一種新型濃密機廢水處理系統在水電工程砂石加工廠中的運用

鄭 崇 飛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

一般而言，水利水電工程建設工程規模較大、混凝土工程量較大且使用地點相對集中，其配套臨建工程砂石加工系統的生產規模亦較大，一般可達到中型砂石加工系統以上的規模，相應砂石加工系統配套的廢水處理系統規模亦較大，每小時的處理規模≥120 t/h甚至超過1 000 t/h以上[1]。廢水處理規模大，所帶來的工藝方案選擇具有相應的難度，因此，合理的選擇廢水處理工藝方案是廢水處理系統設計成功與否的關鍵。

砂石加工系統的廢水主要為沖洗骨料產生的廢水，需要處理的污染物主要為懸浮物，其濃度系根據料源和沖洗水量確定且濃度較大，一般為20 000～90 000 mg/L[2]。廢水中主要為粒徑>0.16 mm以上的細砂、粒徑≤0.16 mm以下的石粉和粒徑≤0.08 mm的淤泥等。

廢水處理后需排放，需根據項目所在地水環境類別、懸浮物處理達到一級(SS小于70 mg/L)或二級排放標準(SS小于150 mg/L)才能排放[3]；若需循環利用廢水處理后的清水，根據經驗其一般懸浮物SS小于400 mg/L即可以利用。

2 水電工程砂石加工系統常用廢水處理工藝方案

2.1 廢水預處理工藝

預處理工藝主要對粒徑≥0.08 mm以上的顆粒進行處理，是對洗砂機和脫水篩生產過程中流失的細砂和石粉等進行回收的工藝處理過程。所回收的細砂和石粉可以回摻入成品砂中使用以改善混凝土的性能；亦可以部分或全部作為棄渣處理。

廢水中粒徑≥0.08 mm以上的顆粒可以在廢水流速較緩的情況下大部分沉淀，目前采用的預處理工藝主要有刮砂機處理、旋流器處理(即石粉回收裝置)、平流池處理、平流池配機械螺旋機處理等工藝方案[4]。旋流器如黑旋風ZX系列、克萊博斯VDS512等石粉回收裝置其最大單臺過污水量能達到500 t/h，其不僅能回收粒徑≥0.16 mm以上的細砂，也可以回收粒徑<0.16 mm以下的部分石粉或泥，效果較好；而普通平流沉淀池在滿足廢水流速和停留時間等指標時效果也較好，如采用水力排砂回收的細砂和石粉含水較多，脫水及運輸困難，故采用機械排砂效果較好。

2.2 沉淀處理

經過預處理，廢水中的細砂和石粉大部分沉淀后被棄除、廢水進入沉淀處理工藝階段，其沉淀處理主要是廢水中的懸浮物處理。處理后的清水達標排放或循環利用，高濃度廢漿進入機械脫水工藝。

沉淀處理工藝方案主要有沉淀池混凝處理、輻流池濃密機處理、旋流水處理器等工藝方案。沉淀處理一般需要投加混凝劑(聚氯化鋁等)和助凝劑(聚丙烯酰胺等)。

沉淀池的混凝處理配有斜管，其結構包括混凝土結構和鋼結構，分別又有地面結構和地上結構形式，其底部一般設計為錐體結構。若無機械排泥設備，其地下結構較難滿足水電工程砂石系統大規模廢水處理排泥或排渣需要，故對其采用較少。

輻流濃密機處理方案在水電工程中的應用較多，一般采用輻流池配濃密機或刮泥機。包括周邊進水周邊出水形式的輻流濃密機，中部進水周邊出水濃密機；采用橡膠輪周邊驅動形式和齒輪周邊驅動形式。其中間進水周邊出水輻流濃密機方案要比周邊進水周邊出水輻流濃密機方案的使用效果好。常用的輻流濃密機采用底部中心錐斗濃泥漿、底部設廊道，通過鋼管道出渣，但其底部廊道內鋪設的管道出渣容易堵管，維修困難。

旋流凈化器處理方案為成套設備，如DH系列水處理器，其使用效果較好，最大單臺廢水處理量可達到250 t/h。DH系列水處理器在廢水處理規模超大的砂石系統中使用需要配置設備的臺數較多，加藥量相對輻流濃密機沉淀方案多，需要在廢水加壓后進入設備，其運行費用相對較高。

2.3 廢漿壓濾(過濾)處理

廢水經沉淀處理后清水循環利用，所產生的高濃度廢漿一般采用板框壓濾、帶式壓濾式、真空盤式過濾機等方案處理，處理后的廢渣棄掉。

2.4 常用廢水處理工藝流程及存在的問題

常用輻流濃密機廢水處理系統為：洗砂機洗砂溢流的廢水經沉淀或旋流器預處理后棄除掉大部分可直接沉淀的細砂和石粉，廢水進入輻流濃密池，加藥沉淀懸浮物，沉淀后的廢渣通過濃密機刮泥至池子中心，通過管道和泵排渣至壓濾設備進行處理，清水排放或回收利用。常用的濃密機廢水處理系統工藝流程見圖1。

常用的廢水處理系統中的旋流預處理渣漿泵功耗較高；輻流濃密池高度亦較高且結構復雜，管道較多，存在刮泥機堵停、底部排泥堵管等問題，總體運行效率不高，調節不靈活，出現問題后維修、恢復、重新運轉較困難。為此，需要研制一種新型輻流濃密機廢水處理系統，筆者介紹于后。

3 新型輻流濃密機廢水處理系統的研制與應用

3.1 工藝流程

為解決常用輻流濃密機廢水處理系統存在的常見問題，筆者介紹了一種新型輻流濃密機廢水處理系統，其總體工藝流程見圖2。

其工藝流程為：采用帶變頻器的螺旋機做廢水預處理方案，所回收的細砂摻入砂料或作棄料處理，溢流的廢水通過渣漿泵抽至輻流池。濃密池底部設計為平底，不需要像常用濃密池那樣設計為錐底，中間設環形泥漿槽，周邊出水，配置新型濃密機。

進污水方式：該濃密機廢水進管架設在池頂的進出液天橋桁架上，通過中心柱中心孔進輻流池并設環形鋼板導流罩將污水導流至池底進入以減緩污水的沖擊，快速安定水流進入沉淀階段。

排泥方式：污水進入池底沉淀后，其底部的污泥通過雙向刮泥片刮泥至中間環形的儲泥槽，在濃密旋轉大臂下通過鋼支架安裝可上下調節的潛水泥漿泵直接抽污泥至中心柱上設置的環形固定不轉動的儲漿池，再通過潛水泥漿泵從進出液天橋倒運至壓濾車間泥漿池。

增加微固絮凝車間：為處理輻流池底部泥漿上表面難以沉淀的懸浮物，該系統增設了微固系統進行處理。在濃密機旋轉大臂下通過鋼支架安裝耙式進水裝置，通過安裝在濃密旋轉臂內的變頻自吸泵抽該部分懸浮物至中心柱中間層環形儲液池(該池不旋轉)，再通過變頻自吸泵和固定天橋倒運至旋流濃密分離罐。旋流濃密分離罐底部為錐形，其中間進液，底部出廢漿至壓濾車間泥漿池，頂部溢流清水、自流進清水池回收利用。在旋流濃密分離罐頂架設加藥車間進行加藥、水力旋流并加藥促進固液分離。該加藥車間可同時給輻流池污水加藥和壓濾車間泥漿加藥。

圖1 常用的輻流濃密機廢水處理系統工藝流程圖

在輻流池周邊安裝鋼制水槽，溢流清水并回收利用。

泥漿壓濾處理：從濃密機中心柱頂儲漿池倒運出的漿液和旋流分離濃密罐底部排出的漿液進入壓濾漿液池，再通過高壓專用壓濾機泥漿泵抽至壓濾機進行處理，廢渣棄除至渣場，將壓濾機排出的清水回收利用。

3.2 典型設備與設施的配置

新型輻流濃密機廢水處理系統典型池為25 m直徑的圓形，主要配備輻流濃密機NFP25 m/ZD一臺，直徑25 m，該池直徑為25 m，池深4 m，廢水處理的規模根據砂石系統料源的不同以及廢水中細砂含量和懸浮物濃度的不同，實測廢水處理量為200～300 m3/h。典型設備設施配置情況見表1。

3.3 車間布置

新型輻流濃密機廢水處理系統的主要車間有螺旋機預處理車間、輻流池濃密機沉淀車間、微固絮凝車間、壓濾車間與清水池。

以上幾個車間的工藝剖面見圖2，其中微固絮凝車間為成套設備地面架設安裝，而壓濾車間和清水池車間與常用輻流濃密機廢水處理系統一致，不再贅述。

(1)螺旋機預處理車間安裝多臺帶變頻器的螺旋機，車間設計情況見圖3。污水從砂石系統進入廢水消力池后流入螺旋機池，細砂從螺旋機出料至膠帶機，輸送并摻入砂料中混合或作為棄渣處理。廢水從螺旋機池溢流進入廢水匯集池，通過渣漿泵抽入輻流濃密池中心柱進液口。若螺旋機預處理車間和輻流池高差滿足要求，可采用直接流入輻流池中心柱進液口。

(2)輻流濃密池設計平面情況見圖4。將輻流池底部設計為平底結構，中間設計為環形泥漿儲泥槽，深度約1.5 m，槽內設潛污泵與濃密機一起旋轉，在旋轉的過程中抽取排泥；輻流池深度為4 m，直徑為25 m，輻流池周邊池壁上設有人行走道及驅動輪跑道，周邊池壁內側設置有鋼制溢流清水槽，將溢流的清水引入清水池回收利用。

圖2 新型濃密機廢水處理系統工藝流程圖

污水通過池頂固定的天橋從中心柱進入并設有環形導流罩導流污水進入池底。

(3)設置在現場的微固旋流濃密分離罐和新型輻流濃密機見圖5、6。

4 新型輻流濃密機廢水處理系統與常用輻流濃密機廢水處理系統之比較

4.1 預處理車間

新型輻流濃密機廢水處理系統預處理車間采用螺旋預處理方案，需要安裝變頻調速螺旋機，并在現場根據細砂情況調整螺旋機轉速。螺旋機轉速太高、螺旋機的坡度太陡都不利于細砂的回收。若細砂回收的效果不好將直接導致輻流池泥漿處理量升高，效果變差；螺旋機預處理未配置高頻脫水篩，導致回收的細砂含水量較大。

常用廢水處理系統采用旋流器配高頻篩進行預處理效果較好。旋流器組的數量滿足細砂回收新型輻流濃密系統預處理車間也可調整為旋流方案，需在做方案時結合現場情況選用。

表1 新型濃密機廢水處理系統典型設備設施配置表(25 m規格)

圖3 螺旋機預處理車間平面布置圖

圖5 微固車間旋流濃密分離罐現場照片

容量要求，可以較好的回收細砂、經過高頻脫水篩后細砂的含水率滿足膠帶機運輸和摻配要求，但旋流器配高頻篩方案需要將廢水加壓，其成本較高；采用刮砂機作為預處理措施亦需要將刮板速度調整得較慢，只有待刮砂機水槽中的水流速度較慢才能取得較好的效果。

圖6 新型輻流濃密機現場照片

4.2 輻流濃密機車間

(1)將新型輻流濃密機廢水處理系統的輻流池底部設計為平底，只需要在池底設計環形的泥漿儲漿槽，而不再需要將輻流池底部設計為錐形，取消了輻流池中心儲泥池和底部出漿液的廊道。輻流池的結構簡單，累加常用的輻流池集泥井，其總高度減小了約4 m，地基承載力要求小，結構底板荷載要求小，設計簡單，減小了施工難度，加快了施工進度并節約了工程量。

(2)新型輻流濃密機采用潛污泵直接在池底環形儲漿槽中抽排泥漿，取消了底部廊道排漿的方案，管道施工結構簡單并設置了潛污泵升降機構，可以隨時調整潛污泵的高度，防止了堵泵，解決了常用輻流池底部管道出漿容易堵管的問題，設備運行簡單，安全風險較小。

(3)新型輻流濃密機輻流池底采用環形儲漿槽，濃密機的刮泥板安裝為兩個相反的方向，將池底中心柱邊的泥漿向外刮，池壁底部周邊的泥漿向內刮，對比常用的輻流池，同樣的直徑可將刮泥的距離減小一半而提高了刮泥效率，并且將刮泥板設計為可調整高度的機構，防止了池底沉淀泥層太厚或刮泥片負荷太高而被堵死、導致濃密機無法旋轉的情況發生。

(4)常用的中間排渣深錐輻流池為了保證不堵或保證出清水，多數情況下采用大底流抽吸而導致泥漿濃度不好控制，也沒有辦法進行調整，從而導致板框作業效率不高，甚至需要配置更多的板框進行處理。新型輻流池通過調整底部潛水渣漿泵的高度及轉速，可以很好地控制泥漿濃度，從而提高壓濾車間的設備配置及作業效率。

(5)該濃密機為單壁結構，一個旋轉臂采用雙輪胎+減速機的周邊輪胎驅動方式，比常用的橡膠輪驅動方式安全保障性高，不容易打滑；比常用的周邊齒輪軌+齒輪的驅動形式施工簡單，安裝難度小，相應的費用亦少。

(6)新型輻流濃密機設計采用潛污泵抽排泥或懸浮層并配置變頻器，可以在運行中調整抽取漿液的量，運行方便、效率較高。該泵的進液高度可調整，能夠有效控制抽取底部的泥漿，防止堵塞；泥漿泵亦可隨時提出，不需要放空輻流沉淀池進行維修或更換，維護方便。

4.3 微固絮凝車間

新型輻流濃密機廢水處理系統增加了微固絮凝車間，在輻流池底的泥漿上層設置了吸盤式樣的進水口，進水口設置為可升降機構。采用變頻自吸泥漿泵單獨抽取該層懸浮物至旋流濃密分離罐進行處理，做到了濃密池中的廢水分層處理。旋流濃密分離罐施加給懸浮物旋流水力作用，加藥處理后做到了頂部出清水、底部出泥漿。該工藝方案可以節約輻流池中總的加藥量，提高了輻流池處理懸浮物的效率，防止了輻流池超負荷時翻渾水。

對輻流池底部的懸浮物實施單獨抽出，單獨采用機械旋流水力作用進行處理，單獨調整添加藥的劑量和濃度，處理效率高、效果好。將懸浮物自吸泵的吸水管設計為吸盤式樣，可升降高度，吸取懸浮物的效率高。

4.4 壓濾車間和清水池

新型輻流濃密機廢水處理系統的壓濾車間和清水池與常用的輻流濃密廢水處理系統基本一致，在此不再贅述。

5 新型輻流濃密機廢水處理系統的使用效果

新型輻流濃密機廢水處理系統是在礦山、市政、水電等行業砂石系統廢水處理實踐中革新改進、結合常用廢水處理系統出現的問題改造后形成的一套廢水處理工藝方案。其經過在水電工程砂石系統廢水處理中的運用實踐，取得的效果較好，實測25 m濃密池直徑規格可以處理的廢水量為200～300 t/h。實測加工洞挖料砂石系統按額定處理量運行清水SS值可達70 mg/L以下；加工天然料砂石系統處理后清水SS值可達150 mg/L以下，清水SS值完全滿足砂石加工系統廢水處理循環利用的要求。

6 結 語

新型輻流濃密機廢水處理系統解決了常用輻流濃密機廢水處理系統輻流池底部廊道排泥漿堵管的問題；增加了微固絮凝車間，極大程度地提高了輻流池沉淀物的處理效率；可以調節泥漿的排出濃度和排出量，提高后段壓濾機車間的效率。排泥結構簡單、巧妙且其為成套設備，安裝簡便；輻流池結構簡單，土建施工簡單，工期快捷；新型濃密機規格直徑較多，采用了增加排泥槽的分段排泥和分段抽取中間層懸浮物的出泥漿方式，可以比較容易的做到最大規格直徑50 m，系統維修運行簡單。

筆者建議：鑒于中間進水輻流池的泥漿主要堆積在中心柱周邊，導致向四周的泥漿量越來越少，因此，應進一步研究泥漿堆積的規律，在泥漿堆積最高位直接抽取泥漿所取得的效率最高，可以減少刮泥機負荷；應增加泥漿液位監測儀以提高自動化運行的效率。