水電灌漿工程廢水處理工藝及裝備研究

肖桂華XIAO Gui-hua；甘虎GAN Hu；向代剛XIANG Dai-gang

（三川德青工程機械有限公司，宜昌 443000）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，對能源的需求也越來越大。水電是一種清潔能源，但水電工程建設的同時也對環境造成一定程度的負面影響，水利水電工程施工期間廢水排放量大、廢污水類型多，主要包括砂石料處理系統廢水、混凝土混合系統廢水、機械整備廢水、生活污水、洞室廢水、混凝土養護廢水和灌漿廢水等[1]。灌漿工程施工廢水是水利水電工程中基礎灌溉向建筑物地基裂縫、斷層破碎帶或建筑物本身接縫、裂縫輸送水泥砂漿液壓的工程。通過灌漿可以提高被灌注地層或建筑物的抗滲透性和整體性，改善地基條件，保證水工建筑物的安全運行。基于灌漿工藝特性，施工過程中灌漿孔沖洗、灌漿保壓、設備清洗及水泥漿的失效等因素，造成大量廢漿、廢水。

1 問題分析

灌漿水泥廢漿具備一定活性、板結，與混凝土商品砼廢漿理化特性存在質的區別。施工場地緊張，廢漿廢水經常無處排放。以往對于施工期廢污水處理重視不夠，監管有限，施工期廢污水不經處理直接排放或處理不達標排放的情況普遍存在[2]，更為嚴重的是有的施工企業趁監管漏洞，將廢漿廢水偷排亂排，給環境帶來了一系列污染的問題。污染下游水源，影響河道水質情況，對生態環境造成破壞。

國內外在水電灌漿工程廢漿廢水排放處理領域，仍然是以傳統自然沉淀直接外棄施工方法為主。SL62-2020《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》對施工中產生的廢漿和廢水，沒有強制規定處理工藝及排放標準。據市場調研，國內外有多項類似項目研究，主要集中在混凝土商品砼廢漿砂石回收利用及廢漿處理技術原理、藥劑以及工藝和設備的探討，并對混凝土商品砼廢漿排放技術工程應用進行了研究。

2 水電灌漿工程廢漿廢水工程特性

灌漿施工廢水中主要污染物為懸浮物（SS），SS 主要來自打鉆過程中產生的巖粉、裂隙中夾雜的泥沙，以及灌漿使用的水泥。具有以下特性：

①具有水泥活性特征。一般靜置24 小時后會膠凝，靜置48 小時后會板結。隨著靜置時間越長，結石強度越高。

②泥漿顆粒物粒徑小。通過激光粒度分布儀分析檢測：顆粒物粒徑80%以上在50μm 以下，中位徑D50約為21μm。

③沉降性好。通過沉降實驗，一般靜置15～20 分鐘時可見分層明顯，上清液已很清澈，檢測出懸浮物SS 含量小于70mg/L，符合《污水綜合排放標準》（GB8978-1996），可循環使用或直接排放。

④濾失性好。沉降后的泥漿經過濾失實驗，加壓0.8MPa 12～15 分鐘，濾液清澈、泥餅成型好含水率小于25%。

⑤堿性強。沉降后的上清液及濾液經檢測pH 值12～13，呈強堿性，若排放須加藥中和。

3 水電灌漿工程廢水無害化處理工藝方法

3.1 水電灌漿工程廢水無害化處理工藝原理（如圖1）

圖1 灌漿工程廢漿廢水無害化處理工藝流程圖

工藝流程及步驟：水電灌漿工程廢漿廢水無害化排放處理整套工藝流程，從粗渣分離到泥漿處理，直到最后的安全排放，主要分為三個部分：一是粗渣的振動篩分，二是泥漿濃縮減量分離，三是濃密廢漿的壓濾分離。根據需要進行水的堿性中和處理。

水電灌漿工程廢漿廢水經過固控分離除去大于1mm的粗渣，分離后的漿液進入濃縮、壓濾系統，最后分離成干渣和清水。

3.2 粗渣篩分工藝

廢漿中含有粗顆粒時，需配置篩分系統。應用振動篩分原理除去大于1mm 的渣料，透篩泥漿進入泥漿池。

振動篩脫水篩分出渣料含水率小于25%，可直接外運。透篩泥漿進入泥漿池，通過泵送至濃密機進一步分離。

若廢漿中粗顆粒含量少時，可直接采用篩網攔截。（如圖2）

圖2 粗渣篩分工藝

3.3 濃密分離工藝

根據泥漿特性，選擇合理沉降及防板結工藝。通過沉淀方式溢流走大于90%的清水，為后續工藝減量。泥漿中的固體顆粒通過蜂窩斜管沉降滑入泥斗，上清液通過出水槽溢流。濃密機在凈化區與沉降區之間設置蜂窩斜管，提高了濃密機的處理能力和水質凈化的質量。

斜管濃密機利用重力沉降作用分離漿液中的固相顆粒，但其沉降作用發生在設備中各斜管間的空腔內，斜管間的間距較小，其間的流體容易形成層流，固體顆粒僅在沉降的小距離落入斜管板面，然后沿斜板下滑可以進入機體下部的泥斗。由于傾斜板層疊，充分利用空間高度，同一占地面積的斜管濃密機的沉降面積遠大于普通耙子濃密機。

內部流體速度按廢漿沉降速度設計。

濃密機傾斜板傾角的確定主要考慮沉淀物是否能夠順利滑落，特別是水泥漿滯留時板接合，斜板間距的確定要充分考慮斜板上的材料層厚和器壁效應，既有利于沉泥下滑，又兼顧了沉降效率；傾斜板長度和寬度的確定主要從結構設計上考慮，便于安裝、更換，同時保證了合適的剛度和厚度。當然，為了保證沉泥有足夠的停留時間，斜管長度不能太短，所以斜板層數和寬度是按和諧比例設計的[3]。

斜管濃密機設計時，除了考慮流量、濃度、粒度分布、溫度等參數外，其利用系數也是重要的參數指標。在結構設計中，對流道采取措施，盡量減少紊流，在確定斜管長度時，充分考慮沉降區、流入區和溢流區邊界處的湍流區的大小。（如圖3）

圖3 濃密分離工藝原理圖

3.4 廢漿壓濾系統的壓濾工藝

壓濾進料泵將濃密沉降的底泥泵送到壓濾機濾室，灌漿廢水中的固相顆粒被濾布攔截，逐漸積累形成濾餅，濾液透過濾布通過濾液收集水槽進入清水池。泵送泥漿過程中濾餅增厚，壓力升到設定值后保壓5～10 分鐘，壓濾機松板卸料。濾餅含水率≤25%，可作為工程回填土使用；濾液清澈，若排放可加藥中和。（如圖4）

圖4 壓濾原理圖

4 水電灌漿工程廢水無害化處理工藝方法中試

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界處，是金沙江下游干流河段梯級開發的第二級電站以發電為主，具有防洪、攔沙、改善下游航運條件、發展庫區通航等綜合效益。水庫正常蓄水位置825m，對應庫容206億立方米的地下廠房安裝16 臺機組，最初機組容量1600 萬千瓦，多年平均發電量602 億4000 萬千瓦時。（如圖5-圖6）

圖5 四川省白鶴灘水電工程基礎灌漿

圖6 中試現場

4.1 中試設備研制

系統設備參數：處理能力：50 方//小時，功率：75kW。

①壓濾機。

過濾面積：4m2，濾室容積：約60L，過濾壓力：≤1.0MPa，結構型式：廂式，液壓壓緊/自動保壓/自動補壓，濾布特性：耐強堿（pH 值=14）、易脫餅。

②壓濾泵。

規格型號：螺桿泵G25-2，揚程：1.2MPa，特性：耐磨、耐強堿（pH 值=14）。

③攪拌桶。

桶體容積：400L，攪拌轉速：37rpm。（如圖7-圖9）

圖7 中試系統示意圖

圖8 濃密分離效果：溢流清澈，無明顯沉淀物或懸浮物

圖9 固液分離效果：濾液清澈，濾餅成型好、含水率低

4.2 數據檢測結果（表1）

表1 檢測結果分析表

現場應用效果：①分離物為水和泥餅；②水清澈無沉淀和懸浮物，可以回用或達標排放；③泥餅含水率低，能散裝外運。

4.3 成本分析

處理水量50 方/小時。工業用電按每度0.6 元計，用電量約每小時75 度，則每小時電費45 元；系統設備只需1人值守，按每人每班320 元計，則每小時人工費40 元；易損件（主要是濾布）壽命按2500h 計，則每小時消耗品費用約7 元；不計渣料外運費和處理得到的清水回用節省費用，成本每方水不超過1.84 元。

5 結論和建議

5.1 結論

水電灌漿工程廢水無害化處理工藝方法在白鶴灘水電工程基礎灌漿中的有效試驗，從源頭上解決了水電灌漿工程廢漿廢水的出路問題，充分顯示了該工藝方法的顯著優勢，補齊了水電灌漿工程中廢水治理中的短板，中水重復利用節約了水資源，棄碴填溝平地，既可以減少工程建設費用，又可以提高社會和環境效益。實現了廢棄物的再利用，減低了管理費用，間接經濟效益和社會效益顯著。

5.2 建議

促進行業協會修訂SL62-2020《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》，增加施工中產生的廢漿廢水無害化排放處理工藝或排放標準，從灌漿工程設計源頭上解決成果推廣應用難的問題。

提請國家相關部門提高灌漿工程的工程造價，從資金源頭上解決施工企業應用該成果增加施工成本的問題。