斐濟(jì)南德瑞瓦圖水電站砂石廠沉淀池的設(shè)計(jì)

吳 建 軍， 宋 自 平

(中國水利水電第十工程局有限公司 國際公司，四川 成都 610037)

1 概 述

南德瑞瓦圖(Nadarivatu)水電站項(xiàng)目是2008～2012年由中國水利水電第十工程局有限公司以中國水電(SINOHYDRO)品牌通過國際招投標(biāo)程序承攬的一個EPC總承包施工水電站項(xiàng)目，該電站位于斐濟(jì)(Fiji)主島維提島(Viti Island)的南德瑞瓦圖高原上。該項(xiàng)目生產(chǎn)混凝土骨料的砂石廠位于從北部海邊城鎮(zhèn)塔烏瓦(Tavua)到南德瑞瓦圖高原的盤山公路(簡稱塔-南公路)半山腰的一處路邊狹窄臺地上，該臺地寬約30 m，長約80 m，布置了一套由洛陽大華機(jī)器廠生產(chǎn)的100 t/h車載式半移動砂石骨料破碎篩分系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括給料及粗碎段車載平臺、中碎及粗中骨料篩分段車載平臺、細(xì)碎細(xì)篩分及槽式螺旋洗砂機(jī)車載平臺等三個車載平臺以及相應(yīng)的功能性聯(lián)系皮帶機(jī)系統(tǒng)。砂石廠周邊無電源，項(xiàng)目部按破碎篩分系統(tǒng)使用功率配置了柴油發(fā)電機(jī)組供電。

由于斐濟(jì)對環(huán)境保護(hù)的要求特別高，砂石廠的生產(chǎn)廢水必須處理至清澈達(dá)標(biāo)后方能外排，而該項(xiàng)目混凝土砂石骨料破碎篩分生產(chǎn)系統(tǒng)為小型系統(tǒng)，如果配置復(fù)雜的廢水處理系統(tǒng)，將導(dǎo)致砂石骨料的生產(chǎn)成本很高；且因該項(xiàng)目地處南太平洋島國，設(shè)備采購極為不易，同時(shí)，工程現(xiàn)場場地狹窄，設(shè)計(jì)廢水處理系統(tǒng)時(shí)不能考慮復(fù)雜系統(tǒng)且必須結(jié)合現(xiàn)場的可用場地考慮，從而給砂石廠廢水的處理設(shè)計(jì)帶來極大的挑戰(zhàn)。闡述了具體的設(shè)計(jì)過程。

2 確定廢水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)要求

南德瑞瓦圖水電站項(xiàng)目所設(shè)的砂石廠是為開山取石、破碎篩分獲取混凝土砂石骨料設(shè)置的，采用半干法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)砂石骨料[1]，斐濟(jì)南德瑞瓦圖砂石破碎篩分系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 斐濟(jì)南德瑞瓦圖砂石破碎篩分系統(tǒng)工藝流程圖

根據(jù)圖1所示的施工生產(chǎn)工藝流程，該系統(tǒng)的主要成品包括大石、中石、小石、砂和豆粒石，系統(tǒng)形成閉路，對成品產(chǎn)量具有調(diào)節(jié)能力(大石用量少，在大石篩面鋪鋼板遮擋用于調(diào)節(jié)產(chǎn)量；中石用量大，對其產(chǎn)量不作調(diào)節(jié)，小石及豆粒石采用調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)產(chǎn)量，余量全部循環(huán)破碎篩分生產(chǎn)砂)，用水段在細(xì)碎細(xì)篩分及槽式螺旋洗砂機(jī)車載平臺上，按照1 t砂石骨料成品耗費(fèi)1 t水計(jì)算用水量，廢水處理的設(shè)計(jì)能力確定為60 t/h。砂石廠內(nèi)的用水主要為洗砂，根據(jù)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程可以看出：廢水的主要污染物為石粉夾雜少量泥漿的懸浮物，有機(jī)物含量基本為零。砂石廠的廢水處理系統(tǒng)一般采用石粉回收、廢水處理及壓濾、污泥濃縮及機(jī)械脫水干化等工藝[2]。但因該砂石廠為小型系統(tǒng)，本著節(jié)約建設(shè)和運(yùn)行成本的原則，設(shè)計(jì)時(shí)考慮優(yōu)先利用場地修建沉淀池，通過降低流速、增加停留時(shí)間等使懸浮顆粒自然沉淀的重力濃縮方式處理生產(chǎn)廢水[3]。

沉淀池的設(shè)計(jì)首先要達(dá)到滿足廢水處理能力的要求，同時(shí)還需滿足持續(xù)生產(chǎn)的需要。另外，由于施工現(xiàn)場受地形限制，故該沉淀池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮多方面的制約因素。

3 沉淀池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在砂石破碎篩分系統(tǒng)布置平面上，位于細(xì)碎細(xì)篩分車載平臺的下游端頭有一個約低3 m的二臺地，是一個廢棄的當(dāng)?shù)厣笆橇吓R時(shí)堆場，在對其進(jìn)行整修和對外側(cè)邊坡進(jìn)行適當(dāng)填筑拓寬后，可以獲得一個約30 m×30 m、近似于方型的場地，可以考慮將其用于布置沉淀池。采用沉淀池的方式處理廢水，若想取得更好的沉淀效果，除考慮降低流速外，還必須盡量延長沉淀路徑，同時(shí)需滿足廢水在沉淀池中的流速要求。而作為砂石破碎篩分生產(chǎn)系統(tǒng)的沉淀池，在生產(chǎn)運(yùn)行中會連續(xù)不斷地產(chǎn)生大量的泥漿和石粉污染物，因此，沉淀池還必須滿足能定期頻繁清理泥漿和石粉污染物的要求。

該砂石廠主要配備有斗容1.6 m3的履帶式反鏟挖掘機(jī)、斗容3 m3的輪式裝載機(jī)及15 t自卸汽車等施工設(shè)備。如采用反鏟作為清淤設(shè)備，則必須考慮反鏟的工作平臺，并在反鏟工作范圍內(nèi)配置集泥池用以處理清出的淤泥；但因現(xiàn)場場地有限，這種方式明顯不適合。若考慮將裝載機(jī)作為清淤設(shè)備，則需考慮裝載機(jī)能進(jìn)入沉淀池并進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)應(yīng)在周圍數(shù)十米范圍內(nèi)設(shè)置集泥池處理淤泥。根據(jù)現(xiàn)場場地條件，將該場地分割成三個長條形的沉淀池，不但能盡量延長廢水的沉淀路徑，而且每個沉淀池的寬度也可以達(dá)到至少約長8 m，而在臨塔-南公路一端設(shè)置坡道進(jìn)入池底即可具備裝載機(jī)進(jìn)入沉淀池并進(jìn)行清淤作業(yè)的條件；另外，在塔-南公路的另一側(cè)有一塊長約35 m，寬約15 m的小場地，與沉淀池場地最近的距離約為35 m，且其與沉淀池的高差不大，具備設(shè)置集泥池處理淤泥的條件。最終采用反鏟直接在該處挖掘了一個集泥池，該集泥池的容積略大于單級沉淀池的容積，將裝載機(jī)清出的淤泥集中傾倒在集泥池內(nèi)，利用當(dāng)?shù)貧鉁馗?、蒸發(fā)量大的特點(diǎn)將淤泥中的水分大部分蒸發(fā)掉，間隔一段時(shí)間后，采用反鏟再將池內(nèi)處于半干的淤泥翻曬到四周的池堤上，將淤泥進(jìn)一步曬干成塊，然后再組織車輛將干泥塊轉(zhuǎn)運(yùn)到砂石廠指定的棄渣場內(nèi)進(jìn)行堆置處理，從而使該集泥曬泥的池子可以與沉淀池一樣被反復(fù)使用[4]。因此，以裝載機(jī)作為清淤設(shè)備、采用三級沉淀池布置的方案在該工程中具有可行性。砂石廠廢水處理平面布置及沉淀池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況見圖2。

圖2 砂石廠廢水處理平面布置及沉淀池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

根據(jù)圖2所示，該砂石破碎篩分系統(tǒng)的沉淀池被因地制宜地設(shè)計(jì)成三級沉淀，但結(jié)合現(xiàn)場地形及施工設(shè)備條件并參照平流式沉淀池進(jìn)行設(shè)計(jì)，相當(dāng)于是沒有設(shè)計(jì)專門集泥排泥設(shè)施的平流式沉淀池[5]，廢水從南端流入一級沉淀池，在北端通過一、二級沉淀池間隔墻的入流孔進(jìn)入二級沉淀池，再從二級沉淀池的東南端通過二、三級沉淀池間隔墻的入流孔進(jìn)入三級沉淀池，然后從三級沉淀池的北端進(jìn)入吸附過濾槽并經(jīng)過濾后通過外排管排入附近的溪溝。

沉淀池寬度：一級為8～12 m，二、三級均為8 m，沉淀池每級長約30 m，沉淀路徑的總長度達(dá)到約90 m。因需考慮裝載機(jī)進(jìn)入沉淀池進(jìn)行清淤作業(yè)，遂將沉淀池的設(shè)計(jì)深度考慮為2.5 m，其中有效水深設(shè)計(jì)為2 m。從每級沉淀池的西北端口開始，均設(shè)計(jì)成15%的斜坡道下到沉淀池底部作為裝載機(jī)入池清淤的通道。經(jīng)計(jì)算，廢水在一級沉淀池中的流速約為2.5 mm/s，在二、三級沉淀池中的流速約為3.7 mm/s，均小于平流式沉淀池一般設(shè)計(jì)方案中的最大水平流速在初次沉淀池中為7 mm/s、在二次沉淀池中為5 mm/s的要求，能夠達(dá)到較好的沉淀效果。特別是此次設(shè)計(jì)中有意擴(kuò)大了一級沉淀池的容量、盡量減小了廢水流速，以達(dá)到將淤泥留置在靠近道路一邊的一級沉淀池中、便于砂石廠運(yùn)行過程中依托塔-南道路進(jìn)行沉淀池清淤作業(yè)的目的。對于沉淀池的最小有效水深必須保證其不小于0.5 m，否則難以保證沉淀的效果，接近或達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)就必須進(jìn)行沉淀池的清淤工作。

三級沉淀池北端的吸附過濾槽寬約1.5 m，有效濾水深度約為0.3 m，長約5 m。在槽的兩端設(shè)置砂石混合料過濾層，中段設(shè)置木炭吸附反濾層，沉淀后的水通過吸附過濾后在槽的北端排出清水再回流到附近溪溝。經(jīng)計(jì)算，水在吸附過濾槽內(nèi)的最大流速為3.4 mm/s，能夠滿足最大滲透過濾量的要求。在沉淀池運(yùn)行過程中，當(dāng)滲透過濾量不能滿足要求時(shí)，必須對吸附過濾槽進(jìn)行清理，然后鋪設(shè)新的砂石混合料和木炭作為滲透過濾層使用。

為降低施工成本，設(shè)計(jì)時(shí)考慮將開挖沉淀池的土石料直接用于填筑場地東北側(cè)的邊坡。沉淀池與吸附過濾槽的底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊墻護(hù)壁和各級池的間隔墻均采用砂石廠開采的塊石料砌筑的漿砌石結(jié)構(gòu)。

4 沉淀池的運(yùn)行和維護(hù)情況

南德瑞瓦圖砂石廠破碎篩分系統(tǒng)及廢水處理沉淀池建設(shè)完成并投入生產(chǎn)運(yùn)行后，肉眼觀察經(jīng)沉淀過濾的外排水外觀清澈。塔烏瓦鎮(zhèn)水質(zhì)檢測部門對外排水取樣檢測的指標(biāo)結(jié)果表明其符合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。在砂石廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，實(shí)際觀察顯示一級沉淀池的沉淀效果很好，絕大部分淤泥均沉淀在一級沉淀池中，從而印證了該設(shè)計(jì)方案擴(kuò)大一級沉淀池容量的合理性，每個月均須對一級沉淀池進(jìn)行一次清理，清理時(shí)一般將淤泥厚度控制在不超過1.5 m以保證裝載機(jī)進(jìn)入沉淀池作業(yè)時(shí)的安全性；二級沉淀池約每半年時(shí)間清理一次且淤泥沉淀量不大；三級沉淀池基本上不需要清理。沉淀池清理時(shí)，一般選擇在塔-南公路車輛較少的時(shí)間段，且在兩端道路均需安排人員值守并指揮車輛，以保證清淤施工的順利進(jìn)行，同時(shí)盡量減少對過往車輛的影響，保證安全。在旱季缺水時(shí)，將第三級沉淀池內(nèi)沉淀后的水通過水泵回收循環(huán)利用進(jìn)行洗砂施工，既保證了生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，又減少了向外界的排水，取得了良好的環(huán)保效果。

5 結(jié) 語

斐濟(jì)南德瑞瓦圖砂石廠由于所處地形狹窄，且因上南德瑞瓦圖高原的唯一公路從砂石廠場地中經(jīng)過，導(dǎo)致外部影響和限制因素多，因而對系統(tǒng)的合理布置、安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)要求均很高。經(jīng)過對系統(tǒng)建設(shè)各個方面科學(xué)、細(xì)致地設(shè)計(jì)和合理布置，特別是因地制宜地對沉淀池進(jìn)行設(shè)計(jì)并精心組織施工，使系統(tǒng)按時(shí)投產(chǎn)，對生產(chǎn)廢水處理的效果達(dá)到了斐濟(jì)當(dāng)?shù)氐母邩?biāo)準(zhǔn)要求，對所產(chǎn)生的淤泥進(jìn)行了曬干、轉(zhuǎn)運(yùn)及堆置處理，很好地保護(hù)了當(dāng)?shù)丨h(huán)境，做到了節(jié)能減排。同時(shí)，在砂石廠廢水處理應(yīng)用平流式沉淀池時(shí)，因地制宜地進(jìn)行了大膽的設(shè)計(jì)修改，以最佳的效果滿足了工程實(shí)際需要，這一成功的嘗試可為類似工程提供借鑒。