矩形二沉池非金屬鏈板刮泥機系統(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計規(guī)模30萬m3/d，污水處理采用改良AAO生化池+周進周出矩形二沉池工藝，共布設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。本設備與國內現(xiàn)有同類型的刮泥機相比較，優(yōu)點是整機所有零部件都是由非金屬材料制成，質量小、防腐性能好。但是，非金屬鏈板式刮泥機不耐污泥沖擊，對泥水的要求較高，以及維護時間比較長等都大大限制了非金屬鏈板刮泥機的推廣與應用。本文對非金屬鏈板式刮泥機適用性進行了討論。

1 刮泥機的介紹

1.1 刮泥機的結構

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

圖1 刮泥機結構Fig.1 Structure of Mud Scraper

1.2 矩形二沉池平面結構

廣州市瀝滘污水處理廠二期矩形二沉池是由5號二沉池和6號二沉池組成，每池分十條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線安裝一臺非金屬鏈板式刮泥機。3號生化池在5號二沉池的3號和8號生產(chǎn)線位置進泥水。4號生化池在6號二沉池的3號和8號生產(chǎn)線位置進水。泥水從3號和8號生產(chǎn)線位置進入后通過廊道進行配水(圖2)。

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

1.3 刮泥機故障的原理

在實際生產(chǎn)中，二沉池非金屬鏈板刮泥機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運行阻力過大導致的，而運行阻力的主要來源就是污泥負荷，因此二沉池污泥負荷的大小決定了刮泥機的故障頻率。

1.4 刮泥機的故障統(tǒng)計

污水廠的20臺二沉池刮泥機在4年中的停機次數(shù)和停機時間，如表1所示。

由表1可知，(1)雖然刮泥機的停機次數(shù)不多，但停機時卻很長。平均停一次機的維修時間是15 d。維修時間長會對污水廠的運營產(chǎn)生較大影響。(2)刮泥機故障次數(shù)不均勻。刮泥機污泥負荷與刮泥機的故障頻率是正相關的。5號二沉池的5號刮泥機和6號二沉池的6號刮泥機的故障次數(shù)明顯多于其他刮泥機。說明矩形二沉池的污泥負荷不均勻，中間刮泥機的污泥負荷大于兩邊的刮泥機。(3)矩形二沉池的進泥水位置是3號和8號二沉池，但3號和8號刮泥機的故障次數(shù)并非最多，說明矩形二沉池的污泥負荷呈非線性分布。

表1 2011年～2014年刮泥機的停機時間和故障頻率Tab.1 Downtime and Fault Frequency of the Mud Scraper during 2011～2014

2 刮泥機故障原因分析

2.1 進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，進水量越大，二沉池刮泥機的污泥負荷越大。進水量過大會導致刮泥機發(fā)生故障。影響二沉池進水量的外部因素有很多，如下雨時節(jié)，進入二沉池的泥水自然增大；又如居民用水的高峰時期，進入二沉池的泥水也會增大。

影響二沉池進水量的還有內部因素，其中主要是人為因素，例如強行增大污水處理量，也會增加進入二沉池的泥水。廣州市瀝滘污水廠二期設計處理量為30萬m3/d，為了完成污水處理任務，有時會人為加大處理量到40萬m3/d，這時刮泥機就容易負荷過大。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)，其抗拉強度衰減10%左右。所以，隨著時間推移，刮泥機的污泥負荷能力也會逐漸減小。

2.1.2 污泥濃度過大引起的故障

在進水量一定時，泥水濃度越大，二沉池刮泥機的污泥負荷越大；濃度過大時，就會導致刮泥機發(fā)生故障。產(chǎn)生這些現(xiàn)象主要有以下幾個原因。

第一，人為提高污泥濃度。有時根據(jù)生產(chǎn)需要，會人為提高污泥濃度。當二沉池懸浮物濃度SS>16 g/L時，刮泥機的故障頻率會明顯變大，主要表現(xiàn)在刮泥機斷銷的頻率變大。

第二，實際生產(chǎn)中，會根據(jù)需要投加大量的硫酸鋁，以增強除磷效果。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[2]。同時，硫酸鋁本身帶有一定的黏性，這使形成的污泥團也帶有一定黏性。因此，具有黏性的大體積污泥團會增加刮泥機的污泥負荷。

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

2.1.3 二沉池局部負荷過重引起的故障

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

矩形二沉池的進泥水位置是3號和8號二沉池，3號和8號刮泥機的故障次數(shù)并非最多，說明水流帶走了大部分的污泥負荷。隨著水流從3號和8號向兩邊擴散，水流速逐漸減慢，污泥濃度逐漸增大，污泥負荷也隨之增大。由表1可知，2號、4號刮泥機的故障頻率要高于3號刮泥機。7號、9號刮泥機的故障頻率要高于8號刮泥機。

從3號和8號二沉池流進的泥水匯集于5號、6號二沉池，即5號、6號二沉池之間的泥水流速最慢，因此污泥負荷最大。表1也顯示5號、6號刮泥機的故障頻率為最高。

從3號和8號二沉池流進的泥水是通過一條矩形廊道分別進入各二沉池的。污泥會沉降在廊道之間，使廊道底部呈現(xiàn)起伏的山脈結構。這種結構也會影響污泥負荷的分布。

基于生產(chǎn)需要，會讓某些二沉池臨時停產(chǎn)。二沉池停產(chǎn)，總進水量沒有變化，會導致二沉池的平均污泥負荷加大；此外，二沉池停產(chǎn)還會改變泥水的流速，改變污泥負荷的分配，其他二沉池刮泥機就容易發(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致刮泥機故障多發(fā)的原因之一。在實際生產(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，平均每2個月就會發(fā)生一次刮泥板傾斜故障，并且隨著時間增加，故障頻率不斷增大，其原因是多方面的。

非金屬鏈板刮泥機的刮泥板都是在二沉池池底運轉的。由于泥水分離的作用，池底會分布大量的污泥，池底刮泥板會同時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荷，但總污泥負荷并沒有分散。

將相鄰的非金屬鏈板之間的空間看做一個會移動的小格，由于二沉池底的污泥分布不均勻，有些小格中的污泥會較多，其余較少，從而導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)在靠近進水的污泥分布較多，較遠地區(qū)的污泥分布則較少。同時，靠近排泥管出口處的污泥分布較少，較遠地區(qū)分布較多。池底污泥分布不均勻會導致刮泥板受力不均勻，污泥分布多則污泥負荷較大；污泥分布少，則污泥負荷較小。刮泥機刮泥板受力不均勻，刮泥板就會偏向污泥負荷小的方向，這時刮泥板會傾斜。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因素是鏈條變形。隨著時間推移，非金屬鏈條會發(fā)生老化的現(xiàn)象，鏈條的抗拉力會減弱。在強大的拉力下，鏈條會發(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 大體積固體物質堵塞。

污泥含有較大體積的固體物質時，如石頭、木屑、飲料瓶等，會堵塞排泥孔。廣州市瀝滘污水處理廠二期是AAO工藝，實際運行中會投加大量的硫酸鋁，一方面可以加強除磷的效果，另一方面具有混凝作用。硫酸鋁的大量投加會促使污泥形成較大的污泥團，從而堵塞排泥孔。其次，進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也會堵塞排泥管。

2.3.2 固體物質的沉積性堵塞。

當排泥管的泥水流速不足以帶動固體物質時，固體物質則會沉積在排泥管中，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速度越慢。同時，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排泥，二沉池池底污泥的堆積增大了刮泥機的污泥負荷，則會讓刮泥機出現(xiàn)故障。

3 二沉池非金屬鏈板刮泥機系統(tǒng)的評價

3.1 非金屬鏈板式刮泥機的評價

非金屬鏈板式刮泥機與國內現(xiàn)有同類型的刮泥機相比，其優(yōu)點是整機所有零部件都由非金屬材料制造，質量小、防腐性能好[4]。但也有如下幾個明顯的缺點。

(1)維護時間比較長。由表1可知，雖然刮泥機的停機次數(shù)不多，但停機時間卻很長，平均停一次機的維修時間為15 d。

(2)對泥水的要求較高。泥水中不能含有太多體積較大的固體物質，如絲狀物(注：絲狀物一般可達60 kg)，體積較大的泥團、石頭、木塊等。否則會負荷過大，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對污泥負荷是非常敏感的，不能承受過大的污泥負荷沖擊。

(4)對二沉池要求較高。第一，二沉池池底的污泥要均勻分布，否則刮泥板會因受力不均發(fā)生傾斜；第二，二沉池必須要及時排泥，否則刮泥機會負荷過大從而停機。

3.2 矩形平流式周進周出二沉池的評價

平流式周進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 矩形周進周出二沉池非金屬鏈板刮泥機系統(tǒng)的評價

非金屬鏈板式刮泥機抗拉強度的破斷力較低，在運行過程中容易拉斷，所以它對污泥負荷特別敏感。

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

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入污水廠，如工藝控制不好、添加過多的硫酸鋁、絲狀物的進入等，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月都會沖洗一次排泥管，防止排泥管堵塞。

非金屬鏈板式刮泥機對污泥負荷非常敏感，不適用于污水處理任務繁重的污水處理廠；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，周進周出矩形二沉池+非金屬鏈板式刮泥機的二沉池系統(tǒng)只適用于污水處理任務不繁重的中小型污水處理廠。

4 建議和措施

有關廣州市瀝滘污水處理廠的實踐經(jīng)驗，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；加強巡查，一旦發(fā)現(xiàn)排泥管堵塞，立即進行沖洗。

(2)池底污泥分布

第一，如果池底污泥無法及時排出，可以利用放空閥短時加強排泥，以免污泥積聚。

第二，對于池底污泥分布不均勻的情況，可以適當調整進水槽的孔洞，如適當堵塞一些孔洞來平均污泥分布。

(3)進水量

對于非金屬鏈板式刮泥機要嚴格控制進水量和濃度，盡量不超出設計值的范圍。一般而言，污泥負荷取刮泥機設計值的80%～90%運行效果較好。

(4)刮泥板

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

(5)排泥方式

實踐證明，使用單一的水壓排泥方式并不能進行有效的排泥。可以設計混合排泥方式，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 結語

非金屬鏈板式刮泥機與國內現(xiàn)有同類型的刮泥機相比較，優(yōu)點是整機所有零部件都是由非金屬材料制造，質量小、防腐性能好。但是其抗拉強度的破斷力較低，在運行過程中容易拉斷。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的抗拉強度較低，所以它對污泥負荷特別敏感。引起污泥負荷增大的因素有進泥水量、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：(1)維護時間比較長；(2)對泥水的要求較高；(3)不耐污泥沖擊；(4)對二沉池要求較高。而矩形二沉池:(1)進出水配水不易均勻；(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，我們得出周進周出矩形二沉池+非金屬鏈板式刮泥機的二沉池系統(tǒng)只適用于污水處理任務不繁重的中小型污水處理廠。

從瀝滘污水處理廠的工程實例來看，對于進水含有較多雜質的污水廠以及污水處理任務比較繁重的污水廠，需要謹慎選用周進周出矩形二沉池+非金屬鏈板式刮泥機的二沉池系統(tǒng)。

[1]包衛(wèi)彬,黃居森,羅洪波,等.非金屬鏈板刮泥機結構原理與技術探討[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.絲狀物對污水廠運營的影響探討[J].中國高新技術企業(yè),2016,23(5):84-85.

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

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