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在水電工程建設期間,砂石加工系統高濁度廢水處理一直是環保關注的重點和現場管理的難點,尤其是把“零污染排放”作為標準后,更增加了高濁度廢水處理的難度。目前,國內大中型水電工程砂石加工系統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,但系統運行期間,容易出現泥漿板結和堵管現象,導致水處理系統無法正常運行;同時,存在水質處理效果不收稿日期:2022-05-10達標及泥渣脫水效果不理想和設備磨損大的問題[3]。因此,砂石加工系統廢水澄清處理、污泥干化等工藝設計亟待進一步研究提高。

1砂石加工系統廢水處理工藝設計

1.1生產廢水處理

(1)生產廢水特性。格茸溝的砂石加工系統主要承擔導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,泄洪系統工程、輸水發電系統工程、場內交通工程、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,砂石加工系統設計生產能力320t/h,其中成品砂生產能力200t/h。砂石加工系統生產廢水來源主要包括篩分車間、制砂車間沖洗用水。整個生產過程形成的生產廢水濁度大,粗顆粒含量高,主要為懸浮物SS,不存在化學污染。系統高峰用水量為400m3/h,需處理的廢水量約為370m3/h。

(2)生產廢水處理目標。廢水處理目標按《水電工程砂石加工系統設計規范》(DL/T5098-2010)的要求確定,處理后SS濃度≤100mg/L;處理后廢水回用于系統生產,不外排。(3)生產廢水處理工藝分析。根據本工程砂石加工系統生產廢水特性和廢水處理目標并結合場地實際情況,廢水處理系統首先采用細砂回收裝置進行預處理,以去除生產廢水中石粉及大顆粒固體物質,并將回收的細砂和石粉添加到成品砂中。即調節了成品砂細度模數,同時減輕后續廢水處理設備負荷,降低了水中大顆粒物磨損造成設備和管道損壞的風險。廢水澄清環節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。池體底部采取回轉式刮泥、機械排泥,有效解決了設施運行期間存在的泥渣淤積、板結等導致渣漿泵設備故障、管道淤堵和沉淀池清渣困難等問題。泥渣脫水環節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,同時節約了場地。

1.2生產廢水處理工藝設計本工程砂石加工生產廢水處理系統設計總體規模為400m3/h;系統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、調節池、泵站、管網、供配電設施、生產輔助房建等組成。廢水處理采用“機械預處理+輻流沉淀+High Pressure Diaphragm Filter Press脫水”工藝,即用砂石加工系統制砂、篩分車間將生產廢水匯集至集水池,通過細砂回收裝置回收廢水中的石粉及0.16mm以上大顆粒固體物質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。砂石加工系統廢水處理工藝流程圖見圖1。

1.3主要設備選型及構筑物參數設計

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,后者則專門回收0.16mm以上大顆粒物質。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86.6kW,處理能力15~30t/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計為兩座Ф18m的輻流沉淀池,半地上式,地上5m,地下4.6m。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)聯合投加的模式。設計PAC按20mg/L、PAM按0.5mg/L投加,具體投加量根據實際運行情況調整。PAM加藥裝置主要配置一座8m3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流桶中,附屬PLC自動控制加藥裝置;PAC加藥裝置由兩個2m3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計有效容積為385m3,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事故池事故池設計有效容積為420m3,池內廢水由溢流溝導入,出水用設置在事故池中泵坑內的潛污泵加壓后送至廢水收集池。2廢水處理設施的運行砂石加工系統自2020年9月建成投入使用后,系統出水水質每季度經第三方現場取樣監測均滿足SS≤100mg/L要求(日常檢測值中SS濃度最大值為75mg/L),處理后的水循環利用于系統生產;高壓隔膜壓濾機處理后泥餅含水率為18%~20%,泥渣經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域堆存。

3結語針對水電工程砂石加工系統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、設備磨損大等問題,結合本工程砂石系統生產廢水特性及廢水回用標準、現場實際情況,設計并采用了“機械預處理+輻流沉淀+高壓隔膜壓濾機脫水”廢水處理工藝,并在參數設計、設備選型及配置上考慮一定的裕度。實踐表明,細砂回收預處理設備有效降低了廢水中懸浮物濃度,減輕后續設備處理負荷及大顆粒物對管道、設備磨損程度。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、管道淤堵等問題。高壓隔膜壓濾機實現了泥渣自動快速脫水且節約了場地。系統建成后,日常運行穩定,能夠適應不同進水濃度要求,出水達標并全部回收使用,實現廢水“零排放”要求。該工程廢水處理工藝技術的成功應用,對類似水電工程砂石加工系統廢水處理具有一定的借鑒意義。