劉世勇

（北京城市排水集團有限責任公司，北京 100020）

0 引言

隨著社會的高質(zhì)量發(fā)展，各行各業(yè)也在高速發(fā)展。隨之而來的則是伴隨社會快速發(fā)展帶來的污水排放總量的的增加，再生水廠是現(xiàn)代城市發(fā)展和水資源保護不可或缺的組成部分。再生水廠是城市的第二水源，城市污水再生利用是提高水資源利用率，減輕水體污染的有效途徑之一[1]。再生水合理回用既能減少水環(huán)境污染，又可以緩解水資源緊缺的矛盾，是貫徹可持續(xù)發(fā)展的重要措施。污水的再生利用和資源化具有可觀的社會效益，環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，已成為世界各國解決水問題的必選。其中再生水廠格柵及抓斗清污系統(tǒng)是再生水廠處理污水的第一道關鍵設備。其運行狀態(tài)是否良好直接影響著后續(xù)處理工藝[2]。針對某再生水廠粗格柵運行背景及存在的主要問題，分析原因，提出科學合理的改造方案。從而達到節(jié)能降耗、安全運行的目的。

1 問題分析

某再生水廠共有4 條進水渠道，與之相配套的是4 組304不銹鋼材料、寬度2.5 m、凈間距30 mm、安裝角度75°、高度8 m的通體柵條和一套匹配抓斗格柵清污機。其中抓斗式格柵除污機為成套裝置，包含配套懸架及導軌、移動小車、液壓抓斗、潤滑系統(tǒng)、就地控制箱以及由控制箱至設備的所有電力電纜和控制電纜等[3]。開始運行時，移動小車會通過感應開關準確停在第一個抓污位置，向下運行。清污機抓爪在下降的過程中，將垃圾向下推到柵條底部，到達柵條底部后，抓爪通過液壓缸驅(qū)動抓污并完全合攏，然后向上運行。當抓爪到達頂部并進入安裝在移動車上的防側(cè)移限位板內(nèi)后停止，小車沿軌道移動至卸渣處，抓爪通過液壓缸的驅(qū)動打開把污物倒至卸渣點。然后小車和抓爪移動至第二個抓污位置，完成清污工作。當所有抓污點都被清污處理過以后，小車返回并停靠在垃圾卸渣處（圖1）。

圖1 清污機工作運行原理

1.1 改造背景

某再生水廠格柵柵條原有設計高4 m，柵條上部為鋼制擋水板。由于水廠屬于末端水廠，在非汛期時柵前液位3～7 m，最低液位有時能夠降到1 m 左右，液位變化受早晚高溫居民用水、管網(wǎng)來水及河道液位高低等因素影響。24 h 內(nèi)最高液位與最低液位差值經(jīng)常保持在3～5 m，且來水量也非常不穩(wěn)定，在4500～14 500 m3/h 變化。廠外溢流液位8 m，在汛期水量激增的情況下，柵前液位最高能達到10 m 左右，平均液位5～8 m，已經(jīng)超過柵條最高過水液位（圖2）。導致?lián)跛逄幵锒逊e、抓斗卡滯，無法切入柵條抓渣。經(jīng)常造成抓斗鋼絲繩纏繞損壞、抓爪切入不順暢導致柵條變形，頻繁停車檢修。除此之外，液位、水量的頻繁波動也對系統(tǒng)調(diào)控、設備運行帶來了極大的挑戰(zhàn)。首先水量的波動勢必造成進水提升泵的頻繁啟停及后續(xù)設備的開啟數(shù)量匹配問題，增加了水廠設備維保維修工作。同時水量變化必然導致抽升量變化，進入系統(tǒng)的水量的不確定性勢必會對生物池生物處理和二沉池翻泥、砂濾池過濾性能造成影響[4]。

圖2 某再生水廠柵前液位變化趨勢

1.2 存在問題

根據(jù)水廠實際運行情況，抓爪清污機與柵條之間主要存在以下問題：

（1）原有4 m 柵條有效截污面積過小，柵前來水液位變化大。柵前液位經(jīng)常超過4 m，并且來水量激增必然導致水流流速提高，導致大量垃圾在柵前堆積，同時部分垃圾由于水流作用沖過柵體進入到下一個工藝工序，對后續(xù)設備造成極大壓力。

（2）抓爪清污機下滑軌道安裝位置不合理，相距柵條位置較遠、夾角較大，同時抓爪在相應渠道停車位置停留時間較短，導致抓爪延軌道下滑過程中與柵條有效接觸行程短，柵條間隙中的垃圾不能及時被清理。同時由于停留時間短，抓爪下行過程中左右晃動，容易與渠道發(fā)生碰撞導致抓渣效果差，由于柵前渣物不能清理，會對液壓油管和鋼絲繩造成干擾，導致液壓油管斷裂，鋼絲繩斷股、纏繞。

2 改造方案

（1）拆除原有下行軌道，保障抓爪有效切入柵條。8 m 柵條更換完成后，原有下行軌道與之不匹配，抓爪下行過程中不能有效與柵條有效切合，導致抓爪抓渣不徹底。將軌道拆除后，抓爪能夠有效與通體柵條切合，抓渣效果更好。

（2）淘汰老舊過時硬件，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。將過時淘汰的ConpactLogix L32C 型控制系統(tǒng)升級為AB 品牌的1769L24 控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（3）升級電控系統(tǒng)，提高設備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。由于粗格柵間腐蝕性氣體濃度高于其他正常設備運轉(zhuǎn)環(huán)境，故對電氣設備，尤其是觸點、接線頭等位置腐蝕會高于正常情況，原有電氣元件已經(jīng)有不同程度的損壞，為保證設備連續(xù)穩(wěn)定運行，對原有控制柜進行升級改造。

（4）增加多重安全措施，保證設備安全運轉(zhuǎn)。通過增加超低限位、超高限位，防止設備限位開關失靈情況造成設備本體損壞，增加雙保險限位能夠有效避免設備運行風險。

（5）增加鋼絲繩松動檢測裝置，有效避免抓爪卡滯造成的鋼絲繩及液壓油管損壞。通過增加鋼絲繩松動檢測裝置并與小車控制系統(tǒng)聯(lián)動，不僅能夠在大水量多污渣情況下有效清除格柵污渣，還能大大降低由于抓爪卡滯損壞鋼絲繩、油管破裂的情況，減少鋼絲繩損壞及油管更壞，節(jié)省備件和人工成本。

3 技術成果

（1）抓爪清污效果提升明顯，尤其是在汛期大水量時效果尤為明顯，柵條前后幾乎沒有液位差。清污能力提升后，柵條上沒有垃圾堵塞，過水率極大提高，保證了抽升及設備安全。

（2）設備故障率明顯降低，由于多重防護措施的增加，設備鋼絲繩纏繞、油管漏油等情況幾乎沒有再次出現(xiàn)，維修人員的人力投入和設備維修配件更換頻次均大幅減少。同時由于電控系統(tǒng)的改進，設備故障信息能夠?qū)崟r顯示，減少故障排查時間，提高維修效率，方便日常巡視保養(yǎng)。

（3）自主編程。由水廠工藝牽頭，自控、設備多方參與，以水廠實際水量、液位變化特點及近幾年運行經(jīng)驗和水量、液位變化數(shù)據(jù)為依據(jù)，對抓爪控制系統(tǒng)進行編譯，使得設備控制系統(tǒng)與水廠工藝運行及設備維保等要求匹配度極高，降低了工藝調(diào)控難度和設備維護維保強度，最大限度保證了水量抽升和設備完好。

（4）由于改造后格柵過水能力增強，首先降低了格柵系統(tǒng)本身由于前后液位差過大造成的柵條變形損壞風險。同時過水能力的增強對進水提升泵等關鍵設備起到了保護作用。以前由于過水能力差，柵前液位高，泵前池液位低，頻繁調(diào)節(jié)變頻泵頻率及工頻泵啟停，泵液位保護停機的問題將得到根本解決。同時水廠屬于管網(wǎng)末端水廠，輸水管線為重力流管線，具有距離長、支線多、落差大、沿線地表、地下綜合環(huán)境復雜等特點。如果格柵過水能力差，導致柵前長時間高液位，尤其是在汛期雨水量極多的情況下，其管口末端長時間處于滿管狀態(tài)，容易導致污水管線滿管，長期承壓。隨著運行年限的增加，管網(wǎng)腐蝕情況的加重，長時間承壓可能導致污水管線破損泄漏。一旦污水管線破損泄漏，會對環(huán)境及周邊民眾造成極大影響。由于管線周圍環(huán)境復雜，修復工作難度極大。格柵過水能力的增強能夠有效避免這種情況的發(fā)生。

4 經(jīng)濟效益分析

改造過程中的電氣、機械施工包括重新走線，U 形導軌拆除，限位器安裝等多項施工均為自主施工。綜合節(jié)省外施費用10 萬元左右。除此之外，多重安全保護措施及故障診斷系統(tǒng)的應用大幅減少了設備故障及鋼絲繩、液壓油管等其他配件的損壞更換頻次，維修所耗費的人工成本也因此降低，每年綜合節(jié)約5 萬元左右。

更換柵條及抓爪系統(tǒng)改造項目總投資200 萬元，項目改造后格柵過水效果良好，達到改造預期，進水提升泵抽升調(diào)控情況得以根本改善。使進水泵能夠在良好工況下進行運轉(zhuǎn)。水廠進水泵為飛力品牌進口設備，單臺設備造價為59 萬元，現(xiàn)場共有8臺，降低了設備的損壞風險及大修的頻次，同時也為管網(wǎng)降低了由于長期滿管承壓導致的管道破損開裂的風險。

進水泵功率為340 kW，在改造前經(jīng)常是2 臺工頻加1 臺變頻運行，改造后1 臺工頻加1 臺變頻基本可以滿足正常抽升。每天電量節(jié)約約8000 kW·h，按照0.7 元/kW·h 計算電費，每天可以節(jié)約電費5600 元，每年節(jié)省約200 多萬元。單臺飛力設備大修1 次費用約30 萬元。設備運行狀態(tài)改善后，由原來年計劃檢修3 臺變成2 臺，每年大修節(jié)省30 萬元。

5 結(jié)語

通過本次柵條及配套格柵抓爪改造，從根本上解決了水廠在來水量大的情況下格柵過流量低、設備故障頻繁的問題，為水廠汛期抽升、防汛保障、綠色防汛及設備安全運行提供了保障。在改造過程中部分施工由協(xié)作單位完成，班組人員參與較少，在后續(xù)的設備管理、安全運行方面水廠班組人員會持續(xù)跟進，探索、改進，為水廠的節(jié)能降耗做出貢獻。