再生水廠粗格柵改造探究

劉世勇

（北京城市排水集團有限責任公司，北京 100020）

0 引言

隨著社會的高質量發展，各行各業也在高速發展。隨之而來的則是伴隨社會快速發展帶來的污水排放總量的的增加，再生水廠是現代城市發展和水資源保護不可或缺的組成部分。再生水廠是城市的第二水源，城市污水再生利用是提高水資源利用率，減輕水體污染的有效途徑之一[1]。再生水合理回用既能減少水環境污染，又可以緩解水資源緊缺的矛盾，是貫徹可持續發展的重要措施。污水的再生利用和資源化具有可觀的社會效益，環境效益和經濟效益，已成為世界各國解決水問題的必選。其中再生水廠格柵及抓斗清污系統是再生水廠處理污水的第一道關鍵設備。其運行狀態是否良好直接影響著后續處理工藝[2]。針對某再生水廠粗格柵運行背景及存在的主要問題，分析原因，提出科學合理的改造方案。從而達到節能降耗、安全運行的目的。

1 問題分析

某再生水廠共有4 條進水渠道，與之相配套的是4 組304不銹鋼材料、寬度2.5 m、凈間距30 mm、安裝角度75°、高度8 m的通體柵條和一套匹配抓斗格柵清污機。其中抓斗式格柵除污機為成套裝置，包含配套懸架及導軌、移動小車、液壓抓斗、潤滑系統、就地控制箱以及由控制箱至設備的所有電力電纜和控制電纜等[3]。開始運行時，移動小車會通過感應開關準確停在第一個抓污位置，向下運行。清污機抓爪在下降的過程中，將垃圾向下推到柵條底部，到達柵條底部后，抓爪通過液壓缸驅動抓污并完全合攏，然后向上運行。當抓爪到達頂部并進入安裝在移動車上的防側移限位板內后停止，小車沿軌道移動至卸渣處，抓爪通過液壓缸的驅動打開把污物倒至卸渣點。然后小車和抓爪移動至第二個抓污位置，完成清污工作。當所有抓污點都被清污處理過以后，小車返回并停靠在垃圾卸渣處（圖1）。

圖1 清污機工作運行原理

1.1 改造背景

某再生水廠格柵柵條原有設計高4 m，柵條上部為鋼制擋水板。由于水廠屬于末端水廠，在非汛期時柵前液位3～7 m，最低液位有時能夠降到1 m 左右，液位變化受早晚高溫居民用水、管網來水及河道液位高低等因素影響。24 h 內最高液位與最低液位差值經常保持在3～5 m，且來水量也非常不穩定，在4500～14 500 m3/h 變化。廠外溢流液位8 m，在汛期水量激增的情況下，柵前液位最高能達到10 m 左右，平均液位5～8 m，已經超過柵條最高過水液位（圖2）。導致擋水板處渣物堆積、抓斗卡滯，無法切入柵條抓渣。經常造成抓斗鋼絲繩纏繞損壞、抓爪切入不順暢導致柵條變形，頻繁停車檢修。除此之外，液位、水量的頻繁波動也對系統調控、設備運行帶來了極大的挑戰。首先水量的波動勢必造成進水提升泵的頻繁啟停及后續設備的開啟數量匹配問題，增加了水廠設備維保維修工作。同時水量變化必然導致抽升量變化，進入系統的水量的不確定性勢必會對生物池生物處理和二沉池翻泥、砂濾池過濾性能造成影響[4]。

圖2 某再生水廠柵前液位變化趨勢

1.2 存在問題

根據水廠實際運行情況，抓爪清污機與柵條之間主要存在以下問題：

（1）原有4 m 柵條有效截污面積過小，柵前來水液位變化大。柵前液位經常超過4 m，并且來水量激增必然導致水流流速提高，導致大量垃圾在柵前堆積，同時部分垃圾由于水流作用沖過柵體進入到下一個工藝工序，對后續設備造成極大壓力。

（2）抓爪清污機下滑軌道安裝位置不合理，相距柵條位置較遠、夾角較大，同時抓爪在相應渠道停車位置停留時間較短，導致抓爪延軌道下滑過程中與柵條有效接觸行程短，柵條間隙中的垃圾不能及時被清理。同時由于停留時間短，抓爪下行過程中左右晃動，容易與渠道發生碰撞導致抓渣效果差，由于柵前渣物不能清理，會對液壓油管和鋼絲繩造成干擾，導致液壓油管斷裂，鋼絲繩斷股、纏繞。

2 改造方案

（1）拆除原有下行軌道，保障抓爪有效切入柵條。8 m 柵條更換完成后，原有下行軌道與之不匹配，抓爪下行過程中不能有效與柵條有效切合，導致抓爪抓渣不徹底。將軌道拆除后，抓爪能夠有效與通體柵條切合，抓渣效果更好。

（2）淘汰老舊過時硬件，提高系統穩定性。將過時淘汰的ConpactLogix L32C 型控制系統升級為AB 品牌的1769L24 控制系統，提高系統穩定性。

（3）升級電控系統，提高設備運轉穩定性。由于粗格柵間腐蝕性氣體濃度高于其他正常設備運轉環境，故對電氣設備，尤其是觸點、接線頭等位置腐蝕會高于正常情況，原有電氣元件已經有不同程度的損壞，為保證設備連續穩定運行，對原有控制柜進行升級改造。

（4）增加多重安全措施，保證設備安全運轉。通過增加超低限位、超高限位，防止設備限位開關失靈情況造成設備本體損壞，增加雙保險限位能夠有效避免設備運行風險。

（5）增加鋼絲繩松動檢測裝置，有效避免抓爪卡滯造成的鋼絲繩及液壓油管損壞。通過增加鋼絲繩松動檢測裝置并與小車控制系統聯動，不僅能夠在大水量多污渣情況下有效清除格柵污渣，還能大大降低由于抓爪卡滯損壞鋼絲繩、油管破裂的情況，減少鋼絲繩損壞及油管更壞，節省備件和人工成本。

3 技術成果

（1）抓爪清污效果提升明顯，尤其是在汛期大水量時效果尤為明顯，柵條前后幾乎沒有液位差。清污能力提升后，柵條上沒有垃圾堵塞，過水率極大提高，保證了抽升及設備安全。

（2）設備故障率明顯降低，由于多重防護措施的增加，設備鋼絲繩纏繞、油管漏油等情況幾乎沒有再次出現，維修人員的人力投入和設備維修配件更換頻次均大幅減少。同時由于電控系統的改進，設備故障信息能夠實時顯示，減少故障排查時間，提高維修效率，方便日常巡視保養。

（3）自主編程。由水廠工藝牽頭，自控、設備多方參與，以水廠實際水量、液位變化特點及近幾年運行經驗和水量、液位變化數據為依據，對抓爪控制系統進行編譯，使得設備控制系統與水廠工藝運行及設備維保等要求匹配度極高，降低了工藝調控難度和設備維護維保強度，最大限度保證了水量抽升和設備完好。

（4）由于改造后格柵過水能力增強，首先降低了格柵系統本身由于前后液位差過大造成的柵條變形損壞風險。同時過水能力的增強對進水提升泵等關鍵設備起到了保護作用。以前由于過水能力差，柵前液位高，泵前池液位低，頻繁調節變頻泵頻率及工頻泵啟停，泵液位保護停機的問題將得到根本解決。同時水廠屬于管網末端水廠，輸水管線為重力流管線，具有距離長、支線多、落差大、沿線地表、地下綜合環境復雜等特點。如果格柵過水能力差，導致柵前長時間高液位，尤其是在汛期雨水量極多的情況下，其管口末端長時間處于滿管狀態，容易導致污水管線滿管，長期承壓。隨著運行年限的增加，管網腐蝕情況的加重，長時間承壓可能導致污水管線破損泄漏。一旦污水管線破損泄漏，會對環境及周邊民眾造成極大影響。由于管線周圍環境復雜，修復工作難度極大。格柵過水能力的增強能夠有效避免這種情況的發生。

4 經濟效益分析

改造過程中的電氣、機械施工包括重新走線，U 形導軌拆除，限位器安裝等多項施工均為自主施工。綜合節省外施費用10 萬元左右。除此之外，多重安全保護措施及故障診斷系統的應用大幅減少了設備故障及鋼絲繩、液壓油管等其他配件的損壞更換頻次，維修所耗費的人工成本也因此降低，每年綜合節約5 萬元左右。

更換柵條及抓爪系統改造項目總投資200 萬元，項目改造后格柵過水效果良好，達到改造預期，進水提升泵抽升調控情況得以根本改善。使進水泵能夠在良好工況下進行運轉。水廠進水泵為飛力品牌進口設備，單臺設備造價為59 萬元，現場共有8臺，降低了設備的損壞風險及大修的頻次，同時也為管網降低了由于長期滿管承壓導致的管道破損開裂的風險。

進水泵功率為340 kW，在改造前經常是2 臺工頻加1 臺變頻運行，改造后1 臺工頻加1 臺變頻基本可以滿足正常抽升。每天電量節約約8000 kW·h，按照0.7 元/kW·h 計算電費，每天可以節約電費5600 元，每年節省約200 多萬元。單臺飛力設備大修1 次費用約30 萬元。設備運行狀態改善后，由原來年計劃檢修3 臺變成2 臺，每年大修節省30 萬元。

5 結語

通過本次柵條及配套格柵抓爪改造，從根本上解決了水廠在來水量大的情況下格柵過流量低、設備故障頻繁的問題，為水廠汛期抽升、防汛保障、綠色防汛及設備安全運行提供了保障。在改造過程中部分施工由協作單位完成，班組人員參與較少，在后續的設備管理、安全運行方面水廠班組人員會持續跟進，探索、改進，為水廠的節能降耗做出貢獻。