雙江口水電站1號砂石加工系統生產廢水處理工藝

吳 昊，劉 旭 東，康 向 文

(1.中國葛洲壩集團第一工程有限公司，湖北 宜昌 443000；2.國電大渡河流域水電開發有限公司，四川 成都 610041

1 概 述

雙江口水電站1號砂石加工系統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。該砂石加工系統設計處理能力為550 t/h，設計生產能力450 t/h，為保證雙江口水電站混凝土施工質量，采用清水沖洗的方式將人工砂石骨料含泥量、裹粉程度控制在規范范圍內，這一過程難免會產生大量廢水，砂石加工系統生產廢水總懸浮固體濃度一般高達70～100 kg/m3以上，如若不經處理，廢水直接排放會對河道造成淤積，降低防洪能力，亦會對生態環境造成不利影響。而傳統的砂石加工污水處理工藝存在著諸多問題，致使處理效果不甚理想，其主要表現在出水渾濁、設備或構筑物堵塞、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雙江口工程建設和生態環境保護顯得尤為重要。

結合砂石料加工系統相關規范以及以往類似工程生產運行經驗，確定本項目用水規模為700 m3/h，生產廢水處理規模按照砂石系統用水規模的80%確定為560 m3/h。系統廢水采用了“沉砂池預處理+輻流沉淀池+斜管沉淀池+過濾機脫水”處理工藝，實現清水達標回用和干化污泥外運的目標。

2 廢水處理工藝及主要設備

1號砂石加工系統生產廢水主要為砂石骨料沖洗、車間降塵產生的廢水，系統設計處理能力為560 m3/h，采用“沉砂池預處理+輻流沉淀池+斜管沉淀池+過濾機脫水”處理工藝，廢水處理系統包括沉砂池、調節池、反應池、輻流沉淀池、斜管沉淀池、加藥車間及干化車間，廢水處理系統及清水回用設備見表1。

表1 廢水處理系統主要設備配置

2.1 廢水處理工藝流程

輻流沉淀工藝在國內大型水電工程已有大規模成功應用的實例，現依據雙江口水電站1號砂石加工系統廢水處理運行情況對該工藝進行闡述。

為達到廢水回收利用的要求，實現“零排放”目標，廢水經處理后被循環用于骨料的篩分沖洗。生產廢水經過沉砂池預沉后首先進入集水池，廢水經調節水質、水量后泵入反應池。反應池內投加混凝劑，廢水和混凝劑在反應池內經攪拌機攪拌充分混合，細小的懸浮物及膠體雜質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，此時用刮泥機將污泥刮進污泥斗，通過渣漿泵將沉淀下來的污泥送至盤式真空過濾機，經盤式真空過濾機脫水后，濾餅運往棄渣場。污泥脫水間的濾液及過濾機反沖洗出水自流回集水池。為保證污水處理出水水質穩定，輻流沉淀池出水可再少量加藥混凝后進入斜管沉淀池，進一步除去廢水中懸浮物，斜管沉淀池出水進入清水池，通過加壓泵將清水池中的水送至用水點，實現“零排放”。

對于本工程的砂石廢水，由于其SS值高，系統運行故障率較高，在設計時，核心處理單元一般采用雙池或雙池以上并聯運行的工藝布置。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，廢水處理設施運行故障率較高，特別是排泥管路容易堵塞。若設單池，一旦發生故障，在進行故障排除時，系統停止運行而帶來環保隱患。而多池并聯運行，勢必會增大占地面積，增加投資，加大運行管理難度，考慮到規劃場地有限、節省投資及運行管理方便等因素，本設計采用雙池并聯運行的工藝布置。同時，為了保證整個系統的良好運行，采用性能優良、運行穩定、故障率低的設備；在容易堵塞的污泥管路上分段設置法蘭連接，并設反沖洗系統，便于檢修。

2.2 各車間廢水處理生產技術

2.2.1 沉砂池

沉砂池預處理是廢水處理工藝重要環節，預處理是將砂石系統生產的高濃度廢水進行初級處理，最大限度地回收廢水中的石屑和石粉，并根據系統工藝回收廢水中的大部分細砂和石粉，降低廢水濁度，進而減輕后續污水處理環節的負荷和降低處理難度。

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，兼做調節池，調節廢水的水質、水量，可有效減輕后續處理單元的運行負荷，通過3臺潛污泵將污水提升至反應池。

2.2.3 反應池

池體尺寸為6.0 m×3.5 m(φ×H)，配備XJB-6-3.5-12攪拌裝置，通過藥劑和機械作用使藥劑與廢水快速混凝，在極短時間內形成微細礬花，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)，懸浮物在流動中沉降，并沿池底坡度進入污泥斗，澄清水從池周溢流出水渠。采用刮泥機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現泥水分離，保證出水水質。

(1)設計流量:Q=560 m3/h，單池流量Q1=280 m3/h

表面水力負荷:q=1.4 m3/m2·h

表面積：A=Q1/q=200 m2

沉淀時間:t=2.0 h

有效水深：h=qt=2.8 m

超高：h1=0.5 m

校核堰口負荷：

=1.55≤4.34 L/(m·s)

(2)產污泥量：進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；設計污泥含水率為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。泥斗的傾斜角設為60°。

泥斗高度：h5=(2.0-1.0)×tg60°=1.73 m

污泥斗容積：

設池底徑向坡度：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

配套設備：刮泥機2臺，周邊傳動半橋式。ZGBJ-16型，N=1.5 kW。

渣漿泵3臺(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)，在沉淀區內設斜管，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動并分離，去除率高，進一步除去廢水中SS，保證出水水質。

斜管沉淀池1座，鋼混凝土結構。功能：在沉淀區內設斜管，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動并分離，去除率高，進一步去除廢水中SS，保證出水水質。

表面積利用系數：0.91

設池體為長方形，池體尺寸為B×L=8.0 m×16.0 m(配水區寬0.8 m)

復核表面水力負荷：

q=Qmax/A實=4.375<4.8 m3/m2h

取斜管區以上水深h2=0.6 m，斜管傾斜角度為60°，斜管長為1 m，則斜管高h3為0.87 m。

池內停留時間：

T=(h2+h3)×60/q=18.4 min

污泥部分所需的容積：設進入斜管沉淀的SS為3 500 mg/L，出水SS為70 mg/L，污泥含水率92%，池內沉下的污泥清除間隔時間Tg=3 h，則

=60 m3/h

斜管沉淀池設2個污泥斗，并聯排泥，污泥斗高h5=2.5 m，緩沖層高度h4=1.0 m、超高h1=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

配套設備：砂漿泵2臺，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

加藥間內放置PAC、PAM干粉配制和投加裝置各1套，用于配置系統運行所需的助凝劑和絮凝劑。

2.2.7 干化車間

選用單臺過濾面積為120 m2的盤式真空過濾機兩臺，型號ZPG120-10型，對污泥池濃縮的污泥進行脫水干化，通過皮帶運輸至系統內泥渣暫存場，定期裝車運輸至棄渣場堆存。

2.2.8 清水池

考慮回用水需要，系統設置一座有效容積580 m3的清水池。清水池中的水通過2臺ISW250-480A型單級離心泵提升至骨料生產系統用水點循環利用。

3 系統運行效果

系統廢水采用“沉砂池預處理+輻流沉淀池+斜管沉淀池+過濾機脫水”的生產工藝，廢水回收率約為80%，生產廢水經處理后循環回收利用，處理后的水質SS≤70 mg/L,作為生產篩分用水，無外排。

4 結 語

雙江口水電站1號砂石加工系統采用濕法生產工藝，生產過程中需對各級骨料用水沖洗，耗水量大，產生懸浮物含量極高的廢水，如不進行處理就直接排放，將會污染河流水質。砂石加工系統生產廢水處理在水電建設項目中是個工作難點，也是環境主管部門關注的重點，工藝流程的選取在整個砂石加工廢水處理系統的設計中是非常重要的，工藝流程的選取是否合理將直接影響處理后的水質。從雙江口水電站1號砂石加工系統目前的運行情況來看，整個工藝流程的選取合理，出水水質滿足回用要求，設備的選型以及數量都能滿足整個廢水處理系統連續運行的要求。經持續監測，生產廢水的回收利用率達80%，SS去除率達98%。

實踐證明，“沉砂池預處理+輻流沉淀池一級沉淀+斜管沉淀池二級沉淀+盤式過濾機脫水”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。