中進(jìn)周出輻流工藝在硬梁包水電站砂石加工廢水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳 亮，熊 煦

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概況

硬梁包水電站位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣境內(nèi)的大渡河干流上，為四川省大渡河干流最新規(guī)劃二十八級方案的第一十四級電站，上游為瀘定水電站，下游梯級銜接大崗山水電站。劉河壩砂石加工系統(tǒng)承擔(dān)本工程成品骨料總量約400萬t供給任務(wù)?；炷粮叻逶缕骄鶟仓?qiáng)度約9萬m3，系統(tǒng)毛料處理能力約850t/h，成品骨料生產(chǎn)能力約700t/h(其中成品砂生產(chǎn)能力約280t/h)。該系統(tǒng)總用水量為512m3/h，生產(chǎn)廢水為477m3/h。

2 廢水處理方案比選

砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水主要含有細(xì)砂、石粉、泥土和少量雜質(zhì)等固體物形成的懸浮物，懸浮物是造成水渾濁的主要原因，其濃度更是高達(dá)15000mg/L～90000mg/L。在以前常用的廢水處理方案有斜管沉淀池、深錐沉淀罐、高效污水處理器以及旋流處理器和第一代輻流沉淀池等，都存在藥劑用量超標(biāo)、沉淀效果不理想、實(shí)現(xiàn)固液分離后排泥困難、容易造成長時間停機(jī)堵管和沉淀物突然坍塌堵管現(xiàn)象，一旦堵管會造成廢水處理系統(tǒng)失效甚至癱瘓報廢。

廢水處理設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，化學(xué)藥劑用量少，廢水處理效率高是選擇廢水處理工藝和設(shè)備的首選條件[1]。結(jié)合本項目廢水處理特點(diǎn)和料源巖石特性，經(jīng)綜合比較分析決定采用：“平流沉淀+細(xì)砂回收+中進(jìn)周出輻流沉淀池+藥劑投放+自動升降式耙式濃密機(jī)+壓濾脫水+石粉回收+智能控制”的中進(jìn)周出輻流工藝的廢水處理方案。該處理方式的設(shè)備配置見表1。

表1 中進(jìn)周出輻流工藝廢水處理方案主要設(shè)備配置

3 中進(jìn)周出輻流工藝流程及應(yīng)用

3.1 中進(jìn)周出輻流工藝原理及流程

加大廢水在沉淀池中流經(jīng)長度、減小廢水在沉淀過程中的流速和擾動、改良清水區(qū)與沉淀區(qū)的位置關(guān)系，有利于懸浮物更好地沉淀；改變泥漿排出方式，防止堵塞，保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。中進(jìn)周出輻流工藝原理詳見圖1，工藝流程詳見圖2。

圖1 中進(jìn)周出輻流沉淀池工藝原理

圖2 中進(jìn)周出輻流工藝流程

3.2 應(yīng)用實(shí)施及操作要點(diǎn)

3.2.1 補(bǔ)充水源

補(bǔ)充水源可以采用抽水式和引水式，如果采用抽水式需考慮一臺備用水泵，以保證用水可靠性，如果采用引水式需在取水口設(shè)置取水池和攔渣網(wǎng)(已有城市工業(yè)供水除外)，通過管道或者渠道將水引入清水池中，當(dāng)水中懸浮物大于100mg/L時，應(yīng)在清水池前設(shè)置凈水廠，以滿足用水要求。

3.2.2 清水池

清水池依據(jù)地形可以設(shè)置高位水池和低位水池，當(dāng)采用高位水池時，其高度應(yīng)大于沖洗用水點(diǎn)20m高程，以保證在不用加壓泵的情況下達(dá)到0.2MPa沖洗壓力；當(dāng)采用低位水池時，需要用加壓泵加壓到?jīng)_洗用水點(diǎn)，沖洗壓力不小于0.2MPa，清水池容量不小于1h高峰強(qiáng)度用水量，其結(jié)構(gòu)多采用埋式磚混結(jié)構(gòu)[2]。

3.2.3 生產(chǎn)廢水

經(jīng)過生產(chǎn)車間用水后，一部分噴霧降塵、道路灑水、成品骨料含水等自然揮發(fā)掉，噴淋沖洗后的細(xì)砂、石粉、泥土、石屑和其他雜質(zhì)等固體物混合在水中形成的廢水，達(dá)到供水總量的93%左右，懸浮物濃度高達(dá)15000mg/L～90000mg/L。

3.2.4 平流沉淀

生產(chǎn)車間的生產(chǎn)廢水通過管道或者渠道引入平流沉淀池中進(jìn)行歸集和初級沉淀，池內(nèi)最大流速為0.05m/s，最小流速為0.025m/s；最大流量時的停留時間不小于400s；應(yīng)使進(jìn)水水流均勻擴(kuò)散，平穩(wěn)進(jìn)入池內(nèi)，進(jìn)水段漸變角不宜超過20°；平流沉淀池的分隔數(shù)量不小于2個，有效水深不應(yīng)大于1.2m，每格寬度不宜小于1.2m；池底坡度宜為1%～2%，當(dāng)設(shè)置除砂設(shè)備時，可根據(jù)除砂設(shè)備的要求確定池底的形狀；沉砂斗容積應(yīng)不小于0.5h的沉砂量，采用重力排砂時，沉砂斗斗壁與水平面的傾角應(yīng)不小于55°，池深應(yīng)在有效高度的基礎(chǔ)上加0.3m超高[3]。

3.2.5 細(xì)砂回收

常用細(xì)砂回收裝置有鏈板式刮砂機(jī)、鏈斗式刮砂機(jī)、旋流泵脫水篩式細(xì)砂回收機(jī)、液力螺旋分級機(jī)等[4]。

鏈板式和鏈斗式刮砂機(jī)由于處理量較小，回收細(xì)砂含水比例高，石粉回收量偏低，使用項目較少；旋流泵脫水篩式細(xì)砂回收機(jī)目前市場使用較多，但國產(chǎn)設(shè)備達(dá)不到進(jìn)口設(shè)備的效果，進(jìn)口設(shè)備費(fèi)用太高；液力螺旋分級機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、裝機(jī)功率低、處理能力適中。細(xì)砂回收后的產(chǎn)品通過膠帶機(jī)直接輸送到成品料倉。運(yùn)行時細(xì)砂漿濃度控制在50000g/m3～150000g/m3之間，其設(shè)備額定處理能力應(yīng)大于設(shè)計處理量的1.25倍，并至少留有一臺備用。

3.2.6 中進(jìn)周出輻流沉淀池

在生產(chǎn)前先把輻流沉淀池內(nèi)裝滿清水，生產(chǎn)廢水經(jīng)平流沉淀和細(xì)砂回收后流入二級平流沉淀池，再經(jīng)渣漿泵抽到輻流沉淀池的中間空心軸內(nèi)，中間空心軸底部設(shè)有阻流器，廢水在通過底部的阻流器后向四周擴(kuò)散，此時淤泥在輻流池底部沉淀區(qū)固體顆粒以水平流速v和沉降速度u的合成速度，一邊前行一邊向下沉降。同時擠壓輻流池頂部清水向周邊溢流槽流動，流出清水再經(jīng)管道引入清水池中實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，整個過程中輻流池頂部始終為清水區(qū)，流出清水再經(jīng)管道引入清水池中實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

3.2.7 自動升降耙式濃密機(jī)

耙式濃密機(jī)的耙臂通過電動液壓裝置設(shè)計成可自動提升結(jié)構(gòu)，便于運(yùn)行過程中的檢修，同時能根據(jù)輻流沉淀池底部懸浮物沉淀情況調(diào)整耙臂高度，保證刮泥效果。

通過泥漿泵把高密度濃漿抽到中間空心軸的中轉(zhuǎn)池，再通過中間空心軸的泥漿泵接力抽到壓濾車間的濃漿池。由于泥漿的排出是通過提升泵向上運(yùn)動，在停電休班過程中泥漿在重力作用下會自動排空管路，從而避免了堵塞現(xiàn)象的發(fā)生[5]。耙式濃密機(jī)耙臂外邊緣線速度宜為2.5m/min～5.0m/min。

3.2.8 藥劑投放

聚合氯化鋁(PAC)濃度按3%控制，一般控制在20mg/L～50mg/L；聚丙烯酰胺(PAM)濃度按2%控制，一般控制在3mg/L～5mg/L；投加混凝劑和助凝劑應(yīng)采用計量泵加注，宜采用自動控制投加；聚丙烯胺與廢水混合方式宜采用水射器或管道混合器，混合時間宜為10s～30s，混合速度G值不宜低于500/s；其他藥劑宜在水池或水箱中采用機(jī)械或水力混合，混合時間宜為10s～60s，混合速度G值不宜低于400/s，其混合速度與混合時間的乘積GT值宜為1500～2000，管內(nèi)流速宜為1.5m/s～2.0m/s。

3.2.9 壓濾脫水

常用壓濾設(shè)備有真空盤式壓濾機(jī)、離心壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)等[2]。真空盤式壓濾機(jī)處理效果良好處理能力中等，設(shè)備故障率低，但裝機(jī)功率太大，電耗成本高；離心壓濾機(jī)處理效果良好，但處理能力較弱，主要用于制藥行業(yè)；帶式壓濾機(jī)目前行業(yè)應(yīng)用較多，能連續(xù)工作，處理能力最大，但干化過后含水偏大，且藥劑的用量偏大；板框壓濾機(jī)的處理能力較大，干化過后含水較小，藥劑的用量也偏小，是目前行業(yè)用量最多的一種廢水處理設(shè)備。

板框壓濾機(jī)的操作要點(diǎn)如下：要按設(shè)備的使用要求確保進(jìn)液濃度和壓力，否則會影響設(shè)備處理能力和干化效果；進(jìn)入設(shè)備的漿液內(nèi)不能有大于5mm的固體顆粒，避免壓濾過程中破壞濾布；濾布出現(xiàn)穿孔或破損時要立即更換，以免影響出水水質(zhì)。

排出的泥漿采用泵提升時，宜采用耐磨蝕的泥漿泵或砂泵；泵的設(shè)置高度應(yīng)滿足自灌式要求，為防止泥漿沉淀，在濃泥漿池頂部設(shè)有攪拌機(jī)，以滿足泥漿能順利吸入泥漿泵中；泥渣排泥閘門應(yīng)采用漿液閥，并應(yīng)在泥渣排泥閥前設(shè)置檢修閥門和高壓水反沖管；壓力輸泥管宜選用管道阻力損失較小的過濾流速，可按照1.2m/s～1.7m/s進(jìn)行設(shè)計；壓力輸泥管彎頭轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)不小于管徑的6倍。

3.2.10 石粉回收

經(jīng)壓濾車間干化后的泥餅，如果是天然砂石料，其回收的泥餅含泥較重，可以作為復(fù)耕用土；如果是人工砂石料，其回收的泥餅主要成分為石粉，可以用于水泥廠、加氣磚、涂料、耐火材料等領(lǐng)域。

3.2.11 智能控制

通過在廢水處理車間加裝的攝像頭，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化操作；通過在配電柜加裝PLC自動監(jiān)控程序和電腦模擬顯示，實(shí)現(xiàn)一鍵式啟動和數(shù)據(jù)在線檢測；通過無線遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巡視檢修人員遠(yuǎn)程控制，從而達(dá)到降低人員投入數(shù)量，改善人員作業(yè)環(huán)境，提高安全管理水平，產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)保障有效。

3.3 中進(jìn)周出輻流工藝特點(diǎn)

(1)增加砂子產(chǎn)能，改變砂子細(xì)度模數(shù)，減少廢水處理工程量。

(2)廢水自輻流沉淀池中心底部沿半徑方向向池周緩緩流動，懸浮物在流動擴(kuò)散過程中沉降，同時擠壓頂部清水向池周緩慢流出溢流槽，最大限度減少水流擾動，廢水始終位于輻流沉淀池的底部區(qū)域，清水始終位于輻流沉淀池的頂部區(qū)域，從而便于固液分離，提高了廢水處理效率。

(3)采用可自動升降式耙式濃密機(jī)和向上排泥通道，有效避免了長時間停機(jī)和沉淀物突然坍塌造成的堵管現(xiàn)象，提高了廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

(4)由于輻流沉淀池的沉淀效果較好，減少了藥劑使用量，降低了藥劑成本，同時減少了藥劑對砂石骨料的化學(xué)影響。

(5)通過視頻監(jiān)控、電腦操作、電機(jī)變頻技術(shù)、遠(yuǎn)程遙控等手段大量減少了人工投入成本。

(6)通過對石粉的回收，可以用于水泥廠、加氣磚廠等行業(yè)，從而達(dá)到變廢為寶實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收的效果，如果是含泥較重的廢水泥餅回收后也可以用于耕地復(fù)土。

硬梁包劉河壩砂石加工系統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)效果圖及工序處理成果見圖3和表2。

(a)

表2 廢水處理系統(tǒng)各工序檢測成果

3.4 效益分析

中進(jìn)周出輻流工藝在硬梁包水電站砂石加工系統(tǒng)廢水處理中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，每小時回收細(xì)砂10t，共回收細(xì)砂達(dá)8萬t，給項目創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到200多萬元；該系統(tǒng)廢水處理過程中水回收量達(dá)可450m3/h，水回收利用率達(dá)88%，大大降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了水資源，為項目節(jié)約成本達(dá)120多萬元；壓濾車間回收石粉外賣給水泥廠，變廢為寶創(chuàng)造間接價值400萬元。累計綜合價值達(dá)720萬元。

4 適用范圍

本工藝適用于水利水電、公路、鐵路、市政、港口、機(jī)場等所有需要混凝土砂石骨料的建筑類土木工程的生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)，也適用于礦山、電力等能源類生產(chǎn)型企業(yè)的生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)。即便是有毒有害物質(zhì)的生產(chǎn)廢水處理，也可以通過改變化學(xué)藥劑的方法，使其有毒有害物質(zhì)固態(tài)轉(zhuǎn)化，再實(shí)現(xiàn)固液分離，從而達(dá)到廢水零排放要求。