青海瑪爾擋水電站砂石加工系統污水處理工藝設計

李 俊

中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

青海瑪爾擋水電站位于三江源國家級自然保護區核心腹地,生態地位十分重要,是青藏高原重要的生態屏障。青海瑪爾擋水電站砂石骨料加工系統距黃河直線距離約0.6 km,產生的污水會對周邊環境造成嚴重影響。為保護周邊環境不受污染,結合青海瑪爾擋地區氣候,根據砂石骨料加工系統生產用水規模,設置一套450 m3/h污水處理系統。

因砂石骨料加工系統生產區域距黃河較近,若不妥善處理,會導致污水流入黃河,對水資源造成影響。該砂石骨料加工系統存在問題主要是料源為二長巖,屬于洞挖開采料,此巖性硬度較大,本系統采取四段式破碎(粗碎+中碎+細碎+超細碎)和三段篩分[1]。根據巖性情況,此原料易成粉、不易成砂,洞渣料含泥較高。該系統在生產成品骨料過程中,需要加大水量進行沖洗,以保骨料質量,導致產生較多污水。為了保護環境,應采用機械壓濾脫水方式,將清水和污泥分離出來,處理后的清水循環使用,可徹底解決污水對環境造成影響等問題,保障混凝土原材料的質量。

1 工程概況

青海瑪爾擋水電站是龍羊峽以上黃河干流湖口-羊曲河段規劃實施的第12個梯級水電站。電站初擬正常蓄水位3 275 m,相應庫容14.82億m3,調節庫容2.415億m3,具有季調節能力,電站初擬裝機容量2 200 MW,多年平均發電量72.394億kW·h。工程規模為一等大(1)型工程,樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸一條泄洪放空洞、右岸三孔溢洪道及右岸引水地下廠房等組成,樞紐主要建筑物級別為1級,次要建筑物級別為3級。

砂石加工系統主要提供該工程施工所需的成品砂石骨料,在實施期間,砂石加工系統需要生產成品砂石骨料大約167.09萬t。砂石加工系統的生產能力必須滿足該工程高峰時段對成品砂石骨料的需求,工程混凝土高峰時段為2022年9—11月,平均月高峰澆筑強度為4.89萬m3,考慮1.15倍不均衡系數,計算結果為5.62萬m3,混凝土高峰月澆筑強度按照5.7萬m3來進行砂石加工系統的設計。因此,砂石加工系統設計毛料處理能力為450 t/h,成品骨料生產能力為360 t/h,系統采用開路、閉路相結合,濕法生產工藝。砂石加工系統布置在旗上溝的右岸,占地面積大約為2.06萬m2。砂石加工系統的料源來自本工程開挖的洞挖料,毛料巖性為變質砂巖與二長巖。

根據青海瑪爾擋水電站砂石加工系統設計概況,污水處理系統設計處理能力450 m3/h,系統由1#集水池、細砂回收車間、2#集水池、混合器、加藥間、預沉器、污泥處理車間、凈水器和清水池等相關構筑物及設備組成。污水處理過程包括初始預處理、二度處理及清水回收。細砂回收裝置為污水初始預處理裝置,主要為去除污水中的粗顆粒,選用設備為1臺WXH-450細砂回收機。污水二度處理采用“特高濁預沉器+機械壓濾脫水”的工藝流程,污水中產生的清水從預沉器頂部進入清水池,通過水泵提升至生產高位水池,回收后循環利用,實現“零排放”;產生的濃縮污泥從預沉器底部自動流入真空壓濾機(配套“真空泵+儲氣罐泵”)進行脫水,脫水后的污泥經過膠帶機和自卸車運輸至棄渣場[2]。

2 設計目標

該工程項目水環境保護目標:施工期施工生產污水進行處理循環使用,禁止排入主道河流。

根據工程區域環境功能要求,該工程砂石加工系統項目污水處理后不排放,回水循環利用。污水綜合排放標準見表1,生態環境標準見表2。

表1 污水綜合排放標準

表2 生態環境標準 單位:%

3 設計參數計算

3.1 水量

1)損耗水量。根據砂石破碎系統處理量和各成品級配比例,結合砂石破碎系統工藝流程以及各粒徑砂石用水量,計算得出系統用水量475 t/h,同時考慮噴淋降塵用水等因素,取500 t/h作為用水量設計指標。

2)污水處理規模。系統考慮骨料含水、泄漏、蒸發損失及其他損失,損耗系數為10%。工程污水處理系統按500×90%=450 m3/h考慮。根據環保要求處理后的污水不得直接排放,做到零排放的要求,且處理后的污水全部回用,不能用于生活水。考慮成品細骨料及棄渣料預脫水后仍存在較大含水量,污水回收率初擬按85%可循環利用,則450×85%=382.5 m3/h。從而需要從外部補充生產用水不小于117.5 m3/h。綜上所述,污水處理系統水量按450 m3/h進行處理,系統補充水岸117.5 m3/h進行補給。處理后的清水通過水泵提升進入供水系統循環利用,做到零排放[3]。

3.2 泥渣處理能力

根據砂石加工系統流程計算可知,該450 t/h砂石加工系統產生石粉57.9 t/h。450 t/h毛料原料含泥量3.8%,約為17.1 t/h,需處理的泥渣約75 t/h。經過機械預處理單元后,回收34.74 t/h的石粉與斗輪洗砂機選出的機制砂混合后通過膠帶機送至機制砂堆場,剩余的40.26 t/h石粉和泥全部進入機械壓濾脫水車間進行處理。

4 污水處理工藝

污水處理系統設計處理能力450 m3/h,主要處理來自砂石加工系統的沖洗污水,處理后的回收利用水通過加壓水泵提升進入清水池回收利用。

生產污水首先經管道及溝渠自流進入1#集水池,通過1#設備間的渣漿泵提升至細砂回收裝置分離大顆粒泥沙,篩上物用膠帶機運輸至砂堆場,初步處理后的污水進入2#集水池;2#集水池污水經2#設備間的渣漿泵提升至預沉器中,在預沉器的進口前加上管式混合器,使助凝劑與混凝劑與污水高效混合,從而達到更有效的提高設備的除濁效率的目的。在預沉器中經離心分離、重力分離及污泥濃縮等過程從預沉器頂部排出清水,經一體化凈水器二次處理后進入清水池,通過水泵提升至生產高位水池回用;從預沉器底部排出的濃縮污泥經過氣動蝶閥和高差控制自動流入真空壓濾機(配套“真空泵+儲氣罐泵”)進行脫水,脫水后的污泥通過膠帶機運輸進入污泥堆場進行堆存,達到一定量后使用自卸汽車運輸至棄渣場。

根據以上原則,確定的污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

生產污水通過細砂回收裝置處理,將0.16 mm以上的顆粒大部分分離;污水二級濃縮采用預沉器,確保出水水質(懸浮物、顆粒物)不大于2 000 mg/L,再經過凈水器深度過濾,確保出水水質(懸浮物、顆粒物)不大于100 mg/L,滿足回用生產水的要求,實現生產污水零排放;污泥干化采用國內比較成熟的真空壓濾機,能有效控制泥餅的含水率,保證了泥渣堆存和運輸不再形成二次污染;污水處理系統場內干凈、清潔、無污染,真正實現綠色環保。

5 主要設備

5.1 細砂回收裝置

砂石加工系統的污水主要來源于洗砂分級車間和沖洗車間,污水中的石粉細砂首先由石粉回收與一體化立式旋流沉砂器進行預處理,剔除污水中的一部分石粉、細砂,細砂和石粉由旋流器濃縮后,再由強力高效高頻脫水裝置脫水,經脫水處理后的石粉、細砂,排入石粉細砂膠帶機,經膠帶機送入砂堆場。

石粉、細砂回收工藝流程見圖2。

圖2 石粉細砂回收工藝流程

細砂回收裝置主要用于污水的預處理,污水來水SS濃度設計值為50 000 mg/L,細砂回收裝置用于分離出粒徑在0.16mm以上的泥沙顆粒。細砂回收裝置設備參數見表3。

5.2 2#集水池攪拌器

集水池攪拌配套設備見表4。

表3 細砂回收裝置參數

表4 集水池攪拌配套設備

5.3 渣漿泵

根據砂石加工系統污水的特點,選擇耐磨性能好的渣漿泵作為污水提升泵。配套渣漿泵各項參數見表5。

表5 渣漿泵參數

5.4 加藥裝置

加藥裝置用于絮凝劑和助凝劑的溶解和投加,包括絮凝劑加藥裝置和助凝劑加藥裝置各1套,各項參數見表6。

表6 自動加藥裝置技術參數

5.5 預沉器

利用離心分離和重力沉降來實現固液分離的水處理設備。預沉器由旋流除砂、整流柵、斜管沉淀、污泥濃縮4個部分組成。根據離心沉降和密度差的原理,當水流在一定的壓力、向心浮力、流體拽力的作用下,因受力不同,從而使密度低的清水上升,由設備出口流出,密度大的砂由底部排砂口排出,從而達到除砂、降濁、固液分離的目的。設備各項參數見表7。

表7 預沉器技術參數

5.6 混凝混合器

混凝混合器與預沉器配套使用,主要用于加強絮凝反應,降低藥劑使用成本。混凝混合器各項參數見表8。

5.7 凈水器

將預沉器初步過濾的清水進行二次處理,以達到回用的要求。配套各項參數見表9。

表9 配套參數

5.8 真空壓濾機

設計處理污泥量約45 t/h,脫水后污泥含水率小于15%。根據同類工程的污泥脫水經驗,選擇真空壓濾機,設備參數見表10。

表10 真空壓濾機機配套設備參數

5.9 技術參數表及工程量表

污水處理系統技術參數見表11。

表11 污水處理系統技術參數

6 結束語

青海瑪爾擋水電站砂石加工系統污水處理系統在工藝設計和設備選用上充分考慮長期運行的可靠性、安全性及經濟性,確保污水處理系統滿足現場生產。經過1年多運行實踐證明,該系統的實際運行效果良好,處理后的清水通過水泵提升進入供水系統循環利用,達到零排放要求。