細砂回收工藝在攪拌站廢水處理系統中的應用

付貴泰 孫偉 王偉 李佳偉

（1.威海市海王科技有限公司；2.威海市海王旋流器有限公司）

近年來，受國內疫情影響，經濟形勢低迷，2023年疫情穩定，國內經濟面臨大復蘇局面，可預見，國內混凝土行業將迎來迅猛發展［1］。根據“二十大”精神，十四五新格局下，混凝土行業將聚焦“雙碳”目標，進行綠色低碳發展，抓住疫情后的發展機遇，努力進行綠色化、工業化、智能化發展，取得了可喜成果，部分企業的技術裝備、產品質量等已達到世界先進水平［2］。預拌混凝土行業的高速發展，對環境保護以及資源綜合利用產生了極大地壓力，預拌混凝土在生產過程中會消耗大量的水資源，而混凝土攪拌機、運輸車或泵車在清洗過程中產生了大量的廢水、廢漿［3］。一座年產30×104m3的商品混凝土拌合站，洗刷廢水產生量約1.5×104 t/a［4］，這些廢水、廢漿中含有一定的粗細骨料和各種添加劑，廢水往往呈強堿性，無法直接排放，若不能加以回收利用，勢必會對周邊環境造成嚴重污染［5］。為此，針對攪拌站廢水、廢渣的回收利用問題，研究了細砂回收旋流器在廢渣回收利用過程中的重要性和技術優勢，期望對行業綠色轉型升級有所裨益。

1 現行廢水處理工藝弊端

Pistilli等［6］分析了攪拌站廢水的物理化學性質，從分析結果來看，攪拌站廢水中的固體顆粒物回收后再利用是可行的。目前，國內對攪拌站廢水的處理工藝研究不多，大多數拌合站企業生產和沖洗廢水的處理工藝技術較低，對廢水特性認識淺薄，處理手段和工藝相對簡單，回收利用率很低，尤其是一些中小型企業，甚至直接廢棄排放。

目前，最典型的混凝土攪拌站廢水、廢渣回收再利用系統主要由自動化清洗系統、砂石分離系統以及污水處理系統組成［7］，其回收利用工藝流程見圖1。

自動化清洗系統完成設備機車的清洗后，混合廢水進入砂石分離系統進行粗細骨料的分離回收，分離出+4.75 mm 粗骨料（石）及4.75～0.15 mm 細骨料（砂）運至料場堆存，分離后的污水進入污水暫存池存放，一部分用于混凝土拌合，剩余部分采用壓濾機進行壓濾，清水回用，泥餅送至堆場，破碎后回收利用。

按照最新建設用砂標準GB/T14684—2022，建設用砂的規范粒級為4.74～0.074 mm，而上述工藝因在砂石分離系統缺少細砂回收裝置，使得固體顆粒的回收粒級在+0.1 5 mm 左右，0.15～0.074 mm 細砂未得到回收，而隨污水進入壓濾系統，從而造成了資源流失及壓濾系統負荷的增加，同時泥餅中細砂的參入，造成粉煤灰含量降低，回收再利用比較困難。

2 廢漿性質

為研究攪拌站廢水、廢渣的特性，選取了四川眉山某攪拌站廢水樣品進行檢測分析（表1），將不同位置所取的1#、2#、3#樣品混合后篩分，烘干稱重，得廢水中固體顆粒物粒度組成數據（表2），原廢水處理系統處理后的污水中顆粒組成見表3。

由表1～表3 可知，攪拌站廢水固含量約12%，pH值在12左右，呈強堿性；未經系統處理前的廢水中固體顆粒由粗骨料、細骨料及泥粉組成，粒度范圍較寬；經過原廢水系統處理后的污水中仍含有31.14%的+0.074 mm 粒級顆粒無法回收，該部分細砂進入壓濾機壓濾后形成泥餅，增加壓濾機負荷的同時，使得泥粉因含沙量過高無法回收利用，造成資源浪費。

3 帶細砂回收工藝的新型水處理系統

對于細粒級物料的回收，行業內采用較多的是細砂回收裝置，但目前在攪拌站廢水處理中應用較少，回收后的廢水中仍含有大量細砂，壓濾后的泥餅中含砂量大，不能回收使用。為解決原工藝系統缺陷，需在原工藝的基礎上增加細砂回收工藝。目前，該裝置在國內主要應用在礦山尾礦干排、砂石骨料細砂回收等領域，常用的設備配置為旋流器與脫水篩組合，其核心部件為旋流器。國內旋流器生產廠家參差不齊，旋流器分級效率高低不等，選用國內威海市海王旋流器有限公司生產的專用細砂回收旋流器用于拌合站廢水處理工藝改造。

新工藝（圖2）為新型環保攪拌站廢水處理零排放系統，其生產沖洗廢水首先經分級隔粗篩進行4.75 mm 分級，篩上為+4.75 mm 粗骨料，篩下進入螺旋洗砂機，將+0.15 mm 粒級粗砂送至脫水篩脫水，螺旋洗砂機溢流泵送至專用細砂回收旋流器回收+0.074 mm 細砂，回收的細砂返回脫水篩與螺旋洗砂機推送的粗砂混合脫水，形成混合砂產品，旋流器溢流進入污水沉淀池，經沉淀后進入壓濾機壓濾，形成以粉煤灰為主要礦物的泥餅，用于生產低標混凝土，壓濾機濾液及沉淀池溢流返回生產回用。

該系統主要由機械制造工程、排管工程、涂裝工程和電氣工程四大部分組成，整體采用全自動運行方式對混凝土攪拌罐體內殘留物進行清潔、分解及回收再利用，同時也可對攪拌車外部以噴霧的方式清潔洗車。該系統工藝主要包含紅外傳感自動化清洗工藝、砂石分離工藝、細砂回收工藝以及沉淀壓濾工藝，通過砂石分離、細砂回收、沉降壓濾、定時攪拌裝置、泥漿控制裝置以及管道輸送系統將廢棄混凝土分解還原成混凝土制作原料，從而達到零排放、零污染、回收再利用等目的。

4 細砂回收旋流器選型計算

細砂回收裝置的核心部件專用細砂回收旋流器是一種分離分級設備，其工作原理是采用水作為分離介質，待分離礦漿經過輸送裝置進行有壓給入，礦漿在旋流器內部做高速離心運動，礦漿中不同比重的礦物在離心力場內部所受的離心力、向心浮力和流體曳力不同，比重較大，顆粒較粗的顆粒在重力作用下，隨旋流器錐體向下運動，從底部排出，細顆粒從頂部溢流管排出。

水力旋流器結構簡單，體積小，其本身是一個過流器件，在傳統選礦行業廣泛應用于磨礦分級、粗煤泥選礦以及非金屬脫泥、脫粉等作業，具有處理能力大，分級效率高的特點；然其本身需要有壓給料，故電耗成本較高。旋流器的分級粒度一般為0.01～0.30 mm，根據物料分級要求，需配置不同的旋流器結構和規格。

該項目選用的細砂回收旋流器結構采用多錐體變錐結構（圖3），由錐角不同的4段錐體組成，平均錐角可達10°，旋流器進料體采用蝸殼螺旋線進料體結構。多錐體變錐結構旋流器與同型號常規20°錐角旋流器相比，具有處理能力大、分級粒度小、效率高的特點。

旋流器使用前需進行選型計算，目前水力旋流器的選型計算方法在旋流分離領域尚無固定的計算公式，多以經驗公式計算為主，經常采用的經驗計算公式有美國克萊布斯計算法和前蘇聯波瓦羅夫計算法。根據原料特性、作業流程和作業性質等參數，通過計算，獲得匹配選型設計的最佳設備規格和型號。

該項目選用前蘇聯波瓦羅夫計算法，相比其他經驗公式，該計算公式更符合海王旋流器規格型號。旋流器的選擇計算主要確定旋流器的規格直徑、生產能力和分離粒度等參數，其次旋流器本身的結構和操作參數對計算結果也會產生一定影響。因此，旋流器選型計算時應確定好工況條件和結構特性，然后進行選擇計算。旋流器的主要結構參數與旋流器直徑D的關系，一般給礦口當量直徑df=（0.15～0.25）D，溢流管直徑do=（0.2～0.4）D，沉砂口直徑du=（0.06～0.20）D，錐角a≤20°。進口壓力是水力旋流器的主要參數之一，通常為49～157 kPa，進口壓力與溢流粒度關系見表4。

該項目旋流器與脫水篩組成閉路循環，旋流器新給礦量30 m3/h，旋流器入料平均固含量2.27%，要求溢流粒度-74μm 占95%，礦石密度2.6 t/m3，旋流器入口壓力0.15 MPa，循環負荷15%。按上述條件計算的物料平衡結果見表5。

根據設備樣本可選用D=15 cm、錐角a=10°的水力旋流器進行設計計算，其給礦口直徑設計df=4.2 cm，選用溢流管直徑設計do=4.5 cm，沉砂口直徑設計du=1.4 cm，根據所設計參數校核單臺處理量如下式所示

式中，qv為按給礦體積計算的處理量，m3/h；Ka為水力旋流器錐角修正系數；KD為水力旋流器直徑修正系數；df為給礦口當量直徑，cm；do為溢流管直徑，cm；Po為旋流器給礦口工作壓力，MPa。

經計算，處理量為32.32 m3/h。根據校核結果選用1 臺直徑D=15 cm 規格的旋流器比較合適，另備用1臺。

5 流程考察結果

經過7 d 的安裝調試，原廢水水處理系統增加了細砂回收裝置，細砂回收旋流器在入料濃度約12%、入料壓力0.15 MPa 的工況下平穩運行，調試完成后，跟蹤考察生產數據，取平均值得結果見表6、表7。

由表6、表7 可知，經過旋流器處理后，溢流污水中-0.074mm 顆粒含量最高可達99.25%，其尾泥產率由48%降至26%，說明可回收顆粒基本被回收完全，達到了工藝設計的分段回收要求。

6 細砂回收系統的技術優勢

（1）通過細砂回收工藝，使原系統中0.15～0.074 mm細砂得到回收利用，避免了資源浪費。

（2）回收的細砂補充了回收砂中細砂的級配缺失，使砂石集配曲線更符合建設用砂要求。

（3）細砂回收工藝的應用，使得壓濾泥餅中含砂率降低，粉煤灰含量提升，指標更加穩定，可用于生產回用。

（4）細砂回收工藝的應用，節省了壓濾機的工作負荷，新工藝可節省設備投資成本及運行成本。

7 結論

攪拌站通過工藝改造，將細砂回收工藝應用于原廢水處理系統，彌補了原工藝細砂回收缺失的問題。通過新工藝應用，將攪拌站廢水按建設用砂標準的回收粒度進行了有效分離，形成了+4.75 mm 粗骨料、4.75～0.074 mm 混合砂及-0.074 mm 粉煤灰餅和回用水4 種可利用產品，在解決廢水、廢渣環境污染問題的同時，實現了資源的綜合回收利用，提高了經濟效益，達到了廢水零排放標準，滿足了當下環保要求，更符合綠色礦山建設標準。