雙江口水電站1號(hào)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水處理工藝

吳 昊，劉 旭 東，康 向 文

(1.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司，湖北 宜昌 443000；2.國(guó)電大渡河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610041

1 概 述

雙江口水電站1號(hào)砂石加工系統(tǒng)位于大壩上游綽斯甲河右岸的阿斯布溝口，為混凝土骨料加工系統(tǒng)。該砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為550 t/h，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力450 t/h，為保證雙江口水電站混凝土施工質(zhì)量，采用清水沖洗的方式將人工砂石骨料含泥量、裹粉程度控制在規(guī)范范圍內(nèi)，這一過(guò)程難免會(huì)產(chǎn)生大量廢水，砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水總懸浮固體濃度一般高達(dá)70～100 kg/m3以上，如若不經(jīng)處理，廢水直接排放會(huì)對(duì)河道造成淤積，降低防洪能力，亦會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響。而傳統(tǒng)的砂石加工污水處理工藝存在著諸多問(wèn)題，致使處理效果不甚理想，其主要表現(xiàn)在出水渾濁、設(shè)備或構(gòu)筑物堵塞、泥漿脫水難等方面。因此，研究合適的砂石加工污水處理工藝對(duì)雙江口工程建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)顯得尤為重要。

結(jié)合砂石料加工系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范以及以往類似工程生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定本項(xiàng)目用水規(guī)模為700 m3/h，生產(chǎn)廢水處理規(guī)模按照砂石系統(tǒng)用水規(guī)模的80%確定為560 m3/h。系統(tǒng)廢水采用了“沉砂池預(yù)處理+輻流沉淀池+斜管沉淀池+過(guò)濾機(jī)脫水”處理工藝，實(shí)現(xiàn)清水達(dá)標(biāo)回用和干化污泥外運(yùn)的目標(biāo)。

2 廢水處理工藝及主要設(shè)備

1號(hào)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水主要為砂石骨料沖洗、車間降塵產(chǎn)生的廢水，系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為560 m3/h，采用“沉砂池預(yù)處理+輻流沉淀池+斜管沉淀池+過(guò)濾機(jī)脫水”處理工藝，廢水處理系統(tǒng)包括沉砂池、調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池、輻流沉淀池、斜管沉淀池、加藥車間及干化車間，廢水處理系統(tǒng)及清水回用設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 廢水處理系統(tǒng)主要設(shè)備配置

2.1 廢水處理工藝流程

輻流沉淀工藝在國(guó)內(nèi)大型水電工程已有大規(guī)模成功應(yīng)用的實(shí)例，現(xiàn)依據(jù)雙江口水電站1號(hào)砂石加工系統(tǒng)廢水處理運(yùn)行情況對(duì)該工藝進(jìn)行闡述。

為達(dá)到廢水回收利用的要求，實(shí)現(xiàn)“零排放”目標(biāo)，廢水經(jīng)處理后被循環(huán)用于骨料的篩分沖洗。生產(chǎn)廢水經(jīng)過(guò)沉砂池預(yù)沉后首先進(jìn)入集水池，廢水經(jīng)調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量后泵入反應(yīng)池。反應(yīng)池內(nèi)投加混凝劑，廢水和混凝劑在反應(yīng)池內(nèi)經(jīng)攪拌機(jī)攪拌充分混合，細(xì)小的懸浮物及膠體雜質(zhì)在絮凝劑作用下形成較大的絮凝狀顆粒。出水從周邊布水孔進(jìn)入輻流式沉淀池，除去廢水中絕大部分砂粒、懸浮物等，廢水中的絮體狀顆粒沉到池底，形成一定的污泥層，此時(shí)用刮泥機(jī)將污泥刮進(jìn)污泥斗，通過(guò)渣漿泵將沉淀下來(lái)的污泥送至盤式真空過(guò)濾機(jī)，經(jīng)盤式真空過(guò)濾機(jī)脫水后，濾餅運(yùn)往棄渣場(chǎng)。污泥脫水間的濾液及過(guò)濾機(jī)反沖洗出水自流回集水池。為保證污水處理出水水質(zhì)穩(wěn)定，輻流沉淀池出水可再少量加藥混凝后進(jìn)入斜管沉淀池，進(jìn)一步除去廢水中懸浮物，斜管沉淀池出水進(jìn)入清水池，通過(guò)加壓泵將清水池中的水送至用水點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“零排放”。

對(duì)于本工程的砂石廢水，由于其SS值高，系統(tǒng)運(yùn)行故障率較高，在設(shè)計(jì)時(shí)，核心處理單元一般采用雙池或雙池以上并聯(lián)運(yùn)行的工藝布置。其主要原因是砂石廢水懸浮物濃度含量很高，污泥本身比重大、黏度高，容易板結(jié)，廢水處理設(shè)施運(yùn)行故障率較高，特別是排泥管路容易堵塞。若設(shè)單池，一旦發(fā)生故障，在進(jìn)行故障排除時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行而帶來(lái)環(huán)保隱患。而多池并聯(lián)運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)增大占地面積，增加投資，加大運(yùn)行管理難度，考慮到規(guī)劃場(chǎng)地有限、節(jié)省投資及運(yùn)行管理方便等因素，本設(shè)計(jì)采用雙池并聯(lián)運(yùn)行的工藝布置。同時(shí)，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的良好運(yùn)行，采用性能優(yōu)良、運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低的設(shè)備；在容易堵塞的污泥管路上分段設(shè)置法蘭連接，并設(shè)反沖洗系統(tǒng)，便于檢修。

2.2 各車間廢水處理生產(chǎn)技術(shù)

2.2.1 沉砂池

沉砂池預(yù)處理是廢水處理工藝重要環(huán)節(jié)，預(yù)處理是將砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的高濃度廢水進(jìn)行初級(jí)處理，最大限度地回收廢水中的石屑和石粉，并根據(jù)系統(tǒng)工藝回收廢水中的大部分細(xì)砂和石粉，降低廢水濁度，進(jìn)而減輕后續(xù)污水處理環(huán)節(jié)的負(fù)荷和降低處理難度。

2.2.2 集水池

池體尺寸為6.0 m×5.0 m×4.0 m(L×B×H)，收集廢水，兼做調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)廢水的水質(zhì)、水量，可有效減輕后續(xù)處理單元的運(yùn)行負(fù)荷，通過(guò)3臺(tái)潛污泵將污水提升至反應(yīng)池。

2.2.3 反應(yīng)池

池體尺寸為6.0 m×3.5 m(φ×H)，配備XJB-6-3.5-12攪拌裝置，通過(guò)藥劑和機(jī)械作用使藥劑與廢水快速混凝，在極短時(shí)間內(nèi)形成微細(xì)礬花，以便提高輻流沉淀池的沉淀效果。

2.2.4 輻流沉淀池

單池尺寸為16.0 m×6.23 m(φ×H)，懸浮物在流動(dòng)中沉降，并沿池底坡度進(jìn)入污泥斗，澄清水從池周溢流出水渠。采用刮泥機(jī)將沉至池底的污泥刮至池中心的污泥斗，再借重力和砂漿泵將污泥排走。去除沉淀池中沉淀的污泥以及水面表層的漂浮物實(shí)現(xiàn)泥水分離，保證出水水質(zhì)。

(1)設(shè)計(jì)流量:Q=560 m3/h，單池流量Q1=280 m3/h

表面水力負(fù)荷:q=1.4 m3/m2·h

表面積：A=Q1/q=200 m2

沉淀時(shí)間:t=2.0 h

有效水深：h=qt=2.8 m

超高：h1=0.5 m

校核堰口負(fù)荷：

=1.55≤4.34 L/(m·s)

(2)產(chǎn)污泥量：進(jìn)入輻流式沉淀池的固體懸浮物濃度為70 000 mg/L=70 kg/m3，出水濃度為3 500 mg/L=3.5 kg/m3；設(shè)計(jì)污泥含水率為74%。則：

=59.7 m3/h

(3)污泥斗高度：h5=(r1-r2)×tgα

式中r1、r2分別為污泥斗上部半徑和下部半徑，上部取2.0 m，下部取1.0 m。泥斗的傾斜角設(shè)為60°。

泥斗高度：h5=(2.0-1.0)×tg60°=1.73 m

污泥斗容積：

設(shè)池底徑向坡度：i=0.15，泥斗上部池底積泥厚度h4=(D/2-r1)×i=0.9 m

泥斗上部池底污泥容積：V2=79.2 m3

共可貯存的污泥體積：

V=V1+V2=12.7+79.2=91.9≥59.7 m3/h

緩沖層高度：h3=0.5 m

池體總高度：

H=h1+h2+h3+h4+h5

=0.5+2.8+0.3+0.9+1.73=6.23 m

單池尺寸：φ×H=16.0 m×6.23 m

配套設(shè)備：刮泥機(jī)2臺(tái)，周邊傳動(dòng)半橋式。ZGBJ-16型，N=1.5 kW。

渣漿泵3臺(tái)(兩用一備)，Q=60.0 m3/h，H=19 m，N=22 kW。

2.2.5 斜管沉淀池

池體尺寸為 17.0 m×8.0 m×5.37 m(L×B×H)，在沉淀區(qū)內(nèi)設(shè)斜管，利用蜂窩填料分割成一系列淺層沉淀層，被處理的和沉降的沉泥在各沉淀淺層中相互運(yùn)動(dòng)并分離，去除率高，進(jìn)一步除去廢水中SS，保證出水水質(zhì)。

斜管沉淀池1座，鋼混凝土結(jié)構(gòu)。功能：在沉淀區(qū)內(nèi)設(shè)斜管，利用蜂窩填料分割成一系列淺層沉淀層，被處理的和沉降的沉泥在各沉淀淺層中相互運(yùn)動(dòng)并分離，去除率高，進(jìn)一步去除廢水中SS，保證出水水質(zhì)。

表面積利用系數(shù)：0.91

設(shè)池體為長(zhǎng)方形，池體尺寸為B×L=8.0 m×16.0 m(配水區(qū)寬0.8 m)

復(fù)核表面水力負(fù)荷：

q=Qmax/A實(shí)=4.375<4.8 m3/m2h

取斜管區(qū)以上水深h2=0.6 m，斜管傾斜角度為60°，斜管長(zhǎng)為1 m，則斜管高h(yuǎn)3為0.87 m。

池內(nèi)停留時(shí)間：

T=(h2+h3)×60/q=18.4 min

污泥部分所需的容積：設(shè)進(jìn)入斜管沉淀的SS為3 500 mg/L，出水SS為70 mg/L，污泥含水率92%，池內(nèi)沉下的污泥清除間隔時(shí)間Tg=3 h，則

=60 m3/h

斜管沉淀池設(shè)2個(gè)污泥斗，并聯(lián)排泥，污泥斗高h(yuǎn)5=2.5 m，緩沖層高度h4=1.0 m、超高h(yuǎn)1=0.4 m。

池體總高度：H=h1+h2+h3+h4+h5=0.4+0.6+0.87+1.0+2.5=5.37 m

池體尺寸：

L×B×H=17.0 m×8.0 m×5.37 m

配套設(shè)備：砂漿泵2臺(tái)，一用一備，Q=60 m3/h，H=19 m，N=22 kW

斜管填料Φ50, 128 m3

2.2.6 加藥間

加藥間內(nèi)放置PAC、PAM干粉配制和投加裝置各1套，用于配置系統(tǒng)運(yùn)行所需的助凝劑和絮凝劑。

2.2.7 干化車間

選用單臺(tái)過(guò)濾面積為120 m2的盤式真空過(guò)濾機(jī)兩臺(tái)，型號(hào)ZPG120-10型，對(duì)污泥池濃縮的污泥進(jìn)行脫水干化，通過(guò)皮帶運(yùn)輸至系統(tǒng)內(nèi)泥渣暫存場(chǎng)，定期裝車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)堆存。

2.2.8 清水池

考慮回用水需要，系統(tǒng)設(shè)置一座有效容積580 m3的清水池。清水池中的水通過(guò)2臺(tái)ISW250-480A型單級(jí)離心泵提升至骨料生產(chǎn)系統(tǒng)用水點(diǎn)循環(huán)利用。

3 系統(tǒng)運(yùn)行效果

系統(tǒng)廢水采用“沉砂池預(yù)處理+輻流沉淀池+斜管沉淀池+過(guò)濾機(jī)脫水”的生產(chǎn)工藝，廢水回收率約為80%，生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后循環(huán)回收利用，處理后的水質(zhì)SS≤70 mg/L,作為生產(chǎn)篩分用水，無(wú)外排。

4 結(jié) 語(yǔ)

雙江口水電站1號(hào)砂石加工系統(tǒng)采用濕法生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)過(guò)程中需對(duì)各級(jí)骨料用水沖洗，耗水量大，產(chǎn)生懸浮物含量極高的廢水，如不進(jìn)行處理就直接排放，將會(huì)污染河流水質(zhì)。砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水處理在水電建設(shè)項(xiàng)目中是個(gè)工作難點(diǎn)，也是環(huán)境主管部門關(guān)注的重點(diǎn)，工藝流程的選取在整個(gè)砂石加工廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是非常重要的，工藝流程的選取是否合理將直接影響處理后的水質(zhì)。從雙江口水電站1號(hào)砂石加工系統(tǒng)目前的運(yùn)行情況來(lái)看，整個(gè)工藝流程的選取合理，出水水質(zhì)滿足回用要求，設(shè)備的選型以及數(shù)量都能滿足整個(gè)廢水處理系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的要求。經(jīng)持續(xù)監(jiān)測(cè)，生產(chǎn)廢水的回收利用率達(dá)80%，SS去除率達(dá)98%。

實(shí)踐證明，“沉砂池預(yù)處理+輻流沉淀池一級(jí)沉淀+斜管沉淀池二級(jí)沉淀+盤式過(guò)濾機(jī)脫水”的廢水處理工藝成熟可靠，可為類似工程的廢水處理提供借鑒和參考。