高品質機制砂石綠色生產工藝技術應用

朱寶鑫

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 工程概況

天池抽水蓄能電站位于河南省南陽市南召縣馬市坪鄉，電站由上水庫、輸水系統、地下廠房系統、下水庫及地面開關站等組成。上水庫砂石加工系統是電站上水庫工程的配套項目，主要承擔為該工程提供墊層料及混凝土骨料的生產任務。針對工程廢水量、泥沙含量以及場地情況，本項目系統機械預處理車間采用新型設備砂處理單元，代替傳統工藝中螺旋洗砂機或斗輪洗砂機、脫水篩、石粉回收裝置3種設備組合的功能，具有節約占地面積和成本、操作便捷、效率高等優點。砂處理單元處理后的廢水經廢水泵提升至高效深錐濃縮機，在高效深錐濃縮機進水堰中設置無動力加藥攪拌裝置，該裝置無需設置單獨的固定裝置，節約成本且無動力消耗。

2 技術原理

根據對砂石骨料廢水處理工藝技術的研究，綜合考慮占地面積、成本等因素，系統采用 “機械預處理+高效深錐濃縮機+機械壓濾脫水”，廢水經處理后可循環利用。機械預處理選用新型設備砂處理單元，主要功能是回收砂和部分石粉，解決后續廢水處理泥漿板結問題，降低廢水處理的設備負荷。

采用高效深錐濃縮機對水和石粉進行分離。高效深錐濃縮機屬于地上構筑物，其采用鋼結構上柱下錐形式，具有占地面積小、處理能力大、電耗低、管理方便、易于維修等特點；利用深錐的自然壓力，可獲得較清的溢流和高濃度底流。高效深錐濃縮機進水堰設置了無動力加藥攪拌裝置，當加藥裝置啟動，藥劑均勻加入廢水中。在水流的作用下，兩組攪拌葉片采用不同的螺旋方式同時發生正反旋轉，達到廢水與藥劑充分反應的效果。

機械壓濾脫水是選用廂式壓濾機對泥漿進行處理的過程。廂式壓濾機產量高，進漿濃度適應性好，脫水效率高，脫水后的泥餅含水率低，可以直接將其運至渣場堆存，保證了廢水處理系統的連續運行和出水水質。

通過 “機械預處理+高效深錐濃縮機+機械壓濾脫水”各環節的合理配合，處理后的水全部循環利用，達到了 “零排放”的環保要求，促進了生態環境的可持續發展。

3 創新亮點

1）預處理車間采用新型設備砂處理單元。該設備集洗砂、選粉、除泥、脫水4種功能于一體，主要用于砂石骨料生產領域，其利用新型高效砂水分離器將0～5 mm的砂從廢水中分離、濃縮，再放入高頻直線脫水機構進行脫水，生產出級配合理的優質機制砂。該設備可替代傳統的洗砂機、脫水篩以及細砂回收機，設備數量少、故障率低、安裝空間小且便于安裝和布置；可通過調節溢流水量減少細砂的流失，調節砂的細度模數，降低成品砂含水率，減少堆存時間。通過該設備的處理，成品砂級配連續，滿足國家及行業相關標準。

2）沉淀采用高效深錐濃縮機，鋼制罐體，地上式結構，直徑小，能夠減少土建工程量和占地面積。上柱下錐的形狀增加了沉淀時砂石的停留時間，利用深錐的自然壓力可獲得較清的溢流和高濃度底流。在高效深錐濃縮機進水堰中設置無動力加藥攪拌裝置，無需設置單獨的固定裝置。

3）在高效深錐濃縮機錐斗底部排泥管上設置反沖洗裝置，通過高壓水沖洗，防止停機后底部排泥管泥漿板結，堵塞管道。

4）將砂處理單元、清水池、集水池、高效深錐濃縮機和壓濾車間集中布置，節省了用地空間，并且在有限場地內把構筑物和設備布置得整齊、美觀，符合文明施工的標準。

4 工藝流程及技術方案

4.1 工藝流程

系統0～5 mm的砂水混合物通過生產車間集水槽自流進入沉砂箱，再通過廢水輸送泵和耐磨軟管高速輸送至高效砂水分離器，砂與廢水分離，砂進入高頻脫水機構脫水，運至成品堆場，廢水溢流至集水箱，最終進入集水池。經過預處理，廢水中大顆?；颈蝗コ?，剩余大多為0～0.074 mm的細顆粒，通過廢水提升泵加壓輸送至直徑為6.2 m，高為11 m的高效深錐濃縮機，經過無動力加藥攪拌裝置，廢水與藥劑在進水堰中充分反應，清水通過溢流堰進入出水管道自流至清水池。高效深錐濃縮機底部泥漿被污泥渣漿泵提升至壓濾機經脫水處理，泥餅通過渣土車運至渣場堆存，濾液自流至清水池。清水池中的水通過清水加壓泵提升至砂石生產系統各用水點循環利用。

4.2 技術方案

4.2.1 技術方案描述

本工程廢水量96 m3/h，泥渣處理量30 t/h。項目開展初期，廢水處理主要傾向于使用平流沉淀池或輻流沉淀池方案。在規劃完砂石骨料生產系統后，剩余場地面積有限。沉淀池占地面積較大，土建工程量較大，且適合水量較大的處理系統。為此，技術方案主要從節約占地面積、加大懸浮物去除率兩個方面考慮，經過專家論證和試驗研究，最終確定了 “機械預處理+高效深錐濃縮機+機械壓濾脫水”的新型砂及廢水處理技術。該方案采用砂處理單元作為回收砂、石粉的預處理設備，代替傳統工藝中螺旋洗砂機或斗輪洗砂機、脫水篩、石粉回收裝置3種設備組合的功能。其中，回收的石粉可用于補充砂的細度模數，減輕后續水處理的壓力；預處理車間的廢水在高效深錐濃縮機進水堰無動力加藥攪拌裝置的作用下，與藥劑充分反應，進入高效深錐濃縮機得到深度處理，在深錐的自然壓力下，廢水中的細顆粒沉積在錐底，清水則向上流動，最終獲得較清的溢流和高濃度底流，溢流進入清水池進行回用，底流進入廂式壓濾機進行泥水分離。高效深錐濃縮機占地面積小，處理能力大，無動力加藥攪拌裝置具有無動力消耗、易于維修等優點。該方案中，池體及設備可最大限度地節約占地面積，且處理后水中懸浮物濃度小于100 mg/L，滿足回用水水質標準。

4.2.2 方案設計

4.2.2.1 水量確定

1）損耗水量。根據砂石生產系統運行經驗，骨料加工過程中小時損耗水量約占小時用水總量的20%，為24 m3/h。

2）廢水量。本系統廢水處理量為96 m3/h，經計算，循環水量約為92 m3/h。回收率約為95.8%。

3）補充水量。根據骨料生產廢水處理情況，補充水量為28 m3/h，考慮到系統自用水量和管網損耗，供水量取35 m3/h。

4.2.2.2 泥渣處理能力

根據砂石骨料加工工藝可知，廢水系統產生泥渣總量為30 t/h，經過預處理車間處理后，回收的18 t/h石粉通過膠帶機送至成品堆場，用于調節砂的細度模數；剩余的12 t/h全部進入機械壓濾脫水車間進行處理。

4.2.2.3 設備參數設計

1）砂處理單元?？紤]系統設備的可靠性和對懸浮物濃度的控制，處理流量范圍為200～300 m3/h；總功率為51 kW；產品最小顆粒粒徑為0.074 mm左右；回收率為80%～85%。

2）高效深錐濃縮機。高效深錐濃縮機可滿足2.5 h的停留時間。規格為Φ6.2×11.0 m；有效容積為250 m3；結構形式為鋼結構。

3）廂式壓濾機。根據運行經驗及現場試驗結果，機械壓濾脫水設備選用廂式壓濾機，過濾面積為250 m2；過濾壓力為0.6 MPa；濾布材質為單絲加針刺尼。

5 效益分析

5.1 環境效益

主要產生的環境效益有：避免廢水排放造成水質污染，保護了生態環境；廢水經處理后可回收利用，節約了水資源；實現生態環境的可持續發展，為人類謀福祉。

5.2 社會效益

該技術的應用不僅提高了水資源的利用效率，為水電行業砂石廢水處理增添新技術，而且提高了工作效率，為工程施工建成作出貢獻，具有良好的社會效益。

6 結論

本項目采用 “機械預處理+高效深錐濃縮機+機械壓濾脫水”的新型砂石及廢水處理技術，對傳統的砂石廢水處理工藝進行改良， 減少了設備占地面積、土建工程量、電耗和運行維護費用，提高了處理效率，維持了系統運行的穩定性，保證了可靠的處理效果。該項技術是水電工程行業砂石加工系統廢水處理的一次創新性提高，通過水力分級、絮凝沉淀以及機械脫水等工藝方法，實現了廢水循環利用、細砂及石粉的回收利用和廢渣的處理，進而達到廢水 “100%回收利用和零排放”的目的。