高效廢水處理系統(tǒng)在黃金峽水利樞紐工程中的應(yīng)用

馬光明 閆 良

(陜西省引漢濟渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710100)

中國是一個嚴重缺水的國家，水資源地域分布極不平衡，特別是北方地區(qū)缺水情況更為嚴重。隨著國家社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提升，跨區(qū)域調(diào)水工程勢在必行。在這些水利水電工程建設(shè)施工的同時會產(chǎn)生數(shù)量較大的廢水及少量的生活污水。生活污水可采用化糞池及一體化MBR膜設(shè)備+消毒設(shè)備等方式進行處理，處理方法簡單且成熟。該類工程施工廢水主要由?樞紐建筑物基坑滲水因開挖變渾濁、混凝土澆筑施工及混凝土防滲墻造孔污染等；?各類隧洞爆破開挖、出渣、襯砌及灌漿過程中滲水污染變渾濁；?砂石料生產(chǎn)加工、混凝土生產(chǎn)、機械維修保養(yǎng)等方式產(chǎn)生。其中砂石料生產(chǎn)廢水數(shù)量最大，懸浮物濃度很高，對其廢水處理要求也更高，難度較大。

引漢濟渭黃金峽水利樞紐工程建設(shè)區(qū)域為南水北調(diào)中線工程與引漢濟渭工程雙水源地，對水質(zhì)的要求較高，工程施工產(chǎn)生的廢水全部禁止外排，必須全部回用處理。樞紐主體工程、各類隧洞工程及臨時工程施工產(chǎn)生的廢水經(jīng)凈化處理達標后可用于廠區(qū)抑塵灑水、綠化、沖廁以及運輸?shù)缆窞⑺龋缓哟蔡烊还橇霞庸ぎa(chǎn)生的廢水經(jīng)凈化后重新回用，做到廢水零排放。

1 工程概況

黃金峽水利樞紐工程是陜西省引漢濟渭調(diào)水工程重要組成部分，工程級別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。該工程以調(diào)水為主、發(fā)電為輔，兼顧航運，其多年平均供水量約為10億m3，泵站設(shè)計流量70.0m3/s，揚程106.45m，總裝機容量12.6萬kW。該水庫正常蓄水位450m，總庫容約為2.2億m3，電站總裝機容量13.5萬kW。大壩為混凝土重力壩，大體積斷面采用碾壓混凝土，壩頂長度349m，最大壩高63m。建設(shè)工期為52個月。

2 黃金峽水利樞紐工程標段劃分及廢水處理方案簡介

黃金峽水利樞紐按照樞紐前期工程(壩頂以上兩岸壩肩開挖支護)、樞紐主體大壩工程、樞紐砂石料加工及混凝土生產(chǎn)供應(yīng)、魚類增殖站和引水隧道等項目分標段進行建設(shè)。樞紐前期工程及魚類增殖站以水面以上開挖、回填為主，廢污水產(chǎn)生的量較少，采用池塘自然沉淀法處理。引水隧道標段因長時間施工排水采用“多級沉淀池+絮凝劑+反濾設(shè)備”處理形式。主體大壩工程僅在建筑物水下開挖生產(chǎn)廢水且廢水濁度小，其他時段為地下滲水及少量混凝土施工廢水，故開挖廢水及地下滲水采用“大型沉淀池+反濾土工布”處理形式，混凝土及灌漿施工產(chǎn)生的廢水采用沉淀池自然沉淀法處理。樞紐砂石料加工前期采用“多級沉淀池+絮凝劑+反濾設(shè)備”處理形式，其工藝流程見圖1，因不能滿足高強度施工需要，后期改造為本文介紹的高效廢水處理設(shè)備系統(tǒng)。

圖1 一般廢污水處理工藝流程(自然沉淀+絮凝劑)示意圖

3 高效廢水處理系統(tǒng)設(shè)備在黃金峽砂石加工系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 砂石加工系統(tǒng)廢水處理設(shè)備選型

黃金峽水利樞紐主體工程混凝土總量為136.8萬m3，共需成品骨料約310.0萬t。共規(guī)劃有四個天然料源地，分別為高白沙、史家梁、白沙渡及史家村。料場均位于河漫灘，全部由卵礫石夾砂及純砂層組成，砂礫石料儲備總量447.3萬m3，母料開采砂料含泥量一般大于8%，必須進行沖洗。

黃金峽水利樞紐砂石加工系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模，按一天兩班14h工作制滿足常態(tài)混凝土8.0萬m3/月供應(yīng)能力，系統(tǒng)設(shè)計處理能力為 780t/h，系統(tǒng)生產(chǎn)能力為 600t/h。骨料加工產(chǎn)生沖洗廢水450～500t/h，廢水含固率約5%，經(jīng)計算每小時產(chǎn)生的污泥量為25t/h。無論從砂石料加工能力還是廢水處理工作量來看，施工強度均較大。

鑒于母料開采實際含泥量超出原設(shè)計提供的指標，經(jīng)過前期生產(chǎn)性試驗,認為原有的“多級沉淀池+絮凝劑+反濾設(shè)備”廢水處理方案及設(shè)施不能滿足高峰時段混凝土生產(chǎn)需求，必須對原設(shè)計方案進行升級改造。經(jīng)過多方調(diào)查及比對，最終選擇本文所介紹的高效處理設(shè)備，成功解決了廢水處理零排放及淤泥干化等重大難題，保護了水源地環(huán)境。

3.2 高效廢水處理設(shè)備的應(yīng)用

3.2.1 設(shè)計依據(jù)及原則

設(shè)計依據(jù)及原則為：?廢水“零排放”；?具有先進性和可調(diào)節(jié)性；?根據(jù)廢水水質(zhì)、水量的變化，出水口達到水質(zhì)穩(wěn)定，能夠達標回收利用，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全，設(shè)備便于操作和維修；?淤泥能定時排放，濃縮淤泥含水率應(yīng)不大于20%，晾曬后便于外運至渣場填埋或作為復(fù)墾基層。

3.2.2 廢水處理設(shè)計原理

砂石篩分車間和棒磨機車間沖洗廢水，自流進入上部沉淀池，顆粒較大物料在沉淀池自然沉淀，按期采用反向挖掘機配自卸汽車對沉淀池內(nèi)積渣進行清理；懸浮物濃度較高的廢水從沉淀池溢流口經(jīng)過鋼管自流進入濃縮沉淀罐內(nèi)，在此期間通過在管道混合器內(nèi)混合加藥,濃縮罐將大部分懸浮物自然沉淀在罐體底部，上層清澈水體從濃縮罐上部自流進入清水池內(nèi)，循環(huán)生產(chǎn)；濃縮罐底部淤泥在罐體上部水壓下自流進入帶式壓濾機中，帶式壓濾機將淤泥干化處理，處理后形成的泥餅通過膠帶機送入干化泥儲存池堆存，裝載機配自卸汽車將干化后的淤泥運至指定渣場；壓濾機底部收集帶藥性的濾液由渣漿泵抽送至錐罐，做循環(huán)處理。壓濾機選用1臺3.5m帶式壓濾機，每小時出泥量為30t，滿足要求。整套系統(tǒng)工藝流程見圖2，設(shè)備示意圖見圖3。

圖2 高效廢水處理系統(tǒng)工藝流程

圖3 高效廢水處理系統(tǒng)設(shè)備示意圖

3.2.3 主要設(shè)施技術(shù)參數(shù)及功效

a.沉淀池。上部沉淀池設(shè)置高程443m，該池用于暫時貯存經(jīng)洗砂設(shè)備溢流的廢水，利用自然地勢高差，導(dǎo)流管將經(jīng)除細砂后的生產(chǎn)廢水送入后續(xù)的濃密沉淀罐進行進一步處理。

b.濃密沉淀罐。通過廢水導(dǎo)流管將除細砂后的生產(chǎn)廢水導(dǎo)入該設(shè)施，管道泵將絮凝劑和混凝劑通過管道混合器與生產(chǎn)廢水混合，并在管道內(nèi)逐漸增大，進入濃密沉淀罐內(nèi)的穩(wěn)流筒，經(jīng)穩(wěn)流筒降低水流速度后，污泥水逐漸滑落到濃密沉淀罐底部，并在罐體底部濃縮，在罐內(nèi)上部水壓下底部濃縮泥水經(jīng)管道進入帶式壓濾機進行進一步的處理，處理后的沉淀罐上部清液自流進入清水池中，回用于生產(chǎn)。沉淀罐采用鋼結(jié)構(gòu)。

沖洗骨料產(chǎn)生廢水450～500t/h。錐罐設(shè)計直徑10m、筒深6m、錐部深6m、總高度為14m，錐罐可容納約650m3的水。

c.帶式壓濾機。按照每小時產(chǎn)生污泥量25t，選用1臺3.5m帶式壓濾機。利用帶式壓濾機內(nèi)的濾布對沉淀罐底部排出的濃縮泥漿進行有效截留。帶式壓濾機的優(yōu)點是自動化程度高，現(xiàn)場容易做到干凈衛(wèi)生。

3.2.4 廢水處理設(shè)施現(xiàn)場布置

加藥房布置高程443m；濃密沉淀罐緊鄰原清水池邊上，其基礎(chǔ)高程424.7m，罐頂高程438.8m；壓濾機布置在四級沉淀池的第一、二池子頂部，池頂高程428.7m，池子頂部采用鋼結(jié)構(gòu)封閉，便于作業(yè)人員通行；第一個池子作為壓濾機壓濾后濾液收集池，第一個池子和第二個池子下部連通，作為處理后的清水蓄水池；第三級沉淀池作為干化后的泥餅儲存池。廢水處理現(xiàn)場見圖4。

圖4 黃金峽砂石加工系統(tǒng)高效廢水處理設(shè)備現(xiàn)場

3.2.5 廢水處理投藥措施

廢水處理投放的藥劑主要為聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺、鹽酸，其中聚合氯化鋁與聚合烯酰胺為絮凝劑，主要處理懸浮物，鹽酸主要作用是調(diào)節(jié)pH值。摻入量根據(jù)污水渾濁度進行確定，施工單位可自行選擇絮凝劑。

a.聚合氯化鋁(PAC)。該藥劑絮凝效果好，可快速絮凝成型。其摻入量應(yīng)根據(jù)廢水渾濁度及懸浮物實測指標進行確定。一般懸浮物平均值按2000mg/L標記，其投藥量按50～100mg/L計算。初次最佳投藥量約為400mg/L。

b.聚丙烯酰胺(PAM)。該藥劑作為助凝、絮凝及污泥脫水使用。其摻入量應(yīng)根據(jù)廢水渾濁度及懸浮物實測指標進行確定。將藥劑放入攪拌桶內(nèi)，經(jīng)攪拌均勻后，通過計量泵添加至設(shè)備加藥區(qū)。一般懸浮物平均值按1000mg/L標記，投藥量為1mg/L，初次最佳投藥量約為5mg/L。

c.黃金峽砂石加工系統(tǒng)加藥方法及參數(shù)。主藥為砂石加工專用高效沉淀劑，輔藥為高效聚氯化鋁。主藥和輔藥在加藥房分開加水拌制，通過管道自流進入沉淀罐或壓濾機。藥液拌制時間不少于20min。根據(jù)現(xiàn)階段生產(chǎn)情況，主藥液配置比例為每立方米水配主藥1kg，每小時需要藥液22m3；輔藥液配置比例為每立方米水配輔藥0.5kg，每小時需要藥液2m3。

3.2.6 廢水處理設(shè)備操作規(guī)程及維護保養(yǎng)

3.2.6.1 上罐沉淀

?攪拌藥劑：加清水，開攪拌電機進行加藥攪拌；攪拌藥劑時間為20～50min，開輔藥打入泥漿池先一步反應(yīng)；?污泥上罐：開進泥閥上罐，開上罐主藥劑泵，開刮泥機；?罐內(nèi)沉淀：調(diào)節(jié)上罐藥劑流量，罐內(nèi)泥水分離。上罐進泥閥關(guān)閉停止時上罐藥劑泵停止，罐頂藥劑閥門關(guān)閉。

3.2.6.2 上機壓泥

?攪拌藥劑:開攪拌電機進行加藥攪拌；?設(shè)備運行: 開空壓機，氣壓達標后(檢查壓濾機濾布是否撐緊)啟動主傳動電機、濃縮機、稀釋電機、清洗泵；?上機壓泥: 啟動上機主藥劑泵、上機輔藥劑泵、打開出泥管道閘閥、調(diào)節(jié)上機泥量、主藥和輔藥的流量大小，主傳動和濃縮機轉(zhuǎn)速，藥劑與泥漿反應(yīng)在料斗出料成絮凝狀或凝結(jié)顆粒。

3.2.6.3 結(jié)束運行

關(guān)閉出泥管道閘閥、上機主藥劑泵停止、上機輔藥泵停止、關(guān)閉刮泥機。上機管路反沖水開啟、疏通管道防止泥漿凝結(jié)堵管，壓濾機空轉(zhuǎn)清洗20min。

3.2.6.4 設(shè)備維護與保養(yǎng)

?設(shè)備軸承座隔半月至一個月加一次黃油；?設(shè)備調(diào)偏滑動桿、撐緊輥滑動桿、鏈條、齒輪勤加機油或黃油均可；?設(shè)備電機每月檢查油表一次，油少就加機油；?設(shè)備輥筒沾泥用水槍進行沖洗；?盡量保持每日罐體清空泥量；?定期清理布料器料斗殘留雜物、石子或凝結(jié)的泥塊；禁止石子落入泥漿池以防損傷渣漿泵、濾布，堵塞罐體與管路。

3.2.7 高效廢水處理設(shè)備系統(tǒng)效果分析

黃金峽砂石加工系統(tǒng)成品骨料加工過程中施工廢水泥狀懸浮物達到4萬～5萬mg/L，水流特別渾濁，經(jīng)過此高效系統(tǒng)設(shè)備處理后下降至50～60mg/L，經(jīng)過處理后的濁水出現(xiàn)質(zhì)的飛躍，可全部回收利用，繼續(xù)用于成品砂石料加工，真正實現(xiàn)了施工廢水零排放。此高效系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計上達到了技術(shù)可行、運行可靠標準。該系統(tǒng)的建設(shè)及運行完全滿足國家對一級水源環(huán)保的預(yù)期要求。廢水處理效果對比見圖5。

3.3 經(jīng)濟效益分析

該方法與傳統(tǒng)沉淀方法(如：多級沉淀池+絮凝劑+反濾設(shè)備)相比在投資上基本相當，但生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)沉淀方法的3～5倍，有效提高了成品骨料生產(chǎn)強度，保證了樞紐大體積混凝土拌和供應(yīng)施工，并有效預(yù)防了偷排現(xiàn)象。

4 經(jīng)驗與建議

對于施工廢水總量較小或每小時出水量小的項目，為節(jié)約成本，可采用連續(xù)沉淀池并人工加藥的方式進行處理。若每小時出水量較大或廢水總量較大，為快速有效處理廢水，應(yīng)采用自動化程度較高且處理效果較好的高效廢水處理設(shè)備。

根據(jù)引漢濟渭黃金峽水利樞紐工程施工廢水處理經(jīng)驗，建議推廣使用此類高效廢水處理系統(tǒng)設(shè)備，以確保廢水處理及時高效，為各類建設(shè)項目高強度施工提供有利條件，提高建設(shè)單位核心競爭力，為水利工程建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。