斐濟南德瑞瓦圖水電站砂石廠沉淀池的設計

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程序承攬的一個EPC總承包施工水電站項目，該電站位于斐濟(Fiji)主島維提島(Viti Island)的南德瑞瓦圖高原上。該項目生產混凝土骨料的砂石廠位于從北部海邊城鎮塔烏瓦(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器廠生產的100 t/h車載式半移動砂石骨料破碎篩分系統，該系統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、細碎細篩分及槽式螺旋洗砂機車載平臺等三個車載平臺以及相應的功能性聯系皮帶機系統。砂石廠周邊無電源，項目部按破碎篩分系統使用功率配置了柴油發電機組供電。

由于斐濟對環境保護的要求特別高，砂石廠的生產廢水必須處理至清澈達標后方能外排，而該項目混凝土砂石骨料破碎篩分生產系統為小型系統，如果配置復雜的廢水處理系統，將導致砂石骨料的生產成本很高；且因該項目地處南太平洋島國，設備采購極為不易，同時，工程現場場地狹窄，設計廢水處理系統時不能考慮復雜系統且必須結合現場的可用場地考慮，從而給砂石廠廢水的處理設計帶來極大的挑戰。闡述了具體的設計過程。

2 確定廢水處理設施的設計要求

南德瑞瓦圖水電站項目所設的砂石廠是為開山取石、破碎篩分獲取混凝土砂石骨料設置的，采用半干法生產工藝生產砂石骨料[1]，斐濟南德瑞瓦圖砂石破碎篩分系統工藝流程見圖1。

圖1 斐濟南德瑞瓦圖砂石破碎篩分系統工藝流程圖

根據圖1所示的施工生產工藝流程，該系統的主要成品包括大石、中石、小石、砂和豆粒石，系統形成閉路，對成品產量具有調節能力(大石用量少，在大石篩面鋪鋼板遮擋用于調節產量；中石用量大，對其產量不作調節，小石及豆粒石采用調節器調節產量，余量全部循環破碎篩分生產砂)，用水段在細碎細篩分及槽式螺旋洗砂機車載平臺上，按照1 t砂石骨料成品耗費1 t水計算用水量，廢水處理的設計能力確定為60 t/h。砂石廠內的用水主要為洗砂，根據系統的生產工藝流程可以看出：廢水的主要污染物為石粉夾雜少量泥漿的懸浮物，有機物含量基本為零。砂石廠的廢水處理系統一般采用石粉回收、廢水處理及壓濾、污泥濃縮及機械脫水干化等工藝[2]。但因該砂石廠為小型系統，本著節約建設和運行成本的原則，設計時考慮優先利用場地修建沉淀池，通過降低流速、增加停留時間等使懸浮顆粒自然沉淀的重力濃縮方式處理生產廢水[3]。

沉淀池的設計首先要達到滿足廢水處理能力的要求，同時還需滿足持續生產的需要。另外，由于施工現場受地形限制，故該沉淀池的結構設計需要考慮多方面的制約因素。

3 沉淀池的結構設計

在砂石破碎篩分系統布置平面上，位于細碎細篩分車載平臺的下游端頭有一個約低3 m的二臺地，是一個廢棄的當地砂石骨料臨時堆場，在對其進行整修和對外側邊坡進行適當填筑拓寬后，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系統的沉淀池，在生產運行中會連續不斷地產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、斗容3 m3的輪式裝載機及15 t自卸汽車等施工設備。如采用反鏟作為清淤設備，則必須考慮反鏟的工作平臺，并在反鏟工作范圍內配置集泥池用以處理清出的淤泥；但因現場場地有限，這種方式明顯不適合。若考慮將裝載機作為清淤設備，則需考慮裝載機能進入沉淀池并進行作業，同時應在周圍數十米范圍內設置集泥池處理淤泥。根據現場場地條件，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到至少約長8 m，而在臨塔-南公路一端設置坡道進入池底即可具備裝載機進入沉淀池并進行清淤作業的條件；另外，在塔-南公路的另一側有一塊長約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，將裝載機清出的淤泥集中傾倒在集泥池內，利用當地氣溫高、蒸發量大的特點將淤泥中的水分大部分蒸發掉，間隔一段時間后，采用反鏟再將池內處于半干的淤泥翻曬到四周的池堤上，將淤泥進一步曬干成塊，然后再組織車輛將干泥塊轉運到砂石廠指定的棄渣場內進行堆置處理，從而使該集泥曬泥的池子可以與沉淀池一樣被反復使用[4]。因此，以裝載機作為清淤設備、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構設計情況見圖2。

圖2 砂石廠廢水處理平面布置及沉淀池結構設計圖

根據圖2所示，該砂石破碎篩分系統的沉淀池被因地制宜地設計成三級沉淀，但結合現場地形及施工設備條件并參照平流式沉淀池進行設計，相當于是沒有設計專門集泥排泥設施的平流式沉淀池[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入三級沉淀池，然后從三級沉淀池的北端進入吸附過濾槽并經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到約90 m。因需考慮裝載機進入沉淀池進行清淤作業，遂將沉淀池的設計深度考慮為2.5 m，其中有效水深設計為2 m。從每級沉淀池的西北端口開始，均設計成15%的斜坡道下到沉淀池底部作為裝載機入池清淤的通道。經計算，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計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，能夠達到較好的沉淀效果。特別是此次設計中有意擴大了一級沉淀池的容量、盡量減小了廢水流速，以達到將淤泥留置在靠近道路一邊的一級沉淀池中、便于砂石廠運行過程中依托塔-南道路進行沉淀池清淤作業的目的。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，接近或達到該標準就必須進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。在槽的兩端設置砂石混合料過濾層，中段設置木炭吸附反濾層，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。經計算，水在吸附過濾槽內的最大流速為3.4 mm/s，能夠滿足最大滲透過濾量的要求。在沉淀池運行過程中，當滲透過濾量不能滿足要求時，必須對吸附過濾槽進行清理，然后鋪設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，設計時考慮將開挖沉淀池的土石料直接用于填筑場地東北側的邊坡。沉淀池與吸附過濾槽的底板采用鋼筋混凝土結構，邊墻護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構。

4 沉淀池的運行和維護情況

南德瑞瓦圖砂石廠破碎篩分系統及廢水處理沉淀池建設完成并投入生產運行后，肉眼觀察經沉淀過濾的外排水外觀清澈。塔烏瓦鎮水質檢測部門對外排水取樣檢測的指標結果表明其符合當地生產廢水排放標準的要求。在砂石廠實際生產運行過程中，實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，從而印證了該設計方案擴大一級沉淀池容量的合理性，每個月均須對一級沉淀池進行一次清理，清理時一般將淤泥厚度控制在不超過1.5 m以保證裝載機進入沉淀池作業時的安全性；二級沉淀池約每半年時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，一般選擇在塔-南公路車輛較少的時間段，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行，同時盡量減少對過往車輛的影響，保證安全。在旱季缺水時，將第三級沉淀池內沉淀后的水通過水泵回收循環利用進行洗砂施工，既保證了生產的連續進行，又減少了向外界的排水，取得了良好的環保效果。

5 結 語

斐濟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過，導致外部影響和限制因素多，因而對系統的合理布置、安全生產和環境保護要求均很高。經過對系統建設各個方面科學、細致地設計和合理布置，特別是因地制宜地對沉淀池進行設計并精心組織施工，使系統按時投產，對生產廢水處理的效果達到了斐濟當地的高標準要求，對所產生的淤泥進行了曬干、轉運及堆置處理，很好地保護了當地環境，做到了節能減排。同時，在砂石廠廢水處理應用平流式沉淀池時，因地制宜地進行了大膽的設計修改，以最佳的效果滿足了工程實際需要，這一成功的嘗試可為類似工程提供借鑒。