大型矿山废水处理站中心传动刮泥机的研究

马洪德

（广州华立科技职业学院，广东 广州 510000）

0 引言

硫铁中文名称二硫化亚铁，其性状表现为黄色立方晶体，熔点1171℃，为硫铁矿的主要产物之一。硫铁在橡胶、食品、纺织和造纸等行业中被广泛应用，也常被应用在国防工业科技制造炸药中。硫铁矿也常被作为原料应用于硫酸的生产中，其矿渣可以用于钢铁冶炼，但当矿渣的含硫量较高时，可以作为水泥附属原料。

1 广东省云浮市硫铁矿废水处理站现状

广东省云浮市硫铁矿是我国目前最大的硫铁矿矿山，储量约为2.08 亿t，矿石平均含量约31.04%，是生产硫酸的主要优质化工原料。硫铁矿是世界上一种丰富的矿产资源，主要是由地幔中的硫与地壳中的铁及其他杂质元素形成，如Al、Mn、Cu 等在适宜的地球化学条件下，经过成千上万年的成矿演化形成，所以硫铁矿的主要成分是FeS2（黄铁矿、白铁矿）、FeS（磁黄铁矿），同时还含有Al、Zn、Cu、Pb 等金属元素。由于硫铁矿的主要成分FeS2具有还原性，在空气、水和细菌的共同作用下，产生了大量的酸性废水进入公司废水处理站。废水处理站工艺流程图如图1所示，其通过芬顿氧化塔的一系列化学反应将尾库矿原水进行处理后排放至沉淀池，沉淀后回调完毕将清水外排，污泥经二次处理后再度排入尾矿库，从而减少污染。

图1 工艺流程图

在这些酸性废水处理站中，刮泥机是污水处理的重要装备之一，在水质处理过程中的澄清阶段发挥着至关重要的作用，中心传动刮泥机由安装在中心支座上的驱动机构带动刮、吸泥收集装置，沿池径做圆周运动，池底的污泥依靠液体的静压作用，通过收集装置吸到污泥收集槽流入中心排泥管排出。上清液通过池周的溢流堰板流入集水槽，通过出水管排出。

2 污水处理站刮泥机现状

现在污水站沉淀池多数使用桁车式刮泥机，机械装置由桁车、刮泥耙组成，电气自动化部分由驱动装置和自控柜等组成。桁架安装于预沉池两端的导轨之上，由两套驱动减速装置驱动桁架南北行走。刮耙安装在桁架的下面，由提升装置调整其上下高度。

原刮泥机的设计工艺缺陷如下：1）刮泥板工作时的高度全靠人工控制，不容易掌握。因池底有一定的坡度，当提升绳超过一定高度时，会出现池底淤泥漏刮现象，当提升绳较低、刮泥板阻力较大时，会造成桁架后顶，出现掉道现象。2）刮泥板进行工作行走时，其提升绳是主要受力端，再加上污水对提升绳的腐蚀，造成了提升绳经常受力拉断，影响正常生产[2]。

新的刮泥机与原有刮泥机相比，已经改善了许多工艺和工序细节，旧的刮泥版因其需要人工控制，会出现大量无法掌握的细节问题，新的刮泥板加装电机后，完全用伺服电机控制，相较而言节约了时间，提高了工作效率。

3 拟采取的研究方法

根据新浓密池的类型和进出水的污泥参数，结合污水排放标准，确定设备设计参数；通过收集关于中心传动刮泥机及相关机械的资料对驱动机构、传动轴、轴承等总体结构进行选型；设备平台采用固定支墩式，比传统机构简单，能减轻设备质量，节约运行费用，使厂家维护管理更加方便；根据特定的要求配备多种保护机构，整机采用PLC 控制，当设备运行值达到设定值时自动报警停机，控制系统具有结构简单、编程方便、调试周期较短、可靠性较高、抗干扰能力强、故障率较低以及安全可靠等优点。

4 中心传动刮泥机（Ф18.0m）的介绍

4.1 中心传动刮泥机（Ф18.0m）技术参数

中心传动刮泥机是整个设备中的关键组件，该组件的技术参数如表1 所示。

表1 中心传动刮泥机技术参数表

4.2 中心传动刮泥机设计

中心传动刮泥机为中心支墩式中心传动、平台固定支墩式结构，由安装在中心进水柱管上的蜗轮减速电机驱动，通过中心回转支承的内啮合齿轮传动，带动框架钢结构、吸泥管臂架、集泥槽、吸泥管路、撇渣装置等部件转动，直径18m。

中心传动刮泥机主要由工作桥、驱动机构、中心支座、刮泥板刮臂、稳流筒、浮渣乱板等组成，设备管道组成如图2 所示。刮臂在驱动装置带动下，绕池中心轴线旋转，一组刮泥板也随刮臂旋转中，将沉降在池底的污泥全部刮向池中心集泥池。同时，液面上的浮渣在浮渣刮板周边挡渣堰形成的逐渐缩小区域内集中，由浮渣刮耙扒到集中渣斗内，排出池外[3]。

图2 设备管道组成图（单位：mm）

矿山污水由入料管进入布料筒，污泥沉积到池底。在主传动机构的驱动下，刮泥耙与传动轴一起旋转，在旋转过程中将沉淀在池底的污泥刮集到中心集泥斗，通过底流泵外排。自动控制系统通过检测驱动电机的电流变化进行控制。当池底污泥量增加，刮泥耙运行阻力增大，电机电流达到或大于设定的提耙工作值时，自动控制系统将启动提耙装置提耙；反之，若底流污泥量减小，电机电流随之减小当它低于设定的落耙电流值时，自动控制系统将启动提耙装置落耙；当刮泥耙提到最高位置，电流仍高于设定值时，则系统自动报警、停机。当耙落到最低位置时，系统将停止落耙，设备在最低位置工作。进水管接入絮凝反映池的出水明渠，明渠中的水进入设备后，设备控制刮泥板，通过刮泥耙将污泥刮落后排入排泥管道，从而使水、泥粗分离。

5 中心传动刮泥机电控系统设计

5.1 电气控制原理设计

电气控制图电路控制图的基本原理如下。

5.1.1 手动运行

手动运行用于调试和维修。（远控－就地）置于就地、（自动－手动）旋钮置于手动，按下（控制电源开）按钮。手动运转： （停止－旋转）旋钮置于旋转位，刮泥耙运行。旋钮置于停止位，则立即停止刮泥耙运行。

如果刮泥耙运行阻力过大，超过设定的升耙阻力时，应停止刮泥耙运行或提升耙架。刮泥耙运行阻力超过设定超限阻力时刮泥耙自动停止运行。

手动升降：（升耙―停止－降耙）旋钮置于升或降位，刮泥耙开始升或降，直到升或降到最高或最低时，自动停止。旋钮置于停止位，则立即停止刮泥耙升降。

5.1.2 浓密机自动运行

自动运行开始时首先把刮泥耙升到最高位，刮泥耙旋转，PLC 监视刮泥耙的阻力；刮泥耙阻力超过设定的升耙阻力时，刮泥耙停止旋转，自动上升，刮泥耙每次升到设定时间时上升停止；刮泥耙阻力低于设定降耙阻力时，刮泥耙自动下降，刮泥耙阻力超过设定降耙阻力时下降停止。该机有运行信号、报警信号、升耙信号的（干接点）输出。刮泥耙运行阻力超过设定的超限阻力且刮泥耙升至最高位时，刮泥耙自动停止运行。

5.1.3 远控运行

（远控－就地）旋钮置于远控位（自动－手动）旋钮置于自动位（停止－旋转）旋钮置于旋转位；集控室远控运行接点闭合机器开始自动运行，运行过程同就地自动运行，远控运行接点断开机器断电停机。

5.2 故障和报警

电机过载故障：泵电机过载，须手动复位热继电器。

AD 检测故障：阻力检测部分故障。

升降超时报警：刮泥耙持续升或降超时没有到限位。

阻力超限：刮泥耙阻力超过设定的超限阻力。

限位开关故障：耙升降限位开关出现故障。

6 技术关键

该研究设备采用中心液压驱动，自动提耙。设备传动机构采用液压驱动，提耙机构采用液压提耙，无级调速，具有过载保护功能；耙架转速可以调节。耙架主体采用无缝钢管。刮泥机是由液压马达通过齿轮驱动带外圈的回转支承驱动传动轴带动耙架旋转。使用高强度的螺栓把回转支承内圈固定在传动箱体内的轴承座上，所以不会因扭矩过大而产生偏离搅拌中心的现象，这种双驱传动方式与蜗轮蜗杆传动相比，降低了使用成本及运行过程中的故障率[1]。液压提耙装置是使用液压传感器来控制刮泥耙的升降，同时电控系统传出声光信号，准确、可靠地提取提耙信号[4-5]。混合液被该浓缩机将直接推入到浓缩机压缩区，将沉降与深层过滤相互结合，在池的内部形成滤床层，最后被推入的混合液中未絮凝的细小颗粒随着水流上升，途经滤床层时与滤床层的颗粒碰撞，其中颗粒的上升动能被损耗，与其他细小颗粒相互结合在一起在重力作用下沉降，从而将固体颗粒与液体分离[6-8]。

7 结论

该中心传动刮泥机整机采用PLC 智能控制，电控箱预留远传数据接口。实现上位机远程监控，控制室的计算机可以实时显示浓缩机的运转状态以及相关运转参数，如液压系统压力参数、耙子的转速等。

采用液压自动提耙，提耙高度400mm，耙架在过载时设有自动报警和保护装置，控制采用自动液压控制系统，主轴扭矩信号通过压力传感器给电控箱，电控箱中的控制装置自动指挥系统自动提耙、落耙。在现场操作面板上有手动/自动控制转换功能，预留远程接口，可通过集控系统实现对高效浓缩机的控制。

该课题采用传统继电器—接触器电气控制系统被PLC自动控制技术取代了，实现了对刮泥机系统的自动控制，提高了刮泥机的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且还大大降低了工人的劳动强度，降低了设备故障率，提高了设备运转率。