污水提升泵站提質(zhì)增效運行存在問題及對策

孫守智，懷其銀，陳 亮

（青島市排水運營服務(wù)中心，山東 青島 266071）

國外及國內(nèi)部分先進(jìn)城市的污水提升泵站具有設(shè)計合理、設(shè)備運行穩(wěn)定、故障率低、自動化程度高的特點。但也有部分城市因污水提升泵站建成年代較早，隨著城市的快速發(fā)展，居住人口數(shù)量增加，泵站進(jìn)水量不斷增長，水力條件發(fā)生改變，泵站格柵除污機(jī)及污水提升泵故障率較高，嚴(yán)重影響泵站的安全穩(wěn)定運行，上游管網(wǎng)來水可能因得不到及時提升出現(xiàn)冒溢，影響城市生活品質(zhì)，下游的污水處理廠往往因為進(jìn)水的波動而影響處理效果，造成出水水質(zhì)降低。

采用新理念、新技術(shù)對老舊的污水提升泵站進(jìn)行改擴(kuò)建是非常有必要的，但受限于已有的城市管網(wǎng)規(guī)劃和總體布局較難改變，再加上排水設(shè)施的改擴(kuò)建具有周期長、牽涉面廣、資金需求大等特點，對整個排水泵站的更新擴(kuò)容往往存在較大的困難，故對泵站既有的主要設(shè)備如格柵除污機(jī)、提升泵等進(jìn)行合理的改造、具有很高的必要性。

1 泵站運行中存在的主要問題

污水提升泵站的運行環(huán)境復(fù)雜，提升介質(zhì)中含有大量的棉紗、砂礫等雜質(zhì)，污水中不同的化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)，會產(chǎn)生大量的硫化氫、氨氣等有毒有害氣體，對污水提升泵站的設(shè)備穩(wěn)定性要求較高，出現(xiàn)故障時的維修較困難，成本較高。

1.1 格柵除污機(jī)方面的問題

常用的格柵除污有回轉(zhuǎn)式、高鏈?zhǔn)?、鋼絲繩式、壁爬式等?；剞D(zhuǎn)式的格柵除污機(jī)具有可連續(xù)運行、除臟效率高的優(yōu)點，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高，鏈條出現(xiàn)故障時需要整體吊起維修，對場地要求高，難度大，吊起后，柵前積臟進(jìn)入泵坑，造成提升泵故障率較高。高鏈?zhǔn)礁駯懦K效率較高，鏈條出現(xiàn)故障時往往需要維修人員下到井底處理，屬有限空間作業(yè)，危險性較大。鋼絲繩式格柵除污機(jī)具有維修簡單、不需下井進(jìn)行有限空間作業(yè)的優(yōu)點，但在泵站進(jìn)水流速較快的情況下會出現(xiàn)齒耙漂浮的情況，除臟效率降低。

以使用壁爬式格柵除污機(jī)的某泵站為例，該類型的格柵除污機(jī)使用電機(jī)與減速機(jī)隨齒耙運動到格柵除污機(jī)底部將柵渣撈起的方式除臟，具有除臟效率高的特點，但是選用的電機(jī)為普通電機(jī)，防護(hù)等級IP55，工作制為S1。該防護(hù)類型的電機(jī)防水等級低，一旦浸水，電機(jī)即燒毀，為此，系統(tǒng)設(shè)置了自動保護(hù)，當(dāng)水位達(dá)到電機(jī)浸水水位時，即報警并停止運行。

在此情況下，當(dāng)出現(xiàn)水位過高的情況時，將形成惡性循環(huán)，造成泵站進(jìn)水受阻。

以每日進(jìn)水量按保守6 萬m3為例，出現(xiàn)這種情況的原因及危害如下：

1）格柵的過水能力不能滿足需求。單個格柵的過水面積約為2.4 m2，廊道流速為0.289 m/s，當(dāng)格柵過水面積的1/10 被堵塞后，柵前水位上升的速度較快，達(dá)到0.03 m/s，水位上升到保護(hù)停機(jī)水位僅需33 s，而格柵運行一圈的時間約4 min左右，在此情況下根本無法及時除臟。

2）為保證良好的除臟效果，避免出現(xiàn)惡性循環(huán)，格柵除污機(jī)設(shè)置了全年24 h 不間斷運行，但仍不能避免浸水燒毀的情況，格柵故障率較高。

3）格柵除污機(jī)出現(xiàn)故障時，帶剎車的電機(jī)及減速機(jī)有時會停在池底，維修人員需下井開展有限空間作業(yè)，極大增加安全風(fēng)險。

4）為保證格柵在安全水位線以上運行，同時最大限度保證泵站進(jìn)水量，值班人員需反復(fù)手動調(diào)節(jié)閘門，大幅增加值班人員勞動強度，對值班人員的操作經(jīng)驗有較高的要求，操作不當(dāng)時很容易導(dǎo)致上游出現(xiàn)冒溢。

高峰期時，水量將達(dá)到9 萬m3/d 以上，格柵廊道流速更快，被堵塞后水位上升也更快，情況更加惡化。

1.2 排污泵冷卻方式的問題

污水系統(tǒng)的排污泵有濕式和干式兩種安裝形式，濕式安裝的排污泵直接浸入水中，不需特別考慮水泵電機(jī)冷卻的的問題，但是安裝在積水池中的耦合器及壓力管道出現(xiàn)泄露等故障時不易發(fā)現(xiàn)且維修困難，干式安裝的水泵管道簡單明晰，易于巡檢及維修，但需考慮水泵的冷卻方式。

以某泵站使用的排污泵為例，采用了干式安裝的形式，通過吸取管道中的污水在冷卻水套中循環(huán)流動以達(dá)到冷卻的目的，運行中主要存在如下問題：

1）該泵站所屬的排污系統(tǒng)為直排式，雜物多，導(dǎo)致排污泵冷卻流道經(jīng)常性的被棉紗等異物堵塞，排污泵電機(jī)得不到冷卻，發(fā)生過熱，保護(hù)性停機(jī)。如圖1，為監(jiān)測到的排污泵定子的溫度曲線，可以看出，當(dāng)冷卻流道被堵塞時，排污泵定子溫度急劇升高，最高時超過了120 ℃的保護(hù)停機(jī)溫度。

2）停機(jī)后，值班人員需手動操作閘門排放冷卻循環(huán)水以排除堵塞的雜物，待過熱報警解除后排污泵才能再次投入使用。這種情況的反復(fù)發(fā)生，一是增加了值班人員的勞動強度及安全風(fēng)險，二是電機(jī)的反復(fù)過熱，促使絕緣老化，幾次之后，電機(jī)即絕緣減低、匝間短路，電機(jī)燒毀。

3）頻繁的電機(jī)燒毀除了造成維修費用的增加，也會造成可用機(jī)組臺數(shù)的不足，泵站排水能力降低，上游管道冒溢。

2 解決措施及效果

2.1 格柵除污機(jī)的優(yōu)化改造

一是提高格柵除污機(jī)電機(jī)及減速機(jī)的防水等級。受限于既有的安裝條件，應(yīng)安裝合適的防水等級足夠高的電機(jī)及減速機(jī)，實踐中宜采用對電機(jī)及減速機(jī)進(jìn)行改造的辦法：去除電機(jī)尾部的散熱風(fēng)扇，加工一鋁制端蓋，將電機(jī)尾部剎車線圈與電機(jī)殼體密封，輔以環(huán)氧樹脂、密封膠等密封材料，使其達(dá)到可防水的目的。二是重新優(yōu)化格柵除污機(jī)柵條的形式，采用下密、上疏的布置形式，即下部的柵條較密集，可以有效的攔截污水中的雜質(zhì)，上部的柵條較稀疏，當(dāng)水位升高時，可以有效提高過水量，避免出現(xiàn)雜物將格柵整體堵塞的情況。三是改變格柵除污機(jī)電機(jī)的工作制，由連續(xù)工作制調(diào)整為每10 min 工作一次的短時工作制，避免格柵除污機(jī)電機(jī)因沒有散熱風(fēng)扇導(dǎo)致的可能出現(xiàn)的過熱。

通過以上改造，徹底打破了格柵除污機(jī)的惡性循環(huán)，保證了格柵除污機(jī)的正常運行，改造后，格柵除污機(jī)的維修頻次下降到了半年一次，有限空間作業(yè)的頻率也下降到了不到一年一次。

2.2 排污泵冷卻形式的改造

一是將原有的排污泵內(nèi)循環(huán)冷卻流道封堵，增設(shè)外循環(huán)冷卻的接口。二是布設(shè)管道及冷卻塔，使用小型水泵通過管道將冷卻塔冷卻后的清水泵入排污泵內(nèi)，以冷卻排污泵。三是設(shè)置相應(yīng)的自動控制系統(tǒng)，當(dāng)排污泵啟動后，冷卻系統(tǒng)同時開始工作，水泵泵送冷卻循環(huán)水，冷卻塔的散熱風(fēng)扇根據(jù)冷卻介質(zhì)的溫度要求自動啟動或停止以保證冷卻介質(zhì)的溫度恒定，排污泵停止后，冷卻系統(tǒng)延時停機(jī)。冷卻系統(tǒng)設(shè)置有自動補液功能，當(dāng)冷卻介質(zhì)缺少時可以自動補充。冷卻系統(tǒng)設(shè)置了測溫、報警及冗余系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的可靠運行。改造后的排污泵定子溫度曲線如圖2 所示。

由圖3 可以看出，對比改造前，溫度能夠控制在100 ℃以下，很好的實現(xiàn)了降溫、冷卻的目標(biāo)。

圖3 改造后的排污泵定子溫度曲線

3 結(jié) 語

通過對泵站格柵除污機(jī)及排污泵冷卻系統(tǒng)的改造，解決了制約泵站高效運行的各個環(huán)節(jié)問題，降低設(shè)備故障率，減少維修頻次。以某泵站為例，經(jīng)過測算，每年可節(jié)約設(shè)備維修經(jīng)費20 萬元以上，較低的故障率減輕了泵站值班人員的勞動強度與精神壓力。同時，泵站排污泵的月度完好率由60%提升到了90%以上，安全性與運行品質(zhì)有了根本上的提升。

泵站的安全平穩(wěn)運行，極大降低了上游關(guān)鍵節(jié)點的冒溢概率，統(tǒng)計上游某處關(guān)鍵節(jié)點的年度冒溢情況，改造前平均每年為5 次，改造后的2019 年為0 次。年度污水提升量由改造前的1 800 萬t增加到改造后的1 837 萬t。可以看出，通過對泵站重點設(shè)備的優(yōu)化、改造，很好的達(dá)到了泵站提質(zhì)增效運行的目的。