A3：科技智慧
01 引言
我国城镇污水处理行业历经数十年高速发展，已建成规模庞大的处理设施体系。据统计，超过38.7%的污水厂服役年限超过15年，步入“老龄化”阶段。此类设施普遍存在工艺落后、设备腐蚀老化、出水水质难以满足现行严苛排放标准等问题。矩形沉淀池作为污水厂关键的固液分离单元，其刮泥系统的运行稳定性直接决定了后续生化处理的负荷及最终出水水质。
在当前提标改造浪潮中，老旧污水厂往往需在有限空间内同步实现“水质提升”与“除臭密闭”。然而，现有研究多聚焦于生化工艺优化或深度处理技术，针对加盖除臭特定场景下刮泥系统适配性的研究相对匮乏。原有的行车式刮泥机在密闭、高湿、腐蚀性气体积聚的环境中，极易发生金属构件腐蚀、行走机构卡阻及跑偏等故障，成为制约改造效果的瓶颈。
福建厦门某污水处理厂初沉池改造项目需同步满足“设备升级、密闭除臭、台风气候适应性”三大核心需求，具有典型的行业代表性。本文依托该项目实例，系统剖析刮泥系统在复杂工况下的适配难点，阐述针对性解决方案并验证实施效果，旨在为同类老旧污水厂的提质增效提供理论依据与实践参考。
02 项目背景
厦门某污水处理厂是厦门市核心污水处理设施之一，设计处理规模为30万m3/d。本次改造重点针对10万m3/d平流式初沉池进行升级，核心任务包括：实施玻璃钢弧形板加盖密闭以收集臭气，并同步更换老旧刮泥系统。
原初沉池采用的行车式刮泥机因长期运行，金属部件腐蚀严重，且无法适应加盖后的密闭工况。改造需满足以下严格约束：
环保指标：出水及臭气排放需满足《恶臭污染物排放标准》及厂内控标准（硫化氢≤0.02mg/m3，臭气浓度≤10无量纲）。
环境适应性：需适应厦门亚热带海洋性季风气候，具备抗高温、高湿及强台风（最大瞬时风速60m/s）能力。
运行可靠性：解决原设备跑偏、卡阻问题，实现密闭空间内的少人化/无人化运维。
03 刮泥系统的适配难点分析
3.1 密闭除臭环境与设备防腐的结构性矛盾
加盖后，初沉池内部形成相对封闭的空间，污水中挥发的硫化物、氨气及氯离子等腐蚀性介质在池顶积聚，浓度远高于敞口环境。
腐蚀加剧：原行车式刮泥机的电机、导轨、滚轮等金属部件在“高湿+高腐”环境下加速锈蚀，故障率逐年攀升。
运维冲突：密闭空间限制了人员进入频率。原设备需频繁开盖检修，不仅破坏除臭系统的负压密封性导致臭气外溢，还存在有限空间作业的安全隐患，与“本质安全”的运维要求相悖。
气候叠加：厦门高温高湿气候进一步加速了密封件老化及轴承损坏，推高了全生命周期运维成本。
3.2 池体工况变化与设备性能的匹配不足
负荷波动适应性差：初沉池单组设计进水量1041m3/h（高峰达1354m3/h），共4组水池。原行车式刮泥机速度固定，无法根据进水负荷动态调整，导致高负荷时污泥堆积、低负荷时能源浪费。
刮泥效率低下：初沉池污泥含水率高达99.3%且含纤维杂质。原设备刮泥板与池底间隙不均，易形成污泥残留死角，引发厌氧发酵，反向加剧臭气产生。
负压环境影响：加盖后的负压环境对设备行走机构的稳定性提出更高要求，原设备因腐蚀导致的卡阻、跑偏现象，直接影响除臭气体的均匀收集。
3.3 改造实施与既有结构的协同难题
初沉池为老旧构筑物，池体尺寸固定，需确保新刮泥设备与池宽、池长、池深精准匹配，避免与集泥斗、集渣管等现有结构冲突；改造需同步衔接“生物洗涤+生物滤池”除臭工艺；厦门台风频发（最大瞬时风速60m/s），加盖结构与刮泥设备的抗风载、抗振动协同性需强化，防止设备运行与结构安全冲突。
04 针对性解决方案
针对上述难点，本项目确立了“材质非金属化、结构模块化、控制智能化”的改造策略，采用定制化非金属链板式刮泥机替代原行车式设备。
4.1 设备选型精准适配：非金属链板式刮泥机定制化配置
核心材质适配密闭防腐需求：选用热塑性聚缩醛树脂牵引链、加强型玻璃钢刮泥板（玻璃纤维占比55%以上），水下部件全非金属制造，仅固定螺栓采用316不锈钢，耐腐性能完全适配密闭空间的腐蚀环境，使用寿命≥10年；
性能参数匹配池体工况：刮泥速度≤0.6m/min，刮泥板间距≤3.1m，与9.5m池宽精准适配，刮泥板允许挠度≤1/1000，刮泥板设置有橡胶刮刀，确保与池底紧密贴合，污泥残留量显著降低；链条允许工作荷载≥1400kgf，破断强度≥3400kgf，满足高负荷工况下的污泥推送需求；
结构设计适配负压与抗风要求：配置增强聚乙烯（UHMW-PE）导轨与尼龙6耐磨靴，摩擦系数低，适配负压环境下的平稳运行；设备整体模块化设计，重量仅为传统金属机型的1/3，除驱动装置外，均布置于池体内，降低台风对设备运行的冲击。
4.2 关键结构创新设计
4.2.1 三段式主轴定制设计，适配超宽池体与改造工况
针对初沉池9.5米大宽度、改造项目土建基础强度有限的痛点，创新采用三段式主轴+中间轴一次成型工艺，核心优势：
1）避免二次焊接导致的主轴应力集中、变形问题，确保9.5米宽池体的传动同步性，解决传统一体式主轴在改造项目中安装难度大、易与池体结构冲突的适配难题；
2）充分利用设备水下运行的特点，新增减重设计，在保证主轴强度的前提下降低运行阻力，与非金属部件协同降低驱动能耗，较传统金属主轴驱动能耗减少25%以上；
3）适配老旧池体的安装空间限制，三段式结构可拆分运输、现场组装，无需大型吊装设备，解决超宽池体刮泥机安装与原有构筑物冲突的问题。
▲三段式主轴
4.2.2 回程支架与底部耐磨条优化，适配改造池体缺陷
1）回程支架加密处理：针对改造项目钢筋混凝土强度不足的问题，将支架支承间距缩小至2.0m（优于行业常规3.1m标准），分散设备运行负荷，避免支架因土建基础薄弱导致的变形、松动，确保刮泥机在老旧池体中稳定运行；
2）底部耐磨条加厚设计：针对改造池体池底平整度不足的共性问题，采用加厚型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）耐磨条，厚度较常规产品提升30%，既补偿池底不平带来的间隙偏差，又增强耐磨性能，使用寿命延长至8年以上，减少改造后运维频次。
4.2.3 加强型C型刮板设计，平衡“宽池刮泥”与“结构轻量化”
创新采用加强型C型刮板，专为9.5米超宽初沉池定制：材质为超高强度连续玻璃纤维+乙烯基树脂拉挤成型，玻纤含量≥65%，较传统玻璃钢刮板力学性能提升40%，允许挠度≤1/1200，解决超宽池体刮板易弯曲、刮泥不均的适配难题；C型截面设计实现“质轻+高强度”兼顾，单块刮板重量较传统平板式刮板降低20%，配合全非金属部件，整机自重进一步减轻，降低设备的总体运行负荷。
4.3 配套系统协同与智能控制
1）驱动与控制外置
将驱动装置（电机、减速机）及电控箱（IP65防护等级）全部布置于密闭区外池顶。支持“就地手动+PLC自动”双模控制，具备远程状态监测与故障报警功能，彻底实现密闭区“零介入”运维。
2）工艺协同
刮泥方向与池底斜度精准匹配，污泥通过液位差顺畅排入集泥渠，减少停留时间，从源头抑制厌氧发酵产生的臭气负荷，与后端“生物洗涤+生物滤池”除臭工艺形成高效协同。
05 改造实施效果及行业借鉴价值
5.1 改造实施效果
本项目改造完成后，已平稳运行了3年多，非金属链板式刮泥机完全适配密闭除臭环境，设备故障率从改造前的30%以上降至5%以下，密闭区无臭气外溢，厂界硫化氢浓度稳定≤0.02mg/m3，臭气浓度≤10（无量纲），满足内控标准；刮泥效率提升至95%以上，池底污泥残留量显著降低，污泥厌氧发酵现象消除，单组池体日均排泥量稳定，适配进水负荷波动；设备免防腐维护，单台年均运维成本降低40%，密闭区运维次数减少90%，既保障人员安全，又降低除臭系统运行负荷；设备运行噪音≤55dB，抗风载、抗振动性能满足厦门台风气候要求，与加盖结构协同稳定运行，无结构安全隐患。
5.2 行业借鉴价值
本项目的成功实施，为老旧污水厂提标改造提供了以下借鉴：
构建了“非金属材质防腐+模块化结构优化+远程智能控制”的成套解决方案，有效破解了密闭除臭场景下的设备腐蚀与运维痛点。确立了基于池体尺寸、进水负荷、地域气候条件的差异化选型标准，避免了“一刀切”式改造带来的水土不服。验证了“设备-工艺-环境”三位一体的改造逻辑，强调刮泥系统与除臭工艺、土建结构的深度协同，为行业从单一设备更新向系统效能提升转型提供了实践样本。
▲改造后效果
06 结语
老旧污水厂提标改造是一项复杂的系统工程，矩形沉淀池刮泥系统的适配性往往是决定改造成败的关键细节。通过厦门某污水厂的实践证明，采用非金属链板式刮泥机并结合结构创新与智能控制，能够有效解决密闭环境下的腐蚀、运维及安全难题，实现环境效益与经济效益的双赢。未来，随着材料科学与智能控制技术的进一步发展，刮泥系统将向着更轻量化、更智能化、更长效化的方向演进，助力污水厂实现高质量可持续发展。
（来源：中国给水排水）