水支管起端压力，V——管道流速）

因此，卫生器具工作压力H1越大，其出水流速V越大，对于相同管径的供水管来说，卫生器具出水流量Q越大，相应的配水支管的起端压力H也就越大，越浪费水。

在橡胶工厂给排水设计中，主要的生活用水集中在企业生活间和综合办公楼内。大多数工厂内，除生活饮用水外，生产用水和生活用水多共用一根加压给水管，由于工艺设备的用水水压往往高于同层的生活用水水压，导致生活用水的卫生器具超压出流现象普遍。

在实际的设计过程中，为限定卫生器具的合理工作水压常采用生活给水支管单独减压的方法，通常采用的有减压阀和减压孔板。减压阀可以减动压和静压，具有良好运行参数的减压阀还可以起到很好的控制和降噪的效果，但价格较为昂贵；减压孔板价格相对较低，系统较为简单，但压力控制不够稳定，在对水压要求较低的情况下可以选用。设计中需根据实际情况选择不同的减压方式以达到节水的效果。

1.2.3 增加热水洗浴系统循环，减少无效冷水量

在橡胶工厂的设计中，炼胶车间等生产车间的卫生等级属于1.2级的较脏车间，生活用热水量较大。为方便操作工人洗浴，一般在车间辅房内设置有集中浴室。《建筑给水排水设计规范》（GB50015—2003）2009年版5.2.10中规定：集中热水供应系统应设热水循环管道，设置要求应保证干管和立管中的热水循环，应设置循环泵，采用机械循环。这一规定主要是为了减少洗浴初期热水管道内储存的低温水出流量，这部分冷水未产生使用效益，可称为无效冷水，也就是浪费的水量。

在实际的设计过程中，我们多采用干管和立管循环，尽量在干管上设置淋浴喷头和洗手盆，同时在热水回水管上设置管道泵来保证机械循环。对间隔距离较远的男女淋浴间尽量采用各自独立的换热系统。为保证配水均匀，减少在调温过程中浪费的无效冷水，设计中我们在超过三个喷头的淋浴间设计环形配水管道，对于成组设置的淋浴器采用配水管不变径、尽量使热水循环管道同程布置等措施。同时，对于条件允许的工厂，建议使用换热水箱，热水单管配水并采用管道泵保证热水回水强制循环。

2 开源措施

2.1 中水利用技术

中水是指各种排水经处理后，达到规定的水质标准，可在生活、市政、环境等范围内杂用的非饮用水。近年来，随着工业的发展和人民生活水平的提高，水资源短缺成了摆在所有人面前亟待解决的难题，开发新的水源，合理利用中水是所有解决这一难题的其中一条有效途径。

在橡胶工厂的设计中，我们一般采用独立的中水系统。企业生活间内的洗浴排水、生产循环冷却水系统排污水以及空调系统排放的清洁冷凝水等均可以作为中水水源。橡胶轮胎厂由于其自身生产特点，作为中水的水源水质一般较好，处理流程相对简单，多采用生物处理和物化处理相结合的方式，工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

处理后的中水主要用于企业生活间冲厕、道路清扫、车辆冲洗及厂区绿化灌溉等，其水质应符合国家标准《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920）的规定。

在运行中，中水处理站应有专门人员巡查，处理后的出水水质应定期检测，以确保中水水质符合使用标准。

2.2 雨水利用技术

早在2010年5月31日国家发布的《民用建筑节水设计标准》GB50555—2010第5.2.1条中就对民用建筑的雨水利用有明确的规定：建筑与小区应采取雨水入渗收集、收集回用等雨水利用措施。对于橡胶工厂这种工业建筑，国家还尚未给出统一的雨水利用技术标准，但是，随着水资源的进一步匮乏，水污染的进一步加重，清洁雨水回收利用也逐步成为工业建筑节水设计的重要组成部分。

首先，随着橡胶轮胎厂产能的扩大，工厂生产车间占地面积也不断增长，以年产1 000万条半钢子午胎规模为例，仅生产车间的占地面积就超过10万m2。这部分建筑屋面雨水水质清洁，可作为回收再利用的主要来源。其次，橡胶轮胎厂由于其自身的工艺特点，其初期雨水中主要污染物以炭黑颗粒为主，含有少量油，成分较为简单，处理相对容易。因此，橡胶工厂有雨水回用的便利条件。

在厂区排水设计中，我们一般采用雨、污分流形式。厂区内设单独的雨水管，在雨水干管上设初期雨水切换阀门，有以时间控制和以流量控制两种方式，切换雨水流向。通过不同管道将初期雨水集中后送至厂区初期雨水收集池储存，以便后期分批送至厂区污水处理站处理。降雨中后期的洁净雨水可收集至厂区雨水储水池存放，多余部分可以外排至市政雨水管网。收集的清洁雨水可以用于日后厂区绿化灌溉、道路扫洒、车辆冲洗等，都可以节省宝贵的一次水。

值得一提的是，并非所有的橡胶轮胎工厂都可以采取这种雨水回用方式，只有在年降雨量超过800 mm的城市地区，使用这种雨水回用方式才具有显著的效益和优势。

2.3 提高消防水池的使用效率

按照《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974—2014中对于消防水池的规定，当符合下列规定之一时，应设置消防水池：

（1）当生产、生活用水量达到最大时，市政给水管网或入户引入管不能满足室内、外消防给水设计流量。

（2）当采用一路消防供水或只有一条入户引入管，且室外消火栓设计流量大于20 L/s或建筑高度大于50 m。

（3）市政消防给水设计流量小于建筑室内外消防给水设计流量。

根据橡胶轮胎厂的设计特点，厂内设置的消防水池，其容积一般应满足火灾延续时间内室内、外消防用水量之和。按目前的平均设计规模，火灾延续时间一般在3 h左右，室内、外消火栓加上室内自动喷淋等消防设施，用水量庞大，消防水池储水量动辄在1 000 m3以上。由于消防用水的特殊性，这部分水是不可动用的，长时间放置会造成水体微生物滋生，产生异味。为了确保消防水的质量，必须定期更新，这就带来水资源的巨大浪费。

在实际设计中，我们摸索了一套行之有效的节水设计方案，将消防水池和生产水池合建，既可以和生产用加压自来水水池合建，也可以在满足水质要求的前提下和生产常温循环水水池合建。在具体设计中，合建水池应采取确保消防用水量不做他用的技术措施。我们较常用的是采用液位控制，同时在生产水泵吸水管上设置Φ25的真空破坏孔，确保消防用水不可动用。另一方面，随着城市规划的发展，大部分橡胶轮胎厂往往坐落于市政配套成熟的工业园区，这些大型的工业园区市政给水系统相对比较成熟，有可靠的水量和水压的保证。在这种条件下，我们在设计中尽可能的利用市政给水管网来满足厂区室外消防给水，消防水池的储水仅用于室内消防用水，这就大大减少了消防水池的容积，既降低了投资费用，又节约了宝贵的水资源。

TQ330.8

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

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.04.018

郭晓楠（1979-），女，2001年毕业于西安建筑科技大学，硕士，国家注册公用设备工程师（给水排水）。现主要从事给排水专业工程设计工作。

2015-03-06