搜索
人工砂石加工系统废水处理工艺与设备选型初探刘伟涂明刚（中国水利水电第七工程局六分局四川彭山）摘要：本文以云南火烧寨沟人工砂石加工系统的废水处理为工程原型，从废水处理的石粉回收、澄清、压滤三个阶段入手，分析了各个阶段处理的原理，比较了不同原理下构筑物与设备间的优劣，对废水处理的工艺选择和设备选型做了详细介绍。关键词：废水处理工艺选择设备选型随着经济的发展，由于对工业高度发达的负面影响预料不够、预防不利，环境污染日益突出，保护环境也成了大家的义不容辞的责任和义务。鉴于人工砂石加工系统生产过程中存在着噪音、废水、粉尘等环境问题，针对解决现有砂石加工系统最大的污染问题──生产废水。由于污水处理方法的选择常取决于污水的含砂率和最终处理的方式，本文以云南火烧寨沟人工砂石加工系统的废水处理为工程原型，分析废水处理三个阶段过程中的不同处理机理，从而在不同处理机理下对应的处理工艺与设备的比较与选择方面，提出了一些浅见。1、工程概况糯扎渡水电站位于云南省思茅市翠云区和澜沧县交界处的澜沧江下游干流上，是澜沧江中下游河段八个梯级规划的第五级。距昆明市公路里程为521km。电站总装机容量5850MW（9×650MW）；工程枢纽由直心墙堆石坝、左岸溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞以及左岸地下式引水发电建筑物等组成。火烧寨沟人工砂石加工系统设置于右岸下游火烧寨沟，布置区域靠近沟口。本工程约220×104m3混凝土所需的粗细骨料。要求系统按粗碎处理能力不小于800t/h设计。共需制备成品砂石料约450×104t，需加工料源约220×104m3（自然方），料源全部从火烧寨沟存碴场回采主体工程可用开挖料。2、废水处理工艺火烧寨沟人工砂石加工系统废水处理工艺主要由石粉回收、澄清、压滤三个阶段组成，分别对应石粉回收车间、废水处理车间、压滤车间。系统废水处理处理规模550m3/h，其中380m3/h为回收利用水，其余为新补充水。火烧寨沟砂石系统生产废水主要是主筛分车间、棒磨机车间的冲洗废水，生产废水经螺旋洗砂机、脱水筛分车间后汇集至沉淀池，经渣浆泵抽至石粉回收车间，经石粉回收设备回收70%左右的石粉后，通过混凝剂投配装置加药，经管道静态混合器混合后，进入高效快速澄清器，澄清处理后完全达到生产用水标准（SS≤200mg/L）的水排放到系统循环清水池，再重复使用到砂石系统生产用水中。其余浓度较大的废水排入到浆液池，经碴浆泵抽到箱式压滤机车间处理，压滤出的清水再排入到系统循环清水池，供砂石系统生产用水循环使用或达标排放。具体工艺流程见下图：火烧寨沟人工砂石加工系统废水处理工艺流程图3、石粉回收工艺火烧寨沟人工砂石加工系统采用湿法生产，相应的加工过程中就存在着随水流失的细颗粒，主要成分为石屑和石粉。石粉回收的主要目的是最大限度地回收废水中的石屑和石粉，用于回掺细骨料，提高成品砂的质量，具有显著的经济价值，同时为下一阶段废水处理降低了细颗粒含量，减少了后续处理工程量，相应的减少了设备投入。下表是火烧寨沟砂石加工系统生产废水取样试验结果，虽然石粉总回收效率根据浆料石粉成份含量发生变化，但从石粉回收环节上说是具有非常重要参考价值。石粉回收处理前后污水颗粒含量对比表序号颗粒分级回收前（%）回收后（%）备注11mm以上2.21微量0.02mm以下颗粒石粉回收意义不大，故未作统计20.074mm～1mm3.37微量30.045mm～0.074mm5.960.2740.03mm～0.045mm1.590.3350.02mm～0.03mm3.240.93以上数据表明了石粉回收为减轻后续废水处理负担中起着重要作用。石粉回收装置主要由水力旋流器、振动筛、渣浆泵三大部分组成。主要石粉回收装置有美国克瑞博斯（KREBS）强力脱水装置、宜昌黑旋风尾砂回收装置。克瑞博斯VDS系列产品性能优越、石粉回收效率高，但价格昂贵、需要另外配置渣浆泵，渣浆泵适用于大中型且对石粉回收要求高的砂石系统。黑旋风ZX系列产品是针对固液混合物分离设计，具有能有效将砂石料系统湿式生产中随水流流失的细粒物料脱水、回收、浆液的闭路循环方式及较低的碴料含水率、性能接近国外同类设备，细砂回收0.074mm粒级可达95%以上，.0.03mm-0.045mm粒级可达80%以上，使用寿命长等优点，而且价格适中、不需要另外配置渣浆，适用于中小型砂石系统。火烧寨沟人工砂石加工系统由于要生产碾压混凝土用砂，因此对石粉回收要求高，故选用一台克瑞博斯VDS-512负责整个系统的细砂回收，该设备单台处理量550~600m3/h，细砂回收能力20~60t/h，实际应用取得了理想的效果。4、污泥浓缩工艺污泥浓缩的主要目的是降低污泥的含水率，使污泥体积大为降低，因此可以大幅度降低后续废水处理的规模和费用。一般来说，污泥浓缩处理的对象是污泥中70%的游离水。砂石系统废水处理常用重力浓缩法。重力浓缩法是根据利用颗粒与水的密度之差，浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀的原理，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉。重力浓缩法主要为斜管沉淀池、高效快速澄清器设备。在实际运行中，通常在污泥浓缩前进行调理强处理。所谓污泥的调理是改变污泥粒子的物化性质，破坏其胶体结构，减少其与水的亲和力，从而改善脱水性能。常见的污泥的加速浓缩方法是加药法，即在污水中加入絮凝剂。4.1斜管沉淀池斜管沉淀池可自行建造，具有结构简单、沉淀面积大、水深低、废水处理量大、澄清效果好等优点，但基建投资高，占地面积大，适用于大中型且场地宽广的砂石废水处理系统。斜管沉淀池工作原理结构图4.2高效快速澄清器MGS系列高效快速澄清器设备运行无需机械搅拌，水力条件好，对高浊度水澄清效率高，主要用于高浓度含泥砂水的澄清分离处理，能快速有效去除水中高浓度悬浮物和有机物，去除率达到95%以上，排泥浓度为2%~4%，而且基建投资低，占地面积小，但设备投资大，适用于场地狭窄的砂石废水处理系统。高效快速澄清器单台设备选择不宜偏大，废水处理量较大时，应改为多台等同处理能力的设备组，一方面提高了系统处理的可靠性，另一方面单台设备处理量偏大时废水处理效果不好。火烧寨沟人工砂石加工系统场地较狭窄，而且坐落在回填基础上，不适宜采用斜管沉淀池，在实际生产中采用的是高效快速澄清器结合添加混凝剂的方式，即废水通过混凝剂投配装置加药，经管道静态混合器混合后，进入高效快速澄清器浓缩澄清处理。MGS-300高效快速澄清器单台处理能力300~350m3/h，因此火烧寨沟砂石系统选用MGS-300高效快速澄清器2台，配合JY-15混凝剂投配装置1台、GW-450管道静态混合器1台进行废水的浓缩澄清处理。5、污泥的脱水与干化污泥脱水和干化的目的是除去污泥中的大量水分，缩小其体积，减轻其重量；一般经过脱水、干化处理后，污泥含水量能从90%左右下降到40~60%，体积减小到仅为原来的1/10~1/5。砂石加工系统废水处理通常采用的方式主要有自然干化和机械干化两种形式，自然干化一般采用淤泥干化池；机械干化多采用压滤脱水和离心脱水。压滤脱水主要有板箱压滤机、带压式压滤机、真空过滤机等，离心脱水主要有转筒式离心机。据统计，西欧国家经脱水处理的污泥占其污泥总量的69.3%，其中机械脱水占51.4%、自然干化16.9%、其它1%；主要的脱水机械有：转筒离心机、板箱压滤机、压式压滤机、真空过滤机，分别占21.7%，15.8%，11.4%和2.5%。以上数据对砂石系统污泥的脱水干化环节的工艺选择和设备选型有着一定的实际指导意义。5.1自然干化自然干化主要采用形式的是污泥干化池，其中主要的干化机理是自然蒸发与渗透。一般经过自然干化处理后的出泥的含水率可接近65%。淤泥干化池有投资小、干化效果好、出水稳定等优点，但淤泥干化池的占地面积较大、处理周期长、处理规模小，一般仅适用于中小规模且废水处理量不大的砂石废水处理系统。5.2机械脱水与干化（1）板箱压滤机板箱压滤机是最早应用于污泥脱水的机械，适用于各种悬浮液的固液分离，具有间歇操作、基建投资大，过滤能力低等特点，但其滤饼的含固率高、药剂用量少，而且滤液清，可直接被砂石系统生产用水循环利用。（2）带压式压滤机带压式压滤机是合成有机聚合物（高分子絮凝剂）发展的结果，具有连续工作、制造容易、操作管理简单、附属设备较少等优点，但由于絮凝剂价格较贵，使得其废水处理运行费用较高。（3）转筒式离心机转筒式离心机采用的是离心浓缩法。离心浓缩法是利用污泥中的固体即污泥与其中的液体即水之间的密度有很大的不同，因此在高速旋转的离心机中具有不同的离心力，从而可以使二者分离。一般离心浓缩机可以连续工作，出泥的含固率可达4%以上。利用离心机使污泥中的固、液分离时，离心力场可达到重力场的1000倍以上，单机处理量大、基建和占地少、操作简单、自动化程度高，而且可不投入或少投入絮凝剂，但动力费用较高。转筒式离心机工作原理结构图火烧寨沟人工砂石加工系统借鉴了以往工程的成功经验．由于板箱式压滤机诞生早，经过多年的运行，设备成熟可靠，运行成本较低，因此选用XMZ630/2000×1500板箱式压滤机，主要负责MGS-300高效快速澄清器处理后的高浓度淤泥。该设备压滤面积560-1180m2，单台污泥脱水能力20~30t/h，故配置2台。实际运行过程中，出水浓度SS≤200mg/L，完全满足砂石系统生产用水要求，取得了良好的效果。６、结束语本文仅以火烧寨沟人工砂石加工系统废水处理为工程原型，因此在设备选型方面难免有一定的局限性。例如在污泥浓缩阶段除本文介绍外，还有平流沉砂池、曝气沉砂池、加速澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池、悬浮澄清池等，其工作原理和结构也不尽相同，因此需要我们不断的对新工艺、新方法进行尝试和探究，总结出砂石加工系统废水处理投资少、效果好的方案，这才是人工砂石加工系统废水处理工艺与设备选型的最终目的。