水廠沉澱池自動排泥系統的優化研究

《城市建設理論研究：電子版》

2016年04期

劉長志 楊天棟

引言

目前，自來水廠的凈水工藝中平流沉澱池一般都採用機械排泥的方式，通過對平流沉澱池積泥區和排泥機的結構特點進行分析，找出合理科學處理方法對平流沉澱池積泥進行處理，提升出水口的水質質量。

一、排泥系統概述

對於一般中大型平流式的沉澱池的長度都是在100m以上，為了能夠適應平流式沉澱池實際的積泥規律，桁車的排泥系統通常採用的都是虹吸式排泥方式，其排泥的過程分為一下接個步驟：首先將水環式真空泵啟動，開始抽真空作業步驟，一直持續到檢測到虹吸形成的信號後，才停止運行水環式真空泵抽真空作業，同時開始運行排泥車。排泥車開始運行後，會不斷通過虹吸管將沉澱池底部的積泥自動抽吸出來。當排泥車完成其工作後，將電磁閥打開來進行虹吸破壞工作，當檢測到虹吸破壞信號後，將電磁閥關閉。

二、工程概況

某地區自來水公司現供水規模為1萬m3/d，其一期工程建於1983年，供水量為0.5萬m3/d，二期工程建設於1989年，供水量為0.5萬m3/d，水處理工藝均採用：混凝、沉澱、過濾(無閥濾池)、消毒(二氧化氯)。沉澱池採用斜管沉澱池，沉澱區排泥採用V形槽穿孔排泥管。該池自運行以來，因排泥開孔口徑小且鋼管開孔處自身鏽蝕結瘤，洪水期雜物多造成孔口堵塞，排泥不暢易淤積。每年都要至少兩次停水清除沉澱區淤泥，影響正常生產，用水居民反映強烈。同時由於沉澱區積存淤泥不能及時排出影響出廠水質。必須對其排泥系統進行改造。

三、排泥系統中存在的問題分析

(一)指型集水槽晃動

在沉澱池運行過程中，發現指型集水槽晃動，特別是4#沉澱池西北角2根指型集水槽晃動更嚴重。反覆觀察，發現當沉澱池清洗後投入運行，水位到達指型集水槽槽底時，水槽平穩，水位緩慢上升，部分水通過集水槽底部小孔進入，指型集水槽大部分浮力被消除，槽內外存在一定的水位差，水槽開始有些輕微的左右晃動。當水位漲過三角堰時，整個集水槽開始出現較大幅度的規律晃動，隨著晃動幅度越來越大，整個集水槽連同槽內水一起形成共振。這種共振的破壞性較大，既影響沉澱池的沉澱效果和出水穩定性，也容易造成集水槽的結構損壞。

(二)排泥時間周期問題

排泥時間周期F=F1-X+F2，周期單位為：min，D為：排泥持續時間，持續時間單位為：s。

因F周期單位「min」設計太小，排泥頻率過高，56個排泥閥按最大60min排一次的時間周期序列排泥，每個排泥閥經過60min時間周期在D時間內排出的水量約為1m3，每年56個排泥閥排出的水量大約為：1×24×56×30×12=483840m3；而進廠水濁度季節性較強，平均濁度較低，春、秋、冬3季進廠水濁度只有6NTU，夏季有暴雨時濁度平均只有20NTU，按照原設計排泥時間周期F從排泥閥中排出的水春、秋、冬3季比較清，只有10NTU左右，夏季有暴雨時從排泥閥中排出的水濁平均只有50NTU，因此，必須進行優化。

(三)自動排泥機運行中存在的問題

在自動排泥機運行的過程中，全程都是變頻設置，由於沉澱池內部的前端和末端的污泥量有很大區別，如果設置的牌泥時間過長就會導致污泥堆積，時間較短可能會導致就會導致水源浪費，因此，這是自動排泥系統的一個缺陷。

(四)其他問題

原本排泥是三班倒人員每班都要進行一次排泥，即每班操作工都要上池輪流手動一個一個打開共8個排泥閥進行排泥，費時(每班約需耗時2~3小時)費力，還存在可能不好的排泥情況：濃泥排完了沒有及時關閉排泥閥，導致排出較多的稀泥，從而影響離心機的生產，因泥太稀會增加離心機生產負荷，從而增加離心車間的用電量。

四、優化排泥系統的措施分析

(一)解決

指型集水槽晃動經觀察，特別是在靠近沉澱池尾部出水總渠處，指型集水槽晃動幅度更大，指型集水槽起端晃動不明顯，出水槽深0.68m，水面跌落高度不一樣，指型集水槽起端與終端水位相差6~9cm，終端水位低。為解決水槽晃動問題，根據水力學浮體的平衡與穩定原理進行分析，在水力學中，指型集水槽處於水中的狀態可以看做是浮體，因此，出水槽在水中的平衡與穩定條件，可從浮體的平衡與穩定條件進行分析。浮體平衡條件：重力與浮力大小相等，且在同一條直線上。浮體穩定條件：定傾半徑大於偏心距。其中定傾半徑為定傾中心到浮心的距離，偏心距為浮心與重心之間的距離。浮體的穩定與否，取決於重心是否在定傾中心以下。在沉澱池運行管理中，通過調節濾池進水閥門的開啟度，抬高濾池進水渠的水位，從而抬高指型集水槽內的水位，減小槽內和槽外的水位差，減小偏心距，有效地解決了指型集水槽晃動。

(二)排泥時間周期的優化措施

將時間周期F的範圍擴大為：「天、小時、分鐘」的單位，春、秋、秋3季選擇「天」的單位設置幾天進行排泥；夏季，一般選擇「天」的單位，根據天氣和進廠水濁度選擇「小時或分鐘」的單位設置排泥時間。

(三)改造後的自動排泥機的排泥方式

排泥機的運行方式為全程排泥和半程排泥兩中，運行的時間為每12h一次，可以根據沉澱池內的水質進行調整。

1、全程排泥方式是原本自動排泥方式，運行過程中當排泥機破壞了虹吸管真空後，繼續運行到沉澱池的中央位置。

2、半程排泥方式只是運行沉澱池的前端或末端，當破壞虹吸管真空後排泥機停止運行，不返回中央位置。

(四)增加滑鞋保護

滑板刮泥機往複運行會導致刮板與滑板間不斷摩擦，由於泥沙的存在會導致摩擦力大大增加，滑板很容易磨損。為降低滑板與橫向刮板間的摩擦力，在刮泥機刮板與滑板的十字形交叉連接處滑板側安裝護片滑鞋，採用聚丙烯耐磨板材料，聚合度大於350萬，將原不鏽鋼板-聚丙烯板接觸變為聚丙烯板之間的接觸，以延長刮泥機的使用時間。

(五)在沉澱池進水端設計小型潛水排污泵

沉澱池進水端即配水花牆後的積泥相當嚴重，花牆後的一小段約1.5m區域內排泥機無法吸到，日積月累淤泥積得又高又實。而且在一年一度的沉澱池人工放空清洗時，要利用高壓水槍持續沖洗很長時間才能衝散淤泥，大大地增加了人力、物力和用水量，洗池工作非常繁重，由於配水花牆最下部孔口離池底只有1m高，如果斜坡底部寬度做到1m的話，斜坡角度只有45°，斜坡上的沉泥很難滑下，仍可能產生積泥。所以建議在此處增設小型潛水排污泵，如圖1所示，開啟排泥機排泥時同時開啟排泥泵排泥。

(六)採用PLC控制

為了解決傳統的排泥控制方式中存在的問題，排泥車的電機可以採用變頻器來進行控制，通過變頻器來對排泥車的行走速度進行控制，使其行走的速度不會過快。在排泥車的輪子上安裝接近開關，輪子走一圈PLC就會計數一個脈衝，排泥車的行走距離是通過計算輪的脈衝數來計算出來的。當達到了某個已經設定好的脈衝數時，PLC就會用事先設定好的對應頻率來對排泥機變頻器的運行頻率進行調整。

五、改造後效益評價

第一，改造後提高了生產供水能力，改善了操作條件，降低了勞動強度。

第二，改造後提高了沉澱水質，保證沉澱水濁度在3NTU以內，降低了水中的異味。

六、結束語

隨著人們生活水平的不斷提升，人們對飲用水的要求也在不斷提高，平流沉澱池作為凈水廠水處理環節的主要組成部分，其排泥系統也是我們必須要關注的問題。本文通過對現有沉澱池排泥系統存在的問題進行分析，並給出了合理的解決方案，以期能夠有效地提高自來水廠供水質量。

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