观音岩水电站砂石加工系统废水回收利用设计

虎元强

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

1 砂石生产废水来源

根据我国关于工业废水达标排放的有关法律法规及招标文件关于废水排放和环境保护的相关规定，观音岩水电站砂石加工系统生产废水必须经综合处理达标后方可排放。结合该砂石系统各个用水点的使用情况，水源主要来自金沙江江水，利用工区取水泵站直接抽取750m3/h水量用于成品砂石系统砂石生产及运行。废水排放主要来自第一筛分车间、大石补充车间和第三筛分车间生产过程中的冲洗水，共计1 880m3/h。

(1)第一筛分车间安装的主要设备有4台重型圆振筛2YKRH2460、4台双螺旋洗石机2WCD1118和4台直线脱水筛ZKR1445。单台圆振筛用水设计量为 100m3/h，单台洗石机耗水量为 200～250m3/h。筛面喷淋水量直接进入洗石机。第一筛分车间总的用水量为洗石机清洗骨料用水量并留有适当富裕量。第一筛分车间需水量为1 350m3，考虑石料的吸收和损耗，第一筛分车间的污水量为1 310m3。

(2)大石补充车间安装有圆振筛YKR2460 1台。主要用水为骨料喷淋用水，按骨料喷淋的实际用水量并留有适当富裕量，大石补充车间的需水量为200m3/h，考虑石料的吸收和损耗，大石补充车间的污水量为190m3。

(3)第三筛分车间安装有2台YKR1845圆振筛，主要用水为骨料的喷淋用水，按骨料喷淋的实际用水量并留有适当富裕量，每台振动筛按200m3/h考虑用水，因此第三筛分车间总需水量为400m3/h，考虑石料的吸收和损耗，第三筛分车间总污水量为380m3/h。

(4)细碎车间、超细碎车间、第四筛分车间主要是车间除尘用水及车间卫生冲洗用水，每个车间设计用水量为10m3/h，中碎车间、第二筛分车间，每个车间设计用水量为10m3/h，总用水量50m3/h。

2 废水处理工艺

观音岩水电站砂石加工系统生产过程中排放废水处理工艺:砂水分离→石粉回收→泥水浓缩沉淀→污泥干化→清水回收。对泥水沉淀浓缩过程中排放的污泥采用机械干化脱水工艺原理。

(1)根据施工布局以及节约资源，第一筛分车间和大石补充车间采用3台QC3型链板刮砂机联合处理方案。将第一筛分车间和大石补充车间共计1 500m3/h污水集中经3台QC3型链板刮砂机回收，单台 QC3型链板刮砂机水处理量为250～500m3/h，刮砂量为10～30t/h，经3台QC3型链板刮砂机回收后有1 400m3/h溢水进入一级竖流沉淀池处理。通过后期运行实践，由于骨料包裹石粉和含泥量较大，链板刮砂机处理能力不能满足实际生产需要，经进一步探讨，采取黑旋风和链板刮砂机联合处理。实践证明，黑旋风和链板刮砂机联合处理方案处理粉和含泥量较大的污水较之单一设备系统处理在很大程度提高了设备的处理能力。

(2)第三筛分车间采用1台QC3型链板刮砂机，将车间的380m3/h污水经1台QC3型链板刮砂机回收，单台QC3型链板刮砂机水处理量为250～500m3/h，刮砂量为10～30t/h，经QC3型链板刮砂机回收后有350m3/h溢水进入一级竖流沉淀池处理。

(3)为提高浓缩、沉淀效果，保证出水达标，向竖流沉淀池(一级沉淀池)和斜管沉淀池(二级沉淀池)进水管投加聚丙烯酰胺，投加量分别为0.5 mg/L。竖流沉淀池底泥自流到污泥干化车间内，经4台GPS1837高频振动筛处理并回收，脱水后的废渣落入高频振动筛底部的卸料斗，用自卸汽车输送到弃渣堆，再至渣场堆放。处理后的水自流进入集水池经GMZ150－40－300渣浆泵(2台)加压至竖流沉淀池继续循环处理。斜管沉淀池底泥自流到污泥干化车间内，经2台GP96－8盘式真空过滤机处理并回收，脱水后的废渣落入盘式真空过滤机的卸料斗，用自卸汽车输送到弃渣堆，再运至渣场堆放。处理后的水自流进入集水池经GMZ150－40－300渣浆泵(2台)加压至竖流沉淀池继续循环处理。

3 废水处理系统布置

废水处理系统包括细砂回收车间、竖流沉淀池(一级沉淀池)、斜管沉淀池(二级沉淀池)、清水池及清水泵站、高位水池、集水池及渣浆泵站等。

废水处理回收工艺和效果受废水含泥量和废水颗粒级配的影响较大。石料经破碎筛分冲洗后为成品料，开挖运输破碎过程产生的废料，经水冲洗落入水中，废水中的主要杂质为泥渣和石粉。废水处理系统主要构筑物的设计、设备选型的主要技术参数是依据废水量和水中含泥量来确定。受料源覆盖层、地质结构(如泥化夹层)和冲洗水量不均匀性等因素的影响，废水中含泥浓度较难确定，而且变化范围较大。根据类似工程经验和生产试验，砂石加工系统筛分车间和制砂车间未经任何处理的废水中混合液含泥量约为160kg/m3，含泥浓度高达16%。为减轻废水处理系统的除泥(渣)负荷，节约投资，要求采取以下措施减少废水处理厂废水中的含泥量:(1)料场开采时严禁将剥离层和无用层的泥土混入石料进入生产车间;(2)在粗碎车间将毛料中小于20mm的渣料去除;(3)废水处理系统排水渠进口设格栅，格栅间隙净宽2.5mm，防止碎石块进入，影响水处理效果;(4)一筛车间废水进行预处理，截留≥1.25mm砂料以减少废水处理系统废水的含泥砂量并减轻粗颗粒对滤布的磨损。

采取上述措施后，废水处理系统进口含泥砂量按60t/h设计，各废水处理构筑物设计如下:

3.1 竖流沉淀池(一级沉淀池)

结合国内矿山及冶金行业水处理成熟经验和技术，一级沉淀池采用竖流沉淀池结构，可有效截留规定粒径以上的泥砂和石粉，减少后续工序的处理量，降低处理费用，保证系统的水处理回收利用率。一级沉淀池设8座平面尺寸为长×宽×高=10m×10m×10.7m的竖流沉淀池，采用并联方式布置，竖流沉淀池布置在1 060m高程平台上，处理来自一筛车间、大石补充车间、三筛车间、污泥干化车间共2 290m3/h的污水量(其中540m3/h的污水量为循环水量)，污水在池中的停留时间为1.5h，污水在竖流沉淀池中的上升速度为0.000 7m/s;设计表面负荷为2.5m3/(m2·h)，设计中心圆管直径1.5m，中心管喇叭口直径2m。底泥由自然高差排入污泥干化车间。

3.2 斜管沉淀池(二级沉淀池)

经过竖流沉淀池的初沉淀回收水1 640m3/h和来自金沙江取水泵站的补充用水750m3/h进入斜管沉淀池沉淀，二级沉淀池设一座平面尺寸为长×宽×高=25.5m×12.4m×7.98m的斜管沉淀池，斜管沉淀池设在1 060m高程平台上，处理2 000m3/h的污水量，污水在斜管沉淀池的停留时间为4.76min，水体在斜管沉淀池中的上升速度为3.5mm/s;设计液面负荷为2.5mm/s，斜管采用聚氯乙烯塑料板热轧成六角形，壁厚0.4mm，内切圆直径25mm，水平斜角60°，斜管斜长1m;设计斜管顶部以上清水区高度1.5m，斜管底部以下配水区高度1.5m。底泥由自然高差排入污泥干化车间。

3.3 细砂回收车间

一筛车间和大石补充车间、细砂回收车间设3台细砂清洗回收机(QC3型链板式刮砂机)，布置在一筛车间处，处理一筛车间和大石补充车间回收废水中的泥砂;三筛细砂回收车间设1台细砂清洗回收机(QC3型链板式刮砂机)，布置在三筛车间处，处理三筛车间回收废水中的泥砂。回收机由钢制沉淀池、刮板装置、溢流槽、托轮装置、驱动装置、溜槽、稳流喂料器等组成，废水进入细砂清洗回收机后在钢制沉淀池内进行重力沉降，由驱动装置牵引链带动多块刮板平缓运行，将沉降于池底的石粉和细砂刮到溜槽和喂料器，喂料器下设钢制溜槽将回收石粉送入筛分车间筛分后由皮带机运至成品砂仓。细砂清洗回收机溢流水排放到废水管至竖流沉淀池。

QC3型细砂清洗回收机技术参数:单台水处理量不大于500m3/h，刮砂量不大于50t/h，泥砂粒径不大于5mm。

3.4 污泥干化车间

污泥干化车间主要完成一级和二级沉淀池所排放泥砂的脱水干化。废水中小颗粒的组成分析:(1)毛料中小于20mm的骨料已在粗碎全部去除，由料源带入废水中的组分为毛料表面所裹的泥粉。根据类似工程经验，毛料表面所裹的泥粉量约占毛料总量的2%，加工毛料的总量为3 000t/h，泥粉量为60t/h;(2)粗碎破碎机加工半成品料的最大产量为2 080t/h，按照破碎级配曲线计算，产生的砂量为124.8t/h，小于0.16mm的石粉在砂中的比例约占15%，粉量为18.7t/h;小于0.16mm的石粉有部分被链板式刮砂机回收，进入二级沉淀池中的石粉量约占砂量的12%，粉量为15t/h。

综上，进入二级沉淀池中的泥粉量为218t/h，泥渣干化车间总处理泥渣量为218t/h，选择GP96－8盘式真空过滤机2台和GPS1837高频振动筛4台。GP96－8盘式真空过滤机设备单台技术参数:过滤面积96m2，处理能力不小于0.22t/h·m2，滤饼含水率不大于24%。车间设置两层，一层布置卸料斗，二层布置过滤机和液压设备、控制设备和空压设备。

3.5 清水池及加压泵房

清水池容积考虑500m3，设计有效尺寸为:长×宽×高 =12m×12m×3.6m。清水泵选用4台300S90A S，SH型单级双吸离心泵(3用1备);选用水泵参数:流量Q=756m3/h，扬程H=78m ，电机功率为280kW。

3.6 集水池及渣浆泵站

集水池及渣浆泵布置在污泥干化车间1 035m高程平台，回收及加压污泥干化车间废水540m3/h。集水池设计容积为150m3，有效断面尺寸为(长×高×宽)6.5m×6.5m×3.6m，渣浆泵选用 2台GMZ150－40－300，在竖流沉淀池运行1.5h后运行，抽取污泥干化车间的废水540m3/h至竖流沉淀池浓缩。

3.7 高位水池

设计高位水池能满足砂石系统1h的用水量，考虑为2 000m3，设计2座1 000m3的水池，单个水池设计有效尺寸为:长×宽×高=16m×16m×4m。

废水处理系统主要设备配置见表1。

表1 废水处理系统主要设备配置

4 砂石加工系统废水排放指标(见表2)

表2 废水处理系统生产废水调试成果对比

5 砂石系统废水处理运行过程中常见的问题及处理办法

砂石系统废水处理过程中最常见的是废水悬浮物含量极高，在废水处理过程中，普遍出现絮凝反应池、沉淀池淤塞，泥渣清理困难等问题。观音岩水电站砂石系统的设计方案针对上述问题做了大量的调查和研究，尽量采用新工艺、新设备，同时采用细砂回收车间进行废水预处理，不但大大降低了废水中泥砂含量，而且回收的细砂可回用于工程中;絮凝剂在管式静态混合器管道内混合，混合效果好，便于维护管理。

6 结束语

废水回收利用是废水处理最合理的出路，既可以有效地节约和利用有限的宝贵淡水资源，又可减少污水的排放量，减轻对水环境的污染。废水回收既可以被砂石骨料生产循环利用，也可以回用于生活杂用，如景观用水、园林绿化用水、浇洒道路、冲厕所等，使砂石生产废水达到“零排放”标准，彻底解决了观音岩水电站砂石加工系统砂石加工生产废水对金沙江水质污染的问题，实现了砂石加工系统“绿色砂石，环保砂石”的建设目标。