MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术在水电工程施工废水处理中的应用分析

武国柱，陈锐睿

（中国水利水电建设工程咨询西北有限公司，陕西省西安市 710100）

0 引言

水电工程施工生产废水大多具有水量大、悬浮物（SS）含量高、冲击负荷强等特点，多采用平流沉淀、辐流沉淀、DH 高效旋流沉淀等处理技术[1]，设施占地面积大、维护难度大、运行成本高、出水不够稳定，往往出现建而不用或不规范运行的情况，施工废水处理问题较为突出，为水电工程施工期环境保护的重要制约因素[2]，在环境保护日趋严格的背景下具有较大的环境风险[3]。因此，选择一套投资少、占地面积小、运行维护简单、运行成本低的废水处理设施，成为目前水电工程施工废水处理的新趋势。MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术是近几年兴起的高效废水处理技术[4]，其设施具有一体化撬装功能，安装拆卸便捷，可重复使用。

本文基于MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术在雅砻江两河口水电站施工废水处理中的应用实践，分析了MagCS磁介质混凝沉淀集约化处理技术的优势、适用性以及经济性，旨在为水电工程施工废水处理选择新型技术提供参考依据。

1 两河口水电站施工废水特点

1.1 施工废水类别与特点

两河口水电站处于建设期，施工废水主要来源于砂石加工系统、仓面冲洗、灌浆施工产生的废水。砂石加工系统废水产生量约为15600m3/d，悬浮物（SS）含量为50000 ～180000mg/L，主要由岩粉、细砂构成，采用辐流沉淀处理技术。下游围堰区域废水产生量约为12000m3/d，以灌浆废水为主，同时有大量的仓面冲洗废水，悬浮物（SS）含量为6000 ～60000mg/L，主要由岩粉、泥沙、水泥颗粒等构成，废水中含有大量的电荷，悬浮物（SS）不稳定且不易沉淀，水体浑浊度高，污泥易板结，采用MagCS 磁介质混凝沉淀集约化处理技术。砂石系统废水、仓面冲洗废水、灌浆废水存在悬浮物（SS）浓度高、水量大、水量不稳定等特点[5]，见表1。

表1 两河口水电站施工废水类别与特点Table 1 Classification and characteristics of construction wastewater of Lianghekou hydropower station

1.2 施工废水处理难点

废水处理在水电行业已经过20 余年的工程实践，不乏有许多成功的案例，如向家坝水电站砂石系统库容200 万m3的尾渣坝库[6]，高效与低成本运行，真正实现零排放。但水电工程大多位于深山峡谷地区，各电站的外部条件不尽相同，大部分具有以下特点，成为制约水电工程施工期废水规范化处理的难题。

（1）场地狭小。常规施工废水处理设备占地面积大，而多数水电工程地处高山峡谷区域，施工生产生活区等设施布置紧凑，工程施工干扰大，可为设备提供的场地极为有限，这是水电工程普遍面临的困难。

（2）设备稳定性差。水电工程施工废水普遍存在悬浮物（SS）高的特点，造成排泥困难，对排泥管道及污泥泵等设备要求很高，一旦因停电、管理不善、运行维护不到位等因素停止运行，很容易淤堵。

（3）单位水处理成本高。受设计、安装及建设管理粗放以及设备布置不合理等因素影响，造成单位水处理运行成本高，承包商运行意愿差。

（4）运行管理专业化程度不够。水电行业废水处理设施运行维护人员大多为普通工人，文化程度不高，仅经过简单培训即上岗，对废水处理设备原理、工艺要求等了解有限，维护管理难以满足设施规范化运行要求。

2 MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术

2.1 工艺原理及流程

MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术的核心是在传统混凝沉淀工艺中引入可高效回收的磁性微粒，即磁介质，先利用混凝剂改变原水中胶体表面性质而促进其凝聚，微小磁介质作为晶核，能大大强化对水中悬浮物（SS）的絮凝结合能力，更容易形成矾花，在助凝剂作用下使絮团聚集增大。比重为4.5 ～5.0 的磁介质会使生成的絮体密度更大，起到重力助沉作用，使其在沉淀池中快速沉降，实现固液快速分离，废水得到净化[7]。MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术主要包括以下几个工艺流程。

2.1.1 磁混凝流程

废水进入快速混合反应池，以一定比例加入混凝剂，充分混合后进入磁介质混凝反应池，加入磁介质和回流磁泥，经过搅拌机匀速搅拌形成絮体后进入絮凝反应池，接着加入助凝剂，混合均匀后形成包裹磁介质的密实大块絮团。

2.1.2 磁沉淀流程

包裹磁介质的密实絮团进入沉淀池，在重力作用下快速沉降至池底污泥区，不易沉淀的微小絮体被斜管捕获，最终高质量清水从沉淀池顶部的集水槽中汇合排出。底部污泥区部分磁泥通过磁泥泵回流至磁介质混凝反应池，剩余部分则进入磁介质回收系统。

2.1.3 磁回收流程

剩余部分磁泥首先经过解絮机高效分散成磁介质和剩余污泥，磁介质由磁回收机回收至磁介质混合反应池，进行循环再利用，剩余污泥则进入污泥脱水处理系统。

MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术工艺流程如图1 所示。

图1 MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术工艺流程图Figure 1 MagCS magnetic medium coagulation and sedimentation intensification technology process

2.2 主要工艺优势

MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术主要包含混絮凝单元、沉淀单元、磁回收单元、药剂配投单元、污泥脱水单元等[8]，均集约在一定规模的标准集装箱中，形成一个具有撬装功能的集约化废水处理装置，可重复使用。与常规废水处理工艺相比，具有以下几方面的技术优势。

2.2.1 磁介质专性筛选，技术优势明显

MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术的一个标志性技术优势就是作为载体的磁介质具有很高的回收率，可反复循环使用。但是，当磁介质粒径过小，回收率则会降低，若磁介质粒径过粗，则容易沉积甚至板结于反应池底，影响磁介质的使用效率。而MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术使用专性磁介质，既能保证磁介质在混絮凝阶段具有较好的悬浮性，可被絮团充分包裹，又保证包裹磁介质的絮团进入沉淀池后具有较好的沉降性能，实现了污泥絮团的快速沉降，同时可确保磁介质回收率高于99.5%，极大地体现了MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术的效率优势与经济优势。

2.2.2 搅拌特性优化，混合效率大幅提升

MagCS 磁介质混絮凝搅拌机采用轴向流式水翼桨叶，单位功率产生的流量大，且在桨叶大范围内分布均匀，具有较强的最大防脱流能力，不存在分区循环，混合效率高，具有特低的剪切力，能在池中产生强烈的上下循环流，使药剂和废水产生多次碰撞、混合，最终加入的药剂能够在比较短的停留时间内混合均匀并产生反应。絮凝反应池搅拌机借助高效桨叶产生高流量结合低剪切力功能，能使絮凝剂与废水均匀分散，分段慢速紊动，达到多次触变，絮体密实的效果，大幅度提升混合效率。

2.2.3 药剂点位明确，作用效率最大化

MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术确定了混凝剂、磁介质、助凝剂的依次投加顺序，在此基础上，对药剂投加位置进行了精确定位，避免了药剂短流现象的产生，合理分配了药剂与磁介质的作用时间与作用阶段，既保证了药剂反应所需足够的停留时间，使投加的混凝剂、磁介质、助凝剂都能得到充分反应，又避免了因时间过长药剂产生过度反应，影响混絮凝效果，大幅度提高了药剂与磁介质的利用率，降低了药剂的投加量，降低了运行成本。

2.2.4 磁泥精确回流，絮凝效果更佳

在常规混凝沉淀技术工艺中，出水中多含细小絮团，究其原因是因为混凝过程中颗粒碰撞概率较低，不利于颗粒间的凝聚和颗粒的成长，这些细小絮团则容易被沉淀池溢流出水带出，影响出水水质。MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术通过采用沉淀磁泥回流工艺，将混絮凝系统中的污泥浓度精确控制在最佳范围内，保证了优质絮团形成的良好环境，具有良好的处理能力与抗负荷冲击能力，絮凝效果更优，药剂投加量更省。

2.2.5 磁回收创新设计，回收效率更高

磁回收机是MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术中的核心设备，主要结构包括机架、水槽、电机和磁滚筒等部分。通过搭配高效的磁泥解絮机，分散后磁介质与非磁性污泥进入磁回收机水槽，当经过磁滚筒磁场时，磁介质受到磁力作用，吸附在滚筒表面，并随滚筒旋转带到卸料区，被冲洗水冲进磁介质快速混合反应池，而非磁性污泥则从底部排泥口排出。磁回收机可将沉淀磁泥中的磁介质进行高效回收，实现了磁介质的重复利用，节约了运行成本。

3 MagCS 磁介质混凝沉淀集约化设施应用效果

3.1 应用效果评价

两河口水电站工程下游围堰区域MagCS 磁介质混凝沉淀集约化废水处理设施自投运以来设备运行稳定，出水稳定可靠，与砂石加工系统辐流沉淀技术相比，在占地面积、运行成本、处理效果等方面都具有明显优势。两种处理技术应用效果指标对比见表2。

表2 MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术与辐流沉淀技术应用效果对比表Table 2 Application effect comparison of MagCS magnetic medium coagulation and sedimentation intensification technology and radial precipitation technology

从表2 可以看出，相近废水处理规模的MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术与辐流沉淀技术相比，设备更加紧凑，设施占地面积仅为辐流沉淀设施的1/5，能更好地适应水电工程场地紧张的现状，吨水直接处理费用较低，解决了施工企业单位水处理成本高、能耗大、运行意愿差的行业痛点。设备集成化程度高，操作方便快捷，运行维护简单，所需人员较少，进一步节省了人力成本。废水处理效果好，设施进水口悬浮物（SS）浓度为6000 ～60000mg/L，出水口悬浮物（SS）浓度为20mg/L，出水口悬浮物（SS）浓度远低于《水电工程砂石加工系统设计规范》（DL/T 5098—2010）中SS ≤100mg/L的标准，废水处理效果十分显著。

3.2 存在的不足

两河口水电站工程下游围堰区域因场地限制只安装了一台带式压滤机，而带式压滤机皮带运行半年左右时间需更换一次，因没有备用压滤机每次需停机更换，因此产生废水的相关施工都需要暂停，从而给工程进度造成一定的影响。对此，建议压滤机采用一用一备，避免停机更换皮带的情况，从而保证设备运行的连续性。

4 结论

MagCS 磁介质混凝沉淀集约化技术具有占地面积小，废水处理量大，耐冲击负荷能力强、设备运行稳定，运行成本低的优点。通过在两河口水电站工程下游围堰废水处理中的应用，实践表明能够适应较高浓度废水的处理要求，设备集约化程度高，安装便捷，应用灵活。对于砂石加工系统悬浮物（SS）浓度更高的废水，设施前端可增加VDS 石粉回收装置作为预处理单元，回收废水中粒径较大的石粉和细砂，预处理后废水中悬浮物（SS）浓度大大降低，可有效减轻后续泥水分离环节的负荷和处理难度，VDS 石粉回收装置在小湾水电站[9]和杨房沟水电站[10]砂石加工系统废水处理设施应用效果良好。

我国“十四五”规划明确提出“加快抽水蓄能电站建设和新型储能技术规模化应用”“实施雅鲁藏布江下游水电开发”。抽水蓄能电站多位于城市周边，环境保护要求较高。我国西藏地区生态环境复杂多样，生态环境相对脆弱，在开发建设的同时应特别注重环境保护。因此，新形势下环境保护要有新举措，适应国家生态文明新要求。常规废水处理设施因占地面积大、运行成本高、操作复杂、处理效果不佳等因素影响，很难达到预期目标，因此，MagCS 磁介质混凝沉淀集约化废水处理技术具有占地面积小、运行成本低、易于操作、处理效果好等特点，在特殊保护区域实施水电工程具有很好的经济效益和社会效益。