矩形二沉池非金属链板刮泥机系统的故障分析

肖 杰

(广州市净水有限公司沥滘污水处理厂，广东广州 510290)

广州市沥滘污水处理厂二期工程设计规模30万m3/d，污水处理采用改良AAO生化池+周进周出矩形二沉池工艺，共布设20格矩形沉淀池(56 m×11 m×4.6 m)，每格安装1套纵向非金属链板式刮泥机。本设备与国内现有同类型的刮泥机相比较，优点是整机所有零部件都是由非金属材料制成，质量小、防腐性能好。但是，非金属链板式刮泥机不耐污泥冲击，对泥水的要求较高，以及维护时间比较长等都大大限制了非金属链板刮泥机的推广与应用。本文对非金属链板式刮泥机适用性进行了讨论。

1 刮泥机的介绍

1.1 刮泥机的结构

广州市沥滘污水处理厂二期矩形二沉池的刮泥机，其结构是由刮泥板、链条、链轮和电动机等组成，两端分别安装于沉淀池两侧的传动链条上，由动力链轮带动链条，使刮泥板不断地将池底的污泥输送到排泥槽内，同时将池面上的浮渣刮除到撇渣管内排走[1](图1)。

图1 刮泥机结构Fig.1 Structure of Mud Scraper

1.2 矩形二沉池平面结构

广州市沥滘污水处理厂二期矩形二沉池是由5号二沉池和6号二沉池组成，每池分十条生产线，每条生产线安装一台非金属链板式刮泥机。3号生化池在5号二沉池的3号和8号生产线位置进泥水。4号生化池在6号二沉池的3号和8号生产线位置进水。泥水从3号和8号生产线位置进入后通过廊道进行配水(图2)。

图2 二沉池平面图Fig.2 Plan of Secondary Sedimentation Tank

1.3 刮泥机故障的原理

在实际生产中，二沉池非金属链板刮泥机常见的故障有剪力销的断裂、非金属链条的断裂和非金属链条的脱链等，这些故障都是刮泥机运行阻力过大导致的，而运行阻力的主要来源就是污泥负荷，因此二沉池污泥负荷的大小决定了刮泥机的故障频率。

1.4 刮泥机的故障统计

污水厂的20台二沉池刮泥机在4年中的停机次数和停机时间，如表1所示。

由表1可知，(1)虽然刮泥机的停机次数不多，但停机时却很长。平均停一次机的维修时间是15 d。维修时间长会对污水厂的运营产生较大影响。(2)刮泥机故障次数不均匀。刮泥机污泥负荷与刮泥机的故障频率是正相关的。5号二沉池的5号刮泥机和6号二沉池的6号刮泥机的故障次数明显多于其他刮泥机。说明矩形二沉池的污泥负荷不均匀，中间刮泥机的污泥负荷大于两边的刮泥机。(3)矩形二沉池的进泥水位置是3号和8号二沉池，但3号和8号刮泥机的故障次数并非最多，说明矩形二沉池的污泥负荷呈非线性分布。

表1 2011年～2014年刮泥机的停机时间和故障频率Tab.1 Downtime and Fault Frequency of the Mud Scraper during 2011～2014

2 刮泥机故障原因分析

2.1 进水污泥量引起的故障

2.1.1 水量过大引起的故障

在污泥浓度一定的情况下，进水量越大，二沉池刮泥机的污泥负荷越大。进水量过大会导致刮泥机发生故障。影响二沉池进水量的外部因素有很多，如下雨时节，进入二沉池的泥水自然增大；又如居民用水的高峰时期，进入二沉池的泥水也会增大。

影响二沉池进水量的还有内部因素，其中主要是人为因素，例如强行增大污水处理量，也会增加进入二沉池的泥水。广州市沥滘污水厂二期设计处理量为30万m3/d，为了完成污水处理任务，有时会人为加大处理量到40万m3/d，这时刮泥机就容易负荷过大。再者，非金属材料易发生“老化”现象，使用两年后的链节，其抗拉强度衰减10%左右。所以，随着时间推移，刮泥机的污泥负荷能力也会逐渐减小。

2.1.2 污泥浓度过大引起的故障

在进水量一定时，泥水浓度越大，二沉池刮泥机的污泥负荷越大；浓度过大时，就会导致刮泥机发生故障。产生这些现象主要有以下几个原因。

第一，人为提高污泥浓度。有时根据生产需要，会人为提高污泥浓度。当二沉池悬浮物浓度SS>16 g/L时，刮泥机的故障频率会明显变大，主要表现在刮泥机断销的频率变大。

第二，实际生产中，会根据需要投加大量的硫酸铝，以增强除磷效果。硫酸铝本身具有混凝的作用，大量硫酸铝的投加，容易使污泥形成体积比较大的污泥团[2]。同时，硫酸铝本身带有一定的黏性，这使形成的污泥团也带有一定黏性。因此，具有黏性的大体积污泥团会增加刮泥机的污泥负荷。

第三，广州市沥滘污水处理厂进水含有大量丝状物[3]。丝状物经过硫酸铝和污泥的相互作用后，会形成体积大的固体物质，这也会增加刮泥机的污泥负荷。

2.1.3 二沉池局部负荷过重引起的故障

广州市沥滘污水处理厂二期矩形二沉池没有配备配水井，这很容易导致污泥负荷分配不均匀。由表1可知，没有配水井的矩形二沉池存在污泥负荷分配不均匀的情况，而污泥负荷与刮泥机的故障频率呈正比。

矩形二沉池的进泥水位置是3号和8号二沉池，3号和8号刮泥机的故障次数并非最多，说明水流带走了大部分的污泥负荷。随着水流从3号和8号向两边扩散，水流速逐渐减慢，污泥浓度逐渐增大，污泥负荷也随之增大。由表1可知，2号、4号刮泥机的故障频率要高于3号刮泥机。7号、9号刮泥机的故障频率要高于8号刮泥机。

从3号和8号二沉池流进的泥水汇集于5号、6号二沉池，即5号、6号二沉池之间的泥水流速最慢，因此污泥负荷最大。表1也显示5号、6号刮泥机的故障频率为最高。

从3号和8号二沉池流进的泥水是通过一条矩形廊道分别进入各二沉池的。污泥会沉降在廊道之间，使廊道底部呈现起伏的山脉结构。这种结构也会影响污泥负荷的分布。

基于生产需要，会让某些二沉池临时停产。二沉池停产，总进水量没有变化，会导致二沉池的平均污泥负荷加大；此外，二沉池停产还会改变泥水的流速，改变污泥负荷的分配，其他二沉池刮泥机就容易发生故障。

2.2 刮泥板倾斜故障

2.2.1 二沉池底的污泥分布

二沉池底的污泥分布不均匀是导致刮泥机故障多发的原因之一。在实际生产中，刮泥板倾斜故障发生的频率非常高。据不完全统计，平均每2个月就会发生一次刮泥板倾斜故障，并且随着时间增加，故障频率不断增大，其原因是多方面的。

非金属链板刮泥机的刮泥板都是在二沉池池底运转的。由于泥水分离的作用，池底会分布大量的污泥，池底刮泥板会同时受到来自池底污泥的阻力。虽然有多块刮泥板可以分散每块刮泥板受到的污泥负荷，但总污泥负荷并没有分散。

将相邻的非金属链板之间的空间看做一个会移动的小格，由于二沉池底的污泥分布不均匀，有些小格中的污泥会较多，其余较少，从而导致链板之间的受力不均匀。

二沉池底的污泥分布不均匀主要表现在靠近进水的污泥分布较多，较远地区的污泥分布则较少。同时，靠近排泥管出口处的污泥分布较少，较远地区分布较多。池底污泥分布不均匀会导致刮泥板受力不均匀，污泥分布多则污泥负荷较大；污泥分布少，则污泥负荷较小。刮泥机刮泥板受力不均匀，刮泥板就会偏向污泥负荷小的方向，这时刮泥板会倾斜。刮泥板倾斜致使非金属链条脱链。

2.2.2 链条变形

引发刮泥板倾斜故障另外一个因素是链条变形。随着时间推移，非金属链条会发生老化的现象，链条的抗拉力会减弱。在强大的拉力下，链条会发生形变(如变长)。链条的形变使得刮泥板发生倾斜，从而引发非金属链条脱链。

2.3 二沉池排泥系统

广州市沥滘污水处理厂二期二沉池的排泥系统采用的是水压排泥的方式，污泥从池底的排泥管排出。排泥管排泥容易发生堵塞，其堵塞通常有两种情况。

2.3.1 大体积固体物质堵塞。

污泥含有较大体积的固体物质时，如石头、木屑、饮料瓶等，会堵塞排泥孔。广州市沥滘污水处理厂二期是AAO工艺，实际运行中会投加大量的硫酸铝，一方面可以加强除磷的效果，另一方面具有混凝作用。硫酸铝的大量投加会促使污泥形成较大的污泥团，从而堵塞排泥孔。其次，进水中含有的大量丝状物[3]经和硫酸铝与污泥的相互作用后，形成的较大固体物质也会堵塞排泥管。

2.3.2 固体物质的沉积性堵塞。

当排泥管的泥水流速不足以带动固体物质时，固体物质则会沉积在排泥管中，从而堵塞排泥管。

二期二沉池采用的是靠水压进行排泥的方式，出泥口泥水的流速取决于二沉池液位与出泥口的高度差。对于较松散的污泥，二沉池的高度差是足够的。但如要保持相同的出水流速，泥水的黏度越大，需要的高度差则越大；泥水的密度越大，需要的高度差越大；泥块的体积越大，需要的高度差越大。简言之，在相同的高度差下，泥水的黏度、密度、污泥块体积决定了出水流速。

广州市沥滘污水处理厂在实际生产中投入了大量的硫酸铝，大量硫酸铝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动速度越慢。同时，也使污泥更容易形成体积较大的污泥块。

一方面水流速度变慢，另一方面污泥重量变大，这就使污泥淤积在排泥管中，久而久之排泥管容易堵塞。排泥管堵塞若未及时排泥，二沉池池底污泥的堆积增大了刮泥机的污泥负荷，则会让刮泥机出现故障。

3 二沉池非金属链板刮泥机系统的评价

3.1 非金属链板式刮泥机的评价

非金属链板式刮泥机与国内现有同类型的刮泥机相比，其优点是整机所有零部件都由非金属材料制造，质量小、防腐性能好[4]。但也有如下几个明显的缺点。

(1)维护时间比较长。由表1可知，虽然刮泥机的停机次数不多，但停机时间却很长，平均停一次机的维修时间为15 d。

(2)对泥水的要求较高。泥水中不能含有太多体积较大的固体物质，如丝状物(注：丝状物一般可达60 kg)，体积较大的泥团、石头、木块等。否则会负荷过大，引起剪力销断裂、非金属链条断裂等故障。

(3)不耐污泥冲击。非金属链板式刮泥机对污泥负荷是非常敏感的，不能承受过大的污泥负荷冲击。

(4)对二沉池要求较高。第一，二沉池池底的污泥要均匀分布，否则刮泥板会因受力不均发生倾斜；第二，二沉池必须要及时排泥，否则刮泥机会负荷过大从而停机。

3.2 矩形平流式周进周出二沉池的评价

平流式周进周出矩形二沉池尚有如下不足之处。

(1)在没有配水井的情况下，进出水配水不易均匀[5]。

(2)二沉池池底污泥分布不易均匀。

(3)广州市沥滘污水处理厂二期二沉池采用的是水压排泥方式。二沉池采用排泥管排泥是很容易堵塞的，但采用水压排泥方式又因水压不够，泥水流速不够，产生排泥管污泥沉积堵塞现象。

3.3 矩形周进周出二沉池非金属链板刮泥机系统的评价

非金属链板式刮泥机抗拉强度的破断力较低，在运行过程中容易拉断，所以它对污泥负荷特别敏感。

由表1可知，刮泥机故障次数非常不均匀。刮泥机污泥负荷与刮泥机的故障频率是正相关的。污泥负荷大的生产线故障次数多，表明二沉池的污泥负荷是不均匀的。污水处理任务繁重的污水处理厂特别容易出现污泥负荷短时间内过大的情况(污泥负荷冲击)，因此非金属链板式刮泥机不适用于污水处理任务繁重的污水处理厂。

安装有水压排泥管的矩形二沉池，排泥管主要适用于较为松散的泥。实际生产中，尤其是大型污水处理厂，难以保证泥的松散度又或是异物进入污水厂，如工艺控制不好、添加过多的硫酸铝、丝状物的进入等，因此排泥管堵塞是经常发生的。广州市沥滘污水处理厂每个月都会冲洗一次排泥管，防止排泥管堵塞。

非金属链板式刮泥机对污泥负荷非常敏感，不适用于污水处理任务繁重的污水处理厂；利用排泥管和水压排泥的矩形二沉池因其容易堵塞排泥管，不适用于大型污水处理厂。

综上所述，周进周出矩形二沉池+非金属链板式刮泥机的二沉池系统只适用于污水处理任务不繁重的中小型污水处理厂。

4 建议和措施

有关广州市沥滘污水处理厂的实践经验，仅供参考。虽然方法行之有效，但仍需消耗大量的人力成本。

(1)排泥管

排泥管要定期冲洗，如每月一次，确保排泥管不被堵塞；加强巡查，一旦发现排泥管堵塞，立即进行冲洗。

(2)池底污泥分布

第一，如果池底污泥无法及时排出，可以利用放空阀短时加强排泥，以免污泥积聚。

第二，对于池底污泥分布不均匀的情况，可以适当调整进水槽的孔洞，如适当堵塞一些孔洞来平均污泥分布。

(3)进水量

对于非金属链板式刮泥机要严格控制进水量和浓度，尽量不超出设计值的范围。一般而言，污泥负荷取刮泥机设计值的80%～90%运行效果较好。

(4)刮泥板

可以安装相应的平衡系统来监视刮泥板的平衡状态，一旦出现倾斜，要及时调整或更换链条。

(5)排泥方式

实践证明，使用单一的水压排泥方式并不能进行有效的排泥。可以设计混合排泥方式，在污泥最容易聚集的地方采用排泥泵排泥，其他地方则用水压排泥，这样排泥效果较好。

5 结语

非金属链板式刮泥机与国内现有同类型的刮泥机相比较，优点是整机所有零部件都是由非金属材料制造，质量小、防腐性能好。但是其抗拉强度的破断力较低，在运行过程中容易拉断。另外，非金属材料还有“老化”现象发生，使用两年后的链节，其抗拉强度衰减10%左右。这些成为了二沉池系统最薄弱的环节。

由于非金属链板式刮泥机的抗拉强度较低，所以它对污泥负荷特别敏感。引起污泥负荷增大的因素有进泥水量、污泥浓度、泥水分配、池底污泥分布和排泥系统的效率。

非金属链板式刮泥机：(1)维护时间比较长；(2)对泥水的要求较高；(3)不耐污泥冲击；(4)对二沉池要求较高。而矩形二沉池:(1)进出水配水不易均匀；(2)二沉池池底污泥分布不易均匀；(3)排泥系统的效率不高，容易发生堵塞。综合以上因素，我们得出周进周出矩形二沉池+非金属链板式刮泥机的二沉池系统只适用于污水处理任务不繁重的中小型污水处理厂。

从沥滘污水处理厂的工程实例来看，对于进水含有较多杂质的污水厂以及污水处理任务比较繁重的污水厂，需要谨慎选用周进周出矩形二沉池+非金属链板式刮泥机的二沉池系统。

[1]包卫彬,黄居森,罗洪波,等.非金属链板刮泥机结构原理与技术探讨[J].给水排水,2010,47(5):101-102.

[2]肖杰.二沉池排泥性能的影响因素研究[J].中国资源综合利用,2017,36(2):80-82.

[3]肖杰.丝状物对污水厂运营的影响探讨[J].中国高新技术企业,2016,23(5):84-85.

[4]黄居森,包卫彬,罗洪波,等.非金属链板刮泥机断链故障与改进措施[J].给水排水,2012,49(2):96-97.

[5]王社平,高俊发.污水处理厂工艺设计手册[M].北京:化学工业出版社,2011:101-108.