水利水电废水处理方法研究

1概述

砂石工程一筛车间产生的生产废水，由于粗细砂颗粒含量高，其疏水性强，使得沉淀物含水量小;但泥质颗粒含量相对于其他生产车间要高很多，泥质颗粒粒径小，亲水性强，黏结性强，充填能力强，因此，大部分泥质颗粒会悬浮于水中不易分离，使得一筛车间废水处理回用水达标难，同时，其余的小部分泥质颗粒同石粉、粗细砂颗粒混合沉淀后，充填结合密实，在固体物质自身重力及水压力的作用下粘稠、易板结，使得泥浆处理干化难、排泥难。因此一筛车间废水处理困难。其他车间产生的废水细砂、石粉含量高，回收利用价值大，工程实际中，常先将除一筛车间以外的其他车间产生的废水中的细砂和石粉回收利用，以免成品砂含泥量超标、保证成品砂质量，其次分离回收部分达标清水，之后含渣废水同一筛车间废水混合，再进行废水处理，回收清水，按环保要求堆存固体废弃物。砂石工程废水处理随着技术进步和新设备应用，经历了由简易到复杂、由粗放到精细的演变。

2早期简易方案

砂石工程简易废水处理案例，如张河湾抽水蓄能电站上水库砂石工程水处理系统，其车间组成及运行工艺流程见图1。其工作原理为:系统生产车间用水经系统排水沟汇集至沉砂池①，绝大部分石粉及废渣沉淀于池内。利用生产间歇时间，打开排污阀，将污水排至专用水池④，将水回收;及时回收石粉并清理污泥。池①内回收水以顶部溢流方式进入沉淀池②，经进一步沉淀后，经池体②、③中壁溢流口溢流至沉淀池③，然后经联系水沟进入沉淀池⑤，成品砂仓脱水盲沟及其他地表水经相应水沟汇入沉淀池⑤，池内设置集水槽，适时处理漂浮物，进一步净化后，溢流至清水池⑥。将清水经回收水管利用水泵泵入系统高位水池⑦。根据用水需求经供水管流至生产车间。外部补充水也经供水管进入生产车间。严格地讲，简易方案属于自然沉淀类别，因其在废水处理方案发展前期实施，同现阶段方案相比多有不完善之处，故在此单列说明。简易方案同现阶段工程实施中采取的自然沉淀方案加以对比，也可看出废水处理方案由粗放到精细的演变。由于处理效果相对较差，简易废水处理方案只在较早时期、偏远地区、建设条件差、小型工程上应用较多。结合工程现场条件，目前阶段砂石工程常用的废图1水回收车间构成及流程简图水处理可分为自然沉淀与机械处理两类。

3自然沉淀方案

砂石工程废水处理采取自然沉淀方案的案例，如向家坝水电站马延坡砂石工程废水处理。本方案利用系统附近的开阔山谷地形建一土石坝形成尾渣库，将生产废水用水管引至库区，经过自然沉淀后，澄清水回收利用，泥渣沉积到库底并逐层压实，尾渣库使用过程中，由于泥渣沉积造成尾渣库功能下降时采用采砂船清理，清理出的废渣运输至工程弃渣场堆放，计划在工程结束、砂石系统完成使命后尾渣库也随之停止使用。采取自然沉淀方案的还有三峡下岸溪、溪洛渡中心场等砂石工程的废水处理。这些工程的不同之处在于修建数个大型沉淀池(污泥干化池)，砂石系统生产废水加絮凝剂后引入沉淀池，一个池满后启用第二个沉淀池，沉料自然干化满足出渣条件后出渣清理，周而复始，循环使用。方案包含完善的废水引入、加速沉淀满足水回用、渣处理使用要求的措施和回水设施。该方案土建工程量大，水处理效果一般，水回收利用率偏低。自然沉淀方案的优点:①废水沉淀表面负荷低，因此可以少加甚至不加絮凝剂，投入设备少，运行管理简单，运行费用低，废水处理总体成本低;②回用水品质好;③绿色环保，社会影响好。马延坡砂石工程废水处理缺点:①前期土石坝建设投资高;②土石坝坝高40m，设计、施工安全要求高。其他修建沉淀池砂石工程废水处理的缺点:常受场地条件等的影响，设计布置满足使用要求的保证性不强。总体而言，自然沉淀方案优点远大于缺点，在条件具备时应优先选用。

4“泥浆浓缩+脱水干化”方案

目前砂石工程废水处理采取较多的是按照固液初步分离、泥浆浓缩和压缩干化过程来实施的工艺系统。生产废水进入旋流沉淀池(或水力旋流器)实现固液初步分离和泥浆浓缩，分离出的浊水送至(由浊至清逐级)沉淀池沉淀澄清，达标清水回收利用，沉淀池底部浓缩后的泥浆、浊水循环进入旋流沉淀池(或水力旋流器)处理;旋流沉淀池(或水力旋流器)浓缩后的泥浆供给干化设备进行干化处理，产生的清水回收利用，干化渣料送至弃渣场堆放。(1)采用板框式压滤机方案。构皮滩水电站烂泥沟、光照水电站基地、金安桥水电站、柬埔寨甘再水电站等砂石工程废水处理工艺流程基本相同，采用“旋流沉淀池沉淀浓缩+板框压滤机干化”方案。其工艺流程如图2所示。图2砂石工程废水处理板框式压滤机方案工艺流程图板框式压滤机的工作原理简单:浓缩泥浆经渣浆泵泵送进入压滤机并持压，在压力作用下，固体物质隔离在滤布上，水渗透出滤布，板框间堆积满后形成泥饼，卸料洗布进入下一循环。板框式压滤机由于单台套设备不能连续处理浓缩泥浆，因此需要配置的设备数量较多;对泥浆浓缩浓度要求较高，配套使用的渣浆泵在泥浆较高浓度工况下易出故障，泥浆浓度低时压滤时间很长，效率低;工作滤布清理困难，运行成本较高。但由于脱水效果好，固液分离彻底，使用成熟，在砂石工程中应用较为广泛。(2)采用带式真空过滤机方案。阿海水电站新源沟砂石工程采用水力旋流器来实现泥浆浓缩，带式真空过滤机处理浓缩泥浆。水力旋流器以离心力实现固液分离。生产废水以一定压力切向进入旋流器，在腔内产生高速旋转流场，混合液中密度大的组份，在旋流场的作用下沿轴向向下运动，沿径向向外运动，在到达底部时沿器壁向下运动，并由喷砂嘴排出，这样就形成了外漩涡流场，密度小的组份向中心轴方向运动，并在轴线中心形成向上的内漩涡，然后由溢流口排出。带式真空过滤机采用了固定真空盒，过滤机运行时，真空盒固定不动，胶带在上面运行，真空盒与胶带间构成运动密封的结构型式，由于真空盒采用分节连接的整体，每节均有管口与集液总管相连接形成真空集液系统，通过真空吸力把橡胶滤带上料液中的水吸到集液系统中，从而实现固液分离。带式真空过滤机废水处理量随进料料浆浓度有较大波动，滤饼含水率一般为8%～15%，料浆浓度低时会增高，但一般不高于30%［1］;附属设备较多，占地面积较大，适宜于较大规模砂石工程。(3)采用真空陶瓷过滤机方案。官地水电站竹子坝砂石工程采用真空陶瓷过滤机来处理浓缩泥浆。真空陶瓷过滤机的工作原理为:在压强差的作用下，悬浮液通过过滤介质时，颗粒被截留在介质表面形成滤饼，而液体则通过过滤介质流出，达到了固液分离的目的。陶瓷过滤板具有产生毛细效应的微孔，使微孔中的毛细作用力大于真空所施加的力，使微孔始终保持充满液体状态，陶瓷过滤板上没有空气透过，固液分离时能耗低、真空度高［2］。采用真空陶瓷过滤机来处理浓缩泥浆具有滤饼干、滤液清、能耗低、运行场地干净、无噪音污染等优点，但设备购置费用高，实际产能低，目前在砂石工程中应用不多。

5采用新型设备方案

随着废水处理研究的发展和新设备的推广使用［3］，现阶段砂石工程废水处理也开始采用DH高效污水净化器、卧螺离心机等新型高效设备。(1)采用DH高效污水净化器方案。黄登－大华桥等砂石工程采用DH高效污水净化器进行废水处理。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)在同一罐体中完成废水快速多级净化的一体化组合设备。净化器为钢制罐体，上中部为椭圆柱体，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。其工作原理为:直流混凝和临界絮凝技术取代了混凝反应池，在泵前及泵后投加絮凝和助凝药剂，利用泵、管道、水流完成药剂的水解、混合、压缩双电层，吸附中和作用后高速沿切线方向进入罐体快速完成吸附架桥，絮凝形成矾花。离心分离是利用废水沿切线方向进入罐体产生高速旋流、产生离心力，在离心力的作用下废水中形成的悬浮颗粒及矾花被甩向器壁，并随下旋流及自身重力作用沿罐内壁下滑至锥形污泥浓缩区，废水向下作螺旋运动到一定程度后向中心靠拢，又形成向上的旋流，这股旋流水质较清，流向设置在上层动态过滤区。在离心分离区一般粒径大于20μm的悬浮颗粒(矾花)被固液分离至污泥浓缩区。废水经离心分离进入动态过滤区再次完成吸附作用，过滤区采用表面吸附的悬浮滤料，表面积大、吸附能力强，可截留5μm以上的粒径的悬浮物。动态过滤，滤料不易堵塞，吸附的颗粒物易脱落又下沉至离心分离区，因此滤料反洗周期长(0．5～1个月反冲洗一次)。废水经多级固液分离及净化后排出。离心分离和过滤脱落的悬浮颗粒在离心力及重力的作用下进入污泥浓缩区，污泥在锥形泥斗区中上部经聚合力的作用下，颗粒群体结合成一整体，各自保持相对不变位置共同下沉，在泥斗区中下部SS(水质中悬浮物)很高，将颗粒缝隙中液体挤出界面，固体颗粒被浓缩压密后从锥体底部排出。(2)采用卧螺离心机方案。呼和浩特抽水蓄能水电站、白鹤滩水电站三滩等砂石工程采用卧螺离心机进行废水处理。卧螺离心机是一种卧式螺旋卸料、连续操作的沉降设备，其工作原理为:转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻的液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓，经排液口排出机外。卧螺离心机的优势在于:能在全速运转下，连续进料、分离、洗涤和卸料;可通过调整差数和转鼓转速来控制泥饼含水率;全封闭结构，无泄漏，生产现场整洁;基建和占地少，重量轻，安装方便;对泥浆浓度适应范围广等。目前砂石工程废水处理DH高效污水净化器和卧螺离心机的使用仍在探索中，应用案例不多，其工程适应情况和使用发展前景尚没有明确结论。总结机械处理方案，需要强调的几点。①水力旋流器同旋流沉淀池相比，旋流沉淀池占地面积大，土建工作量大，废水处理量大，浓缩效果较后者差，浓缩泥浆经常出料困难;水力旋流器体积小巧，安装方便，浓缩效果好，泥浆出料方便，但废水处理能力较小。二者可根据工程实际情况具体选用。②在“泥浆浓缩+脱水干化”的组合方案中，尽管泥浆浓缩的效果对下一步的干化处理非常重要，但废水处理方案的核心应是干化设备的处理效果。③上述泥浆脱水干化设备以及新型设备中，无论是采用机械压缩、真空过滤还是离心分离等工作原理，设备对废水处理工作而言，本身并无优劣之分，工程实际中应根据具体条件和对设备的掌握情况具体选用。

6结语

随着工程实践的不断前行和技术进步的不断深化，我们对废水处理方法的研究必将不断发展，对工艺流程的设计会更加经济合理，对废水处理系统的布置会更加简化、完善，对相关设备的认识和研究会更加全面深入，新型高效设备也会被继续开发和推广使用，水利水电工程废水处理方案将越来越科学、符合时展的需要。本文所述方法多为在本人所参与的工程实践基础上、并学习他人的经验总结而得，认识定有许多浅显、不足，错误之处，希冀能对同行有所参考，对工程有所裨益。

本文作者:李辉工作单位:中国水利水电第八工程局有限公司