液压往复式池底刮泥机是一个由液压系统、推杆系统、楔形刮板与斜撑等焊接在一起具有往复移动功能的刮泥设备。刮泥机的工作原理:齿轮油泵向液压油缸提供动力,一组三角架将油缸的竖直运动转换为水平运动,然后再带动一组楔形刮板在矩形池池底作往复运动,往复运动的结果相当于后一根刮板向前一根刮板传递污泥;刮板组前进的速度大约是后退速度的一半,前进时楔形刮板的凹面在前,向池子的积泥沟推送积泥,后退时很小的楔形锐角不会带动污泥向后运动,使一定厚度的污泥层保持向前运动的惯性。因此,当刮板作往复运动时,池底有一层污泥始终在向前运动,直至跌入积泥沟。故当池底积泥达到一定厚度时,刮泥机的效率最高。

　　 刮板往复移动的同时,具有浓缩污泥(泥水含固率可达3%)的作用,这种特性在实际工程应用中尤为重要。当排污量相等时,污泥的浓度越高其耗水率越低,这样也就减少了水与能源的损耗。

　　 需要注意的是,往复式底部刮泥机自身也有一些不足之处:(1)对沉淀池底部的平整度要求较高。池底平整度差会增加刮泥机运行的摩擦力,也会对刮板造成磨损,一般需在安装刮泥机前对池底打磨平整,并以0.8 m间距网格状分布测量点,长度方向上每个测点高差在10mm以内,宽度方向上每个测点高差在6 mm以内^[1] 。(2)主要设备均在水下,一旦发生故障必须放空水池,水下部分巡检和维修相对不方便。(3)刮泥机往复运动时,会对其依托的沉淀池与絮凝池之间的池壁造成较大的推拉力,该池壁的结构设计应考虑其影响(本工程设计时经过结构专业的复核计算确定该池壁厚度为400mm)。

　　 气提排泥装置是在气泡泵工作原理的基础上开发的,液压往复式池底刮泥机及气提装置剖面见图1,即当水中混入部分空气后,就会形成密度小于水的“气水混合物”,在压力作用下,“气水混合物”就像倒入水中的油一样,向水面运动;如果有足够的空气持续不断地进入气提排泥管中,则管内泥水的密度肯定小于管外泥水的密度,管内的泥水就会持续向上流入排泥渠。传统的积泥沟排泥普遍存在的问题有:(1)泵的抽吸范围有限,这就需要设多台泵,不经济、抽吸面积受限;(2)一台泵带多台吸水管时,各管水力条件不同,导致池内排泥不均匀,部分管易堵塞;(3)使用潜污泵时,叶轮易磨损,电机绝缘易损坏,有的还需要放水检修,浪费水资源。

　　 而气提排泥装置能取代传统泵吸、虹吸、重力排泥等排泥装置,具有以下优点:(1)“气提”不受池深条件限制,各种深度的水池均可使用;(2)“气提”的下口被污泥完全淹没,可排出底部高浓度污泥;(3)“气提”排出来的污泥量清晰可见,方便操作者控制排泥周期;(4)“气提”设备在水面下无机电、旋转、高压、磨损部件,气流搅拌提升排泥装置的关键技术是一种特殊的排气阀,该阀可以被污泥淹没,一只阀可以使用5~10年,中间不需要检修,也不会堵塞、泄漏、失灵;(5)每根气提管只需少量压缩空气即可工作;(6)气提水管可单独运行,也可多根同时运行,没有排泥死角,开停转换为手动或自动,控制1个或多个供气管道上DN15mm的电磁阀;(7)气提水管和排泥渠有多种组合形式,可以适应各种沉淀池,且方便联结排泥泵排泥;(8)如果沉淀池附近有污泥池,且污泥池最高水位低于沉淀池的最高水位,则气流搅拌气提排泥装置可以直接向污泥池排放污泥而无需设浓缩池;(9)排泥耗水率低,有利于节约水资源^[2] 。

　　 气提装置的工作过程:集泥沟内分隔为若干集泥斗,每个集泥斗安装一根提升管,一套架桥破坏装置;球阀F1常开,仅在检修时将电动球阀D1关闭;当沉淀池的制水量增加、沉淀池的进水浊度升高时,只需及时调整气提排泥装置的工作周期就能适应制水量和进水浊度的变化。气提排泥装置见图2。

　　 南方某市净水厂总规模为5万m³/d,其中一期规模为2.5万m³/d。净水厂常规处理工艺为:原水→管式混合器→折板絮凝池→平流沉淀池→V型滤池→清水池→送水泵房。絮凝池按一期规模设计,分为两格,可单独运行,池中设不锈钢折板。沉淀池采用平流式沉淀池,与絮凝池合建,分为2格,沉淀池平面见图3。

　　 平流式沉淀池停留时间为1.7h,水平流速13mm/s。每格沉淀池平面尺寸为81m×4m,有效水深为3.3m,积泥高度0.2m。在沉淀池池尾设置三角堰集水槽集水[出水负荷208m³/(m·d),以保证出水均匀],再汇集到总出水渠中。沉淀池设2套液压往复式池底刮泥机,1套气升排泥装置(2格共用1套),包括的主要设备和构筑物有:2套78m×4m刮泥机,1套功率为15kW液压站(1控2),2套JV2100-150型三角臂架,2台JV2100-150H型液压缸,4格(上平面为2 m×2 m,下平面为0.6 m×0.6m,高为1.5 m)倒锥体集泥斗,4套污泥破坏架,12m×0.45m×0.6m排泥槽(2格共用1套),2台4kW空压机和2个2m³储气罐。该净水厂正处于施工阶段。液压往复式池底刮泥机及气提装置剖面见图4。

　　 液压往复式池底刮泥机及气提排泥装置在采用平流式沉淀池的净水厂中应用能起到较好的排泥效果。其排泥浓度高,使净水厂自用水量减少,污泥单元处理负荷大大减低,不但可以节省工程的整体造价和运行成本,也符合低碳、环保的概念,具有广阔的市场应用前景。