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水电站砂石加工污水处理系统技术改造

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摘要:黄登水电站砂石加工系统设计规模为2500t/h毛料处理能力,是澜沧江流域最大的砂石加工系统。随着黄登和大华桥两座水电站同时进入主体浇筑阶段,砂石骨料产量随之递增,而砂石加工系统的污水处理系统按能力不能与砂石增加额产能相匹配,需进行扩容改造。污水处理系统扩容改造采用“多种工艺组合”的处理工艺和“分散与集中”相结合的布置,使用国内较为先进的污水处理设备,使污水处理系统工艺设计和运行管理达到了预期目标,实现了合同要求的“零排放”的要求。

关键词:砂石系统;污水处理设备;改造;效果对比;黄登水电站

引言

黄登水电站砂石系统2010年6月砂石系统开始开工建设,2011年7月砂石系统已单机空载调试,2011年9月受国家宏观经济调控影响致使工期延缓,2013年4月起进行砂石骨料供应。2015年底黄登和大华桥两座电站同时进入主体浇筑阶段,混凝土浇筑需求量达到高峰,砂石骨料产量随之递增。为了满足骨料供应,砂石加工系统由单班8h增至15h连续高强度生产,而污水系统按处理能力不能与砂石增加额产能相匹配,超过8h后污水回收的指标远超过骨料冲洗用水标准,不能达到合同规定的零排放指标。因此在原设计基础上对污水处理系统进行扩容和改造工作,最终实现了“零污染排放”标准。

1工程概况

黄登水电站砂石加工系统主要承担黄登和下游大华桥两座水电站主体工程共约550万m3碾压和常态混凝土以及25万m3工程喷混凝土所需的1280万t粗、细骨料生产和供料。系统布置于距坝轴线约13km的左岸上游大格拉石料场附近,加工系统设计规模为2500t/h毛料处理能力和不低于2150t/h的成品生产能力。大格拉砂石加工系统生产污水处理系统的主要功能是处理砂石加工系统产生的生产污水,包括细砂回收、污水处理及回收,系统污水处理总体规模为400m3/h。系统主要由细砂回收车间、污水处理车间、污泥干化车间、水池、泵站、管网、供配电设施、生产辅助房建等组成。

2原污水处理系统工艺

2.1工艺流程

原系统污水处理工艺顺序为污水回收→高效污水净化→污泥脱水→清水回收。污水回收由调节池收集,高效污水净化采用MGS斜管沉淀池,污泥脱水采用陶瓷真空过滤机,清水采用水泵加压至高位水池回收。原系统工艺流程如图1所示。

2.2处理能力

原污水处理系统处理设备及沉淀水池处理运行各环节均满足单班8h生产污水处理能力。具体为:(1)2号调解池容积109m3,2h蓄满,主要承担棒磨机产生的污水,待沉淀后浓度较高部分抽排至1号调节池继续进行处理。1号调解池容积204m3,0.7h蓄满,主要进行加药后对骨料冲洗污水和2号调节池高浓度污水进行处理,最后将处理未完成部分抽排至MGS斜管沉淀池继续处理。(2)MGS斜管沉淀池容积为800m3,每小时处理270m3,砂石系统单班8h共计产生并导入2760m3污水需处理,设备运行8h可匹配处理完成。(3)陶瓷过滤机每小时处理污水约60m3,砂石系统单班8h共计产生并导入510m3污水需处理,设备运行8.5h可处理完成。砂石系统当天生产任务结束后,污水处理系统仍继续运行处理各级预沉池内剩余污水,直到将当天产生的污水处理完成后再停机。砂石系统每天生产约8h,污水处理系统连续运行处理约10~12h能完成单班所产出全部污水处理工作,且满足“零排放”的要求。

3技术改造背景

黄登、大华桥砂石加工系统初期供料设计规划是按照单座电站分先、后两个时期依次生产供应成品骨料,黄登水电站高峰月骨料需求量约为45万t、大华桥电站约为26万t,砂石加工系统成品骨料设计产能为2150t/h,系统按每天8h作业生产时可生产砂石骨料1.72万t,除去系统检修时间,月生产量约为48.16万t,完全可以满足单座电站骨料的月供应需求量,污水处理系统在此工况下污水处理量为300m3/h,经过处理后污水浓度值(SS值)<200mg/L,回收利用率满足冲洗骨料水质利用标准,且满足合同提出的“零排放”标准。由此可见,污水处理系统原设计规模满足单座电站供应砂石料的生产及供应需求。黄登、大华桥电站由于在工程前期受国家宏观经济调控影响致使工程缓建,在2015年底黄登、大华桥两座电站混凝土浇筑工作由原错峰施工变为同步施工,使得砂石骨料需求出现叠加供应现象,大格拉砂石加工系统骨料生产及供应量在原设计基础上大幅度增加,需调整砂石系统生产工艺来实现增加产能的目的。原砂石系统单班8h生产可供应砂石骨料1.72万t,若要满足两座电站高峰叠加的骨料需求用量,系统每天需连续生产15h约3.225万t砂石骨料方可满足高峰期月供应71万t骨料需求计划。由于原污水处理系统处理工艺只能在砂石系统连续生产8h的运行工况下有效运行,超过8h后污水处理系统沉淀池及GMS高效沉淀器设备便会处于饱和状态,且处理后污水浓度值升高至(SS值)>1000mg/L,不具备回用标准,必须停运污水处理系统并对饱和设备、设施进行清理维护后方可继续恢复运行,期间砂石系统需要中断生产约5h,同时系统料仓只能调节使用3h左右,从而直接影响到大坝拌合系统的连续生产作业。因此,须在原污水处理系统单班运行8h的基础上对系统进行扩容技术改造势在必行。

4改造方案及效果

4.1方案改造及实施

由于2015年底黄登、大华桥两座电站同时进入主体浇筑阶段,导致混凝土浇筑需求高峰叠加,砂石骨料产量随之增加,为满足黄登、大华桥水电站砂石加工系统污水处理系统污水循环利用并且达到“零排放”标准,在原污水处理系统上主要以增加沉淀池、增加污水处理设备、改变污水处理设备开机组合及加药比例措施等,对污水处理系统进行扩容改造。具体改造措施如下。(1)新增沉淀池。砂石加工系统由单班8h增至15h连续生产,考虑污水处理系统某一设备(车间)如发生故障后,为防止出现水环境污染事件的产生,同时确保系统正常生产,对砂石系统成品料仓处扩容增加应急水池、系统零排放新增水池以及回收水池。增加投用后将大大增加系统污水沉淀反应时间,提供高效污水澄清器车间的处理效果,进一步提供陶瓷过滤机车间的使用效率。根据扩容改造方案将成品砂仓处3个水池作为预沉池串联使用,并在大格拉隧洞进口洞顶平台新建不低于5000m3的事故应急水池(事故水池一期、事故水池二期1号、2号),作为系统水处理车间故障时保证污水沉淀回收。同时为保障系统生产用水及生产用水情况,在现有高位水池侧新建一个高位水池,容积为2500m3。新增水池具体情况如表1所示。(2)增加DH高效污水净化器。DH高效污水净化器是将物理、化学反应有机融合在一起,集成了直流混凝、临界絮凝、离心分离、动态过滤及污泥浓缩沉淀技术,短时间内(25~30min)在同一罐体中完成污水快速多级净化的一体化组合设备。该设备SS去除率高达99.9%,COD去除率达到40%~70%。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、混凝区、离心分离区、动态过滤区、清水区。砂石系统在连续高强度生产供应下,污水处理系统就会存在MGS澄清器不能长时间处理高浓度的污水的问题,通过试验论证采用DH高效污水澄清器+沉淀池的方案效果最佳。(3)增加黑旋风细砂回收装置。灰岩骨料岩质偏软特点,会导致污水处理系统实际运行过程中大量泥沙直接进入污水沉淀池中,增加沉淀池干化及清淤工作难度,通过在棒磨机出口浓度最高环节增加1个细砂回收装置(ZX-250型黑旋风细砂回收装置),有效解决了这项问题。

该设备的主要使用优势表现在:①能对砂石料系统生产中产生的浆液进行细微颗粒石粉的脱水回收。②处理后的浆液含有的固体颗粒少。③整机处理浆料能力大,细颗粒石粉回收效率高同时减轻后期污水处理的压力,处理能力最高达到为200m3/h。(4)优化投药量及增加溶药池。由于砂石加工系统生产污水胶体小颗粒含量高,在处理过程中很难下沉,投加混凝剂(或絮凝剂)能使胶体颗粒脱稳而相互凝聚。本工程采用混凝剂投加混凝剂和助凝剂联合投加方式,助凝剂加注量按污水SS的0.4%计,混凝剂加注量按污水SS的0.1%计,采用湿法投加,稀释浓度2%。污水SS浊度为30000mg/L,污水处理量600m3/h。助凝剂投加量为AM=72kg/h,混凝剂投加量为18kg/h,助凝剂溶液投加量为3.6m3/h,混凝剂溶液投加量为0.9m3/h。溶药搅拌时间按50~60min计,两种药剂溶药池分别设2格,溶药池容积按满足每班投加5~6次,即连续投加1.5h的药量设置,单个溶药池容积位为助凝剂单格尺寸为2m×2m×1.5m(长×宽×高),混凝剂单格尺寸为1.0m×0.9m×1.5m(长×宽×高)。(5)增加搅拌装置。助凝剂溶液药池配置2台ZJ-750型搅拌机,单机功率4kW。助凝剂投加配置3台G25-1螺杆泵,单机功率1.5kW,流量2m3/h,扬程60m。混凝剂溶液药池配置2台ZJ-470型搅拌机,单机功率2.2kW。混凝剂投加配置3台G20-1螺杆泵,单机功率0.75kW,流量0.8m3/h,扬程60m。加药处理后通过对系统1号调节池进行加药,使药水混和后直接分别进入DH高效污水净化器及MGS斜管沉淀池进行沉淀分离,缩短了絮凝体的流程,减少了水流对絮凝体的扰动,有利于絮凝反应生成稳定絮体及后续沉淀分离效果。同时,骨料冲洗筛污水不流进预沉池,有利于在料源质量差时棒磨车间污水经黑旋风处理后在两池中的沉降,提高处理效果,降低两池的清淤频率。为保证在调节池内的污水均匀加药沉淀,通过在加药间内增加浆液搅拌机后,将混凝剂进行充分搅拌,提高了加药的效率,由原来0.8m3/h增加到目前2m3/h。

4.2改造流程及效果评价

4.2.1改造后工艺流程2015年9月起大格拉砂石系统逐步进入生产高峰期,随后开展了对原生产污水处理系统进行了相关改造工作,即在原有系统的基础上新增一套污水处理系统,对原有系统工艺流程进行相关修改,将系统生产污水按照浓度(SS值)的高低进行分别处理,提高了系统生产污水处理效率。新增系统着重对原生产工艺流程中的浓缩环节进行处理。其流程为①棒磨车间污水(SS值28~33万)→陶瓷过滤机→清水回用、滤渣干排。②骨料冲洗筛分车间污水(SS值6~7万)→预沉池沉淀→DH高效污水澄清器→陶瓷过滤机→清水回用、滤渣干排。工艺流程如图2所示。

4.2.2改造后效果评价DH高效污水净化器单独运行可以处理系统4h产生的污水,且能够满足系统回收用水质量标准。超过4h后,DH高效污水净化器清水出口SS浓度较大,将不能用于系统生产。MGS斜管沉淀池单独运行,可以处理系统3.5h产生的污水,且能够满足系统回收用水质量标准。超过3.5h后,MGS斜管沉淀池清水出口SS浓度较大,将不能用于系统生产。经多次污水处理系统方案论证后,通过将DH高效污水净化器和MGS斜管沉淀池联合运行,可以处理生产系统一天(15h)产生的污水,且能够满足系统回收用水质量标准。通过检查砂石系统当天生产任务结束后,污水处理系统仍继续运行处理各级预沉池内剩余污水,直到将当天产生的污水处理完成后再停机。砂石系统每天生产约15h,污水处理系统连续运行处理约17~19h完成所有污水处理工作,改造后该系统不仅能完成污水处理工作,而且效果极其明显。改造后,在原有系统的基础上新增一套污水处理系统,同时对原有系统工艺流程进行改进,即将系统生产污水按照浓度(SS值)的高低进行分别处理,提高系统生产污水处理效率,由原来污水SS值为1000mg/L降低至现在200mg/L。经过DH高效污水净化器与MGS高效污水澄清器联合运行,处理后的污水满足砂石骨料冲洗用水要求,污水回收率由原来70%左右提升至现在88%左右,实现污水全部回收利用,达到系统零排放要求。目前系统开机生产时,回收清水浓度(SS值)与之前相比相对稳定,满足生产用水要求。原污水处理系统污水处理设计量为400m3/h,实际能处理污水300m3/h,经改造后单班8小时配合系统同步生产工况下可处理500m3/h,15h运行工况下从各级沉淀水池加系统设备配套运行可高效连续处理450m3/h污水,比原设计污水系统处理能力增加50m3/h,改造后效果极其明显,能满足该系统高峰生产污水处理“零排放”及回收利用要求。改造后污水处理系统采用分别处理骨料冲洗筛废水和棒磨车间废水,能有效利用棒磨车间废水的高浓度的特性,与陶瓷过滤机及黑旋风搭配使用,降低DH高效污水净化器和MGS斜管沉淀池的运行负荷。同时DH高效污水净化器和MGS斜管沉淀池的并联运行将废水总量很好的分成两部分同时处理,减轻两者负荷,使处理效果改善,这也相对减少了陶瓷过滤机的负荷,与此同时减少了间歇交替使用时频繁启闭设备的人工费用,降低运行成本。对处理核心设备通过并联使用,两两相通的这些单元流程模式,大大的提高了无备用设备节点处的系统处理可靠性,不至于因为此处的单台设备故障而导致整个系统的停运,提高了系统稳定运行保障率。

5结语

黄登水电站砂石加工污水处理系统扩容改造采用了“多种工艺组合”的处理工艺和“分散与集中”相结合的布置,使用了国内较为先进的污水处理设备,使污水处理系统工艺设计和运行管理达到了预期目标,实现了黄登水电站环境保护“零排放”的要求,最终污水回收利用率高达88%。但在污水处理系统淤泥量较大时,须注意配置容积较大的污水沉淀池及足量的清淤干化设备(陶瓷过滤机),以保证系统在高强度下可持续作业生产。

参考文献:

[1]于江,姚元军,马树清.向家坝水电站混凝土生产系统的废水处理实践[J].水力发电,2011,37(3):4-6.

[2]刘清海,王利华,毛新.DH高效污水净化器技术在火电厂高浓度灰渣水处理中的应用[J].电力设备,2007,8(1):51-53.

[3]刘志强,王海龙,刘开颜,等.水电工程砂石加工系统废水预处理环节设计关键要点初挥[J].浙江水利科技,2015(6):39-41.

作者:穆晓东 苏兴强 单位:中国水利水电建设工程咨询西北有限公司黄登监理中心

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