砂石加工系统废水处理新工艺

导读: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。

构皮滩水电站需生产混凝土505．38万m3，分别由左、右岸3座混凝土生产系统供给，其中右岸两个混凝土生产系统生产混凝土397．77万m3，砂石料均由右岸烂泥沟砂石加工系统供应，取用观景料场，岩石为玉龙山灰岩。

烂泥沟砂石加工系统于2003年设计和施工，砂石净料总量606．85万m3，生产规模毛料处理设计量1450t／h，采用湿式生产加水冲洗和降尘，供水量1460m3／h，产生废水1315m3／h，废水主要污染物为悬浮颗粒的泥渣和石粉，含泥量为90000mg／L。

烂泥沟砂石加工系统废水处理新工艺流程见图1，上述工艺在水电行业具有3个方面的特点： (1)率先推广泥渣分级处理、混凝浓缩与机械脱水干化法联合运行的工艺。

泥渣分级措施有：一筛车间增加两台螺旋分级机去除大于0．074mm粗砂粒；使用石粉回收装置回收石粉以满足《混凝土施工规范》要求常规混凝土石粉含量为6％～12％，也减轻后期废水泥渣处理压力。

经上述分级处理后，废水含泥降至约60000mg／L。

(2)与构皮滩马鞍山砂石系统同时率先采用先进设备进行石粉回收，石粉回收率超过80％，但该系统对进浆颗粒大小有较高要求，设备价格较高。

(3)与天生桥水电站麻村砂石加工系统同时率先将冶金、污水处理等行业应用成熟的压滤设备引入水电行业进行泥渣机械脱水。

本项目采用的冶金机械脱水框式压滤机，是一种间歇性固液分离设备，由滤板、滤框排列构成滤室，在输料泵的压力作用下，将料液送进各滤室，通过过滤介质，将固体和液体分离，压滤脱水为30％～70％，可以直接运往料场。

压滤机入料粒度控制在不大于0．5mm、人料压力为0．4～0．6MPa。

过滤面积为500m2的大型压滤机，完成进浆-过滤-反吹-滤饼剥离-滤布清洗-板框组装，需要45min，与传统的废水处理技术相比，机械脱水具有占地面积小、滤液清澈、劳动强度低、场地相对干净、滤饼含固率高等优点，但基建设备投资大，进料粒度大时易引起滤布破损产生喷浆。

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砂石加工系统废水处理工艺

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人生产车间；(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，防止碎石块进人，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： 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1060m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2290m3／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0．0007m／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。

斜管沉淀池(二级沉淀池) 经过竖流沉淀池的初沉淀回收水1640m3／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1060m高程平台上，处理2000m3／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。

底泥由自然高差排人污泥干化车间。

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。

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，由料源带人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3000t／h，泥粉量为60t／h；(2)粗碎破碎机加工半成品料的大产量为2080t／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。

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300S90AS，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。

集水池及渣浆泵站 集水池及渣浆泵布置在污泥干化车间1035m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。

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2000m3，设计2座1000m3的水池，单个水池设计有效尺寸为：长×宽×高：16m×16m×4m。

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砂石加工系统废水处理新流程与传统流程对比

该流程与传统工艺一样，也具备调节池(废水、清水、废渣)、加药装置、核心处理设施及废渣处理设施四大部分，但每个部分在传统工艺的基础上，又有不同程度的改进，具体分析、对比如下。

废水调节池 传统废水调节池在使用过程中，由于废水悬浮物浓度很高、颗粒粗，在进人核心处理设备前产生大量沉淀，容易堵塞渣浆泵，或造成渣浆泵吸水困难，效率降低，往往需要人工清池，工作量较大，生产连续性差。

新工艺在传统废水调节池中设置搅拌桨叶，防止废渣沉淀淤积。

废水提升泵采用耐磨渣浆泵，设置地下泵房，低位安装，增大吸水压头，确保渣浆泵高效运行。

加药设施 该工艺加药设施由一体化加药装置与混凝混合器组成。

一体化加药装置可按配比浓度要求将固体药剂溶化成水剂，然后用加药泵自动投加。

混凝混合器替代了传统的混凝反应池和管道混合器，通过优化设计，设定废水混合时间和强度，使废水和絮凝剂充分混合，以完成直流混凝反应。

核心处理设施 中国传统工艺的核心处理设备一般采用平流沉淀池、斜管(板)沉淀池和幅流沉淀池等，大量工程实践证明，上述设施在处理能力、运行可靠性上有所欠缺。

如平流沉淀池悬浮物去除率较低，出水水质差，占地面积大，清泥频繁且工作量大，经常发生淤池现象；斜管(板)沉淀池要求入口悬浮物浓度一般不大于3000—5000mg／L，适用于低悬浮浓度废水处理，在处理砂石加工系统废水时，往往处理能力低，出水水质差，斜管(板)易堵塞，清泥困难；幅流沉淀池占地面积大，废水往往需要预沉淀以后，再进行处理，以减轻处理负荷；工艺路线长，操作维护工作量大，沉淀池排泥管易堵塞，刮泥机械故障多，运行可靠性差等。

该新工艺采用的核心处理设备为高效旋流污水净化器，集成了直流混凝、临界絮凝、离心分离及污泥浓缩沉淀技术，25～30min内可在同一罐体中完成废水快速净化。

进水浓度在90000mg／L以下，不需进行预处理，出水悬浮物浓度可稳定在20～70mg／L。

该净化器为钢制罐体，上中部为圆柱体，下部为锥体，自下而上分别为污泥浓缩区、离心分离区、重力分离区、清水区。

该工艺采用直流混凝和临界絮凝技术取代了混凝反应池，在混凝器前、后分别投加絮凝和助凝药剂，利用混凝器、管道和水流完成药剂的水解、混合、压缩双电层，吸附中和作用。

在罐体内利用旋流絮凝反应器完成快速混合、吸附架桥，絮凝形成矾花，并在水流作用下不断成长。

离心分离是利用废水沿切线方向进入旋流絮凝反应器产生高速离心力，将比重大的颗粒物首先分离出来，同时完成助凝剂和废水的快速混合。

分离出的废渣下沉到污泥浓缩区，剩余废水通过内部导流装置进入重力分离区，在此区动能减弱，旋流速度减慢，有利于混凝后的絮体成长，形成的大絮体被离心力甩向器壁，并随下旋流及自身重力作用沿罐内壁下滑至锥形污泥浓缩区。

离心分离和重力分离区的悬浮颗粒在离心力及重力的作用下进入污泥浓缩区，废渣在锥形泥斗区中上部经聚合力的作用，颗粒群体结合成一整体，各自保持相对不变位置共同下沉，在泥斗区中下部浓度很高，颗粒间将缝隙中液体挤出界面，固体颗粒被浓缩压密后从锥体底部定时或连续排出，废渣含水率低，排污量较传统工艺大为减少。

该类净化器在煤炭行业的高浓度洗煤废水(悬浮物可达30000mg／L，且颗粒细小，沉降困难)、矿井废水和电力行业的冲灰渣废水、含煤废水处理中被广泛应用，并取得较好的效果，基于对该类设备机理的理论分析及对其在相似行业中应用情况的调研，该新工艺将其作为核心处理设施。

该类净化器已在向家坝高程380m混凝土系统(处理二次筛分废水)、呼和浩特抽水蓄能电站砂石系统、湖北白莲河抽水蓄能电站砂石系统等水电工程中得到应用，并取得较好效果。

废渣处理设施 传统的废渣处理工艺，常采用机械、人工清挖结合自然脱水，这种工艺清挖工作量大，挖出的废渣含水率高，清运困难，自然堆干时间长且受天气影响，难以满足高强度连续生产的需求。

近年来，在一些工程中采用板框压滤机进行废渣脱水，很大程度上改善了废渣脱水的效率，但实际运行过程中，常需要人工拉开过滤板，人工清泥，工人劳动强度很大，并且由于滤布过滤面积大，使用寿命短(。

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