环保乳化液论文参考文献

徐坤，刘笛，赵佳飞，宋永臣，刘瑜，刘卫国，薛铠华，叶陈诚，朱一铭

徐坤（1987－），男，硕士研究生，主要从事天然气水合物置换开采研究，E-mail:

大连理工大学教育部海洋能源利用与节能重点试验室，辽宁大连116024

摘要：天然气水合物被认为是21世纪最具有商业开采价值的新能源，全球深度在2 000 m以内的岩石圈浅部所含的天然气水合物量，相当于现已探明的常规矿物燃料总和的2倍。作为一种集温室气体CO2长期储存和天然气开采于一体的方法，CO2置换法引起了许多研究人员的极大兴趣。本文全面总结了国内外CO2置换开采天然气水合物中CH4的实验研究进展；论述了CO2置换开采天然气水合物的优缺点，强调了CO2乳化液置换的优越性；介绍、分析了气态CO2、液态CO2以及CO2乳化液置换实验的最新进展，并且对3种置换方法进行了对比；介绍了CO2乳化液制备实验的最新进展，并论述分析了CO2气体、液体以及乳化液在置换开采天然气水合物中的关键技术问题。

关键词：天然气水合物；二氧化碳；置换开采；乳化液

Advance in Experimental Research on Replacement of Natural Gas Hydrate with CO2

Xu Kun,Liu Di,Zhao Jiafei,Ssng Yongchen,Liu Yu,Liu Weiguo,Xue Kaihua,Ye Chencheng,Zhu Yiming

Key Laboratory of Ocean Energy Utilization and Energy Conservation of Ministry of Education,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China

Abstract:Natural gas hydrate(NGH)is regarded as a kind ofnew energy with great commercial exploitation value in the 21th century,the amount of NGH in the lithosphere within 2000m around the world is about twice the total amount of the ascertained fossil energy.As a method which combines CO2long-term storageand NGH exploitation,the replacement method with CO2has caused the attention of many researchers around the world.This paper summarizes the experimental research advance on replacement of CH4from the hydrate by use of CO2,discusses the advantages and disadvantages of the method on the natural gas productionfrom hydrate and emphasizes the superiority of CO2emulsion.Then,the latest progresses of CH4replacement experiments with gaseous CO2,liquid CO2and CO2emulsion are introduced and analyzed,and the latest experiment progresses on preparation of CO2emulsion are introduced.Finally,the key technical problems of the replacement methods with differentforms of CO2are demonstrated.

Key words:natural gas hydrate;carbon dioxide;replacement exploitation;emulsion

0 引言

天然气水合物，又称为“可燃冰”，广泛存在于永久冻土地带和深海底层，被认为是21世纪最具有商业开采价值的新能源，具有巨大的资源储量[1]。目前，天然气水合物开采的主要方法有热激发法、减压法和化学试剂法[2]。这些方法都是通过破坏水合物在原位条件下的相平衡，达到分解开采的目的。然而，在考虑各种开采方法的技术和经济特征的同时，还应该认识到，天然气水合物作为赋存区地层的构成部分，在稳定该区域地层方面起着相当重要的作用；而上述方法在开采天然气水合物过程中，将其分解成气体和水，可能会造成地质失稳，从而引起地质灾害[3]。与此同时，由于人类社会生产的快速发展，温室气体的大量排放已经成为人类必须面临的重大环境问题，CO2封存被认为是减少CO2排向大气，减轻全球温室效应的有效手段。

基于以上两点，研究人员提出了使用CO2置换天然气水合物中的CH4的设想[4]。作为一种集温室气体CO2长期储存和天然气开采于一体的方法，该方法不仅可以避免常规开采方法的一些诸如降压法热量来源无法解决、加热分解法热量利用率低、加入抑制剂法成本高且易对地层产生伤害等缺点；还提供了一种长期储存温室气体CO2和在开采天然气过程中稳定海底地层的方法[5]，为减少地球表面的温室气体排放提供了一条有效途径。

虽然CO2置换法被认为是一种前景广阔的天然气水合物开采方法，但是该方法存在着置换速率缓慢的缺陷。根据Masa Ki Ota[6]使用气态CO2，在压力为3.25 MPa，温度从271.2 K变化至275.2 K的条件下进行置换实验得到的数据可以得知，置换速率在反应进行大约10 h之后变得相当缓慢，若不能提高置换反应的速率，该技术将不具备实际的应用价值。

1 置换反应可行性研究

图1是Sloan[7]绘制的关于CH4、CO2及其水合物的典型相平衡曲线图，温度选择在天然气水合物在天然沉积物中的形成条件——273 K附近。图1中的A、B区域在冰（水）－水合物－气态CO2（液态CO2）相平衡线之上，冰（水）－水合物－气态CH4相平衡线之下，表明这个区域可以同时存在着气态CH4和CO2水合物，这个区域的存在证明了使用CO2气体置换天然气水合物的可能性。

图1 CH4-CO2-H2O相平衡图（据文献[7]）

CH4-CO2-H2O体系相平衡实验及理论计算表明，在温度低于283 K时，相同温度下CH4水合物的生成压力大于CO2水合物的生成压力。所以在理论上，将CO2注入地下水合物储层后，CH4水合物会转化为更稳定的CO2水合物，同时释放出CH4气体[8]。在此过程中，CO2水合物的生成和天然气水合物的分解同时进行，Masa Ki Ota[6]的实验数据表明，实验过程中CO2水合物形成放出的热量（73.3 k J/mol）远大于CH4水合物分解所吸收的热量（14.5 k J/mol），这样不仅在反应过程中自行提供了CH4水合物分解过程所需要的热量，解决了热源问题，还避免了水合物分解过程中的自保护作用，对于天然气水合物分解起到了促进作用[9]。根据化学热力学基本理论，自发化学反应总是向着Gibbs自由能减小的方向进行。如Masa Ki Ota[10]所述，在温度范围为271.2～275.2 K、压力为3.25 MPa的条件下，CO2置换CH4反应的Gibbs自由能为负值，置换反应将会自发进行。对于置换过程的推动力，Masa Ki Ota[10]则认为是该过程中气相和水合物相的逸度差。

从微观上看，CO2和CH4水合物都属于Ⅰ型结构水合物[11],CH4水合物有6个中穴和2个小穴， CO2分子的体积比CH4大，其大小介于CH4水合物的中穴和小穴之间[12]，因此置换CH4水合物理论上的最高置换效率只能达到75%[13]。Uchida[8]等结合实验现象认为，CO2与CH4水合物的置换反应分2个主要步骤：1)CH4水合物分解，释放出的CH4气体离开固相进入CO2相中；2）重新形成气体水合物，CH4分子由于记忆效应很快占领各晶胞小穴，CO2分子进入部分晶胞中穴。置换过程中2种客体分子的置换过程可用图2表示。

图2 置换过程中两种晶穴的变化图（据文献[14])

2 实验研究

2.1 气态CO2置换开采天然气水合物

图3为Masa Ki Ota等[6]使用高压气态CO2置换CH4的实验装置示意图。Ota进行了3组实验，实验时反应釜内压力为3.25 MPa，恒温系统的温度分别设定为271.2 K、273.2 K和275.2 K，具体实验步骤如下：1）将一定量的去离子水加入到反应釜中，然后通入CH4气体，在一定的温度压力条件下，通过搅拌器的高速搅拌作用，生成CH4水合物；2）当反应釜内的压力不再变化时，可以认为CH4水合物已经饱和，静置一段时间之后，通入高压CO2气体将反应釜中剩余的CH4气体驱除干净，应用拉曼光谱来测试排出的气体，确认CH4被清除干净，之后继续通入CO2气体将反应釜内加压到预定值；3）将恒温系统设定为实验要求的温度，再将反应釜置于恒温系统中，反应开始后，在反应过程中每隔一段时间取出少量气体样本，应用拉曼光谱仪进行分析，计算出不同时刻反应釜内两种气体的摩尔量，从而计算出CH4气体的置换量和置换速率。

图3 CO2置换CH4装置示意图（据文献[6])

1.CO2气罐； 2.冷却装置；3.CO2气囊；4.CH4气囊；5.带恒温系统的反应釜；6.可视窗；7.搅拌器； 8.减压阀；9.CH4气罐；10.热电偶；11.压力表；12.背压阀；13.拉曼光谱仪；14.集气瓶

图4是Masa Ki Ota实验得到的CH4水合物分解量和CO2水合物生成量随时间的变化曲线图，分析3组实验数据，可以得出以下结论：1）在压力恒定的情况下，适当提高反应温度，有利于置换反应的进行；2)CH4水合物的分解量和CO2水合物生成量基本一致，从而证明了置换反应是一个CO2分子占据CH4分子所在晶穴的过程；3）在反应初始阶段置换速率较大，但是在反应进行了大约10 h之后，置换速率出现明显的下降。

图4 CH4水合物分解量和CO2水合物生成量变化曲线图（据文献[6]）

李遵照[4]等通过实验证明，气态CO2置换天然气水合物时，温度和压力对于置换速率影响较大，较高的温度和压力能够对反应起到促进作用。此外，当实验的温度达到冰点以上，CH4水合物的分解速率明显提升。

2.2 液态CO2置换开采天然气水合物

MasaKi Ota等[14]使用饱和液态CO2也进行了CO2置换天然气水合物中CH4的实验，实验装置同图4相比，多了一个CO/液化装置。该实验的具体步骤如下：1）将一定量的去离子水加入到反应釜中，再通入CH4气体，在一定的温度压力条件下，通过搅拌器的高速搅拌作用，生成CH4水合物；2）当反应釜内的压力不再变化时，可以认为CH4水合物已经饱和，静置一段时间之后，利用高压CO2气体将反应釜中剩余的CH4气体驱除干净，通过拉曼光谱仪测试排出的气体来确认反应釜内没有CH4，之后继续通入CO2气体将反应釜加压到预定值，然后往反应釜内加入饱和液态CO2; 3）当反应釜内充满液态CO2时，将反应釜放入温度设定为实验要求值的恒温系统中，置换反应开始进行。在反应开始之后每隔一段时间用拉曼光谱仪检测水合物中CO2水合物和CH4水合物的组成以及水合物中小穴和中穴中的分子类型。

图5是该置换反应过程中CH4水合物和CO2水合物占全部水合物百分率的变化曲线图。从图中可以看出，CH4水合物的减少量与CO2水合物的增加量基本一致，证实了液态CO2置换CH4的可行性，同时说明了置换过程是一个CO2分子占据晶穴中CH4分子的过程。图6是反应过程中CH4分子在水合物、中穴以及小穴中所占比例的变换曲线图。从图中可以看出，中穴中的CH4分子减少速度比小穴中的CH4分子快得多，而且CH4分子在总的水合物中所占的比例与其在中穴中所占的比例变化大致相等，从而证明了置换反应只发生在CH4水合物的中穴中。

图5 CH4、CO2水合物百分比变化曲线图（据文献[14]）

图6 CH4分子在水合物、小穴和中穴中的比例变化曲线图（据文献[14]）

2.3 CO2乳化液置换开采天然气水合物

对于CO2置换CH4反应速率在反应一段时间之后置换速率下降的原因，Ji-Ho Yoon等[15]认为：在开始阶段，CO2分子与CH4水合物有较大的接触面积，置换速率较大。随着反应的进行，在CH4水合物上面形成的CO2水合物层起了屏蔽作用，阻碍了CH4水合物的继续分解，导致了置换速率的下降直至停止。

为提高置换反应速率，Mc Grail等[16]提出了一种强化气体水合物回收法（enhanced gas hydrate recovery，简称EGHR）。该方法的要点是，首先通过一定的方法制成以液态CO2为分散相、水为连续相的乳化液，然后在一定的压力下，将乳化液注入事先在沙层中形成的CH4水合物层，使之与水合物接触，置换出水合物中的CH4。Mc Grail等认为这样做，可以充分利用H2O-CO2混合物体系的物理和热力学性质，结合多孔介质中受控多相流、热量和质量传递过程的优点，使置换反应得到强化。

虽然CO2乳化液置换被认为是一种较好的置换方式，但是CO2乳化液的制备技术还不是很成熟。Varun V.Dhanu Ka等[17]在制备CO2乳化液时应用了一种新型乳化剂TMN-6（异构醇乙氧基化物表面活性剂），制得了以CO2为分散相、水为连续相的乳化液（C/W 型乳化液），其中CO2占90％，在温度低于318 K的条件下，随着压力的升高，乳化液的稳定性也随之增强。

图7 CO2乳化液制备装置示意图（据文献[18])

1.CO2气罐；2.柱塞泵；3.CO2乳化装置；4.储液瓶；5.带搅拌器的可视反应釜；6.压力表；7.电脑；8.数据采集系统

图7是Xitang Zhou等[18]制备CO2乳化液装置的示意图，制备的步骤主要包括：①将一定量的去离子水、TMN-6乳化剂以及CO2气体通入反应釜中；②通过乳化装置将CO2气体乳化后储存在储液瓶中通过柱塞泵对液体进行加压，当压力达到要求值（30 MPa）后，将液态CO2加入到反应釜中；③将反应釜放入恒温系统中，设定好温度之后，启动搅拌器，生成CO2乳化液。

Xitang Zhou等[18]进行了CO2乳化液置换CH4的实验，该实验的装置和步骤与液态CO2置换CHq相同，只需要将实验过程中通入反应釜的液态CO2换成CO2乳化液即可。在做该实验之前， Zhou等先进行了液态CO2置换CH4的实验，以便与CO2乳化液置换进行对比；并将在3.25 MPa的压力和273.2K的温度条件下，使用液态CO2进行置换实验得到的实验数据与2005年Masa Ki Ota等[14]在相同条件下的实验得到的数据进行对比，得到图8。从图中可以看出2次实验的置换效率基本一致，从而可以确保之后Zhou等使用CO2乳化液进行置换实验得到的数据同Masa Ki Ota的实验同样具有可比性。

图8 液态CO2置换效率对比图（据文献[18])

Zhou等进行了3组CO2乳化液置换实验，每次实验的温度压力等条件一致，只改变乳化液的C/W比例，3次实验的C/W质量比分别为9/1、7/3、5/5。图9是这3组实验与液态CO2置换反应的置换效率对比图。从图中可以看出，CO2乳化液的置换效率比液态CO2要高，并且在3种比例的CO2乳化液中，C/W质量比为9/1的乳化液置换效率最高，在同样的反应条件下大概达到了液态CO2的1.5倍，置换速率更是达到了后者的5～7倍。

图9 CO2乳化液和液态CO2置换CH4效率对比图（据文献[18]）

此外，为了证实CO2乳化液的优越性，Xitang Zhou等[19]还比较了气态CO2和CO2乳化液的置换效率。在3种不同的实验条件下，Zhou等在相同的实验条件下分别使用CO2乳化液和气态CO2进行了置换实验，得到了置换出来的CH4气体摩尔量的变化曲线图，如图10所示。图10左边的曲线图表示的是气态CO2置换实验数据，右边的曲线表示的是CO2乳化液置换实验数据。从图10中可以看出：1）使用CO2乳化液进行置换所得到的CH4气体摩尔量明显高于使用CO2气体时的情况；2)CO2气体置换反应在10 h之后置换速率大幅下降，并且反应在进行50 h之后，置换反应基本上就停止了，而使用CO2乳化液进行置换，反应进行50 h之后速率都不会出现大幅下降的现象，并且反应时间可以持续超过100 h。这是由于在气态CO2置换反应中，CO2分子只能与CH4水合物的表面接触发生反应，随着反应的进行，生成的CO：水合物会起到屏蔽作用，阻碍了反应的继续进行；而CO2乳化液具有更好的传导率和扩散性，增加了反应面积，在置换反应中起到了强化作用，提高了置换的反应速率，同时乳化液的热可以使热源增强，从而使置换反应得到进一步强化，从而延长了反应的有效时间。实际开采中，在压力差的作用下，大部分的乳化液会扩散到所有方向，使用乳化液将有利于H2O-CO2系统在物理上和热力学上的混合，同时也有利于在多孔介质中控制多相热流和大块水合物的转变，从而证明了Mc Grail强化置换的设想是可行的。

张伟等[20]指出，CO2乳化液置换天然气水合物的置换的动力学有待进一步研究，乳化剂的含量和种类、CO2与水的比例以及CO2分散相的粒度等对置换速率的影响都是今后此方法研究的热点。在实际开采中，还将考虑多孔渗水介质的存在、储层CH4的富集情况、CO2乳化液的泵送等问题。

图10 气态CO2与CO2乳化液置换CH4摩尔量变化曲线图（据文献[19]）

3 结论

通过对国内外CO2置换天然气水合物中CH4实验的分析总结，可以得出以下结论：

1）使用CO2置换天然气水合物中CH4是可行的，置换反应实质上是CO2分子取代CH4分子占据CH4水合物中穴的过程，但是置换反应也存在着置换速率慢、置换效率低的问题。

2)CO2乳化液同气态CO2和液态CO2相比，具有更好的置换效果，CO2乳化液不但置换CH4气体的速度快，而且持续时间长，为天然气水合物的商业开采提供了一条新的思路。

3)CO2气体置换开采天然气水合物的成本较低，但是其置换效率低、置换速度慢的问题必须得到解决，如果将其应用于实际开采中，就必须解决实际开采天然气水合物过程中如何提高水合物层的温度和压力，以促进反应的进行这一关键技术问题。

4)CO2液化技术与CO2乳化液技术相结合，应用于天然气水合物置换开采，与气态CO2相比具有很大的优势，但是目前CO2乳化液的制备技术还不是很成熟，要想将CO2乳化液应用于实际开采中，关键在于对乳化剂种类、CO2和水的比例、乳化液制备过程中压力温度等条件的选择，得到稳定存在并且能够应用于实际置换开采的低成本乳化液。

参考文献

[1]罗莎莎，刘宏菊，孙也.CO2开采海底天然气水合物的研究进展[J].中国资源综合利用，2008,26(3）:19-23.

[2]李遵照，郭绪强，王金宝，等.CO2置换法开发不同体系CH4水合物的实验[J]天然气工业，2008,28(5）:129-132.

[3]周锡堂，樊栓狮，梁德青.CO2置换开采天然气水合物研究进展[J]化工进展，2006,25(5）:524-527.

[4]李遵照，郭绪强，陈光进，等.CO2置换CH4水合物中CH4的实验和动力学[J]化工学报，2007,58(5）:1197-1203.

[5]王金宝，郭绪强，陈光进，等.二氧化碳置换法开发天然气水合物的实验研究[J]高校化学工程学报，2007,21(4）:715-719.

[6]Ota M,Abe Y,Watanabe M,et al.Methane Recovery from Methane Hydrate Using Pressurized CO2[J].Fluid Phase Equilib,2005,228(SI):553-559.

[7]Sloan E D.Clathrate Hydrate of Natural Gases[M],2nd edition.New York:Marcel Dekker,1998.

[8]Uc hid a T,Ikeda I Y,Ta Keya S,et al.Kinetics and Stability of CH4-CO2Mixed Gas Hydrates During Formation and Long-Term Storage[J].Chem Phys,2005,6(4):646-654.

[9]周薇，樊栓狮，梁德青，等.二氧化碳压力对甲烷水合物置换速率的影响[J]武汉理工大学学报，2008,32(3）:547-550.

[10]Ota M,Saito T,Aida T,et al.Macro and Microscopic CH4-CO2Replacement in CH4Hydrate Under Pressurized CO2[J].AICh E J,2007,53(10):2715-2721.

[11]杨光，祁影霞，张华，等.CO2置换CH4水合物实验研究进展[J].低温与超导，2010,38(5）:70-75.

[12]张伟，王赵，李文强，等.CO2乳化液强化置换水合物中CH4的作用研究进展[J]，天然气化工，2009,34(1）:59-63.

[13]樊燕，刘道平，谢应明，等.用CO2置换水合物沉积层中CH4可行性分析[J].天然气地球科学，2007,18(2）:317-320.

[14]Ota M,Morohashi K,Abe Y,et al.Replacement of CH4 in the Hydrate by Use of Liquid CO2[J].Energy Convers Manage,2005,46(11/12):1680-1691.

[15]Yoon J H,Kawamura T,Yamamoto Y,et al.Transformation of Methane Hydrate to Carbon Dioxide Hydrate:in Situ Raman Spectroscopic Observations[J].J Phys Chem A,2004,108(23):5057-5059.

[16]McGrail B P,Zhu T,Hunter R B,et al.A New Method for Enhanced Production of Gas Hydrate with CO2[J].AAPG Hedberg Conference,2004(Sup.):12-16.

[17]Dhanu Ka V V,Dic Kson J L,Ryoo W,et al.High Internal Phase CO2-in-Water Emulsions Stabilized with a Branched Nonionic Hydrocarbon Surfactant[J].J Colloid Interface Sci,2006,298(1）:406-418.

[18]Zhou X T,Fan S S,Liang D Q,et al.Replacement of Methane from Quartz Sand-Bearing Hydrate with Carbon Dioxide-in-Water Emulsion[J].Energy Fuels,2008,22(3) 1759-1764.

[19]Zhou X T,Fan S S,Liang D Q,et al.Determination of Appropriate Condition on Replacing Methane from Hydrate with Carbon Dioxide[J].Energy Convers Manage,2008,49(8) 2124-2129.

[20]Zhang W,Wang Z,Li W Q,et al.Research Progress in the Enhanced Replacing Methane out of Gas Hydrate by Carbon Dioxide Emulsion[J].Nature Gas Chemical Industry,2009,34 (1）:59-63.

典型汽车涂装废水处理工艺 摘 要：本文针对汽车涂装废水中含有树脂、表面活性剂、重金属离子，Oil、颜料等污染物，特别是其中的电泳废水、喷漆废水成份复杂，浓度高，可生化性差的实际情况，采用分质处理、混凝沉淀、混凝气浮、砂滤等工艺对涂装废水进行处理，取得了良好效果：CODCr去除率大于80%。实际运行表明，该工艺在技术和经济上均是合理可行的。Treatment technics of representative coating wastewater of automobile manufacturing Abstract：In this article, in allusion to the contamination of coating wastewater of automobile manufacturing which contains resin, surface active agent, heavy metal ion, oil, paint, dyestuff etc, especially the ELPO wastewater and painting wastewater which is complex, and has high concentration. we use separated pre-treatment, coagulating sedimentation, air flotation and sand filtration to treat coating wastewater and obtains good results: the removal rate of CODCr could be higher than 80%. The operate of the set proved that under this condition, it would be practicable both in technology and economy. 关键词：涂装废水；分质处理；混凝沉淀；混凝气浮；砂滤；Fenton试剂 Keywords：coating wastewater；separated pre-treatment；coagulating sedimentation；air flotation；sand filtration；Fenton reagent翻译 汽车及其零部件的涂装是汽车制造过程中产生废水排放最多的环节之一。涂装废水含有树脂、表面活性剂、重金属离子，Oil、PO43-、油漆、颜料、有机溶剂等污染物，CODCr值高，若不妥善处理，会对环境产生严重污染。对此类废水，传统的方法是直接对混合废水进行混凝处理，治理效果不理想，出水水质不稳定，较难达到排放标准。特别是其中的喷漆废水，含大量溶于水的有机溶剂，直接采用混凝法处理效果很差。我们在上海某汽车厂经过实地勘查、大量分析调研和小试，针对涂装废水的特点，采用分质预处理再进行后续处理的二步处理的方法，并选择芬顿氧化—混凝沉淀，气浮物化工艺进行处理，达到了排放标准，CODCr去除率达到80%以上。1废水的来源和主要污染物1.1 涂装废水的来源及有害物质 涂装废水主要来自于预脱脂、脱脂、表调、磷化、钝化等车身前处理工序；阴极电泳工序和中涂、喷面漆工序。 废水中含有的主要有毒、有害物质如下：涂装前处理：亚硝酸盐、磷酸盐、乳化油、表面活性剂、Ni2+、Zn2+。底涂：低溶剂阴极电泳漆膜、无铅阴极电泳漆膜、颜料、粉剂、环氧树脂、丁醇、乙二醇单丁醚、异丙醇、二甲基乙醇胺、聚丁二烯树脂、二甲基乙醇、油漆等。中涂、面涂：二甲苯、香蕉水等有机溶剂、漆膜、颜料、粉剂。1.2 废水水质、水量 本工程设计处理水量60m3/h。 油漆车间排放的废水分为间歇排放的废槽液和连续排放的清洗水。 间歇排放废水主要来源于前处理槽的倒槽废液、喷漆工段排放的废液等，废水浓度高，一次排放量大，水质如表1所示。 表1 间歇排放废水的水质污 染物源来水废 CODCr mg/L Oil mg/L PO43- mg/L Zn2+ mg/L Ni2+ mg/L Cd2+ mg/L 碳黑 mg/L pH 其它 预脱脂槽、脱脂槽废槽液、后喷淋、浸渍槽废槽液 2500~ 4000 300~ 950 250~400 9.5~11 表调槽废槽液 15~30 8.5~10.5 磷化槽废槽液、后喷淋、浸渍槽废槽液 400~600 100~150 20~30 6 钝化槽废槽液、后喷淋、浸渍槽废槽液 50~100 1~3 4~5 电泳废槽液 3000~ 20000 81 7~9 中涂、面漆喷漆室水槽废液 3000 5~6 漆渣 连续排放废水主要来自于前处理工序的后喷淋、浸渍槽的溢流废水等，相对间歇排放废水，其浓度低、总排放水量大，其水质如表2所示。表2 连续排放废水的水质源 来水废污染物 CODCr mg/L Oil mg/L PO43- mg/L Zn2+ mg/L Ni2+ mg/L Cd2+ mg/L 碳黑 mg/L pH 脱脂后冲洗废水 300 25 10~20 7~8 磷化后冲洗废水 20~30 12 8 6 钝化后冲洗废水 10~15 0.1 5~6 DI水喷淋槽喷淋废水 3900 1~3 4 循环去离子清洗废水 400 6 自泳后水洗溢流废水 100~1000 8 7~9 2．涂装废水处理工艺设计 汽车涂装废水处理工艺的关键之一在于合理的清浊分质。对部分难处理或影响后续处理的废水，根据其性质和排放规律，先进行间歇的预处理，再和其它废水集中连续处理，这样不仅可以取得较好的和稳定的处理效果，而且在经济上也合理可行。2.1 涂装废水处理工艺流程 涂装废水处理工艺流程如图1所示。 图1某汽车厂涂装废水处理站处理流程2.2 间歇预处理2.2.1 脱脂废液 对脱脂废液采用酸化法进行破乳预处理，向脱脂废液中投加无机酸将pH调至2～3，使乳化剂中的高级脂肪酸皂析出脂肪酸，这些高级脂肪酸不溶于水而溶于油，从而使脱脂废液破乳析油。 另外，加酸后使脱脂废液中的阴离子表面活性剂在酸性溶液中易分解而失去稳定性，失去了原有的亲油和亲水的平衡，从而达到破乳。经预处理后CODCr从2500～4000mg/L降低到1500～2400mg/L，去除率在40%左右；而含油量从300～950 mg/L降至50～70 mg/L，去除率高达90%～95%。2.2.2 电泳废液 在阴极电泳废水中含有大量高分子有机物，CODCr最高可达20000mg/L，还含大量电泳渣，这些物质在水中呈细小悬浮物或呈负电性的胶体状。处理中加入适当的阳离子型聚丙烯酰胺（PAM）和聚合氯化铝（PAC）作混凝剂，利用絮凝剂的吸附架桥作用来快速去除废水中的污染物。电泳废液在预处理时要求pH值在11～12之间，有较好的沉淀效果。反应后的出水CODCr在2000 mg/L左右。2.2.3 喷漆废水 对喷漆废水先采用Fenton试剂（H2O2+FeSO4）对其进行预处理，使其中的有机物氧化分解，CODCr去除效率约在30%左右，再加入PAC和PAM对其进行混凝沉淀，经过此两步处理，CODCr的总去除率可达到60%～80％，由3000～20000mg/L降至1200～4000mg/L。出水排入混合废水调节池。 Fenton试剂具有很强的氧化能力，当pH值较低时（控制在3左右），H2O2被Fe2+催化分解生成羟基自由基（·OH），并引发更多的其他自由基，从而引发一系列的链反应[1]。通过具有极强的氧化能力的·OH与有机物的反应，使废水中的难降解有机物发生部分氧化、使废水中的有机物C—C键断裂，最终分解成H2O、CO2等，使CODCr降低。或者发生偶合或氧化，改变其电子云密度和结构，形成分子量不太大的中间产物，从而改变它们的溶解性和混凝沉淀性。同时，Fe2+被氧化生成Fe(OH)3在一定酸度下以胶体形态存在，具有凝聚、吸附性能，还可除去水中部分悬浮物和杂质。出水通过后续的混凝沉淀进一步去除污染物，以达到净化的目的[2]。2.3 连续处理 经预处理的各类废水排入均和调节池中，与其它废水混合后进入连续处理流程。混合后的废水CODCr约为700～900mg/L。连续处理分为二级：混凝沉淀和混凝气浮。 在涂装废水中，油、高分子树脂（环氧树脂）、颜料（碳黑）、粉剂、磷酸盐等在表面活性剂、溶剂及各种助剂的作用下，以胶体的形式稳定地分散在水溶液中。可以靠投加化学药剂来破坏胶体的细微悬浮颗粒在水中形成的稳定体系，使其聚集成有明显沉淀性能的絮凝体，然后形成沉淀或浮渣加以除去[3]。 在废水中加入一定量的无机絮凝剂后，它们可中和乳化油或高分子树脂的电位，压缩双电层，胶粒碰撞促进凝集，完成脱稳过程，形成细小密实的絮凝物。这样可使涂装废水中的金属离子和磷酸根离子在碱性条件下生成的固体小颗粒形成沉淀物[4]。所以混凝处理可有效地去除汽车涂装废水中的油、高分子树脂、颜料和粉剂[5]。 重金属离子和磷酸盐中，由于Ni2+生成Ni(OH)2沉淀以及PO43-生成Ca3 (PO4) 2沉淀的最佳pH值是10以上；而Zn2+生成氢氧化物沉淀的最佳pH值范围是8.5～9.5，pH过高会形成ZnO22－而溶解。所以要分二级混凝反应以分别去除Ni2+，PO43-和Zn2+ 。同时，混凝反应后的固液分离分别采用的是斜板沉淀池和气浮池，这样既可以用斜板沉淀池来去除比重较大的重金属化合物沉淀，又可以用气浮池来去除比重较轻的有机物等。2.3.1 混凝沉淀 第一级为混凝沉淀调节pH值为10～10.5。 反应槽采用推流式反应槽，分为三格。第一格加碱将pH调高至10～10.5，加入CaCl2，第二格加FeSO4，第三格加混凝剂PAM，反应后进入斜板沉淀池进行固液分离。三格停留时间分别为15min、15min、7.5min。斜板沉淀池表面负荷按2m3/m2·h设计。一级反应CODCr去除率为50%～60%。图2为一级反应槽示意图。图2 一级反应槽示意图2.3.2 混凝气浮 二级反应的反应槽，也采用推流式反应槽，分为三格。第一格加酸将pH回调至8.5～9，第二格加PAC，第三格加PAM，反应后进入气浮池进行固液分离。二级反应槽三格停留时间分别为10min、10min、5min。气浮池的溶气水按处理水量的30%设计。二级反应CODCr去除率为20%～25%，同时气浮也去除了Zn2+和一部分的表面活性剂。2.4 深度处理 深度处理采用砂滤和活性炭过滤。从运行情况看，经砂滤后的出水即能达到排放标准（CODCr≤300mg/L）。砂滤装置的过滤速度控制在10～12m3/（m2·h）。反冲洗水由监测水箱中的水加压后提供，反冲洗强度控制在16～18L/（m2·s）。 砂滤后的出水已能达到排放要求，因此，活性炭过滤只是一个应急保证措施，一般情况下较少使用。2.5 污泥处理 污泥处理的好坏，直接影响废水处理站的运行。由于污泥含油量高，直接进行压滤效果较差，在污泥浓缩槽中加入Ca（OH）2，pH调整至10左右，能达到较好的压滤效果。污泥含水率经板框压滤机后可由99%下降至75%～80%。2.6 连续处理去除率分析 连续处理过程去除率如表3所示。表3 连续处理效率出水位置 CODCr去除率 斜板沉淀池出口 50%～60% 气浮池出口 20%～25% 砂滤出口 15% 3处理效果分析 该工程自2002年运行至今，处理效果稳定，表4为上海市环境监测中心2004年对该厂的监测分析报告数据汇总。监测时间为3天，每天取样12次（1小时取样一次，包括废水处理装置进口和出口）。表4 废水处理设施总排口监测数据监测 项目 废水处理装置进口* 废水处理装置出口 上海市《污水综合排放标准》（DB31/199–1997） 浓度最小值(mg/L) 浓度最大值(mg/L) 浓度平均值(mg/L) 浓度最小值(mg/L) 浓度最大值(mg/L) 浓度平均值(mg/L) pH 6.94 8.96 8.32 7.57 8.85 7.8 6~9 CODCr 434 759 625 73 132 115.6 300 三级标准 SS 93 351 204 21 145 29 350 三级标准 BOD5 36 145 87 4 83 16.9 150 三级标准 Oil 2.6 11.5 5.1 0.1 0.9 0.6 10 二级标准 Zn2+** - - - 0.02 1.6 0.09 4.0 二级标准 Mn2+** - - - 0.05 0.26 0.16 5.0 二级标准 Ni2+** - - - ND 0.18 0.09 1.0 第一类污染物排放标准 苯 ND ND ND ND ND ND 0.2 二级标准 甲苯 ND ND ND ND ND ND 0.2 二级标准 二甲苯 ND ND ND ND ND ND 0.6 二级标准 *废水处理装置进口指连续处理装置进口。** Zn2+、Mn2+、Ni2+本次监测未分析，表中所列为该厂废水处理站日常分析数据。 由上表可以看出，经处理后的废水以上海市《污水综合排放标准》（DB31/199—1997）进行评价，其中CODCr、BOD5、SS按三级标准评价（废水处理后排入安亭水质净化厂），其余采用二级标准及第一类污染物最高允许排放浓度，均能达到工程设计指标。 目前，处理装置运行稳定，出水均能达标。4．技术经济分析 工程造价和运行费用是人们在选用处理方法时所必须考虑和关心的问题。本工程采用分质处理后，与一般的集中物化处理比较，节省了加药量，污泥产量也有所减少，在一定程度上减少了运行费用，更重要的是保证了出水水质的稳定达标。本项目的技术经济指标见表5。表5 本处理工程技术经济指标总投资/万元 单位体积污水投资/万元 年运行费用/万元 单位体积污水处理费/元/m3 800 1.11 30 1.67 *年工作日按250天计，日处理水量为720 m3。5．结论 1、本工程采用分质处理、混凝沉淀、混凝气浮、砂滤等工艺对汽车涂装废水进行处理在技术和经济上是合理可行的。实际运行结果证明，此工艺对重金属、SS、Oil的去除效率超过90%，对CODCr的去除率大于80%。 2、汽车涂装废水水量和水质变化大，要特别的重视废水水量、水质均衡和分质预处理。根据工程实践证明，对脱脂废液，电泳废水、废液和喷漆废水这三股废水分别进行间歇预处理，这不仅有利于后续处理效率的提高，体现出技术和经济的统一，而且对整个系统的稳定运行和出水的稳定达标至关重要。参考文献：熊忠，林衍等 Fenton氧化法在废水处理中的应用[J] 新疆环境保护，2002，24（2）：35～39 张林生，魏峰等 物理化学法处理汽车工业电泳涂装工艺中的超滤液废水[J] 给水排水，1999，25（10）：33～36 刘绍根,汽车涂装废水处理技术[J] 工业用水与废水，2001，32（2）：11～13 刘绍根，黄显怀 物化—生化法处理汽车生产废水[J] 给水排水，2001，27（12）：53～56 廖亮，吴一飞等 磷化-喷漆线的废水处理工艺研究[J] 环境技术，2000，18，（4）：18～21

泵摘要：本文主要介绍了泵的发展历史，泵的分类及生活中常用泵的工作原理及相关应用，并大胆展望了泵的发展方向。关键词：发展史，分类，原理，应用，方向。引言：泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。生活及工业生产中我们已经离不开泵。泵的发展史水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵(公元前17世纪)，中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世纪)和水车(公元1世纪)。比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。公元前200年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。1840-1850年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的，蒸汽直接作用的活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到19世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多•达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的，则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851～1875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。尽管早在1754年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式，奠定了离心泵设计的理论基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。泵的分类泵通常按工作原理分容积式泵、动力式泵和其他类型泵，如射流泵、水锤泵、电磁泵、气体升液泵。泵除按工作原理分类外，还可按其他方法分类和命名。例如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵；按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。泵的工作原理3.1容积式泵容积式泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的，几乎不随压力而改变；往复泵的流量和压力有较大脉动，需要采取相应的消减脉动措施；回转泵一般无脉动或只有小的脉动；具有自吸能力，泵启动后即能抽除管路中的空气吸入液体；启动泵时必须将排出管路阀门完全打开；往复泵适用于高压力和小流量；回转泵适用于中小流量和较高压力；往复泵适宜输送清洁的液体或气液混合物。总的来说，容积泵的效率高于动力式泵。 动力式泵靠快速旋转的叶轮对液体的作用力，将机械能传递给液体，使其动能和压力能增加，然后再通过泵缸，将大部分动能转换为压力能而实现输送。动力式泵又称叶轮式泵或叶片式泵。离心泵是最常见的动力式泵。3.2动力式泵动力式泵在一定转速下产生的扬程有一限定值，扬程随流量而改变；工作稳定，输送连续，流量和压力无脉动；一般无自吸能力，需要将泵先灌满液体或将管路抽成真空后才能开始工作 ；适用性能范围广；适宜输送粘度很小的清洁液体，特殊设计的泵可输送泥浆、污水等或水输固体物。动力式泵主要用于给水、排水、灌溉、流程液体输送、电站蓄能、液压传动和船舶喷射推进等。3.3其他其他类型的泵是指以另外的方式传递能量的一类泵。例如射流泵是依靠高速喷射出的工作流体 ，将需要输送的流体吸入泵内，并通过两种流体混合进行动量交换来传递能量；水锤泵是利用流动中的水被突然制动时产生的能量，使其中的一部分水压升到一定高度；电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下 ，产生流动而实现输送；气体升液泵通过导管将压缩空气或其他压缩气体送至液体的最底层处，使之形成较液体轻的气液混合流体，再借管外液体的压力将混合流体压升上来。4. 泵在生产生活中的应用4.1不锈钢冲压离心泵在用水系统中的应用不锈钢冲压离心泵 ，液控阀门校验泵站 ，主要用于小流量、高扬程的用水系统，如饮用水供应系统、压力锅炉供水系统、高纯度净水系统以及医药、食品、精细化工、造纸等行业的冲洗、喷洒等工艺过程。国家经贸委节能信息传播中心最近将不锈钢冲压离心泵列入“最佳节能实践案例研究”，并对该设备的应用及效益进行了分析。据了解，传统铸造泵是通过制模、灌模、机械加工等复杂工艺制造，耗电、耗料、劳动强度大，严重污染环境，并且无法铸造出口宽度窄的小流量的叶轮。不锈钢冲压离心泵是采用冲压、焊接工艺制造，取代了传统的铸造工艺。泵体生产可节省材料70%以上，效率提高3%-5%，较易实现机械化与自动化批量生产，减少环境污染，减轻劳动强度。对于冲压离心泵生产厂家，生产2082台不锈钢冲压离心泵，新工艺比传统工艺节约不锈钢材料3.47吨，降低铸造电耗7634千瓦小时。对于洗瓶灌装机的用户，在满足生产要求的情况下，水泵的实际运行功率也从原来的2.18千瓦下降到2.11千瓦，每台节电3.2%。此外，由于该泵的重量轻、体积小、整体结构合理、维护方便，也减少了维护费用。根据国家统计局和中国机械工业联合会的统计数据，全国铸造泵类年需求量为457万台，合金铸造小流量泵每年需求在38万台以上。不锈钢冲压离心泵因其外形轻巧美观、效率高且价格比铸造泵低，是进口泵的一半，具有显著的经济效益，应用范围广，市场前景广阔。4.2液压水锤泵原理及推广应用实例4.2.1液压水锤泵的工作原理和提水性能液压水锤泵自动供水设备是利用液压冲击原理和液压传动原理设计制造的水力能量升级转换装置，主机设备由脉冲发生器、能量耦合器和蓄能器三个组件构成。它是一种新式微型水力站的主机设备，这种水力泵实质上是利用水力能量传输特性的特种往复泵或泵组，在整体上构成特殊型式的变容式水力机械。在液压系统中，由于某种原因，液体压力瞬间突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击的峰值压力往往比正常压力高出许多倍。水锤泵利用的就是液压冲击原理，即水流在正常流动的过程中，突然关闭出水口阀门，就会在泵体内产生很大的冲击力。利用这个冲击力，就可以把水送到高处。液压冲击是非定常流动，压力波以速度C沿进水动力管道（长引水管）来回传播。在水锤泵设计中，一般都是利用阀门突然关闭后管道压力最大升高量ΔP作为泵的扬水动力。由于液压冲击为一衰减过程，故研究压力升高第一波传至管道入口时的情况。假定管道断面积为A，管长为L，管道液体的初始流速为V，液体密度为ρ，压力波从排水冲击阀门传至上游供水池的进水口的时间为T，对这段时间运用动量方程：ΔP•A•T=ρALV所以 ΔP=ρLV/ T=CρV式中C=L/T，为压力波在水中的传播速度，取C=1400m/s。可以计算水从2m高处经长引水管进入水锤泵后，突然关闭排水冲击阀门产生的最大升高压力ΔP，并由能量守恒定律求水流初始速度V：mgh=mV•V/2，则 V=(2gh)0.5=(2*9.8*2)0.5≈6.3m/s所以,突然关闭冲击阀门时产生的最大升高压力ΔP为:ΔP= CρV=1400*1000*6.3=8.8Mpa再计算把水提升100米所需的压力P：P=ρgh=1000*9.8*100=0.98Mpa可以看出ΔP远大于P，所以从理论上说，利用液压冲击原理，将2米落差水流的一部分水量通过水锤泵提升到百米的高处是不成问题的。简单地说，泵装置由泵室、泵座、蓄能器所组成。泵室中有两个阀：一个是排水冲击阀W，一个是输水阀D，双阀构成一个组合自动阀件。组合自动阀件在落差水流作用下自动启闭产生液压脉冲：由进水管引来的水进入冲击阀W后泄流。当泄流流速达到设计值，冲击阀W突然关闭，因此产生一个升压波，在此高压力下输水阀D开启，一部分运动着的水流入空气罐，然后再从空气罐流向使用点或高位蓄水池。进水管的质量流量的动能由于输水而耗尽，使水暂时停止。此时压力波衰减，输水阀D由于上下压差而自动关闭。由于进水管路和水柱的弹性，在扬水冲击减弱以后，水柱朝流动方向微微往后摆动，于是在泵壳内就出现了负压，促使冲击阀W自行打开。冲击阀W开启继续泄流，然后，不断重复以上过程进行提水。为了获得连续和均匀的流量，在输水侧装置了集水器，也称蓄能器。因此，水锤泵在结构上也就由蓄能器和组合自动阀件二大核心部件组成。泵结构最重要的往复运动部件是冲击阀与输水阀的构造及其特性。通过改进自动阀门可以改进泵的工作性能。水锤泵是在无人控制的条件下工作的，所以要求各零部件的运动及时准确和安全可靠。据资料介绍，水锤泵的冲击阀开关次数最好不少于40次/分。从水锤泵的工作过程可以看出，要使泵正常工作，设计生产一种能够自动启闭，反应迅速的组合阀件至关重要。水锤泵液压冲击公式为：△P=CρV=LV/t，式中△P为冲击压力；L为冲击波传播距离；V为冲击前进水管内平均流速；t为冲击阀阀门关闭时间。从公式可以看出，要提高液压冲击的压力，必须提高冲击前进水管内平均流速V，缩短冲击阀阀门关闭时间t，及增大冲击波传播距离L。在水锤泵站已建成的先决条件下（ H、L、V三者已定），要产生明显的液压冲击并兼顾泵站效率，主要靠减少冲击阀阀门关闭时间t。|^7水锤泵组合自动阀件是两个特殊的专用阀门，其操作动力只有水流的脉动力和其自重。从自动阀门的力学分析可以看出，冲击阀阀门的关闭时间主要取决于有无增速机构、垫胶的弹力、阀盘的重量和出水口的流速等因素。冲击阀阀门的开启时间主要取决于泵壳内负压、垫胶的回弹力、阀盘的重量和出水口的流速等因素。武汉润泽水利技术中心研制的液压水锤泵，其自动冲击阀门在构造上可自启闭且不采用轴承，并力求防止阀杆的磨损。另外，为防止冲击阀关闭时产生的冲击和振动，在构造上采用了缓冲结构，因此泵壳内的冲击力、与泵连接的进水管道作用的应力，以及作用于基础的冲击力均很小。在进行研制开发时，采用特征线法对液压冲击和柔性水锤进行电算分析，并从材料和强度方面进行了综合的实验研究和理论分析。液压水锤泵通过水力能量传输特性的合理设计来加大能流密度，精准设计脉冲发生组件液压冲击波的脉冲泵水作用，加快液压水锤泵缷载及加载，从而使脉冲发生组件自动冲击阀门（包含辅助增速阀盘装置）实现每分钟30到300次开关频率，达到中高频运转。落差水流从1至7米高处的进水池（泵站供水池），再经长引水管进入底座为泵室灌水，一直灌到进水池的水平面高度，这时自动阀门是关闭的。为了启动水锤泵，须用手多次打开冲击阀W，以进一步增加蓄能器内的空气室压头。当空气室压力达到落差的3倍左右，则进水管水柱回摆所产生的压强足以使输出阀自行打开，并使水锤泵动作起来。这时，空气室压头不断增加，一直上升到输水管出口顶端的压头值，然后压头基本稳定下来。在扬程压头较高时，一般蓄能器的空气室中的空气渐渐被高压水吸收，使空气室最终不起作用，压力峰值不断升高并会造成机械事故。因此，高扬程应用时需要对水锤泵重新设计液压蓄能器部件，主要是采用气囊式蓄能器,或者采取措施对空气罐人工补气或自动补气。落差水源的水头和流量是泵扬程和扬水量的重要决定因素之一。另外，泵工作性能还受到引水管安装角度、引水管和扬水管口径及长度、冲击阀开关次数等因素的影响。经过多次工程试验和现场安装应用测试，得到以下几个经验公式：①、扬程h与水流落差H的关系：h/H=10-50；②、将液压水锤泵作为动力机和水泵的联合体来考虑，其效率可由下式定义：η=qh/（QH）η为泵效率；q为扬水流量；h为扬水高度；Q为进水管来水流量；H为落差水头。泵效率的经验公式：1、η=（1.17-1.37）-0.2（（h-H）/H）0.5（h-H）/H=3-17（采用各类空气罐作液压蓄能器）2、90%≥η≥60%， （h-H）/H=2～49（采用隔膜式蓄能器作液压蓄能器）③、水锤泵扬水量q：q=ηHQ/（h-H+ηH）④、引水管长度L： L=7-12H（随落差水头大小相应变化取值）⑤、引水管安装角度α：仰角要大于5°，小于20°，以7°-15°为最佳安装角度。⑥、引水管口径D： D=0.3(60Q)0.5（Q是进泵水源的常年保证流量）⑦、扬水管口径d: d=0.5-0.1D（随扬程落差比h/H相应变化取值）水锤泵性能的主要技术指标是功率及其效率，但由于受到安装的场所、地形条件及水源等的限制，设计时还应对供给水量、水头、进水管长度、扬水高度和扬水流量等，综合地考虑各种因素进行设计。据资料显示，国外水锤泵的工作寿命最长可达100年以上，其易损件仅为橡胶垫、密封件、螺栓等。4.2.2液压水锤泵使用带来的优点1、液压水锤泵通过水力能量传输特性的合理设计来加大能流密度，精准设计脉冲发生组件液压冲击波的脉冲泵水作用，加快液压水锤泵缷载及加载，从而使脉冲发生组件自动冲击阀门（包含辅助增速阀盘装置）实现每分钟30到300次开关频率，达到中高频运转。?.据资料介绍，水锤泵自动冲击阀门的开关频率最好不少于每分钟40次。工程应用的资料表明，国内同类产品一般运行频率较低（引进德国BIL系列水锤泵只有每分钟20—40次，不超过每分钟60次）。2、运行噪音小，新型RZ-50饮水型液压水锤泵运转噪音小于80分贝，国内同类新产品（如引进德国BIL系列水锤泵）运转噪音高达105-130分贝。3、“液压水锤泵”采用不锈钢等耐蚀材料制造蓄能器筒体，以免水锤泵微型水力站的提升水流遭受铁锈污染。4、液压蓄能器有效容积可通过（含手动）充气装置等简单措施得到有效保证，特别是长年运行中不会丧失气室容积和储能量；液压蓄能器的补气不需要泄空补气，不会造成水锤泵停机。国内同类产品（如引进德国BIL系列水锤泵），大多采用的蓄能器为半蓄能器（没有气体预压缩措施的蓄能器），泄空补气时会造成水锤泵停机。5、液压蓄能器组件采取等温加载循环工作方式，由脉冲发生组件自动冲击阀门的中高频快速加载工作所可能造成的液压蓄能器气室中的热力损失得到降低，并取消了常规水锤消除器（系气囊式蓄能器，采用绝热加载循环工作方式）筒体内表面的聚丙烯套隔离部件，降低了加工工艺难度和制造成本。6、“液压水锤泵”，全称“组件式复合液压传动型水锤泵”，由脉冲发生组件、能量耦合组件和蓄能组件这三部分构成。液压水锤泵采用能量耦合组件作为特殊能量转换器实现能量耦合，可以实现直流/交流液压工作方式转换。液压水锤泵自动供水设备—新型RZ系列饮水型液压水锤泵是利用液压冲击原理和液压传动原理设计制造的水力能量升级转换装置。故液压水锤泵设计原理有别于单一采用水锤原理的传统水锤泵。5. 泵的发展趋势泵的技术发展一如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动取得的。如今，历史已进入到二十一世纪，人们在以环保、电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。泵的技术发展趋势，主要有以下几个方向：（1）产品的多元化产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求有各自的特色特点，做到与众不同；正是这一点，造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在泵输送介质的多样性、产品结构的差异性和运行要求的不同性等几个方面。从输送介质的多样性来看，最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物，直至输送活的物体如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。除了输送对象对泵的结构有不同要求外，在泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。同时，各个生产厂商，在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加提高了泵结构的多元化程度。基于可持续发展和环保的总体背景，泵的运行环境对泵的设计又提出了众多的要求，如泄漏减少、噪声振动降低、可靠性增加、寿命延长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考虑，也必然形成泵的多元化形式。（2）泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合进入信息时代的今天，泵的设计人员早已经利用计算机技术来进行产品的开发设计（如CAD的利用），大大提高了设计本身的速度，缩短了产品设计的周期。而在生产为主的制造当中，以数控技术CAM为代表的制造技术业已深入到泵的生产当中。但是，从目前国内的情况看，数控技术CAM主要应用在批量产品的生产上。对于单件或小批的生产，目前CAM技术尚未在泵行业当中普遍实施，单件小批的生产仍旧以传统生产设备为主。由于市场要求生产厂商的货期尽可能缩短，尤其对于特殊产品（针对用户要求生产的产品）供货周期缩短，必然要求泵的生产企业加速利用CAM技术，甚至是计算机集成制造系统（CIMS）、柔性制造（FMC和FMS）对从设计到制造模具、零件加工等各环节协调一致处理，保证一但设计完成，产品零部件的加工也是趋于同期完成，以确保缩短产品的生产周期。与此同时，除利用计算机制图外，还将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可靠性预估和三维立体设计，将原来需要在生产中发现和解决的工艺问题和局部结构问题及装配性问题等方面提到生产前进行防范，缩短产品的试制期。（3）产品的标准化与模块化在产品出现多元化的同时，泵作为通用产品，总体总量依旧巨大。在市场中，除出现技术性竞争外，产品的价格竞争尤其是通用化产品的价格竞争是必然趋势。在产品出现多元化的趋势下，要实现产品价格的竞争优势，提高产品零部件的标准化程度，实现产品零部件的模块化是必须的。在众多零部件实现模块化后，通过不同模块的组合或改变个别零件的特性，以实现产品的多元化。同时，只有当零部件标准化程度提高后才有可能基于产品的多元化基础上实际规模化的零部件生产，用以降低产品的生产成本和形成产品的价格竞争优势，也可以在产品多元化的基础上进一步地缩短产品的交货周期。（4） 泵内在特性的提升与追求外在特性所谓泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。技术人员在进行产品设计时，为提高某一产品的百分之一效率常常花费不少心思；而泵运行如果偏离设计的高效点，实际运行的效率远不止降低百分之一。现在，泵生产厂家同时为用户配套包括变频在内的控制设备及成套设备，实际上已介入到泵的外在特性的追求上了。在此基础上，再关注泵的集中控制系统，提高整个泵及泵站运行效率，则是在泵外特性的追求上更上一层楼。从销售角度看，推销产品即是在推销泵的内在特性；而关注泵的外特性则是生产厂商不仅是推销产品，而是在推销泵站（成套项目）。从使用角度看，好的产品必定是适合运行环境的产品而非出厂检测判别的产品。（5）机电一体化的进一步发展正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电机风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。参考文献[1] 李云，姜培正主编，过程流体机械. 北京：化学工业出版社，2009[2] 孙启才，金鼎五主编，离心机原理结构与设计计算. 北京：机械工业出版社，1987.[3] 关醒凡主编，现代泵技术手册，北京：宇航出版社，1995.