摘要：现有平流式沉淀池桁架式吸泥机存在着效率低、运行粗放、设备维护困难等问题，因此结合净水厂现场实际设计要求及工艺要求，设计出一种基于无线传输技术的改进型桁架式吸泥机。改进后的桁架式吸泥机系统主要包括吸泥机桁架、泵架、控制阀门、滑触线及辅助装置等硬件设备；在此基础上建立中控室监控系统，通过上位机、PLC和无线模块实现设备之间的无线传输连接；通过泥位计实时控制吸泥机，实现吸泥机的自动启停。将应用在某净水厂沉淀池。结果表明：改进后的桁架式吸泥机实际排水量约减少40%，并降低了设备耗电量，提高了水厂运行效率，同时验证了吸泥机改进方案的有效性和实用性。

　　关键词：净水厂；沉淀池；吸泥机

　　Research and Improvement of Truss Type Sludge Suction Machine for Horizontal Sedimentation Tank in Water Purification Plant

　　Sheng Dachun1，Wang Yang2，Wu Suwei2

　　(1.Hefei Water Supply Group Co.,Ltd.,Hefei 230031,China;2.Hefei General Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Hefei 230031,China)Abstract:The existing truss type sludge suction machine for horizontal flow sedimentation tank has problems such as low efficiency,extensive operation and difficult equipment maintenance,therefore,an improved truss type sludge suction machine based on wireless transmission technology is designed in combination with the actual design requirements and process requirements of the water purification plant.The improved truss type suction dredger system mainly includes suction dredger truss,pump frame,control valve,sliding contact line and auxiliary device and other hardware equipment;on this basis,the monitoring system of the central control room is established,and the wireless transmission connection between the equipment is realized through the upper computer,PLC and wireless module;the sludge level meter controls the sludge suction machine in real time to realize the automatic start and stop of the sludge suction machine.The improved truss type sludge suction machine is applied to the sedimentation tank of a water purification plant.The results show that the actual displacement of the improved truss type suction machine is reduced by about 40%,the power consumption of the equipment is reduced,the operation efficiency of the water plant is improved,and the effectiveness and practicability of the improved scheme of the suction machine are verified.

　　Key words:water purification plant;settling tank;sludge suction machine

　　0引言

　　随着我国工业的飞快发展，水污染现状与原水水质出现区域性恶化现象[1]，直接影响了社会发展及人民生活[2]。国内外相关学者针对污染水源的预处理和深度处理进行了广泛研究[3-4]。目前，我国城市供水技术主要以混凝、沉淀、过滤和消毒4个单元组成的常规净水处理工艺为主[5-6]，以黏土胶体微粒和致病细菌为主要去除对象[7]。经过净水工艺和技术的不断发展，出现了多种适应不同环境和形式的处理构筑物[8]。

　　平流式沉淀池是水处理工艺流程中的重要一环，是现有净水厂常见工艺构筑物之一[9]，主要作用为去除水中胶体、杂质、微小颗粒等悬浮于污水中可以沉淀的固体污染物[10]，其生产效率和运行平稳性大大影响了净水厂的制水过程[11]。

　　原水进入沉淀池后与聚合铝铁等絮凝药剂混合，致使水中的悬浮胶体颗粒凝聚并逐步沉淀至沉淀池底部成为污泥，上清液则在沉淀池末端流进入下一工艺流程[12]。沉淀至底部的污泥如淤积过多将影响出水水质，因此，需要通过相应设备及时排出。目前，常见的排泥设备有中心传动式刮泥机、周边传动式刮泥机、桁架式吸泥机、虹吸式刮泥机、非金属链板式刮泥机等，其中以桁架式吸泥机最为常见[13-14]。

　　桁架式吸泥机主要由四点支撑行走大梁横跨安装于平流沉淀池之上，沉淀池两侧铺设运行导轨，吸泥机的若干吸口伸入沉淀池底部[15]。正常运行时，吸泥机在轨道上从沉淀池一端行走至另一端，通过吸口上方安装的排泥泵将污泥从池底吸出并排出池外。吸泥机按吸泥方式的不同，分为虹吸式、泵吸式及泵虹两吸式3种[16-17]。

　　平流式沉淀池存在着底部污泥沉淀不均匀，一般由进水端至出水端泥位不断降低[18]。现有桁架式吸泥机排泥装置的启停主要依赖于工艺人员主观判断，无法根据池底泥位控制排泥时间及行车运行速度，造成制水过程的水资源浪费并影响了生产效率。本研究拟通过污泥料位计、变频器等改进现有的桁架式吸泥机，以提高沉淀池排泥效率并节约水资源。

　　1设备组成与运行方式

　　1.1设备组成

　　如图1所示，桁架式吸泥机主要由桁架、泵架、排泥泵、控制阀门、滑触线等电气部分及PLC控制部分组成，结合吸泥机本体上的行程开关和轨道两端的限位设置等装置实现吸泥机在沉淀池两端连续往返行走；通过无线传输与中控室进行连接，实现中控室远程控制。桁架式吸泥机的主要组成部分及功能如表1所示。

　　桁架也称为主梁或工作桥，是吸泥机主体中最大的结构单体，其通过型材制成整体框架，横跨于沉淀池两侧轨道之上，桁架桥上铺设走道板，桥的两面设置栏杆。吸泥机行走驱动装置设置在桁架两侧，采用2台户外型摆线针轮减速机两侧同步驱动，实现吸泥机两端的同步运行。吸泥机在安装于沉淀池的钢轨上行走，钢轨头尾两端设置安全限位器和挡板。

　　泵吸排泥装置主要由潜污泵、吸泥嘴和吸泥管组成，其集成在泵架之中并连接在吸泥机桁架上，随桁架行走，是桁架式吸泥机实现吸泥功能的核心机械装置。吸泥嘴布置在吸泥管下方并深入池底，潜污泵出口管道伸出池外，运行时，污泥通过吸泥嘴经吸泥管排至池外排泥沟槽内。

　　电气部分系统包括电源馈线、滑触线、电气柜、行程控制开关等，主要为吸泥机行走电机、排泥泵、排泥阀等及其他各种用电设备供电。

　　控制部分是桁架式吸泥机自动化控制的大脑，其中PLC是控制核心部分，并通过变频器控制吸泥机的行走速度[19]；电动阀门用以控制排泥管路启闭；吸泥机行走距离通过设置在行走轮上的2个接近开关计数脉冲实现，即在行走轮走完1圈记2个脉冲[16]。

　　1.2运行方式

　　现有桁架式吸泥机的一般运动过程可分为3个阶段：第1阶段，首先开启泵吸设备进行吸泥，泵吸进行1~2 min后，行走电机开始启动，从沉淀池的一端匀速运行到另外一端，吸泥过程与行走过程同步进行；第2阶段，吸泥机运行到沉淀池中间位置时，停止泵吸，转为虹吸，继续行走至行程开关触碰终点后折返行走；第3阶段，返回至中间位置时，开启潜污泵转为泵吸，直至行程开关触碰起点，打开电磁阀，破坏虹吸，完成1个运行周期。运行周期内间隔时间通过时间继电器可以任意设定运行、等待时长。

　　2存在问题及基本设想

　　2.1存在问题

　　在净水厂实际生产使用过程中发现，传统桁架式吸泥机并不能完全满足实际净水厂生产需求，主要存在着下问题。

　　(1)沉淀池底部的污泥沉淀量存在着从沉淀池进水端至出水端逐渐减少的特点，吸泥机匀速往返的运行模式则导致吸泥机较多的时间排出的是清水，在较大程度上浪费了水资源。

　　(2)沉淀池底部污泥大多集中在沉淀池进水端，由于无法根据实时泥位控制排泥装置启停，导致无法针对沉淀池进水端泥位较高区域进行彻底排泥，从而降低了净水厂的制水效率并影响了水质。

　　(3)为保障水流在平流式沉淀池内均匀分布，池体一般长宽比不小于4，较长的沉淀池导致桁架式吸泥机一个往返一般需耗时1~3 h。现有的桁架式吸泥机电机多为定速运行，无法根据实际生产需求控制运行速度，一定程度上影响了制水效率。

　　2.2基本设想

　　依据传统桁架式吸泥机所存在的问题，本文结合净水厂实际工艺需求，对现有桁架式吸泥机进行设计和优化，以解决过度排放清水、无法根据泥位控制排泥装置启停、无法根据实际生产需求控制吸泥机运行速度等问题，提出了基于污泥料位计等控制装置改进的桁架式吸泥机，其系统工作原理如图2所示。

　　(1)首先明确桁架式吸泥机的功能和操作步骤，将吸泥机的控制方式分为手动运行和自动运行2种。手动操作运行时，依据吸泥机实际运行方向，按下正向或反向起动按钮，吸泥机则匀速从沉淀池一端至另一端往返行走排泥。当吸泥机发生故障时，控制柜故障指示灯量，并蜂鸣报警。

　　自动控制运行时，根据安装在吸泥机上的污泥料位计，测定沉淀池底部污泥沉淀厚度，当污泥沉淀达到一定厚度时，污泥料位计信号传至PLC控制系统，控制吸泥机开机运行。开始运行时，当吸泥机在沉淀池进水端时，排泥装置首先启动，开启2 min后，行走电机启动，行走速度设定为1 m/min；当污泥料位计测定的厚度仅为初始污泥厚度的1/2时，行走速度提升至1.2 m/min；污泥料位计测定的厚度仅为初始污泥厚度的1/3时，行走速度提升至2 m/min；至终点时折返，并通过污泥厚度继续控制运行速度。

　　(2)通过无线传输电台模块进行无线传输，并实现吸泥机自动化控制和实时监控，其无线传输原理如图3所示。无线传输电台的主要功能是进行数据的转发，其无障碍传输距离可达1 km以上，能够满足在吸泥机系统控制器与中央监控室的计算机之间进行数据和信号的接收和发送，实现整套系统的远程实时监测、控制和数据采集。数据采集完成后，工作人员可以根据工艺需要执行显示、处理或者报表打印等后续工作。

　　3改进效果

　　改进后的桁架式吸泥机实物如图4所示，改进后的吸泥机可有效解决传统吸泥机所存在的问题。

　　(1)沉淀池出水浊度是反映沉淀池运行状况的重要指标之一[20]。改进后的吸泥机运行平稳、水质扰动小、出水水质稳定；同时避免了因池底积泥清理不到位造成发酵气体的产生，保证了出厂水水质。

　　(2)通过污泥料位计信号实时控制排泥装置运行，并实时调节吸泥机运行速度。改进后的吸泥机实际运行情况表明：沉淀池底部污泥可以及时有效排除池外，同时吸泥机1次往返运行时间由原本120 min缩短至75 min，降低了生产运行成本；同时，排水量减少了近40%，节约了非必要排出的清水，为后续生产废水回收及污泥处理工艺环节降低了生产负担。

　　(3)降低了排泥系统电耗。改进后的吸泥机能够按实际泥位进行排泥，并且可以通过变频器控制吸泥机的运行速度，节约了非必要的运行时间和排泥装置启动时间，一定程度上降低了净水厂的用电量。

　　(4)利用无线传输模块，实现控制室实时监测和控制，实现吸泥机设备自动化和智能化运行，节省人力成本，提高整体运行效率。

　　4结束语

　　本文所设计的桁架式吸泥机是基于净水厂实际工艺需求及水厂整体发展趋势而设计和改进的。本套设备在实际投入使用后，有效解决了过度排放清水、无法根据泥位控制排泥装置启停、无法根据实际生产需求控制吸泥机运行速度等问题，满足净水厂的工艺需求，提高了净水厂运行效率，降低了对工艺人员的依赖程度，实现了吸泥机的自动化控制，并为净水厂平流沉淀池吸泥机设备的运行和改进提供了新的参考和途径。

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