矩形二沉池非金屬鏈板刮泥機(jī)系統(tǒng)的故障分析

肖 杰

(廣州市凈水有限公司瀝滘污水處理廠，廣東廣州 510290)

廣州市瀝滘污水處理廠二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模30萬m3/d，污水處理采用改良AAO生化池+周進(jìn)周出矩形二沉池工藝，共布設(shè)20格矩形沉淀池(56 m×11 m×4.6 m)，每格安裝1套縱向非金屬鏈板式刮泥機(jī)。本設(shè)備與國內(nèi)現(xiàn)有同類型的刮泥機(jī)相比較，優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)所有零部件都是由非金屬材料制成，質(zhì)量小、防腐性能好。但是，非金屬鏈板式刮泥機(jī)不耐污泥沖擊，對(duì)泥水的要求較高，以及維護(hù)時(shí)間比較長等都大大限制了非金屬鏈板刮泥機(jī)的推廣與應(yīng)用。本文對(duì)非金屬鏈板式刮泥機(jī)適用性進(jìn)行了討論。

1 刮泥機(jī)的介紹

1.1 刮泥機(jī)的結(jié)構(gòu)

廣州市瀝滘污水處理廠二期矩形二沉池的刮泥機(jī)，其結(jié)構(gòu)是由刮泥板、鏈條、鏈輪和電動(dòng)機(jī)等組成，兩端分別安裝于沉淀池兩側(cè)的傳動(dòng)鏈條上，由動(dòng)力鏈輪帶動(dòng)鏈條，使刮泥板不斷地將池底的污泥輸送到排泥槽內(nèi)，同時(shí)將池面上的浮渣刮除到撇渣管內(nèi)排走[1](圖1)。

圖1 刮泥機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of Mud Scraper

1.2 矩形二沉池平面結(jié)構(gòu)

廣州市瀝滘污水處理廠二期矩形二沉池是由5號(hào)二沉池和6號(hào)二沉池組成，每池分十條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線安裝一臺(tái)非金屬鏈板式刮泥機(jī)。3號(hào)生化池在5號(hào)二沉池的3號(hào)和8號(hào)生產(chǎn)線位置進(jìn)泥水。4號(hào)生化池在6號(hào)二沉池的3號(hào)和8號(hào)生產(chǎn)線位置進(jìn)水。泥水從3號(hào)和8號(hào)生產(chǎn)線位置進(jìn)入后通過廊道進(jìn)行配水(圖2)。

圖2 二沉池平面圖Fig.2 Plan of Secondary Sedimentation Tank

1.3 刮泥機(jī)故障的原理

在實(shí)際生產(chǎn)中，二沉池非金屬鏈板刮泥機(jī)常見的故障有剪力銷的斷裂、非金屬鏈條的斷裂和非金屬鏈條的脫鏈等，這些故障都是刮泥機(jī)運(yùn)行阻力過大導(dǎo)致的，而運(yùn)行阻力的主要來源就是污泥負(fù)荷，因此二沉池污泥負(fù)荷的大小決定了刮泥機(jī)的故障頻率。

1.4 刮泥機(jī)的故障統(tǒng)計(jì)

污水廠的20臺(tái)二沉池刮泥機(jī)在4年中的停機(jī)次數(shù)和停機(jī)時(shí)間，如表1所示。

由表1可知，(1)雖然刮泥機(jī)的停機(jī)次數(shù)不多，但停機(jī)時(shí)卻很長。平均停一次機(jī)的維修時(shí)間是15 d。維修時(shí)間長會(huì)對(duì)污水廠的運(yùn)營產(chǎn)生較大影響。(2)刮泥機(jī)故障次數(shù)不均勻。刮泥機(jī)污泥負(fù)荷與刮泥機(jī)的故障頻率是正相關(guān)的。5號(hào)二沉池的5號(hào)刮泥機(jī)和6號(hào)二沉池的6號(hào)刮泥機(jī)的故障次數(shù)明顯多于其他刮泥機(jī)。說明矩形二沉池的污泥負(fù)荷不均勻，中間刮泥機(jī)的污泥負(fù)荷大于兩邊的刮泥機(jī)。(3)矩形二沉池的進(jìn)泥水位置是3號(hào)和8號(hào)二沉池，但3號(hào)和8號(hào)刮泥機(jī)的故障次數(shù)并非最多，說明矩形二沉池的污泥負(fù)荷呈非線性分布。

表1 2011年～2014年刮泥機(jī)的停機(jī)時(shí)間和故障頻率Tab.1 Downtime and Fault Frequency of the Mud Scraper during 2011～2014

2 刮泥機(jī)故障原因分析

2.1 進(jìn)水污泥量引起的故障

2.1.1 水量過大引起的故障

在污泥濃度一定的情況下，進(jìn)水量越大，二沉池刮泥機(jī)的污泥負(fù)荷越大。進(jìn)水量過大會(huì)導(dǎo)致刮泥機(jī)發(fā)生故障。影響二沉池進(jìn)水量的外部因素有很多，如下雨時(shí)節(jié)，進(jìn)入二沉池的泥水自然增大；又如居民用水的高峰時(shí)期，進(jìn)入二沉池的泥水也會(huì)增大。

影響二沉池進(jìn)水量的還有內(nèi)部因素，其中主要是人為因素，例如強(qiáng)行增大污水處理量，也會(huì)增加進(jìn)入二沉池的泥水。廣州市瀝滘污水廠二期設(shè)計(jì)處理量為30萬m3/d，為了完成污水處理任務(wù)，有時(shí)會(huì)人為加大處理量到40萬m3/d，這時(shí)刮泥機(jī)就容易負(fù)荷過大。再者，非金屬材料易發(fā)生“老化”現(xiàn)象，使用兩年后的鏈節(jié)，其抗拉強(qiáng)度衰減10%左右。所以，隨著時(shí)間推移，刮泥機(jī)的污泥負(fù)荷能力也會(huì)逐漸減小。

2.1.2 污泥濃度過大引起的故障

在進(jìn)水量一定時(shí)，泥水濃度越大，二沉池刮泥機(jī)的污泥負(fù)荷越大；濃度過大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致刮泥機(jī)發(fā)生故障。產(chǎn)生這些現(xiàn)象主要有以下幾個(gè)原因。

第一，人為提高污泥濃度。有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要，會(huì)人為提高污泥濃度。當(dāng)二沉池懸浮物濃度SS>16 g/L時(shí)，刮泥機(jī)的故障頻率會(huì)明顯變大，主要表現(xiàn)在刮泥機(jī)斷銷的頻率變大。

第二，實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)根據(jù)需要投加大量的硫酸鋁，以增強(qiáng)除磷效果。硫酸鋁本身具有混凝的作用，大量硫酸鋁的投加，容易使污泥形成體積比較大的污泥團(tuán)[2]。同時(shí)，硫酸鋁本身帶有一定的黏性，這使形成的污泥團(tuán)也帶有一定黏性。因此，具有黏性的大體積污泥團(tuán)會(huì)增加刮泥機(jī)的污泥負(fù)荷。

第三，廣州市瀝滘污水處理廠進(jìn)水含有大量絲狀物[3]。絲狀物經(jīng)過硫酸鋁和污泥的相互作用后，會(huì)形成體積大的固體物質(zhì)，這也會(huì)增加刮泥機(jī)的污泥負(fù)荷。

2.1.3 二沉池局部負(fù)荷過重引起的故障

廣州市瀝滘污水處理廠二期矩形二沉池沒有配備配水井，這很容易導(dǎo)致污泥負(fù)荷分配不均勻。由表1可知，沒有配水井的矩形二沉池存在污泥負(fù)荷分配不均勻的情況，而污泥負(fù)荷與刮泥機(jī)的故障頻率呈正比。

矩形二沉池的進(jìn)泥水位置是3號(hào)和8號(hào)二沉池，3號(hào)和8號(hào)刮泥機(jī)的故障次數(shù)并非最多，說明水流帶走了大部分的污泥負(fù)荷。隨著水流從3號(hào)和8號(hào)向兩邊擴(kuò)散，水流速逐漸減慢，污泥濃度逐漸增大，污泥負(fù)荷也隨之增大。由表1可知，2號(hào)、4號(hào)刮泥機(jī)的故障頻率要高于3號(hào)刮泥機(jī)。7號(hào)、9號(hào)刮泥機(jī)的故障頻率要高于8號(hào)刮泥機(jī)。

從3號(hào)和8號(hào)二沉池流進(jìn)的泥水匯集于5號(hào)、6號(hào)二沉池，即5號(hào)、6號(hào)二沉池之間的泥水流速最慢，因此污泥負(fù)荷最大。表1也顯示5號(hào)、6號(hào)刮泥機(jī)的故障頻率為最高。

從3號(hào)和8號(hào)二沉池流進(jìn)的泥水是通過一條矩形廊道分別進(jìn)入各二沉池的。污泥會(huì)沉降在廊道之間，使廊道底部呈現(xiàn)起伏的山脈結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)也會(huì)影響污泥負(fù)荷的分布。

基于生產(chǎn)需要，會(huì)讓某些二沉池臨時(shí)停產(chǎn)。二沉池停產(chǎn)，總進(jìn)水量沒有變化，會(huì)導(dǎo)致二沉池的平均污泥負(fù)荷加大；此外，二沉池停產(chǎn)還會(huì)改變泥水的流速，改變污泥負(fù)荷的分配，其他二沉池刮泥機(jī)就容易發(fā)生故障。

2.2 刮泥板傾斜故障

2.2.1 二沉池底的污泥分布

二沉池底的污泥分布不均勻是導(dǎo)致刮泥機(jī)故障多發(fā)的原因之一。在實(shí)際生產(chǎn)中，刮泥板傾斜故障發(fā)生的頻率非常高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，平均每2個(gè)月就會(huì)發(fā)生一次刮泥板傾斜故障，并且隨著時(shí)間增加，故障頻率不斷增大，其原因是多方面的。

非金屬鏈板刮泥機(jī)的刮泥板都是在二沉池池底運(yùn)轉(zhuǎn)的。由于泥水分離的作用，池底會(huì)分布大量的污泥，池底刮泥板會(huì)同時(shí)受到來自池底污泥的阻力。雖然有多塊刮泥板可以分散每塊刮泥板受到的污泥負(fù)荷，但總污泥負(fù)荷并沒有分散。

將相鄰的非金屬鏈板之間的空間看做一個(gè)會(huì)移動(dòng)的小格，由于二沉池底的污泥分布不均勻，有些小格中的污泥會(huì)較多，其余較少，從而導(dǎo)致鏈板之間的受力不均勻。

二沉池底的污泥分布不均勻主要表現(xiàn)在靠近進(jìn)水的污泥分布較多，較遠(yuǎn)地區(qū)的污泥分布則較少。同時(shí)，靠近排泥管出口處的污泥分布較少，較遠(yuǎn)地區(qū)分布較多。池底污泥分布不均勻會(huì)導(dǎo)致刮泥板受力不均勻，污泥分布多則污泥負(fù)荷較大；污泥分布少，則污泥負(fù)荷較小。刮泥機(jī)刮泥板受力不均勻，刮泥板就會(huì)偏向污泥負(fù)荷小的方向，這時(shí)刮泥板會(huì)傾斜。刮泥板傾斜致使非金屬鏈條脫鏈。

2.2.2 鏈條變形

引發(fā)刮泥板傾斜故障另外一個(gè)因素是鏈條變形。隨著時(shí)間推移，非金屬鏈條會(huì)發(fā)生老化的現(xiàn)象，鏈條的抗拉力會(huì)減弱。在強(qiáng)大的拉力下，鏈條會(huì)發(fā)生形變(如變長)。鏈條的形變使得刮泥板發(fā)生傾斜，從而引發(fā)非金屬鏈條脫鏈。

2.3 二沉池排泥系統(tǒng)

廣州市瀝滘污水處理廠二期二沉池的排泥系統(tǒng)采用的是水壓排泥的方式，污泥從池底的排泥管排出。排泥管排泥容易發(fā)生堵塞，其堵塞通常有兩種情況。

2.3.1 大體積固體物質(zhì)堵塞。

污泥含有較大體積的固體物質(zhì)時(shí)，如石頭、木屑、飲料瓶等，會(huì)堵塞排泥孔。廣州市瀝滘污水處理廠二期是AAO工藝，實(shí)際運(yùn)行中會(huì)投加大量的硫酸鋁，一方面可以加強(qiáng)除磷的效果，另一方面具有混凝作用。硫酸鋁的大量投加會(huì)促使污泥形成較大的污泥團(tuán)，從而堵塞排泥孔。其次，進(jìn)水中含有的大量絲狀物[3]經(jīng)和硫酸鋁與污泥的相互作用后，形成的較大固體物質(zhì)也會(huì)堵塞排泥管。

2.3.2 固體物質(zhì)的沉積性堵塞。

當(dāng)排泥管的泥水流速不足以帶動(dòng)固體物質(zhì)時(shí)，固體物質(zhì)則會(huì)沉積在排泥管中，從而堵塞排泥管。

二期二沉池采用的是靠水壓進(jìn)行排泥的方式，出泥口泥水的流速取決于二沉池液位與出泥口的高度差。對(duì)于較松散的污泥，二沉池的高度差是足夠的。但如要保持相同的出水流速，泥水的黏度越大，需要的高度差則越大；泥水的密度越大，需要的高度差越大；泥塊的體積越大，需要的高度差越大。簡言之，在相同的高度差下，泥水的黏度、密度、污泥塊體積決定了出水流速。

廣州市瀝滘污水處理廠在實(shí)際生產(chǎn)中投入了大量的硫酸鋁，大量硫酸鋁的投加提高了泥水的黏度。泥水的黏度越大，泥水在排泥管中的流動(dòng)速度越慢。同時(shí)，也使污泥更容易形成體積較大的污泥塊。

一方面水流速度變慢，另一方面污泥重量變大，這就使污泥淤積在排泥管中，久而久之排泥管容易堵塞。排泥管堵塞若未及時(shí)排泥，二沉池池底污泥的堆積增大了刮泥機(jī)的污泥負(fù)荷，則會(huì)讓刮泥機(jī)出現(xiàn)故障。

3 二沉池非金屬鏈板刮泥機(jī)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)

3.1 非金屬鏈板式刮泥機(jī)的評(píng)價(jià)

非金屬鏈板式刮泥機(jī)與國內(nèi)現(xiàn)有同類型的刮泥機(jī)相比，其優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)所有零部件都由非金屬材料制造，質(zhì)量小、防腐性能好[4]。但也有如下幾個(gè)明顯的缺點(diǎn)。

(1)維護(hù)時(shí)間比較長。由表1可知，雖然刮泥機(jī)的停機(jī)次數(shù)不多，但停機(jī)時(shí)間卻很長，平均停一次機(jī)的維修時(shí)間為15 d。

(2)對(duì)泥水的要求較高。泥水中不能含有太多體積較大的固體物質(zhì)，如絲狀物(注：絲狀物一般可達(dá)60 kg)，體積較大的泥團(tuán)、石頭、木塊等。否則會(huì)負(fù)荷過大，引起剪力銷斷裂、非金屬鏈條斷裂等故障。

(3)不耐污泥沖擊。非金屬鏈板式刮泥機(jī)對(duì)污泥負(fù)荷是非常敏感的，不能承受過大的污泥負(fù)荷沖擊。

(4)對(duì)二沉池要求較高。第一，二沉池池底的污泥要均勻分布，否則刮泥板會(huì)因受力不均發(fā)生傾斜；第二，二沉池必須要及時(shí)排泥，否則刮泥機(jī)會(huì)負(fù)荷過大從而停機(jī)。

3.2 矩形平流式周進(jìn)周出二沉池的評(píng)價(jià)

平流式周進(jìn)周出矩形二沉池尚有如下不足之處。

(1)在沒有配水井的情況下，進(jìn)出水配水不易均勻[5]。

(2)二沉池池底污泥分布不易均勻。

(3)廣州市瀝滘污水處理廠二期二沉池采用的是水壓排泥方式。二沉池采用排泥管排泥是很容易堵塞的，但采用水壓排泥方式又因水壓不夠，泥水流速不夠，產(chǎn)生排泥管污泥沉積堵塞現(xiàn)象。

3.3 矩形周進(jìn)周出二沉池非金屬鏈板刮泥機(jī)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)

非金屬鏈板式刮泥機(jī)抗拉強(qiáng)度的破斷力較低，在運(yùn)行過程中容易拉斷，所以它對(duì)污泥負(fù)荷特別敏感。

由表1可知，刮泥機(jī)故障次數(shù)非常不均勻。刮泥機(jī)污泥負(fù)荷與刮泥機(jī)的故障頻率是正相關(guān)的。污泥負(fù)荷大的生產(chǎn)線故障次數(shù)多，表明二沉池的污泥負(fù)荷是不均勻的。污水處理任務(wù)繁重的污水處理廠特別容易出現(xiàn)污泥負(fù)荷短時(shí)間內(nèi)過大的情況(污泥負(fù)荷沖擊)，因此非金屬鏈板式刮泥機(jī)不適用于污水處理任務(wù)繁重的污水處理廠。

安裝有水壓排泥管的矩形二沉池，排泥管主要適用于較為松散的泥。實(shí)際生產(chǎn)中，尤其是大型污水處理廠，難以保證泥的松散度又或是異物進(jìn)入污水廠，如工藝控制不好、添加過多的硫酸鋁、絲狀物的進(jìn)入等，因此排泥管堵塞是經(jīng)常發(fā)生的。廣州市瀝滘污水處理廠每個(gè)月都會(huì)沖洗一次排泥管，防止排泥管堵塞。

非金屬鏈板式刮泥機(jī)對(duì)污泥負(fù)荷非常敏感，不適用于污水處理任務(wù)繁重的污水處理廠；利用排泥管和水壓排泥的矩形二沉池因其容易堵塞排泥管，不適用于大型污水處理廠。

綜上所述，周進(jìn)周出矩形二沉池+非金屬鏈板式刮泥機(jī)的二沉池系統(tǒng)只適用于污水處理任務(wù)不繁重的中小型污水處理廠。

4 建議和措施

有關(guān)廣州市瀝滘污水處理廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，僅供參考。雖然方法行之有效，但仍需消耗大量的人力成本。

(1)排泥管

排泥管要定期沖洗，如每月一次，確保排泥管不被堵塞；加強(qiáng)巡查，一旦發(fā)現(xiàn)排泥管堵塞，立即進(jìn)行沖洗。

(2)池底污泥分布

第一，如果池底污泥無法及時(shí)排出，可以利用放空閥短時(shí)加強(qiáng)排泥，以免污泥積聚。

第二，對(duì)于池底污泥分布不均勻的情況，可以適當(dāng)調(diào)整進(jìn)水槽的孔洞，如適當(dāng)堵塞一些孔洞來平均污泥分布。

(3)進(jìn)水量

對(duì)于非金屬鏈板式刮泥機(jī)要嚴(yán)格控制進(jìn)水量和濃度，盡量不超出設(shè)計(jì)值的范圍。一般而言，污泥負(fù)荷取刮泥機(jī)設(shè)計(jì)值的80%～90%運(yùn)行效果較好。

(4)刮泥板

可以安裝相應(yīng)的平衡系統(tǒng)來監(jiān)視刮泥板的平衡狀態(tài)，一旦出現(xiàn)傾斜，要及時(shí)調(diào)整或更換鏈條。

(5)排泥方式

實(shí)踐證明，使用單一的水壓排泥方式并不能進(jìn)行有效的排泥?？梢栽O(shè)計(jì)混合排泥方式，在污泥最容易聚集的地方采用排泥泵排泥，其他地方則用水壓排泥，這樣排泥效果較好。

5 結(jié)語

非金屬鏈板式刮泥機(jī)與國內(nèi)現(xiàn)有同類型的刮泥機(jī)相比較，優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)所有零部件都是由非金屬材料制造，質(zhì)量小、防腐性能好。但是其抗拉強(qiáng)度的破斷力較低，在運(yùn)行過程中容易拉斷。另外，非金屬材料還有“老化”現(xiàn)象發(fā)生，使用兩年后的鏈節(jié)，其抗拉強(qiáng)度衰減10%左右。這些成為了二沉池系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)。

由于非金屬鏈板式刮泥機(jī)的抗拉強(qiáng)度較低，所以它對(duì)污泥負(fù)荷特別敏感。引起污泥負(fù)荷增大的因素有進(jìn)泥水量、污泥濃度、泥水分配、池底污泥分布和排泥系統(tǒng)的效率。

非金屬鏈板式刮泥機(jī)：(1)維護(hù)時(shí)間比較長；(2)對(duì)泥水的要求較高；(3)不耐污泥沖擊；(4)對(duì)二沉池要求較高。而矩形二沉池:(1)進(jìn)出水配水不易均勻；(2)二沉池池底污泥分布不易均勻；(3)排泥系統(tǒng)的效率不高，容易發(fā)生堵塞。綜合以上因素，我們得出周進(jìn)周出矩形二沉池+非金屬鏈板式刮泥機(jī)的二沉池系統(tǒng)只適用于污水處理任務(wù)不繁重的中小型污水處理廠。

從瀝滘污水處理廠的工程實(shí)例來看，對(duì)于進(jìn)水含有較多雜質(zhì)的污水廠以及污水處理任務(wù)比較繁重的污水廠，需要謹(jǐn)慎選用周進(jìn)周出矩形二沉池+非金屬鏈板式刮泥機(jī)的二沉池系統(tǒng)。

[1]包衛(wèi)彬,黃居森,羅洪波,等.非金屬鏈板刮泥機(jī)結(jié)構(gòu)原理與技術(shù)探討[J].給水排水,2010,47(5):101-102.

[2]肖杰.二沉池排泥性能的影響因素研究[J].中國資源綜合利用,2017,36(2):80-82.

[3]肖杰.絲狀物對(duì)污水廠運(yùn)營的影響探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2016,23(5):84-85.

[4]黃居森,包衛(wèi)彬,羅洪波,等.非金屬鏈板刮泥機(jī)斷鏈故障與改進(jìn)措施[J].給水排水,2012,49(2):96-97.

[5]王社平,高俊發(fā).污水處理廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011:101-108.