黃登水電站砂石加工系統(tǒng)污水處理系統(tǒng)擴(kuò)容技術(shù)改造

穆曉東，蘇興強(qiáng)

(中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢(xún)西北有限公司黃登監(jiān)理中心，云南 蘭坪 671406)

0 引 言

黃登水電站砂石系統(tǒng)2010年6月砂石系統(tǒng)開(kāi)始開(kāi)工建設(shè)，2011年7月砂石系統(tǒng)已單機(jī)空載調(diào)試，2011年9月受?chē)?guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控影響致使工期延緩，2013年4月起進(jìn)行砂石骨料供應(yīng)。2015年底黃登和大華橋兩座電站同時(shí)進(jìn)入主體澆筑階段，混凝土澆筑需求量達(dá)到高峰，砂石骨料產(chǎn)量隨之遞增。為了滿(mǎn)足骨料供應(yīng)，砂石加工系統(tǒng)由單班8 h增至15 h連續(xù)高強(qiáng)度生產(chǎn)，而污水系統(tǒng)按處理能力不能與砂石增加額產(chǎn)能相匹配，超過(guò)8 h后污水回收的指標(biāo)遠(yuǎn)超過(guò)骨料沖洗用水標(biāo)準(zhǔn)，不能達(dá)到合同規(guī)定的零排放指標(biāo)。因此在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容和改造工作，最終實(shí)現(xiàn)了“零污染排放”標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

黃登水電站砂石加工系統(tǒng)主要承擔(dān)黃登和下游大華橋兩座水電站主體工程共約550萬(wàn)m3碾壓和常態(tài)混凝土以及25萬(wàn)m3工程噴混凝土所需的1 280萬(wàn)t粗、細(xì)骨料生產(chǎn)和供料。系統(tǒng)布置于距壩軸線約13 km的左岸上游大格拉石料場(chǎng)附近，加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為2 500 t/h毛料處理能力和不低于2 150 t/h的成品生產(chǎn)能力。大格拉砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)的主要功能是處理砂石加工系統(tǒng)產(chǎn)生的生產(chǎn)污水，包括細(xì)砂回收、污水處理及回收，系統(tǒng)污水處理總體規(guī)模為400 m3/h。系統(tǒng)主要由細(xì)砂回收車(chē)間、污水處理車(chē)間、污泥干化車(chē)間、水池、泵站、管網(wǎng)、供配電設(shè)施、生產(chǎn)輔助房建等組成。

2 原污水處理系統(tǒng)工藝

2.1 工藝流程

原系統(tǒng)污水處理工藝順序?yàn)槲鬯厥铡咝鬯畠艋勰嗝撍逅厥铡Ｎ鬯厥沼烧{(diào)節(jié)池收集，高效污水凈化采用MGS斜管沉淀池，污泥脫水采用陶瓷真空過(guò)濾機(jī)，清水采用水泵加壓至高位水池回收。原系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 原污水處理系統(tǒng)工藝流程示意

2.2 處理能力

原污水處理系統(tǒng)處理設(shè)備及沉淀水池處理運(yùn)行各環(huán)節(jié)均滿(mǎn)足單班8 h生產(chǎn)污水處理能力。具體為：

(1)2號(hào)調(diào)解池容積109 m3，2 h蓄滿(mǎn)，主要承擔(dān)棒磨機(jī)產(chǎn)生的污水，待沉淀后濃度較高部分抽排至1號(hào)調(diào)節(jié)池繼續(xù)進(jìn)行處理。1號(hào)調(diào)解池容積204 m3，0.7 h蓄滿(mǎn)，主要進(jìn)行加藥后對(duì)骨料沖洗污水和2號(hào)調(diào)節(jié)池高濃度污水進(jìn)行處理，最后將處理未完成部分抽排至MGS斜管沉淀池繼續(xù)處理。

(2)MGS斜管沉淀池容積為800 m3，每小時(shí)處理270 m3，砂石系統(tǒng)單班8 h共計(jì)產(chǎn)生并導(dǎo)入2 760 m3污水需處理，設(shè)備運(yùn)行8 h可匹配處理完成。

(3)陶瓷過(guò)濾機(jī)每小時(shí)處理污水約60 m3，砂石系統(tǒng)單班8 h共計(jì)產(chǎn)生并導(dǎo)入510 m3污水需處理，設(shè)備運(yùn)行8.5 h可處理完成。

砂石系統(tǒng)當(dāng)天生產(chǎn)任務(wù)結(jié)束后，污水處理系統(tǒng)仍繼續(xù)運(yùn)行處理各級(jí)預(yù)沉池內(nèi)剩余污水，直到將當(dāng)天產(chǎn)生的污水處理完成后再停機(jī)。砂石系統(tǒng)每天生產(chǎn)約8 h，污水處理系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行處理約10～12 h能完成單班所產(chǎn)出全部污水處理工作，且滿(mǎn)足“零排放”的要求。

3 技術(shù)改造背景

黃登、大華橋砂石加工系統(tǒng)初期供料設(shè)計(jì)規(guī)劃是按照單座電站分先、后兩個(gè)時(shí)期依次生產(chǎn)供應(yīng)成品骨料，黃登水電站高峰月骨料需求量約為45萬(wàn)t、大華橋電站約為26萬(wàn)t，砂石加工系統(tǒng)成品骨料設(shè)計(jì)產(chǎn)能為2 150 t/h，系統(tǒng)按每天8 h作業(yè)生產(chǎn)時(shí)可生產(chǎn)砂石骨料1.72萬(wàn)t，除去系統(tǒng)檢修時(shí)間，月生產(chǎn)量約為48.16萬(wàn)t，完全可以滿(mǎn)足單座電站骨料的月供應(yīng)需求量，污水處理系統(tǒng)在此工況下污水處理量為300 m3/h，經(jīng)過(guò)處理后污水濃度值(SS值)<200 mg/L，回收利用率滿(mǎn)足沖洗骨料水質(zhì)利用標(biāo)準(zhǔn)，且滿(mǎn)足合同提出的“零排放”標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，污水處理系統(tǒng)原設(shè)計(jì)規(guī)模滿(mǎn)足單座電站供應(yīng)砂石料的生產(chǎn)及供應(yīng)需求。

黃登、大華橋電站由于在工程前期受?chē)?guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控影響致使工程緩建，在2015年底黃登、大華橋兩座電站混凝土澆筑工作由原錯(cuò)峰施工變?yōu)橥绞┕ぃ沟蒙笆橇闲枨蟪霈F(xiàn)疊加供應(yīng)現(xiàn)象，大格拉砂石加工系統(tǒng)骨料生產(chǎn)及供應(yīng)量在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上大幅度增加，需調(diào)整砂石系統(tǒng)生產(chǎn)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)能的目的。原砂石系統(tǒng)單班8 h生產(chǎn)可供應(yīng)砂石骨料1.72萬(wàn)t，若要滿(mǎn)足兩座電站高峰疊加的骨料需求用量，系統(tǒng)每天需連續(xù)生產(chǎn)15 h約3.225萬(wàn)t砂石骨料方可滿(mǎn)足高峰期月供應(yīng)71萬(wàn)t骨料需求計(jì)劃。由于原污水處理系統(tǒng)處理工藝只能在砂石系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)8 h的運(yùn)行工況下有效運(yùn)行，超過(guò)8 h后污水處理系統(tǒng)沉淀池及GMS高效沉淀器設(shè)備便會(huì)處于飽和狀態(tài)，且處理后污水濃度值升高至(SS值)>1 000 mg/L，不具備回用標(biāo)準(zhǔn)，必須停運(yùn)污水處理系統(tǒng)并對(duì)飽和設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行清理維護(hù)后方可繼續(xù)恢復(fù)運(yùn)行，期間砂石系統(tǒng)需要中斷生產(chǎn)約5 h，同時(shí)系統(tǒng)料倉(cāng)只能調(diào)節(jié)使用3 h左右，從而直接影響到大壩拌合系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)。因此，須在原污水處理系統(tǒng)單班運(yùn)行8 h的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容技術(shù)改造勢(shì)在必行。

4 改造方案及效果

4.1 方案改造及實(shí)施

由于2015年底黃登、大華橋兩座電站同時(shí)進(jìn)入主體澆筑階段，導(dǎo)致混凝土澆筑需求高峰疊加，砂石骨料產(chǎn)量隨之增加，為滿(mǎn)足黃登、大華橋水電站砂石加工系統(tǒng)污水處理系統(tǒng)污水循環(huán)利用并且達(dá)到“零排放”標(biāo)準(zhǔn)，在原污水處理系統(tǒng)上主要以增加沉淀池、增加污水處理設(shè)備、改變污水處理設(shè)備開(kāi)機(jī)組合及加藥比例措施等，對(duì)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容改造。具體改造措施如下。

(1)新增沉淀池。砂石加工系統(tǒng)由單班8 h增至15 h連續(xù)生產(chǎn)，考慮污水處理系統(tǒng)某一設(shè)備(車(chē)間)如發(fā)生故障后，為防止出現(xiàn)水環(huán)境污染事件的產(chǎn)生，同時(shí)確保系統(tǒng)正常生產(chǎn)，對(duì)砂石系統(tǒng)成品料倉(cāng)處擴(kuò)容增加應(yīng)急水池、系統(tǒng)零排放新增水池以及回收水池。增加投用后將大大增加系統(tǒng)污水沉淀反應(yīng)時(shí)間，提供高效污水澄清器車(chē)間的處理效果，進(jìn)一步提供陶瓷過(guò)濾機(jī)車(chē)間的使用效率。根據(jù)擴(kuò)容改造方案將成品砂倉(cāng)處3個(gè)水池作為預(yù)沉池串聯(lián)使用，并在大格拉隧洞進(jìn)口洞頂平臺(tái)新建不低于5 000 m3的事故應(yīng)急水池(事故水池一期、事故水池二期1號(hào)、2號(hào))，作為系統(tǒng)水處理車(chē)間故障時(shí)保證污水沉淀回收。同時(shí)為保障系統(tǒng)生產(chǎn)用水及生產(chǎn)用水情況，在現(xiàn)有高位水池側(cè)新建一個(gè)高位水池，容積為2 500 m3。新增水池具體情況如表1所示。

表1 新增水池具體情況

(2)增加DH高效污水凈化器。DH高效污水凈化器是將物理、化學(xué)反應(yīng)有機(jī)融合在一起，集成了直流混凝、臨界絮凝、離心分離、動(dòng)態(tài)過(guò)濾及污泥濃縮沉淀技術(shù)，短時(shí)間內(nèi)(25～30 min)在同一罐體中完成污水快速多級(jí)凈化的一體化組合設(shè)備。該設(shè)備SS去除率高達(dá)99.9%，COD去除率達(dá)到40%～70%。凈化器為鋼制罐體，上中部為圓柱體，下部為錐體，自下而上分別為污泥濃縮區(qū)、混凝區(qū)、離心分離區(qū)、動(dòng)態(tài)過(guò)濾區(qū)、清水區(qū)。砂石系統(tǒng)在連續(xù)高強(qiáng)度生產(chǎn)供應(yīng)下，污水處理系統(tǒng)就會(huì)存在MGS澄清器不能長(zhǎng)時(shí)間處理高濃度的污水的問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)論證采用DH高效污水澄清器+沉淀池的方案效果最佳。

(3)增加黑旋風(fēng)細(xì)砂回收裝置。灰?guī)r骨料巖質(zhì)偏軟特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致污水處理系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中大量泥沙直接進(jìn)入污水沉淀池中，增加沉淀池干化及清淤工作難度，通過(guò)在棒磨機(jī)出口濃度最高環(huán)節(jié)增加1個(gè)細(xì)砂回收裝置(ZX-250型黑旋風(fēng)細(xì)砂回收裝置)，有效解決了這項(xiàng)問(wèn)題。該設(shè)備的主要使用優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：①能對(duì)砂石料系統(tǒng)生產(chǎn)中產(chǎn)生的漿液進(jìn)行細(xì)微顆粒石粉的脫水回收。②處理后的漿液含有的固體顆粒少。③整機(jī)處理漿料能力大，細(xì)顆粒石粉回收效率高同時(shí)減輕后期污水處理的壓力，處理能力最高達(dá)到為200 m3/h。

(4)優(yōu)化投藥量及增加溶藥池。由于砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)污水膠體小顆粒含量高，在處理過(guò)程中很難下沉，投加混凝劑(或絮凝劑)能使膠體顆粒脫穩(wěn)而相互凝聚。本工程采用混凝劑投加混凝劑和助凝劑聯(lián)合投加方式，助凝劑加注量按污水SS的0.4%計(jì)，混凝劑加注量按污水SS的0.1%計(jì)，采用濕法投加，稀釋濃度2%。污水SS濁度為30 000 mg/L，污水處理量600 m3/h。助凝劑投加量為AM=72 kg/h，混凝劑投加量為18 kg/h，助凝劑溶液投加量為3.6 m3/h，混凝劑溶液投加量為0.9 m3/h。溶藥攪拌時(shí)間按50～60 min計(jì)，兩種藥劑溶藥池分別設(shè)2格，溶藥池容積按滿(mǎn)足每班投加5～6次，即連續(xù)投加1.5 h的藥量設(shè)置，單個(gè)溶藥池容積位為助凝劑單格尺寸為2 m×2 m×1.5 m(長(zhǎng)×寬×高)，混凝劑單格尺寸為1.0 m×0.9 m×1.5 m(長(zhǎng)×寬×高)。

(5)增加攪拌裝置。助凝劑溶液藥池配置2臺(tái)ZJ-750型攪拌機(jī)，單機(jī)功率4 kW。助凝劑投加配置3臺(tái)G25-1螺桿泵，單機(jī)功率1.5 kW，流量2 m3/h，揚(yáng)程60 m。混凝劑溶液藥池配置2臺(tái)ZJ-470型攪拌機(jī)，單機(jī)功率2.2 kW。混凝劑投加配置3臺(tái)G20-1螺桿泵，單機(jī)功率0.75 kW，流量0.8 m3/h，揚(yáng)程60 m。加藥處理后通過(guò)對(duì)系統(tǒng)1號(hào)調(diào)節(jié)池進(jìn)行加藥，使藥水混和后直接分別進(jìn)入DH高效污水凈化器及MGS斜管沉淀池進(jìn)行沉淀分離，縮短了絮凝體的流程，減少了水流對(duì)絮凝體的擾動(dòng)，有利于絮凝反應(yīng)生成穩(wěn)定絮體及后續(xù)沉淀分離效果。同時(shí)，骨料沖洗篩污水不流進(jìn)預(yù)沉池，有利于在料源質(zhì)量差時(shí)棒磨車(chē)間污水經(jīng)黑旋風(fēng)處理后在兩池中的沉降，提高處理效果，降低兩池的清淤頻率。為保證在調(diào)節(jié)池內(nèi)的污水均勻加藥沉淀，通過(guò)在加藥間內(nèi)增加漿液攪拌機(jī)后，將混凝劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁岣吡思铀幍男剩稍瓉?lái)0.8 m3/h增加到目前2 m3/h。

4.2 改造流程及效果評(píng)價(jià)

4.2.1改造后工藝流程

2015年9月起大格拉砂石系統(tǒng)逐步進(jìn)入生產(chǎn)高峰期，隨后開(kāi)展了對(duì)原生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)改造工作，即在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增一套污水處理系統(tǒng)，對(duì)原有系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行相關(guān)修改，將系統(tǒng)生產(chǎn)污水按照濃度(SS值)的高低進(jìn)行分別處理，提高了系統(tǒng)生產(chǎn)污水處理效率。

新增系統(tǒng)著重對(duì)原生產(chǎn)工藝流程中的濃縮環(huán)節(jié)進(jìn)行處理。其流程為①棒磨車(chē)間污水(SS值28～33萬(wàn))→陶瓷過(guò)濾機(jī)→清水回用、濾渣干排。②骨料沖洗篩分車(chē)間污水(SS值6～7萬(wàn))→預(yù)沉池沉淀→DH高效污水澄清器→陶瓷過(guò)濾機(jī)→清水回用、濾渣干排。工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程

4.2.2改造后效果評(píng)價(jià)

DH高效污水凈化器單獨(dú)運(yùn)行可以處理系統(tǒng)4 h產(chǎn)生的污水，且能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)回收用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。超過(guò)4 h后，DH高效污水凈化器清水出口SS濃度較大，將不能用于系統(tǒng)生產(chǎn)。MGS斜管沉淀池單獨(dú)運(yùn)行，可以處理系統(tǒng)3.5 h產(chǎn)生的污水，且能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)回收用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。超過(guò)3.5 h后，MGS斜管沉淀池清水出口SS濃度較大，將不能用于系統(tǒng)生產(chǎn)。經(jīng)多次污水處理系統(tǒng)方案論證后，通過(guò)將DH高效污水凈化器和MGS斜管沉淀池聯(lián)合運(yùn)行，可以處理生產(chǎn)系統(tǒng)一天(15 h)產(chǎn)生的污水，且能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)回收用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)檢查砂石系統(tǒng)當(dāng)天生產(chǎn)任務(wù)結(jié)束后，污水處理系統(tǒng)仍繼續(xù)運(yùn)行處理各級(jí)預(yù)沉池內(nèi)剩余污水，直到將當(dāng)天產(chǎn)生的污水處理完成后再停機(jī)。砂石系統(tǒng)每天生產(chǎn)約15 h，污水處理系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行處理約17～19 h完成所有污水處理工作，改造后該系統(tǒng)不僅能完成污水處理工作，而且效果極其明顯。

改造后，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增一套污水處理系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)原有系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，即將系統(tǒng)生產(chǎn)污水按照濃度(SS值)的高低進(jìn)行分別處理，提高系統(tǒng)生產(chǎn)污水處理效率，由原來(lái)污水SS值為1 000 mg/L降低至現(xiàn)在200 mg/L。經(jīng)過(guò)DH高效污水凈化器與MGS高效污水澄清器聯(lián)合運(yùn)行，處理后的污水滿(mǎn)足砂石骨料沖洗用水要求，污水回收率由原來(lái)70%左右提升至現(xiàn)在88%左右，實(shí)現(xiàn)污水全部回收利用，達(dá)到系統(tǒng)零排放要求。目前系統(tǒng)開(kāi)機(jī)生產(chǎn)時(shí)，回收清水濃度(SS值)與之前相比相對(duì)穩(wěn)定，滿(mǎn)足生產(chǎn)用水要求。

原污水處理系統(tǒng)污水處理設(shè)計(jì)量為400 m3/h，實(shí)際能處理污水300 m3/h，經(jīng)改造后單班8小時(shí)配合系統(tǒng)同步生產(chǎn)工況下可處理500 m3/h，15 h運(yùn)行工況下從各級(jí)沉淀水池加系統(tǒng)設(shè)備配套運(yùn)行可高效連續(xù)處理450 m3/h污水，比原設(shè)計(jì)污水系統(tǒng)處理能力增加50 m3/h，改造后效果極其明顯，能滿(mǎn)足該系統(tǒng)高峰生產(chǎn)污水處理“零排放”及回收利用要求。

改造后污水處理系統(tǒng)采用分別處理骨料沖洗篩廢水和棒磨車(chē)間廢水，能有效利用棒磨車(chē)間廢水的高濃度的特性，與陶瓷過(guò)濾機(jī)及黑旋風(fēng)搭配使用，降低DH高效污水凈化器和MGS斜管沉淀池的運(yùn)行負(fù)荷。同時(shí)DH高效污水凈化器和MGS斜管沉淀池的并聯(lián)運(yùn)行將廢水總量很好的分成兩部分同時(shí)處理，減輕兩者負(fù)荷，使處理效果改善，這也相對(duì)減少了陶瓷過(guò)濾機(jī)的負(fù)荷，與此同時(shí)減少了間歇交替使用時(shí)頻繁啟閉設(shè)備的人工費(fèi)用，降低運(yùn)行成本。對(duì)處理核心設(shè)備通過(guò)并聯(lián)使用，兩兩相通的這些單元流程模式，大大的提高了無(wú)備用設(shè)備節(jié)點(diǎn)處的系統(tǒng)處理可靠性，不至于因?yàn)榇颂幍膯闻_(tái)設(shè)備故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的停運(yùn)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行保障率。

5 結(jié) 語(yǔ)

黃登水電站砂石加工污水處理系統(tǒng)擴(kuò)容改造采用了“多種工藝組合”的處理工藝和“分散與集中”相結(jié)合的布置，使用了國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的污水處理設(shè)備，使污水處理系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了黃登水電站環(huán)境保護(hù)“零排放”的要求，最終污水回收利用率高達(dá)88%。但在污水處理系統(tǒng)淤泥量較大時(shí)，須注意配置容積較大的污水沉淀池及足量的清淤干化設(shè)備(陶瓷過(guò)濾機(jī))，以保證系統(tǒng)在高強(qiáng)度下可持續(xù)作業(yè)生產(chǎn)。