機械排泥

機械排泥是指用機械吸泥或刮泥排除淨水構築物內沉澱污泥的方法。適用於原水濁度較高，排泥較頻繁的水廠。機械排泥效果好，一般不需要定期放空潔洗，並減小勞動強度。但必須加強維護，保證運行正常。排泥機械形式很多，有用於平流、斜管、斜板沉澱池和澄清池等各類排泥機械。按機械構造可分為桁架式、牽引式、中心懸掛式；按排泥方式，可分為吸泥機和刮泥機等。

基本介紹

• 中文名：機械排泥
• 外文名：Mechanical dredge
• 學科：土木工程
• 領域：建築工程
• 範圍：水資源
• 排泥方式：吸泥機和刮泥機

簡介

機械排泥是指用機械吸泥或刮泥排除淨水構築物內沉澱污泥的方法。適用於原水濁度較高，排泥較頻繁的水廠。機械排泥效果好，一般不需要定期放空潔洗，並減小勞動強度。但必須加強維護，保證運行正常。排泥機械形式很多，有用於平流、斜管、斜板沉澱池和澄清池等各類排泥機械。按機械構造可分為桁架式、牽引式、中心懸掛式；按排泥方式，可分為吸泥機和刮泥機等。

常規平流沉澱池排泥方式

排泥設備的設定可按污泥量、池數、有無富餘池容量、機械的可靠程度、排泥操作狀況及經費等因素來決定。常用排泥機械有吸泥機、刮泥機兩大類。

刮泥機通過刮泥板將沉澱池底部污泥刮至集泥槽，通過排泥管道排出池外。刮泥方式有鏈條式、油壓往復推進式以及單軌式刮泥機三種。吸泥機將沉降在池底上的污泥刮到泵吸泥口，通過泵吸，邊行車邊吸泥，然後將污泥排出池外。吸泥機有虹吸式和泵吸式、泵虹兩吸式。虹吸式採用潛水泵配水射器或真空泵來形成真空，利用沉澱池與排泥槽內的液位差排泥；泵吸式直接採用潛污泵抽取沉澱污泥；泵虹兩吸式由至少兩根並排設定的吸泥管和串接在吸泥管上的泵/虹轉換排污泵組成，能夠根據顆粒沉澱規律進行吸泥，做到在污泥區泵吸吸泥，在沉降區虹吸吸泥，在清水區破壞吸泥，節約了大量水源。

刮泥機與吸泥機的區別主要在於作用機理的不同。吸泥機是吸泥和刮泥一體設備，利用池內液位與泥槽內泥位之間的液位差將池底的污泥“吸”出來。由於污泥沉澱的不均勻在吸泥過程中容易吸出大量的水分，使回流污泥濃度降低。刮泥機利用污泥的沉澱性能，在池底將自然沉澱的污泥拖刮到出泥管道排除，隨沉澱時間的增加，池底污泥濃度增加，可以提高回流污泥濃度。

現有水廠改造實例

福州城門水廠設計水量為10萬噸/日，一組平流沉澱池設計處理能力為5萬噸/日，沉澱池長91m，池寬16m，單邊池寬8m，水深3.6m，原排泥方式為虹吸式吸泥機。水廠於2000 年竣工投入運行，經過近十年的運行，發現虹吸式吸泥機存在以下缺點：排水量約150 噸/日，污泥含水率較高(約99.9%) ，吸泥不乾淨、有死角，同時沉澱池池面鐵軌易生鏽，污染水池也影響美觀。2008年將虹吸式吸泥機改造為單軌式水下刮泥機。

由於現狀平流沉澱池的底部是清水池，所以只能在沉澱池池底的上部重砌一個集泥坑，集泥坑位於沉澱池進水端。由於水下刮泥機刮入集泥坑預沉，污泥含水量降低(改造後排泥水含水量降低至97%)，同時排泥採用泵吸與擴張嘴結合的方式，泵吸為主，擴張嘴為輔。

由於沉澱池長91m，但僅設定一個集泥槽，為縮短刮泥機刮泥時間和回程的工作時間，選擇了兩刮板刮泥機，同時考慮減小刮泥板對水流的擾動，採用前刮板(距排泥槽近) 高，後刮板低(距排泥槽遠)的設計。

水下刮泥機已運行4年多，刮泥機排出的污泥濃度很高、排泥水量也明顯減少。源水濁度在30NTU以下，一天刮一次泥即可；源水濁度在30NTU～70NTU時，一天刮兩次泥即可；每天排泥量約20t，與虹吸排泥方法相比每天少排泥漿100多噸。在刮泥機運行一個月後，排空沉澱池檢查，池底刮泥乾淨平整，沒有虹吸式吸泥機在池兩端和中間存在積淤及漏刮現象。

新水廠排泥方式最佳化設計實例

福州大學城清源水廠平流沉澱池於2010年動工，施工期間與建設單位協商確認後，確定結合福州城門水廠改造的經驗及運行成效，將原設計的虹吸式吸泥機改為單軌式水下刮泥機。

( 1) 集泥槽的設定

由於清源水廠沉清池排泥方式改造是在池體打樁階段提出改造，故集泥槽的設計需結合原設計圖紙進行改造，以免對工程造成影響。原設計該沉清池總長127. 7m，池寬7. 96m，水深3. 2m，沿池長方向均布4 道沉降縫。與結構專業協商後，確定將池體沉降縫兩側的懸挑部分改造為集泥斗，泥斗寬度為2. 05m、深1. 4m、長1. 99m。同時考慮到在池體出水端增設1道寬度為1. 0m、深0. 8m 的集泥槽，集泥槽頂向出水方向是一個由水泥砌成2m 長的斜坡，以防止積泥。排泥方式確定：考慮到沉澱池內積泥的濃度情況，除最末端集泥槽採用穿孔排泥管排泥外，泥斗排泥匯至4根DN200排泥管內排放。

由於考慮到集泥斗的設定，需相應增加絮凝區的長度，從而反應時間加長。絮凝時間由18.81min延長為22.85min。由於該水廠原水濁度較低，反應時間的延長也有利於礬花的形成; 而沉澱區的縮短，基本仍可滿足2.0h的沉澱時間，故集泥斗的設定是合理的。

同時與城門水廠集泥槽相比，集泥斗的設定也增加了沉澱污泥的存儲容積，從而可進一步減少排泥頻率，減少排泥水水量。同時，通過排泥管排泥，無需泵抽排泥，減少相應的設備，從而減小相應的電耗以及運行維護。

( 2) 刮板模式改造

福州城門水廠刮泥板模式清源水廠沉清池刮泥板模式本次工程設計時，考慮到雖然刮泥機運行速度很慢不易造成擾動，但是刮泥機翻板時對已沉澱污泥仍會造成一些攪動，同時本工程已將集泥區沿池長方向均布，所以在刮板設計時考慮僅設定一個雙向刮板。刮泥台車在沉澱池底往復行走，通過車架台上的雙向刮板往復刮泥，台車行走到沉澱池兩端盡頭時，刮板本身不翻轉，停頓幾秒後向另一方向行走繼續刮泥。雙向刮板不僅避免刮板翻轉時對沉澱污泥的擾動，而且可避免刮板翻轉導致的機械損傷，同時在實際運行中也能更好根據沉澱池排泥的規律調節刮板工作模式。

由於平流沉澱池池長較長，鏈條在運行後存在一定長度變形拉長，所以需定期對鏈條進行維護管理。本次工程還考慮在池體末端設定啟閉機，用以調節鏈條的長度，從而減少池體停產維護的同時減少工人勞動強度。

(3) 排泥控制

沉澱池的污泥量與原水濁度及制水量有關，從而也影響到刮泥機的開啟。城門水廠沉澱池主要是根據現狀的運行經驗，確定水下刮泥機的運行。這種排泥方式簡單方便，易於操作，排泥效果也不錯。許多生產性試驗表明：池底沉泥主要集中沉澱池的前半段，沉澱池後段排出的泥水含固率往往較低，自動定時全程排泥就會導致排泥水量的增多，造成水資源的大量浪費。

結合城門水廠的經驗及相關的調查研究，本次設計排泥控制時主要考慮採用時間控制，同時增設超音波泥位計用以調節排泥的模式，可根據積泥的實際情況，調節刮泥機的運行，以達到減少排泥水量的目的。由於該項目現階段剛完成刮泥機的安裝，沉澱池主體尚未試運行，尚需待通水運行後，進一步觀測污泥量與源水濁度及制水量的關係，並調整確定刮泥機在泥位為多少的情況下開始刮泥以及最佳的運行模式。

總結

作為制水企業，對水資源短缺的體會更為深刻，更加了解節水的重要性。作為水處理構築物的主要單體，平流沉澱池排水量約占水廠自用水的40%，因此對其機械排泥系統最佳化，降低排泥水含水量，減輕後續排泥水處理的負荷，從而在制水過程中節約自用水，不僅具有重大的環境效益、社會效益，也具有較大的經濟效益。