人工砂石加工系統(tǒng)廢水處理工藝設(shè)計及應(yīng)用

尚 濤， 闞 思 蒙， 羅 文 君

(1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310000；2.華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司拉哇分公司，四川 成都 610041)

0 引 言

在水電工程建設(shè)期間，砂石加工系統(tǒng)高濁度廢水處理一直是環(huán)保關(guān)注的重點和現(xiàn)場管理的難點，尤其是把“零污染排放”作為標(biāo)準(zhǔn)后，更增加了高濁度廢水處理的難度。目前，國內(nèi)大中型水電工程砂石加工系統(tǒng)常用的廢水澄清工藝主要采用自然沉淀法和混凝沉淀法[1]。泥渣干化脫水工藝主要采用自然干化和機械脫水干化，但系統(tǒng)運行期間，容易出現(xiàn)泥漿板結(jié)和堵管現(xiàn)象[2]，導(dǎo)致水處理系統(tǒng)無法正常運行；同時，存在水質(zhì)處理效果不達標(biāo)及泥渣脫水效果不理想和設(shè)備磨損大的問題[3]。因此，砂石加工系統(tǒng)廢水澄清處理、污泥干化等工藝設(shè)計亟待進一步研究提高。

1 砂石加工系統(tǒng)廢水處理工藝設(shè)計

1.1 生產(chǎn)廢水處理

(1)生產(chǎn)廢水特性。格茸溝的砂石加工系統(tǒng)主要承擔(dān)導(dǎo)流及左右岸岸坡工程所需的粗、細骨料及主體工程所需的細骨料加工。導(dǎo)流及左右岸岸坡工程混凝土澆筑高峰月平均強度3.92萬m3/m，泄洪系統(tǒng)工程、輸水發(fā)電系統(tǒng)工程、場內(nèi)交通工程、下游河道整治工程、大壩工程混凝土澆筑高峰月平均強度6.2萬m3/m，按每日兩班制生產(chǎn)，砂石加工系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)能力320 t/h，其中成品砂生產(chǎn)能力200 t/h。

砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水來源主要包括篩分車間、制砂車間沖洗用水。整個生產(chǎn)過程形成的生產(chǎn)廢水濁度大，粗顆粒含量高[4]，主要為懸浮物SS，不存在化學(xué)污染。系統(tǒng)高峰用水量為400 m3/h，需處理的廢水量約為370 m3/h，經(jīng)現(xiàn)場實測，砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水特性見表1：

表1 砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水特性表

(2)生產(chǎn)廢水處理目標(biāo)。廢水處理目標(biāo)按《水電工程砂石加工系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(DL/T5098-2010)的要求確定，處理后SS濃度≤100 mg/L；處理后廢水回用于系統(tǒng)生產(chǎn)，不外排。

(3) 生產(chǎn)廢水處理工藝分析。根據(jù)本工程砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)廢水特性和廢水處理目標(biāo)并結(jié)合場地實際情況，廢水處理系統(tǒng)首先采用細砂回收裝置進行預(yù)處理[5]，以去除生產(chǎn)廢水中石粉及大顆粒固體物質(zhì)，并將回收的細砂和石粉添加到成品砂中。即調(diào)節(jié)了成品砂細度模數(shù)，同時減輕后續(xù)廢水處理設(shè)備負荷，降低了水中大顆粒物磨損造成設(shè)備和管道損壞的風(fēng)險。

廢水澄清環(huán)節(jié)采用了輻流沉淀廢水處理工藝。輻流沉淀池工作原理為中心進水、排泥，周邊出水，對水體的攪動力小，有利于懸浮物及污泥的快速沉降，高濁度廢水沉淀處理效果好。池體底部采取回轉(zhuǎn)式刮泥、機械排泥，有效解決了設(shè)施運行期間存在的泥渣淤積、板結(jié)等導(dǎo)致渣漿泵設(shè)備故障、管道淤堵和沉淀池清渣困難等問題。泥渣脫水環(huán)節(jié)采用了高壓隔膜壓濾機干化工藝，高壓隔膜壓濾機具有自動化程度高，生產(chǎn)能力大，濾餅含液率低，占地面積小等特點，該污泥脫水工藝的使用解決了泥渣快速脫水問題，同時節(jié)約了場地。

1.2 生產(chǎn)廢水處理工藝設(shè)計

本工程砂石加工生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)設(shè)計總體規(guī)模為400 m3/h；系統(tǒng)主要由細砂回收車間、廢水處理車間、加藥車間、污泥干化車間、事故池、清水池、調(diào)節(jié)池、泵站、管網(wǎng)、供配電設(shè)施、生產(chǎn)輔助房建等組成。

廢水處理采用“機械預(yù)處理+輻流沉淀+高壓隔膜壓濾機脫水”工藝，即用砂石加工系統(tǒng)制砂、篩分車間將生產(chǎn)廢水匯集至集水池，通過細砂回收裝置回收廢水中的石粉及0.16 mm以上大顆粒固體物質(zhì)后通過膠帶機運至砂倉，廢水輸送過程在混凝器中加入PAC絮凝劑和PAM助凝劑兩種藥物與輻流沉淀池的廢水充分混合，使其中懸浮物固體快速絮凝沉淀至池底，通過渣漿泵將污泥送至高壓隔膜壓濾機進行濃縮、干化，高壓隔膜壓濾機壓濾得到的清水和在輻流沉淀池中澄清后的清水一起匯入清水池泵送回收利用，泥餅通過膠帶機運至廢渣斗，由自卸汽車出渣并運至指定渣場。砂石加工系統(tǒng)廢水處理工藝流程圖見圖1。

圖1 砂石加工系統(tǒng)廢水處理工藝流程圖

1.3 主要設(shè)備選型及構(gòu)筑物參數(shù)設(shè)計

1.3.1 細砂回收裝置

本工程采用海王FS400細沙回收裝置，由一臺ZKJ1837-28N高頻脫水篩，配置2個旋流器組(4個FX350-GXB，3個FX500-GX-45旋流器)，前者專門回收石粉及大顆粒物質(zhì)，后者則專門回收0.16 mm以上大顆粒物質(zhì)。渣漿泵使用旋流器專用高效耐磨渣漿泵(變頻，一用一備)，總功率為86.6 kW，處理能力15～30 t/h。回收的細砂和石粉直接上膠帶機運進砂倉。

1.3.2 輻流沉淀池與渣漿泵房

輻流沉淀池設(shè)計為兩座Ф18 m的輻流沉淀池，半地上式，地上5 m，地下4.6 m。

渣漿泵布置在輻流沉淀池旁，配置三臺125ZJY-I渣漿泵(兩用一備)。排泥管為多段法蘭連接形式，每個排泥管配置2個渣漿閥，一根沖洗水管及清水閥(由清水池供水)，用于渣漿泵日常沖洗。

1.3.3 污泥干化車間

本工程采用X16ZFG600/1500-U高壓隔膜壓濾機，在干化車間設(shè)計選用4臺，以滿足“三用一備”運行要求。

1.3.4 加藥間

本工程采用PAC與PAM(助凝劑)聯(lián)合投加的模式。設(shè)計PAC按20 mg/L、PAM按0.5 mg/L投加，具體投加量根據(jù)實際運行情況調(diào)整。PAM加藥裝置主要配置一座8 m3溶液箱，配備2個溶液箱攪拌機使PAM藥粉與溶液充分混合，通過加藥泵泵入輻流沉淀池穩(wěn)流桶中，附屬PLC自動控制加藥裝置；PAC加藥裝置由兩個2 m3溶液箱，及2個攪拌機附加自動加藥裝置，攪拌均勻后通過計量泵加入混凝器中。

1.3.5 清水池和加壓泵房

清水池設(shè)計有效容積為385 m3，加壓泵房配置3臺ISW200-500單級單吸清水離心泵，兩用一備。

1.3.6 事故池

事故池設(shè)計有效容積為420 m3，池內(nèi)廢水由溢流溝導(dǎo)入，出水用設(shè)置在事故池中泵坑內(nèi)的潛污泵加壓后送至廢水收集池。

2 廢水處理設(shè)施的運行

砂石加工系統(tǒng)自2020年9月建成投入使用后，系統(tǒng)出水水質(zhì)每季度經(jīng)第三方現(xiàn)場取樣監(jiān)測均滿足SS≤100 mg/L要求(日常檢測值中SS濃度最大值為75 mg/L)，處理后的水循環(huán)利用于系統(tǒng)生產(chǎn)；高壓隔膜壓濾機處理后泥餅含水率為18%～20%，泥渣經(jīng)機械脫水后直接由皮帶機運至積渣斗后通過自卸汽車運至渣場指定區(qū)域堆存。

3 結(jié) 語

針對水電工程砂石加工系統(tǒng)高濁度廢水處理存在的排泥管道淤堵、清渣困難、廢水澄清及泥渣脫水效果不理想、設(shè)備磨損大等問題，結(jié)合本工程砂石系統(tǒng)生產(chǎn)廢水特性及廢水回用標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場實際情況，設(shè)計并采用了“機械預(yù)處理+輻流沉淀+高壓隔膜壓濾機脫水”廢水處理工藝，并在參數(shù)設(shè)計、設(shè)備選型及配置上考慮一定的裕度。實踐表明，細砂回收預(yù)處理設(shè)備有效降低了廢水中懸浮物濃度，減輕后續(xù)設(shè)備處理負荷及大顆粒物對管道、設(shè)備磨損程度。盡管輻流沉淀池日廢水處理量大，沉淀、機械刮泥排泥效果仍然很好，有效解決了廢水澄清、清渣困難及泥渣板結(jié)、管道淤堵等問題。高壓隔膜壓濾機實現(xiàn)了泥渣自動快速脫水且節(jié)約了場地。系統(tǒng)建成后，日常運行穩(wěn)定，能夠適應(yīng)不同進水濃度要求，出水達標(biāo)并全部回收使用，實現(xiàn)廢水“零排放”要求。該工程廢水處理工藝技術(shù)的成功應(yīng)用，對類似水電工程砂石加工系統(tǒng)廢水處理具有一定的借鑒意義。