再生水厂粗格栅改造探究

刘世勇

（北京城市排水集团有限责任公司，北京 100020）

0 引言

随着社会的高质量发展，各行各业也在高速发展。随之而来的则是伴随社会快速发展带来的污水排放总量的的增加，再生水厂是现代城市发展和水资源保护不可或缺的组成部分。再生水厂是城市的第二水源，城市污水再生利用是提高水资源利用率，减轻水体污染的有效途径之一[1]。再生水合理回用既能减少水环境污染，又可以缓解水资源紧缺的矛盾，是贯彻可持续发展的重要措施。污水的再生利用和资源化具有可观的社会效益，环境效益和经济效益，已成为世界各国解决水问题的必选。其中再生水厂格栅及抓斗清污系统是再生水厂处理污水的第一道关键设备。其运行状态是否良好直接影响着后续处理工艺[2]。针对某再生水厂粗格栅运行背景及存在的主要问题，分析原因，提出科学合理的改造方案。从而达到节能降耗、安全运行的目的。

1 问题分析

某再生水厂共有4 条进水渠道，与之相配套的是4 组304不锈钢材料、宽度2.5 m、净间距30 mm、安装角度75°、高度8 m的通体栅条和一套匹配抓斗格栅清污机。其中抓斗式格栅除污机为成套装置，包含配套悬架及导轨、移动小车、液压抓斗、润滑系统、就地控制箱以及由控制箱至设备的所有电力电缆和控制电缆等[3]。开始运行时，移动小车会通过感应开关准确停在第一个抓污位置，向下运行。清污机抓爪在下降的过程中，将垃圾向下推到栅条底部，到达栅条底部后，抓爪通过液压缸驱动抓污并完全合拢，然后向上运行。当抓爪到达顶部并进入安装在移动车上的防侧移限位板内后停止，小车沿轨道移动至卸渣处，抓爪通过液压缸的驱动打开把污物倒至卸渣点。然后小车和抓爪移动至第二个抓污位置，完成清污工作。当所有抓污点都被清污处理过以后，小车返回并停靠在垃圾卸渣处（图1）。

图1 清污机工作运行原理

1.1 改造背景

某再生水厂格栅栅条原有设计高4 m，栅条上部为钢制挡水板。由于水厂属于末端水厂，在非汛期时栅前液位3～7 m，最低液位有时能够降到1 m 左右，液位变化受早晚高温居民用水、管网来水及河道液位高低等因素影响。24 h 内最高液位与最低液位差值经常保持在3～5 m，且来水量也非常不稳定，在4500～14 500 m3/h 变化。厂外溢流液位8 m，在汛期水量激增的情况下，栅前液位最高能达到10 m 左右，平均液位5～8 m，已经超过栅条最高过水液位（图2）。导致挡水板处渣物堆积、抓斗卡滞，无法切入栅条抓渣。经常造成抓斗钢丝绳缠绕损坏、抓爪切入不顺畅导致栅条变形，频繁停车检修。除此之外，液位、水量的频繁波动也对系统调控、设备运行带来了极大的挑战。首先水量的波动势必造成进水提升泵的频繁启停及后续设备的开启数量匹配问题，增加了水厂设备维保维修工作。同时水量变化必然导致抽升量变化，进入系统的水量的不确定性势必会对生物池生物处理和二沉池翻泥、砂滤池过滤性能造成影响[4]。

图2 某再生水厂栅前液位变化趋势

1.2 存在问题

根据水厂实际运行情况，抓爪清污机与栅条之间主要存在以下问题：

（1）原有4 m 栅条有效截污面积过小，栅前来水液位变化大。栅前液位经常超过4 m，并且来水量激增必然导致水流流速提高，导致大量垃圾在栅前堆积，同时部分垃圾由于水流作用冲过栅体进入到下一个工艺工序，对后续设备造成极大压力。

（2）抓爪清污机下滑轨道安装位置不合理，相距栅条位置较远、夹角较大，同时抓爪在相应渠道停车位置停留时间较短，导致抓爪延轨道下滑过程中与栅条有效接触行程短，栅条间隙中的垃圾不能及时被清理。同时由于停留时间短，抓爪下行过程中左右晃动，容易与渠道发生碰撞导致抓渣效果差，由于栅前渣物不能清理，会对液压油管和钢丝绳造成干扰，导致液压油管断裂，钢丝绳断股、缠绕。

2 改造方案

（1）拆除原有下行轨道，保障抓爪有效切入栅条。8 m 栅条更换完成后，原有下行轨道与之不匹配，抓爪下行过程中不能有效与栅条有效切合，导致抓爪抓渣不彻底。将轨道拆除后，抓爪能够有效与通体栅条切合，抓渣效果更好。

（2）淘汰老旧过时硬件，提高系统稳定性。将过时淘汰的ConpactLogix L32C 型控制系统升级为AB 品牌的1769L24 控制系统，提高系统稳定性。

（3）升级电控系统，提高设备运转稳定性。由于粗格栅间腐蚀性气体浓度高于其他正常设备运转环境，故对电气设备，尤其是触点、接线头等位置腐蚀会高于正常情况，原有电气元件已经有不同程度的损坏，为保证设备连续稳定运行，对原有控制柜进行升级改造。

（4）增加多重安全措施，保证设备安全运转。通过增加超低限位、超高限位，防止设备限位开关失灵情况造成设备本体损坏，增加双保险限位能够有效避免设备运行风险。

（5）增加钢丝绳松动检测装置，有效避免抓爪卡滞造成的钢丝绳及液压油管损坏。通过增加钢丝绳松动检测装置并与小车控制系统联动，不仅能够在大水量多污渣情况下有效清除格栅污渣，还能大大降低由于抓爪卡滞损坏钢丝绳、油管破裂的情况，减少钢丝绳损坏及油管更坏，节省备件和人工成本。

3 技术成果

（1）抓爪清污效果提升明显，尤其是在汛期大水量时效果尤为明显，栅条前后几乎没有液位差。清污能力提升后，栅条上没有垃圾堵塞，过水率极大提高，保证了抽升及设备安全。

（2）设备故障率明显降低，由于多重防护措施的增加，设备钢丝绳缠绕、油管漏油等情况几乎没有再次出现，维修人员的人力投入和设备维修配件更换频次均大幅减少。同时由于电控系统的改进，设备故障信息能够实时显示，减少故障排查时间，提高维修效率，方便日常巡视保养。

（3）自主编程。由水厂工艺牵头，自控、设备多方参与，以水厂实际水量、液位变化特点及近几年运行经验和水量、液位变化数据为依据，对抓爪控制系统进行编译，使得设备控制系统与水厂工艺运行及设备维保等要求匹配度极高，降低了工艺调控难度和设备维护维保强度，最大限度保证了水量抽升和设备完好。

（4）由于改造后格栅过水能力增强，首先降低了格栅系统本身由于前后液位差过大造成的栅条变形损坏风险。同时过水能力的增强对进水提升泵等关键设备起到了保护作用。以前由于过水能力差，栅前液位高，泵前池液位低，频繁调节变频泵频率及工频泵启停，泵液位保护停机的问题将得到根本解决。同时水厂属于管网末端水厂，输水管线为重力流管线，具有距离长、支线多、落差大、沿线地表、地下综合环境复杂等特点。如果格栅过水能力差，导致栅前长时间高液位，尤其是在汛期雨水量极多的情况下，其管口末端长时间处于满管状态，容易导致污水管线满管，长期承压。随着运行年限的增加，管网腐蚀情况的加重，长时间承压可能导致污水管线破损泄漏。一旦污水管线破损泄漏，会对环境及周边民众造成极大影响。由于管线周围环境复杂，修复工作难度极大。格栅过水能力的增强能够有效避免这种情况的发生。

4 经济效益分析

改造过程中的电气、机械施工包括重新走线，U 形导轨拆除，限位器安装等多项施工均为自主施工。综合节省外施费用10 万元左右。除此之外，多重安全保护措施及故障诊断系统的应用大幅减少了设备故障及钢丝绳、液压油管等其他配件的损坏更换频次，维修所耗费的人工成本也因此降低，每年综合节约5 万元左右。

更换栅条及抓爪系统改造项目总投资200 万元，项目改造后格栅过水效果良好，达到改造预期，进水提升泵抽升调控情况得以根本改善。使进水泵能够在良好工况下进行运转。水厂进水泵为飞力品牌进口设备，单台设备造价为59 万元，现场共有8台，降低了设备的损坏风险及大修的频次，同时也为管网降低了由于长期满管承压导致的管道破损开裂的风险。

进水泵功率为340 kW，在改造前经常是2 台工频加1 台变频运行，改造后1 台工频加1 台变频基本可以满足正常抽升。每天电量节约约8000 kW·h，按照0.7 元/kW·h 计算电费，每天可以节约电费5600 元，每年节省约200 多万元。单台飞力设备大修1 次费用约30 万元。设备运行状态改善后，由原来年计划检修3 台变成2 台，每年大修节省30 万元。

5 结语

通过本次栅条及配套格栅抓爪改造，从根本上解决了水厂在来水量大的情况下格栅过流量低、设备故障频繁的问题，为水厂汛期抽升、防汛保障、绿色防汛及设备安全运行提供了保障。在改造过程中部分施工由协作单位完成，班组人员参与较少，在后续的设备管理、安全运行方面水厂班组人员会持续跟进，探索、改进，为水厂的节能降耗做出贡献。