青海玛尔挡水电站砂石加工系统污水处理工艺设计

李 俊

中国葛洲坝集团第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

青海玛尔挡水电站位于三江源国家级自然保护区核心腹地,生态地位十分重要,是青藏高原重要的生态屏障。青海玛尔挡水电站砂石骨料加工系统距黄河直线距离约0.6 km,产生的污水会对周边环境造成严重影响。为保护周边环境不受污染,结合青海玛尔挡地区气候,根据砂石骨料加工系统生产用水规模,设置一套450 m3/h污水处理系统。

因砂石骨料加工系统生产区域距黄河较近,若不妥善处理,会导致污水流入黄河,对水资源造成影响。该砂石骨料加工系统存在问题主要是料源为二长岩,属于洞挖开采料,此岩性硬度较大,本系统采取四段式破碎(粗碎+中碎+细碎+超细碎)和三段筛分[1]。根据岩性情况,此原料易成粉、不易成砂,洞渣料含泥较高。该系统在生产成品骨料过程中,需要加大水量进行冲洗,以保骨料质量,导致产生较多污水。为了保护环境,应采用机械压滤脱水方式,将清水和污泥分离出来,处理后的清水循环使用,可彻底解决污水对环境造成影响等问题,保障混凝土原材料的质量。

1 工程概况

青海玛尔挡水电站是龙羊峡以上黄河干流湖口-羊曲河段规划实施的第12个梯级水电站。电站初拟正常蓄水位3 275 m,相应库容14.82亿m3,调节库容2.415亿m3,具有季调节能力,电站初拟装机容量2 200 MW,多年平均发电量72.394亿kW·h。工程规模为一等大(1)型工程,枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、右岸一条泄洪放空洞、右岸三孔溢洪道及右岸引水地下厂房等组成,枢纽主要建筑物级别为1级,次要建筑物级别为3级。

砂石加工系统主要提供该工程施工所需的成品砂石骨料,在实施期间,砂石加工系统需要生产成品砂石骨料大约167.09万t。砂石加工系统的生产能力必须满足该工程高峰时段对成品砂石骨料的需求,工程混凝土高峰时段为2022年9—11月,平均月高峰浇筑强度为4.89万m3,考虑1.15倍不均衡系数,计算结果为5.62万m3,混凝土高峰月浇筑强度按照5.7万m3来进行砂石加工系统的设计。因此,砂石加工系统设计毛料处理能力为450 t/h,成品骨料生产能力为360 t/h,系统采用开路、闭路相结合,湿法生产工艺。砂石加工系统布置在旗上沟的右岸,占地面积大约为2.06万m2。砂石加工系统的料源来自本工程开挖的洞挖料,毛料岩性为变质砂岩与二长岩。

根据青海玛尔挡水电站砂石加工系统设计概况,污水处理系统设计处理能力450 m3/h,系统由1#集水池、细砂回收车间、2#集水池、混合器、加药间、预沉器、污泥处理车间、净水器和清水池等相关构筑物及设备组成。污水处理过程包括初始预处理、二度处理及清水回收。细砂回收装置为污水初始预处理装置,主要为去除污水中的粗颗粒,选用设备为1台WXH-450细砂回收机。污水二度处理采用“特高浊预沉器+机械压滤脱水”的工艺流程,污水中产生的清水从预沉器顶部进入清水池,通过水泵提升至生产高位水池,回收后循环利用,实现“零排放”;产生的浓缩污泥从预沉器底部自动流入真空压滤机(配套“真空泵+储气罐泵”)进行脱水,脱水后的污泥经过胶带机和自卸车运输至弃渣场[2]。

2 设计目标

该工程项目水环境保护目标:施工期施工生产污水进行处理循环使用,禁止排入主道河流。

根据工程区域环境功能要求,该工程砂石加工系统项目污水处理后不排放,回水循环利用。污水综合排放标准见表1,生态环境标准见表2。

表1 污水综合排放标准

表2 生态环境标准 单位:%

3 设计参数计算

3.1 水量

1)损耗水量。根据砂石破碎系统处理量和各成品级配比例,结合砂石破碎系统工艺流程以及各粒径砂石用水量,计算得出系统用水量475 t/h,同时考虑喷淋降尘用水等因素,取500 t/h作为用水量设计指标。

2)污水处理规模。系统考虑骨料含水、泄漏、蒸发损失及其他损失,损耗系数为10%。工程污水处理系统按500×90%=450 m3/h考虑。根据环保要求处理后的污水不得直接排放,做到零排放的要求,且处理后的污水全部回用,不能用于生活水。考虑成品细骨料及弃渣料预脱水后仍存在较大含水量,污水回收率初拟按85%可循环利用,则450×85%=382.5 m3/h。从而需要从外部补充生产用水不小于117.5 m3/h。综上所述,污水处理系统水量按450 m3/h进行处理,系统补充水岸117.5 m3/h进行补给。处理后的清水通过水泵提升进入供水系统循环利用,做到零排放[3]。

3.2 泥渣处理能力

根据砂石加工系统流程计算可知,该450 t/h砂石加工系统产生石粉57.9 t/h。450 t/h毛料原料含泥量3.8%,约为17.1 t/h,需处理的泥渣约75 t/h。经过机械预处理单元后,回收34.74 t/h的石粉与斗轮洗砂机选出的机制砂混合后通过胶带机送至机制砂堆场,剩余的40.26 t/h石粉和泥全部进入机械压滤脱水车间进行处理。

4 污水处理工艺

污水处理系统设计处理能力450 m3/h,主要处理来自砂石加工系统的冲洗污水,处理后的回收利用水通过加压水泵提升进入清水池回收利用。

生产污水首先经管道及沟渠自流进入1#集水池,通过1#设备间的渣浆泵提升至细砂回收装置分离大颗粒泥沙,筛上物用胶带机运输至砂堆场,初步处理后的污水进入2#集水池;2#集水池污水经2#设备间的渣浆泵提升至预沉器中,在预沉器的进口前加上管式混合器,使助凝剂与混凝剂与污水高效混合,从而达到更有效的提高设备的除浊效率的目的。在预沉器中经离心分离、重力分离及污泥浓缩等过程从预沉器顶部排出清水,经一体化净水器二次处理后进入清水池,通过水泵提升至生产高位水池回用;从预沉器底部排出的浓缩污泥经过气动蝶阀和高差控制自动流入真空压滤机(配套“真空泵+储气罐泵”)进行脱水,脱水后的污泥通过胶带机运输进入污泥堆场进行堆存,达到一定量后使用自卸汽车运输至弃渣场。

根据以上原则,确定的污水处理工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

生产污水通过细砂回收装置处理,将0.16 mm以上的颗粒大部分分离;污水二级浓缩采用预沉器,确保出水水质(悬浮物、颗粒物)不大于2 000 mg/L,再经过净水器深度过滤,确保出水水质(悬浮物、颗粒物)不大于100 mg/L,满足回用生产水的要求,实现生产污水零排放;污泥干化采用国内比较成熟的真空压滤机,能有效控制泥饼的含水率,保证了泥渣堆存和运输不再形成二次污染;污水处理系统场内干净、清洁、无污染,真正实现绿色环保。

5 主要设备

5.1 细砂回收装置

砂石加工系统的污水主要来源于洗砂分级车间和冲洗车间,污水中的石粉细砂首先由石粉回收与一体化立式旋流沉砂器进行预处理,剔除污水中的一部分石粉、细砂,细砂和石粉由旋流器浓缩后,再由强力高效高频脱水装置脱水,经脱水处理后的石粉、细砂,排入石粉细砂胶带机,经胶带机送入砂堆场。

石粉、细砂回收工艺流程见图2。

图2 石粉细砂回收工艺流程

细砂回收装置主要用于污水的预处理,污水来水SS浓度设计值为50 000 mg/L,细砂回收装置用于分离出粒径在0.16mm以上的泥沙颗粒。细砂回收装置设备参数见表3。

5.2 2#集水池搅拌器

集水池搅拌配套设备见表4。

表3 细砂回收装置参数

表4 集水池搅拌配套设备

5.3 渣浆泵

根据砂石加工系统污水的特点,选择耐磨性能好的渣浆泵作为污水提升泵。配套渣浆泵各项参数见表5。

表5 渣浆泵参数

5.4 加药装置

加药装置用于絮凝剂和助凝剂的溶解和投加,包括絮凝剂加药装置和助凝剂加药装置各1套,各项参数见表6。

表6 自动加药装置技术参数

5.5 预沉器

利用离心分离和重力沉降来实现固液分离的水处理设备。预沉器由旋流除砂、整流栅、斜管沉淀、污泥浓缩4个部分组成。根据离心沉降和密度差的原理,当水流在一定的压力、向心浮力、流体拽力的作用下,因受力不同,从而使密度低的清水上升,由设备出口流出,密度大的砂由底部排砂口排出,从而达到除砂、降浊、固液分离的目的。设备各项参数见表7。

表7 预沉器技术参数

5.6 混凝混合器

混凝混合器与预沉器配套使用,主要用于加强絮凝反应,降低药剂使用成本。混凝混合器各项参数见表8。

5.7 净水器

将预沉器初步过滤的清水进行二次处理,以达到回用的要求。配套各项参数见表9。

表9 配套参数

5.8 真空压滤机

设计处理污泥量约45 t/h,脱水后污泥含水率小于15%。根据同类工程的污泥脱水经验,选择真空压滤机,设备参数见表10。

表10 真空压滤机机配套设备参数

5.9 技术参数表及工程量表

污水处理系统技术参数见表11。

表11 污水处理系统技术参数

6 结束语

青海玛尔挡水电站砂石加工系统污水处理系统在工艺设计和设备选用上充分考虑长期运行的可靠性、安全性及经济性,确保污水处理系统满足现场生产。经过1年多运行实践证明,该系统的实际运行效果良好,处理后的清水通过水泵提升进入供水系统循环利用,达到零排放要求。