黃登水電站砂石加工系統(tǒng)污水處理系統(tǒng)擴容技術改造

穆曉東，蘇興強

(中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司黃登監(jiān)理中心，云南 蘭坪 671406)

0 引 言

黃登水電站砂石系統(tǒng)2010年6月砂石系統(tǒng)開始開工建設，2011年7月砂石系統(tǒng)已單機空載調試，2011年9月受國家宏觀經(jīng)濟調控影響致使工期延緩，2013年4月起進行砂石骨料供應。2015年底黃登和大華橋兩座電站同時進入主體澆筑階段，混凝土澆筑需求量達到高峰，砂石骨料產(chǎn)量隨之遞增。為了滿足骨料供應，砂石加工系統(tǒng)由單班8 h增至15 h連續(xù)高強度生產(chǎn)，而污水系統(tǒng)按處理能力不能與砂石增加額產(chǎn)能相匹配，超過8 h后污水回收的指標遠超過骨料沖洗用水標準，不能達到合同規(guī)定的零排放指標。因此在原設計基礎上對污水處理系統(tǒng)進行擴容和改造工作，最終實現(xiàn)了“零污染排放”標準。

1 工程概況

黃登水電站砂石加工系統(tǒng)主要承擔黃登和下游大華橋兩座水電站主體工程共約550萬m3碾壓和常態(tài)混凝土以及25萬m3工程噴混凝土所需的1 280萬t粗、細骨料生產(chǎn)和供料。系統(tǒng)布置于距壩軸線約13 km的左岸上游大格拉石料場附近，加工系統(tǒng)設計規(guī)模為2 500 t/h毛料處理能力和不低于2 150 t/h的成品生產(chǎn)能力。大格拉砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)的主要功能是處理砂石加工系統(tǒng)產(chǎn)生的生產(chǎn)污水，包括細砂回收、污水處理及回收，系統(tǒng)污水處理總體規(guī)模為400 m3/h。系統(tǒng)主要由細砂回收車間、污水處理車間、污泥干化車間、水池、泵站、管網(wǎng)、供配電設施、生產(chǎn)輔助房建等組成。

2 原污水處理系統(tǒng)工藝

2.1 工藝流程

原系統(tǒng)污水處理工藝順序為污水回收→高效污水凈化→污泥脫水→清水回收。污水回收由調節(jié)池收集，高效污水凈化采用MGS斜管沉淀池，污泥脫水采用陶瓷真空過濾機，清水采用水泵加壓至高位水池回收。原系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 原污水處理系統(tǒng)工藝流程示意

2.2 處理能力

原污水處理系統(tǒng)處理設備及沉淀水池處理運行各環(huán)節(jié)均滿足單班8 h生產(chǎn)污水處理能力。具體為：

(1)2號調解池容積109 m3，2 h蓄滿，主要承擔棒磨機產(chǎn)生的污水，待沉淀后濃度較高部分抽排至1號調節(jié)池繼續(xù)進行處理。1號調解池容積204 m3，0.7 h蓄滿，主要進行加藥后對骨料沖洗污水和2號調節(jié)池高濃度污水進行處理，最后將處理未完成部分抽排至MGS斜管沉淀池繼續(xù)處理。

(2)MGS斜管沉淀池容積為800 m3，每小時處理270 m3，砂石系統(tǒng)單班8 h共計產(chǎn)生并導入2 760 m3污水需處理，設備運行8 h可匹配處理完成。

(3)陶瓷過濾機每小時處理污水約60 m3，砂石系統(tǒng)單班8 h共計產(chǎn)生并導入510 m3污水需處理，設備運行8.5 h可處理完成。

砂石系統(tǒng)當天生產(chǎn)任務結束后，污水處理系統(tǒng)仍繼續(xù)運行處理各級預沉池內剩余污水，直到將當天產(chǎn)生的污水處理完成后再停機。砂石系統(tǒng)每天生產(chǎn)約8 h，污水處理系統(tǒng)連續(xù)運行處理約10～12 h能完成單班所產(chǎn)出全部污水處理工作，且滿足“零排放”的要求。

3 技術改造背景

黃登、大華橋砂石加工系統(tǒng)初期供料設計規(guī)劃是按照單座電站分先、后兩個時期依次生產(chǎn)供應成品骨料，黃登水電站高峰月骨料需求量約為45萬t、大華橋電站約為26萬t，砂石加工系統(tǒng)成品骨料設計產(chǎn)能為2 150 t/h，系統(tǒng)按每天8 h作業(yè)生產(chǎn)時可生產(chǎn)砂石骨料1.72萬t，除去系統(tǒng)檢修時間，月生產(chǎn)量約為48.16萬t，完全可以滿足單座電站骨料的月供應需求量，污水處理系統(tǒng)在此工況下污水處理量為300 m3/h，經(jīng)過處理后污水濃度值(SS值)<200 mg/L，回收利用率滿足沖洗骨料水質利用標準，且滿足合同提出的“零排放”標準。由此可見，污水處理系統(tǒng)原設計規(guī)模滿足單座電站供應砂石料的生產(chǎn)及供應需求。

黃登、大華橋電站由于在工程前期受國家宏觀經(jīng)濟調控影響致使工程緩建，在2015年底黃登、大華橋兩座電站混凝土澆筑工作由原錯峰施工變?yōu)橥绞┕?，使得砂石骨料需求出現(xiàn)疊加供應現(xiàn)象，大格拉砂石加工系統(tǒng)骨料生產(chǎn)及供應量在原設計基礎上大幅度增加，需調整砂石系統(tǒng)生產(chǎn)工藝來實現(xiàn)增加產(chǎn)能的目的。原砂石系統(tǒng)單班8 h生產(chǎn)可供應砂石骨料1.72萬t，若要滿足兩座電站高峰疊加的骨料需求用量，系統(tǒng)每天需連續(xù)生產(chǎn)15 h約3.225萬t砂石骨料方可滿足高峰期月供應71萬t骨料需求計劃。由于原污水處理系統(tǒng)處理工藝只能在砂石系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)8 h的運行工況下有效運行，超過8 h后污水處理系統(tǒng)沉淀池及GMS高效沉淀器設備便會處于飽和狀態(tài)，且處理后污水濃度值升高至(SS值)>1 000 mg/L，不具備回用標準，必須停運污水處理系統(tǒng)并對飽和設備、設施進行清理維護后方可繼續(xù)恢復運行，期間砂石系統(tǒng)需要中斷生產(chǎn)約5 h，同時系統(tǒng)料倉只能調節(jié)使用3 h左右，從而直接影響到大壩拌合系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)。因此，須在原污水處理系統(tǒng)單班運行8 h的基礎上對系統(tǒng)進行擴容技術改造勢在必行。

4 改造方案及效果

4.1 方案改造及實施

由于2015年底黃登、大華橋兩座電站同時進入主體澆筑階段，導致混凝土澆筑需求高峰疊加，砂石骨料產(chǎn)量隨之增加，為滿足黃登、大華橋水電站砂石加工系統(tǒng)污水處理系統(tǒng)污水循環(huán)利用并且達到“零排放”標準，在原污水處理系統(tǒng)上主要以增加沉淀池、增加污水處理設備、改變污水處理設備開機組合及加藥比例措施等，對污水處理系統(tǒng)進行擴容改造。具體改造措施如下。

(1)新增沉淀池。砂石加工系統(tǒng)由單班8 h增至15 h連續(xù)生產(chǎn)，考慮污水處理系統(tǒng)某一設備(車間)如發(fā)生故障后，為防止出現(xiàn)水環(huán)境污染事件的產(chǎn)生，同時確保系統(tǒng)正常生產(chǎn)，對砂石系統(tǒng)成品料倉處擴容增加應急水池、系統(tǒng)零排放新增水池以及回收水池。增加投用后將大大增加系統(tǒng)污水沉淀反應時間，提供高效污水澄清器車間的處理效果，進一步提供陶瓷過濾機車間的使用效率。根據(jù)擴容改造方案將成品砂倉處3個水池作為預沉池串聯(lián)使用，并在大格拉隧洞進口洞頂平臺新建不低于5 000 m3的事故應急水池(事故水池一期、事故水池二期1號、2號)，作為系統(tǒng)水處理車間故障時保證污水沉淀回收。同時為保障系統(tǒng)生產(chǎn)用水及生產(chǎn)用水情況，在現(xiàn)有高位水池側新建一個高位水池，容積為2 500 m3。新增水池具體情況如表1所示。

表1 新增水池具體情況

(2)增加DH高效污水凈化器。DH高效污水凈化器是將物理、化學反應有機融合在一起，集成了直流混凝、臨界絮凝、離心分離、動態(tài)過濾及污泥濃縮沉淀技術，短時間內(25～30 min)在同一罐體中完成污水快速多級凈化的一體化組合設備。該設備SS去除率高達99.9%，COD去除率達到40%～70%。凈化器為鋼制罐體，上中部為圓柱體，下部為錐體，自下而上分別為污泥濃縮區(qū)、混凝區(qū)、離心分離區(qū)、動態(tài)過濾區(qū)、清水區(qū)。砂石系統(tǒng)在連續(xù)高強度生產(chǎn)供應下，污水處理系統(tǒng)就會存在MGS澄清器不能長時間處理高濃度的污水的問題，通過試驗論證采用DH高效污水澄清器+沉淀池的方案效果最佳。

(3)增加黑旋風細砂回收裝置。灰?guī)r骨料巖質偏軟特點，會導致污水處理系統(tǒng)實際運行過程中大量泥沙直接進入污水沉淀池中，增加沉淀池干化及清淤工作難度，通過在棒磨機出口濃度最高環(huán)節(jié)增加1個細砂回收裝置(ZX-250型黑旋風細砂回收裝置)，有效解決了這項問題。該設備的主要使用優(yōu)勢表現(xiàn)在：①能對砂石料系統(tǒng)生產(chǎn)中產(chǎn)生的漿液進行細微顆粒石粉的脫水回收。②處理后的漿液含有的固體顆粒少。③整機處理漿料能力大，細顆粒石粉回收效率高同時減輕后期污水處理的壓力，處理能力最高達到為200 m3/h。

(4)優(yōu)化投藥量及增加溶藥池。由于砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)污水膠體小顆粒含量高，在處理過程中很難下沉，投加混凝劑(或絮凝劑)能使膠體顆粒脫穩(wěn)而相互凝聚。本工程采用混凝劑投加混凝劑和助凝劑聯(lián)合投加方式，助凝劑加注量按污水SS的0.4%計，混凝劑加注量按污水SS的0.1%計，采用濕法投加，稀釋濃度2%。污水SS濁度為30 000 mg/L，污水處理量600 m3/h。助凝劑投加量為AM=72 kg/h，混凝劑投加量為18 kg/h，助凝劑溶液投加量為3.6 m3/h，混凝劑溶液投加量為0.9 m3/h。溶藥攪拌時間按50～60 min計，兩種藥劑溶藥池分別設2格，溶藥池容積按滿足每班投加5～6次，即連續(xù)投加1.5 h的藥量設置，單個溶藥池容積位為助凝劑單格尺寸為2 m×2 m×1.5 m(長×寬×高)，混凝劑單格尺寸為1.0 m×0.9 m×1.5 m(長×寬×高)。

(5)增加攪拌裝置。助凝劑溶液藥池配置2臺ZJ-750型攪拌機，單機功率4 kW。助凝劑投加配置3臺G25-1螺桿泵，單機功率1.5 kW，流量2 m3/h，揚程60 m?；炷齽┤芤核幊嘏渲?臺ZJ-470型攪拌機，單機功率2.2 kW?；炷齽┩都优渲?臺G20-1螺桿泵，單機功率0.75 kW，流量0.8 m3/h，揚程60 m。加藥處理后通過對系統(tǒng)1號調節(jié)池進行加藥，使藥水混和后直接分別進入DH高效污水凈化器及MGS斜管沉淀池進行沉淀分離，縮短了絮凝體的流程，減少了水流對絮凝體的擾動，有利于絮凝反應生成穩(wěn)定絮體及后續(xù)沉淀分離效果。同時，骨料沖洗篩污水不流進預沉池，有利于在料源質量差時棒磨車間污水經(jīng)黑旋風處理后在兩池中的沉降，提高處理效果，降低兩池的清淤頻率。為保證在調節(jié)池內的污水均勻加藥沉淀，通過在加藥間內增加漿液攪拌機后，將混凝劑進行充分攪拌，提高了加藥的效率，由原來0.8 m3/h增加到目前2 m3/h。

4.2 改造流程及效果評價

4.2.1改造后工藝流程

2015年9月起大格拉砂石系統(tǒng)逐步進入生產(chǎn)高峰期，隨后開展了對原生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)進行了相關改造工作，即在原有系統(tǒng)的基礎上新增一套污水處理系統(tǒng)，對原有系統(tǒng)工藝流程進行相關修改，將系統(tǒng)生產(chǎn)污水按照濃度(SS值)的高低進行分別處理，提高了系統(tǒng)生產(chǎn)污水處理效率。

新增系統(tǒng)著重對原生產(chǎn)工藝流程中的濃縮環(huán)節(jié)進行處理。其流程為①棒磨車間污水(SS值28～33萬)→陶瓷過濾機→清水回用、濾渣干排。②骨料沖洗篩分車間污水(SS值6～7萬)→預沉池沉淀→DH高效污水澄清器→陶瓷過濾機→清水回用、濾渣干排。工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程

4.2.2改造后效果評價

DH高效污水凈化器單獨運行可以處理系統(tǒng)4 h產(chǎn)生的污水，且能夠滿足系統(tǒng)回收用水質量標準。超過4 h后，DH高效污水凈化器清水出口SS濃度較大，將不能用于系統(tǒng)生產(chǎn)。MGS斜管沉淀池單獨運行，可以處理系統(tǒng)3.5 h產(chǎn)生的污水，且能夠滿足系統(tǒng)回收用水質量標準。超過3.5 h后，MGS斜管沉淀池清水出口SS濃度較大，將不能用于系統(tǒng)生產(chǎn)。經(jīng)多次污水處理系統(tǒng)方案論證后，通過將DH高效污水凈化器和MGS斜管沉淀池聯(lián)合運行，可以處理生產(chǎn)系統(tǒng)一天(15 h)產(chǎn)生的污水，且能夠滿足系統(tǒng)回收用水質量標準。

通過檢查砂石系統(tǒng)當天生產(chǎn)任務結束后，污水處理系統(tǒng)仍繼續(xù)運行處理各級預沉池內剩余污水，直到將當天產(chǎn)生的污水處理完成后再停機。砂石系統(tǒng)每天生產(chǎn)約15 h，污水處理系統(tǒng)連續(xù)運行處理約17～19 h完成所有污水處理工作，改造后該系統(tǒng)不僅能完成污水處理工作，而且效果極其明顯。

改造后，在原有系統(tǒng)的基礎上新增一套污水處理系統(tǒng)，同時對原有系統(tǒng)工藝流程進行改進，即將系統(tǒng)生產(chǎn)污水按照濃度(SS值)的高低進行分別處理，提高系統(tǒng)生產(chǎn)污水處理效率，由原來污水SS值為1 000 mg/L降低至現(xiàn)在200 mg/L。經(jīng)過DH高效污水凈化器與MGS高效污水澄清器聯(lián)合運行，處理后的污水滿足砂石骨料沖洗用水要求，污水回收率由原來70%左右提升至現(xiàn)在88%左右，實現(xiàn)污水全部回收利用，達到系統(tǒng)零排放要求。目前系統(tǒng)開機生產(chǎn)時，回收清水濃度(SS值)與之前相比相對穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)用水要求。

原污水處理系統(tǒng)污水處理設計量為400 m3/h，實際能處理污水300 m3/h，經(jīng)改造后單班8小時配合系統(tǒng)同步生產(chǎn)工況下可處理500 m3/h，15 h運行工況下從各級沉淀水池加系統(tǒng)設備配套運行可高效連續(xù)處理450 m3/h污水，比原設計污水系統(tǒng)處理能力增加50 m3/h，改造后效果極其明顯，能滿足該系統(tǒng)高峰生產(chǎn)污水處理“零排放”及回收利用要求。

改造后污水處理系統(tǒng)采用分別處理骨料沖洗篩廢水和棒磨車間廢水，能有效利用棒磨車間廢水的高濃度的特性，與陶瓷過濾機及黑旋風搭配使用，降低DH高效污水凈化器和MGS斜管沉淀池的運行負荷。同時DH高效污水凈化器和MGS斜管沉淀池的并聯(lián)運行將廢水總量很好的分成兩部分同時處理，減輕兩者負荷，使處理效果改善，這也相對減少了陶瓷過濾機的負荷，與此同時減少了間歇交替使用時頻繁啟閉設備的人工費用，降低運行成本。對處理核心設備通過并聯(lián)使用，兩兩相通的這些單元流程模式，大大的提高了無備用設備節(jié)點處的系統(tǒng)處理可靠性，不至于因為此處的單臺設備故障而導致整個系統(tǒng)的停運，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定運行保障率。

5 結 語

黃登水電站砂石加工污水處理系統(tǒng)擴容改造采用了“多種工藝組合”的處理工藝和“分散與集中”相結合的布置，使用了國內較為先進的污水處理設備，使污水處理系統(tǒng)工藝設計和運行管理達到了預期目標，實現(xiàn)了黃登水電站環(huán)境保護“零排放”的要求，最終污水回收利用率高達88%。但在污水處理系統(tǒng)淤泥量較大時，須注意配置容積較大的污水沉淀池及足量的清淤干化設備(陶瓷過濾機)，以保證系統(tǒng)在高強度下可持續(xù)作業(yè)生產(chǎn)。