上海合茂环保设备有限公司

杨炳武1 、阎东晗 2、 陈咸华3

1、包头黄河水源供水有限公司
2、上海市政工程设计研究总院二分院 、上海200092
3、上海合茂环保设备有限公司、 上海201210

摘 要：本文介绍了高浊度黄河水不经预沉池，而直接采用高效斜管沉淀池进行处理。其关键是如何选择刮泥机和沉淀池积泥外排设备搭配使用，这样既可节约土建费用，又可节约土地占用面积。本工程为黄河流域自来水厂使用高效斜管沉淀池提供了应用实例。
自来水厂沉淀池使用气提排泥装置排放污泥，在国内的数量还不多。现在、能够在包头自来水厂的高效斜管沉淀池上成功使用。充分说明气提排泥装置的性能优越。能够适应浊度高、泥沙含量高的黄河水，在其它水源适用的可靠性就更大了。
包头二水厂的顺利投产，使得黄河流域的自来水厂又多了一种选型方案。

关键词：黄河水特性 往复式刮泥机 气提排泥装置 运行方式

1. 引言
包头市自来水公司二水厂、设计制水量80万m3/d，工程分二期完成，其中土建一次性完工。由于水厂建设用地有限、不设源水预沉池，而是直接将源水输入高效斜管沉淀池。然而黄河水浊度高，泥沙量多，选用何种类型刮泥机、何种排泥方式？是该水厂建设成败的关键。本文重点介绍了刮泥机选型；泵排泥和气提排泥两种排泥方式的配合使用、及运行结果。

2、包头市黄河水源的特性。
众所周知，黄河水浊度高、泥沙含量高、季节性变化幅度大。
一般情况下、自来水厂对水源水的检测是检测浊度多、检测含沙量少。而含沙量的多少、是刮泥机选型和布局的重要数据。

黄河包头段含砂量统计表
单位： kg/ｍ3
年份 *大含砂量 *小含沙量 平均含砂量
1966 19.2 0.101 6.48
1967 15.5 0.157 7.11
1968 16.4 0.147 6.09
1969 18.3 0.194 1.78
1970 20.8 0.054 4.09
1971 11.3 0.152 3.30
1972 13.4 0.240 3.53
1973 39.0 0.171 4.45
1974 12.1 0.166 5.19
1975 14.5 0.182 5.18
1976 14.9 0.097 3.04
1977 15.3 0.075 4.56
1978 16.3 0.077 5.01
1979 10.8 0.055 2.73
1980 13.6 0.15 5.26
1981 11.9 0.15 3.57
1982 13.0 0.20 5.08
1983 16.6 0.16 4.30
1984 15.96 0.14 4.49

3、选用高效斜管沉淀池、液压往复池底刮泥机。
包头二水厂主要用户是包头市神煤集团工业用水、及备用民用水源，总设计制水量80×104m3/d。修建计划是土建一次完成；设备分为二期安装。专家组评议认为、**期建设项目成败的关键在于沉淀池、刮泥机、以及排泥设备的选型。
包头二水厂原有的水库占地面积大，可供新建沉淀池的用地有限。但是水库预沉区淤积速度快，库容减少，清淤费用高。因此、新建水厂在沉淀工艺选用上面临一定的难度。
经多方比选，*终采用了上海市政工程设计总院的高效斜管沉淀池。沉淀池设计为四个车间、每个车间设了两组沉淀池；每组沉淀池分为两格、混合反应池在两格池子的中间、沉淀池为侧向进水；每格池子的尺寸是32m×14m；每格池*大进水量3000m3/h、每个车间*大制水量20×104m3/d。池体布局方式其中1号、2号、3号、4号格内已经安装了刮泥机（共12台）。
所用刮泥机、卧式排污泵采用公开招标的方式，有多家厂商竞标。*后以***选用了北京某刮泥机厂商。该厂商保证其刮泥机可以满足处理黄河水的要求。
但是、在调试**批刮泥机时，就出现了事前大家担心的问题——源水含沙量高、池底的沉淀泥沙对刮泥机的阻力大——刮泥机推不动、个别部件变形、损坏。此后约一年时间、该厂商多次进行整改，均以失败告终。
经检查、分析，刮泥机推不动的原因有：
（1）、液压机组功率偏小；
（2）、液压油缸选型偏小；
（3）、活塞撑杆的断面尺寸偏小，强度不足；
（4）、刮板组一端的导向杆中心线、与中心轴的中心线不重合；
（5）、有的导向杆轻度倾斜；
（6）、液压油散热不好；
通过了解得知，该厂商的刮泥机、还没有在浊度高、泥沙含量高、刮泥阻力大的环境中使用过（排泥泵为博格旋转凸轮泵、可以使用、本文不讨论）。
由于刮泥机无法运行、水厂不能正常生产，包头水厂承受了很大的经济损失和社会压力。*后、包头水厂接受设计方的建议，改用台湾进口的液压往复式池底刮泥机、同时增加台湾进口“气提排泥装置”，配合博格旋转凸轮泵、共同排泥。

4.液压往复式池底刮泥机
4.1 设备简介
台湾产JV2100型液压往复式池底刮泥机、由自控柜、液压机组、液压油缸、推杆系统、三角臂换向架、楔形刮板组、以及冷却器组成。适用于各种矩形沉淀池；可在斜管沉淀池内使用。
刮泥机在池底运行时，不影响沉淀池的沉淀功能、当刮板在污泥层中往返运动时、对该层污泥还有继续浓缩的作用。
该刮泥机结构简单、安装方便、维护工作量少、新旧池体均可使用。
4.2 工作原理
在自控柜PLC的控制下、液压机组内的齿轮油泵连续工作；输出的高压油通过电磁换向阀，轮流向高压油缸上、下腔供油；高压油缸的活塞按照设定周期在竖直方向连续作上、下运动；三角臂换向架将活塞杆在竖直方向的上、下运动、转换为水平方向的前后运动；三角臂换向架同时带动楔形刮板组在池底作前、后往复运动。刮板组的*大行程是750mm。
调整高压油缸的供油量、可以改变活塞在油缸内的移动速度，也就改变了刮板的运动速度。
楔形刮板朝向积泥沟的一面、是一种特殊形状的凹面；刮板缓慢前进时、凹面推动污泥向积泥沟方向运动；刮板后退时、由于后退的速度较快（一般是前进速度的两倍）、在凹面处会出现一个向后移动的负压区；在负压区的作用下、刮板后部的污泥、就会向负压区运动——犹如桥墩的下游侧、有少量水在倒流；其结果是：刮板组后退时、紧靠刮板的污泥在继续向前运动。所以、尽管刮泥机在池底是往复移动、而池底的这一层污泥却在后面的向积泥沟前进。
当排泥设备出现故障、或池底积泥增厚时，刮板组的运动阻力就会增加；此时活塞腔内的油压会自动升高，以满足刮泥的需要；当油压上升到安全阀的设定值时、安全阀动作、泄压；油缸停止工作、刮板组也停止工作，设备得以保护。

4.3刮泥机布置方式。
本项目中、每格池内安装三台同型号刮泥机，刮泥机布置
5．气提排泥系统。
5.1 成熟的排泥技术
据台湾厂商介绍、气提排泥系统在台湾的自来水、污水行业已经使用多年，是一项非常成熟的技术。
2009年、因北京桑德集团选用而首次进入内地，在浙江某自来水厂使用；用户反映能耗低、排污效果好、管理方便。
经过现场调研、水司和设计部门认为，气提排泥系统结构简单、性能可靠、完全可以用来处理泥沙量高的黄河水。

5.2 工作原理

空压机不间断的向供气管供气，空气经排泥供气管进入气提排泥管内；除极少量空气溶于水外、绝大部分空气是以小气泡的形式上浮。在气泡上浮过程中、由于含有大量气泡、而成为气－水混合物。该气－水混合物的比重小于水的比重（含气量越多、比重就越小），气提排泥管中的气－水混合物就会上升；同时气提排泥管下口周围的水在大气压的作用下、会不断地向管内补充。这样、池底的高浓度污泥就被连续提升到排泥渠。
气提排泥装置不工作时、气提排泥管内的液面与管外的液面等高。也就是说：气提排泥装置的“排水扬程”与该池内水的深度无关。
依据上述原理、将排泥渠安装在液面（部分浸入水面下）、将气提排泥管下口布置在积泥斗内。则任何沉淀池积泥沟里的高浓度污泥都可以被提升到排泥渠里。
5.3 单格沉淀池的气提排泥系统

包头二水厂的沉淀池，每格池体需要设置三条排泥渠。布置气提水管和排泥管。
沉淀池正常工作时、八根气提水管从积泥沟抽吸泥沙、送往排泥渠；排泥渠满水后、液位计指令占用的博格泵开启,进行排泥或回流。与此同时、积泥沟内另外四根博格泵的吸水管也可以随时抽吸泥沙、进行排泥或回流。
5.4气提排泥装置的特点
1、该装置的吸泥管管口接近泥坑底部（管口距坑底约150mm），被污泥淹没、因此排泥浓度高、耗水量低，有利于节约水资源；
2、该装置排出来的污泥看得见，调整运行时间及取样非常方便、可以看着排泥浓度的变化来调整排泥周期，有利于节水、节电；
3、该装置属于多管独立排泥，可实施单管控制——在自控柜的触摸屏上修改数据十分方便；因此、泥斗内无积泥死区；排泥管垂直安装、管内不会产生淤积、堵塞；每根排泥管的工况看得见；这是与原设计排泥泵排泥有所不同；
4、该装置在水面下没有电器、旋转、高压、磨损部件，免维护；
5、开、停该装置时，仅需开关一个控制压缩空气的小电磁阀（15mm）即可；与频繁开停水泵相比，省人力、省能耗、省设备、省时间；
6、该装置在泥斗底部装有压缩空气搅拌器，可以有效解决沉淀池长期停运、斗底积泥的问题；
6. 博格泵、气提排泥装置共同排泥

6.1 原设计博格泵排泥系统。
原设排泥系统是每格沉淀池配备三台博格泵；每台泵设两根吸水管；每个车间有12台博格泵。
6.2 混合排泥系统
使用气提排泥装置时，既要保持原设计排泥、回流工艺不变、还要尽量利用既
有设备。我们在每格沉淀池占用了一台泵、停用了一根吸水管。形成了新的混合排泥
系统，详见图五
混合排泥系统中、有两台泵、四根吸水管从积泥沟直接抽吸污泥，既可回流、
也可直接排污；而气提排泥系统排放出来的污泥、经由占用的博格泵进入排泥总管，
依然是既可以回流、也可以直接排污。
运行中，既有的泵排泥和气提排泥、单独既可运行、也可同时运行。
本排泥方案较好的利用了既有设备、又节约投资，对改造旧设备有实际意义。
7、刮、排泥设备的运行方式——四部分各自独立工作
改造后的刮排泥设备是四个系统、按照自己的方式各自独立运行。
（1）、刮泥机按设定的速度，连续运行；只要沉淀池在进水、就连续刮泥；即便沉淀池停止进水、刮泥机也要继续刮一段时间以后才能停机。
（2）、气提排泥装置按设定的周期工作，比如：每小时排一次、每次排15分钟。如果沉淀池的进水量、进水浊度发生变化，需要在触摸屏上修改排泥周期、排泥时长。
（3）、被占用四台博格泵、从原来的自控系统中退出；改由安装在气提排泥渠内液位计控制，自动运行。
（4）、为气提排泥系统供气的空压机、由自带的压力开关控制；当储风缸压力升到0.8MPa时、空压机自动停机；当压力降到0.2MPa时空压机自动开机。

8、运行情况。
2号车间两组沉淀池改用JV2100型液压往复式池底刮泥机、和气提排泥装置后，全部设备一次试车成功。经过一个月的连续制水，刮、排泥设备运行正常。有关数据见下表：

bar 刮、排泥设备状态5~10 55
8月28日15点、源水浊度达到3452NTU、一度暂停进水。
其余时间、沉淀池正常运行；刮泥机、气提排泥设备工作正常。
序 时 间
（2011） 浊度NTU *高油压

进水 出水
1. 8月19 285
2. 8月20 300 55
3. 8月21 1984 65
4. 8月22 2372 78
5. 8月23 2424 79
6. 8月24 1815 79
7. 8月25 1845 75
8. 8月26 1828 62
9. 8月27 2265 69
10. 8月28 3100 79
11. 8月29 2660 69
12. 8月30 2200 67
13. 8月31 1660 65
14. 9月1 1412 65
15. 9月2 1632 65
16. 9月3 1660 55
17. 9月4 1900 60
18. 9月5 1275 66
19. 9月6 1030 66

从上表得知：8月20日浊度300NTU、8月21日浊度1984NTU；一天之内浊度升高6.6倍，这样的变化在一般水厂很少遇见。
9、后续改进工作
使用中发现、JV2100型刮泥机配置的耐磨塑料滑鞋磨损严重。大家分析与黄河水中泥沙颗粒的粒径、硬度、数量有关。
台湾厂商非常重视这个问题，经他们努力、很快就试制了一批材质更加耐磨的滑轮送到现场；现已安装试用。
现在刮板组与池底的接触方式由原来的滑动摩擦、改变为滚动摩擦，使用效果正在观察中。
10、结论
1、通过两种刮泥机调试情况对比，在处理浊度高、泥沙含量高的黄河水时，必须重视源水的泥沙含量。当沉淀池底的沉淀污泥中、泥沙含量较多时，沉淀污泥对刮板的阻力增幅很快；刮泥机的功率、配件的机械强度也要大幅提高。
2、气提排泥装置在自来水厂的成功运用，解决了各种排污泵磨损快、检修难的问题；其水下设备免维护、排泥耗水率低的优势，有利于节约资金、节约水资源。
3、设备的部件出现问题，厂商积极改进，用户满意这样的厂商。
参考文献
（1）、《水处理工程》**版，顾夏声等，清华大学出版社、1985
（2）、《环境工程手册》 张自杰等，高等教育出版社，1996
（3）、《黄河泥沙架桥絮凝聚集体的分形》 李冬梅等 《泥沙研究》2005年**期