污水提升泵站提質(zhì)增效運行存在問題及對策

孫守智，懷其銀，陳 亮

（青島市排水運營服務(wù)中心，山東 青島 266071）

國外及國內(nèi)部分先進城市的污水提升泵站具有設(shè)計合理、設(shè)備運行穩(wěn)定、故障率低、自動化程度高的特點。但也有部分城市因污水提升泵站建成年代較早，隨著城市的快速發(fā)展，居住人口數(shù)量增加，泵站進水量不斷增長，水力條件發(fā)生改變，泵站格柵除污機及污水提升泵故障率較高，嚴(yán)重影響泵站的安全穩(wěn)定運行，上游管網(wǎng)來水可能因得不到及時提升出現(xiàn)冒溢，影響城市生活品質(zhì)，下游的污水處理廠往往因為進水的波動而影響處理效果，造成出水水質(zhì)降低。

采用新理念、新技術(shù)對老舊的污水提升泵站進行改擴建是非常有必要的，但受限于已有的城市管網(wǎng)規(guī)劃和總體布局較難改變，再加上排水設(shè)施的改擴建具有周期長、牽涉面廣、資金需求大等特點，對整個排水泵站的更新擴容往往存在較大的困難，故對泵站既有的主要設(shè)備如格柵除污機、提升泵等進行合理的改造、具有很高的必要性。

1 泵站運行中存在的主要問題

污水提升泵站的運行環(huán)境復(fù)雜，提升介質(zhì)中含有大量的棉紗、砂礫等雜質(zhì)，污水中不同的化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)，會產(chǎn)生大量的硫化氫、氨氣等有毒有害氣體，對污水提升泵站的設(shè)備穩(wěn)定性要求較高，出現(xiàn)故障時的維修較困難，成本較高。

1.1 格柵除污機方面的問題

常用的格柵除污有回轉(zhuǎn)式、高鏈?zhǔn)健摻z繩式、壁爬式等。回轉(zhuǎn)式的格柵除污機具有可連續(xù)運行、除臟效率高的優(yōu)點，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高，鏈條出現(xiàn)故障時需要整體吊起維修，對場地要求高，難度大，吊起后，柵前積臟進入泵坑，造成提升泵故障率較高。高鏈?zhǔn)礁駯懦K效率較高，鏈條出現(xiàn)故障時往往需要維修人員下到井底處理，屬有限空間作業(yè)，危險性較大。鋼絲繩式格柵除污機具有維修簡單、不需下井進行有限空間作業(yè)的優(yōu)點，但在泵站進水流速較快的情況下會出現(xiàn)齒耙漂浮的情況，除臟效率降低。

以使用壁爬式格柵除污機的某泵站為例，該類型的格柵除污機使用電機與減速機隨齒耙運動到格柵除污機底部將柵渣撈起的方式除臟，具有除臟效率高的特點，但是選用的電機為普通電機，防護等級IP55，工作制為S1。該防護類型的電機防水等級低，一旦浸水，電機即燒毀，為此，系統(tǒng)設(shè)置了自動保護，當(dāng)水位達到電機浸水水位時，即報警并停止運行。

在此情況下，當(dāng)出現(xiàn)水位過高的情況時，將形成惡性循環(huán)，造成泵站進水受阻。

以每日進水量按保守6 萬m3為例，出現(xiàn)這種情況的原因及危害如下：

1）格柵的過水能力不能滿足需求。單個格柵的過水面積約為2.4 m2，廊道流速為0.289 m/s，當(dāng)格柵過水面積的1/10 被堵塞后，柵前水位上升的速度較快，達到0.03 m/s，水位上升到保護停機水位僅需33 s，而格柵運行一圈的時間約4 min左右，在此情況下根本無法及時除臟。

2）為保證良好的除臟效果，避免出現(xiàn)惡性循環(huán)，格柵除污機設(shè)置了全年24 h 不間斷運行，但仍不能避免浸水燒毀的情況，格柵故障率較高。

3）格柵除污機出現(xiàn)故障時，帶剎車的電機及減速機有時會停在池底，維修人員需下井開展有限空間作業(yè)，極大增加安全風(fēng)險。

4）為保證格柵在安全水位線以上運行，同時最大限度保證泵站進水量，值班人員需反復(fù)手動調(diào)節(jié)閘門，大幅增加值班人員勞動強度，對值班人員的操作經(jīng)驗有較高的要求，操作不當(dāng)時很容易導(dǎo)致上游出現(xiàn)冒溢。

高峰期時，水量將達到9 萬m3/d 以上，格柵廊道流速更快，被堵塞后水位上升也更快，情況更加惡化。

1.2 排污泵冷卻方式的問題

污水系統(tǒng)的排污泵有濕式和干式兩種安裝形式，濕式安裝的排污泵直接浸入水中，不需特別考慮水泵電機冷卻的的問題，但是安裝在積水池中的耦合器及壓力管道出現(xiàn)泄露等故障時不易發(fā)現(xiàn)且維修困難，干式安裝的水泵管道簡單明晰，易于巡檢及維修，但需考慮水泵的冷卻方式。

以某泵站使用的排污泵為例，采用了干式安裝的形式，通過吸取管道中的污水在冷卻水套中循環(huán)流動以達到冷卻的目的，運行中主要存在如下問題：

1）該泵站所屬的排污系統(tǒng)為直排式，雜物多，導(dǎo)致排污泵冷卻流道經(jīng)常性的被棉紗等異物堵塞，排污泵電機得不到冷卻，發(fā)生過熱，保護性停機。如圖1，為監(jiān)測到的排污泵定子的溫度曲線，可以看出，當(dāng)冷卻流道被堵塞時，排污泵定子溫度急劇升高，最高時超過了120 ℃的保護停機溫度。

2）停機后，值班人員需手動操作閘門排放冷卻循環(huán)水以排除堵塞的雜物，待過熱報警解除后排污泵才能再次投入使用。這種情況的反復(fù)發(fā)生，一是增加了值班人員的勞動強度及安全風(fēng)險，二是電機的反復(fù)過熱，促使絕緣老化，幾次之后，電機即絕緣減低、匝間短路，電機燒毀。

3）頻繁的電機燒毀除了造成維修費用的增加，也會造成可用機組臺數(shù)的不足，泵站排水能力降低，上游管道冒溢。

2 解決措施及效果

2.1 格柵除污機的優(yōu)化改造

一是提高格柵除污機電機及減速機的防水等級。受限于既有的安裝條件，應(yīng)安裝合適的防水等級足夠高的電機及減速機，實踐中宜采用對電機及減速機進行改造的辦法：去除電機尾部的散熱風(fēng)扇，加工一鋁制端蓋，將電機尾部剎車線圈與電機殼體密封，輔以環(huán)氧樹脂、密封膠等密封材料，使其達到可防水的目的。二是重新優(yōu)化格柵除污機柵條的形式，采用下密、上疏的布置形式，即下部的柵條較密集，可以有效的攔截污水中的雜質(zhì)，上部的柵條較稀疏，當(dāng)水位升高時，可以有效提高過水量，避免出現(xiàn)雜物將格柵整體堵塞的情況。三是改變格柵除污機電機的工作制，由連續(xù)工作制調(diào)整為每10 min 工作一次的短時工作制，避免格柵除污機電機因沒有散熱風(fēng)扇導(dǎo)致的可能出現(xiàn)的過熱。

通過以上改造，徹底打破了格柵除污機的惡性循環(huán)，保證了格柵除污機的正常運行，改造后，格柵除污機的維修頻次下降到了半年一次，有限空間作業(yè)的頻率也下降到了不到一年一次。

2.2 排污泵冷卻形式的改造

一是將原有的排污泵內(nèi)循環(huán)冷卻流道封堵，增設(shè)外循環(huán)冷卻的接口。二是布設(shè)管道及冷卻塔，使用小型水泵通過管道將冷卻塔冷卻后的清水泵入排污泵內(nèi)，以冷卻排污泵。三是設(shè)置相應(yīng)的自動控制系統(tǒng)，當(dāng)排污泵啟動后，冷卻系統(tǒng)同時開始工作，水泵泵送冷卻循環(huán)水，冷卻塔的散熱風(fēng)扇根據(jù)冷卻介質(zhì)的溫度要求自動啟動或停止以保證冷卻介質(zhì)的溫度恒定，排污泵停止后，冷卻系統(tǒng)延時停機。冷卻系統(tǒng)設(shè)置有自動補液功能，當(dāng)冷卻介質(zhì)缺少時可以自動補充。冷卻系統(tǒng)設(shè)置了測溫、報警及冗余系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的可靠運行。改造后的排污泵定子溫度曲線如圖2 所示。

由圖3 可以看出，對比改造前，溫度能夠控制在100 ℃以下，很好的實現(xiàn)了降溫、冷卻的目標(biāo)。

圖3 改造后的排污泵定子溫度曲線

3 結(jié) 語

通過對泵站格柵除污機及排污泵冷卻系統(tǒng)的改造，解決了制約泵站高效運行的各個環(huán)節(jié)問題，降低設(shè)備故障率，減少維修頻次。以某泵站為例，經(jīng)過測算，每年可節(jié)約設(shè)備維修經(jīng)費20 萬元以上，較低的故障率減輕了泵站值班人員的勞動強度與精神壓力。同時，泵站排污泵的月度完好率由60%提升到了90%以上，安全性與運行品質(zhì)有了根本上的提升。

泵站的安全平穩(wěn)運行，極大降低了上游關(guān)鍵節(jié)點的冒溢概率，統(tǒng)計上游某處關(guān)鍵節(jié)點的年度冒溢情況，改造前平均每年為5 次，改造后的2019 年為0 次。年度污水提升量由改造前的1 800 萬t增加到改造后的1 837 萬t。可以看出，通過對泵站重點設(shè)備的優(yōu)化、改造，很好的達到了泵站提質(zhì)增效運行的目的。