水电工程砂石系统生产废水处理工艺优化研究

水电工程砂石系统生产废水处理工艺优化研究

第47卷第8期人民长江、，o1．47．No．82016年4月YangtzeRiverApr．，2016文章编号：1001—4179(2016)08—0068—05水电工程砂石系统生产废水处理工艺优化研究郭辉，陈雯，黄国兵，邢领航(1．长江科学院水力学所，湖北武汉430010；2．长江勘测规划设计有限责任公司，湖北武汉430010)摘要：针对目前水电工程砂石加工系统生产废水主流工艺存在的问题，现场采集了白鹤滩水电站和鸟东德水电站两处废水原样，利用数值模拟、现场及室内实验等多种方法对废水处理工艺主要流程进行了优化。研究表明：模拟预测两级石粉回收预处理总回收率可达60％左右，较单级回收率提高约5O％；投加合适的药荆可大大改善废水絮凝沉降性能，当固体颗粒粒径较小时联合投加聚丙烯酰胺(PAN)和氧化钙(CaO)，静水沉速可提高约1l倍。泥渣脱水调理剂在药剂类型和药量方面均与前端絮凝沉淀流程中所投加药剂具有一致性，而且“前端一次加药”工艺是可行的。将“隔膜压榨+进气穿流”工艺引入压滤脱水工艺中，单机工作循环时间减少67％的同时，泥饼含水率可降低至15％左右。关键词：砂石系统；废水处理；工艺优化；水电工程中图法分类号：TV52文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．08．014主要表现在出水浑浊、设备或构筑物堵塞、泥浆脱水难1研究背景等方面。本文基于数值模拟、现场和室内实验，分别从为保证水电工程混凝土施工质量，一般需采用清石粉回收预处理、废水絮凝沉淀和泥渣机械脱水3个水冲洗的方式将人工砂石骨料含泥量、裹粉程度控制主要流程人手对处理工艺进行优化研究，以期提高石在规范范围内，这一过程难免会产生大量废水⋯，砂粉回收率、改善废水絮凝沉淀和泥渣脱水效果。石加工系统生产废水总悬浮固体浓度一般高达30～2研究对象与方法100kg／m以上。废水直接排放会对河道造成淤积，降低防洪标准，亦会对生态环境产生不利影响。2．1研究对象目前，已投入运行的水电站砂石加工系统生产废以白鹤滩和乌东德水电站两处砂石加工系统生产水处理工艺可总结为以下几种：①尾渣库自然沉降；废水为研究对象，采用目前主流处理工艺，即“石粉回②絮凝沉淀+机械脱水；③石粉回收预处理+絮凝收预处理+絮凝沉淀+机械脱水”，如图1和图2所沉淀+机械脱水。也有学者对分级沉淀工艺、电示。经现场和实验室测定，废水基本特性如表1所示。絮凝技术进行了探索，但相关研究仍有待进一步完善。总体而言，“石粉回收预处理+絮凝沉淀+机械脱水”是目前主要采用的工艺¨，其采用了分级处理的思路，取消了占地面积大的传统多级沉淀流程，处理规模大，适应水电工程在山区选址和建设的需求⋯。但现场调研及相关成果分析表明，水电站砂石加工系统生产废水处理工程的设计、建设与运行缺少系统的图1白鹤滩砂石加工系统生产废水处理工艺流程研究数据支撑，废水处理仍存在效果不尽理想的状况，从适用性和普遍性角度考虑，实验所用药剂如表收稿日期：2015一l1—09基金项目：国家自然科学基金项目(51309023)；长江勘测规划设计研究院科研项目(CX2013233)作者简介：郭辉，男，高级工程师，研究方向为环境与生态水利。E—mail：huigcky@126．cornnnn第8期郭辉，等：水电工程砂石系统生产废水处理工艺优化研究71下，沉降约0．93h后，泥水界面变化很小，沉降区沉速量条件下泥饼厚度、含水率及尾水浓度基本一致，这表约为0．51mm／s，增大不到2倍。明厢式压滤机对药剂需求较低，其中压滤试验中组次3．3泥渣机械脱水2的投药量与静水沉降实验采用药量相近。从药量一致性角度，“前端一次加药”工艺具有可行性。3．3．1脱水设备对比表5白鹤滩压滤实验参数统计水电工程砂石加工系统生产废水处理工程中常用组调理剂投加量／泥浆泥饼厚度／泥饼尾水浓度／的脱水设备有真空过滤机、卧螺离心机和厢式压滤机。次(kg药剂／kg干泥)含固率／％mm含水率／％(nag·L)调研分析表明，当固体颗粒粒径较小时，真空过滤机、1不投加2O超量程卧螺离心机需投加大量调理剂，能耗较高，出泥含水率2PAM：0．02％+CaO：0．05％20383PAM：0．02％+CaO：0．20％2029约30％，相较而言，普通厢式压滤机药剂需求量与能4PAM：0．02％+CaO：1．00％20l2耗均较低，出泥含水率可达到20％左右，工程应用效5PAM：0．40％+CaO：1．00％20l8果较好。3．3．2“前端一次加药”工艺可行性表6乌东德压滤实验参数统计为简化水电工程砂石加工系统生产废水处理工艺，降低运行成本，工艺优化的基本原则是在前端絮凝沉淀流程中已经投加药剂的条件下，后端脱水流程中尽可能不再投加药剂。因此比阻实验和脱水实验泥浆均采用原水样沉降浓缩后的底部泥浆，以期模拟沉淀3．3．3“隔膜压榨+进气穿流”脱水工艺效果池前端加药运行工况，实验所采用调理剂即絮凝沉淀工艺中所使用药剂。乌东德现场普通压滤机运行2h后，泥饼呈流塑(1)药剂一致性。如图7所示，白鹤滩采用PAM状，而经隔膜压榨后泥饼成塑状，单机循环时间可降低和CaO联合投加，乌东德采用PAM单独投加，比阻值约67％(40min)左右。隔膜压榨工艺不仅可显著降分别较不投加调理剂减小40％和24％，有利于泥渣脱低单机循环时间，而且在单位面积处理能力、降低滤饼水。所投加药剂与絮凝沉降实验所确定药剂类型是一水分、物料性质的适应性等方面也都表现出较好的效致的。从药剂一致性角度，“前端一次加药”工艺具有果。研究发现，乌东德泥渣经隔膜压榨后，泥饼含水率可行性。约20％，但无显著力学强度，具有一定粘结性，不便于直接运输；在隔膜压榨末期，引入进气穿流工艺，泥饼含水率降至15％以下，具有较好力学强度，泥渣进一步减容减量。更多“隔膜压榨+进气穿流”脱水工艺效果可参见文献。萋善薏善善d4结语量j三《《u砂石废水处理工艺优化研究成果表明，两级石粉预处理工艺可明显提高石粉回收率，实际回收效果需投加量(a)白鹤滩考虑水力旋流器和配套脱水筛的运行状况影响；PAM虽然适用于砂石加工系统生产废水处理，但是需要针对废水中固体颗粒特性的不同，考虑是否投加CaO等离子型药剂进行联合调理，在显著提高沉降速度的同时，可快速降低上层水体悬浮固体浓度。实验中引入萋审暑苫苫苫的“前端一次加药”与“隔膜压榨+进气穿流”脱水工堇堇茎垂星星8艺满足废水处理工程对减少药量、提升废水处理速度投加量和质量的需求。(b)乌东箍考虑到各工程的料源性质、砂石系统生产工况和图7投加不同调理剂条件下比阻变化设备工艺不可能完全一致，水电工程砂石加工系统生(2)药量一致性。如表5和表6所示，不同投药产废水中固体颗粒粒径波动较大，粒度均匀性较差，建n72人民长江2016焦议在废水处理过程中加强监测相关水质指标，开展进水，2005，31(4)：59—61．[4]汤显强，郝敬丽，李青云．砂石骨料加工废水电絮凝处理实验研究一步的论证研究。[J]．人民长江，2015，46(19)：l10一ll3．参考文献：[5]徐翔．向家坝电站砂石加工及混凝土生产废水处理技术[j]．人民[1]陈雯，王丽宏，王刚．构皮滩水电站砂石加工系统废水处理新工艺长江，2015，46(2)：62—66研究[J]．人民长江，2010，41(22)：64—66．[6]陈雯，张志胜．郭辉，等．水电工程砂石加工系统废水沉渣脱水X．-[2]王涛，孙剑峰，郎建，等．水电站砂石加工系统生产废水理工艺试艺研究[J]．人民长江，2015，46(21)：18—22．验研究[J]．水处理技术，2011，37(5)：66—69．(编辑：胡旭东)[3]余祥忠．水电工程中砂石冲洗废水处置方式的探讨[J]．给水排StudyonoptimizationoftreatmentprocessofwastewateroriginatedfromsandandgravelsystemofhydropowerprojectsGUOHui，CHENWen，HUANGGuobing，XINGLinghang(1．HydraulicsResearchDepartment，ChangjiangRiverScientifcResearchInstitute，Wuhan430010，China；2．Chan~ianglnsti—tuteo厂Survey，Planning，DesignandResearch，Wuhan430010，China)Abstract：Aimingatthepooreffectofwastewatertreatmentprocessinsandandgravelsystem，fieldwastewaterof2process-ingsystemsforsandandstoneinBaihetanHydropowerProjectandWudongdeHydropowerProjectwassampled．Andthenthenumericalsimulation，fieldandlaboratoryexperimentswereconductedtooptimizethemainwastewatertreatmentprocess．Experi—mentresultsshowthattotalrecoveryratebytwo—stepstone—powderrecyclingcanreachtoabout60％，animprovementtosin—gle—steprecyclingby50％；sedimentationperformancecanbesignificantlyimprovedbyaddingsuitableflocculant，iftheparticlesizeofsuspendedsolidswassmall，theco—conditioningtechnologywithPAMandCaOshouldbeapplied，andthehydrostat—icsettlingvelocityisimprovedby11times．Theagentusedinwastewatersedimentationandslurrydewateringhavemuchconsis—tencyintypeanddosageoffront—endsedimentationprocess，sothetechnologyofonlyaddingflocculantinfront—endsedimen—tationprocessisfeasible．Thetechniqueofdiaphragmpressingandhighpressureairflowwereintroducedintofilterpress，thendewatefingtimehasbeendecreasedby67％，andmoisturecontentofthepowdercakehasbeenreducedto15％．Keywords：aggregatesystem；wastewatertreatment；processoptimization；hydropowerproject】⋯，一】一(上接第42页)[12]周跃峰，龚壁卫，胡波等．牵引式滑坡演化模式研究[J]．岩土工[15]朱冬林，任光明，聂德新，等．库水位变化下对水库滑坡稳定性影程学报，2014，6(5)：1—8．响的预测[J]．水文地质工程地质，2002，(3)：6—9．[13]刘才华，陈从新，冯夏庭．库水位上升诱发边坡失稳机理研究[16]李亚生，周翠英，张惠明．基于位移突变判据的强度折减法边坡[J]．岩土力学，2005，26(5)：770—773．稳定分析[J]．人民黄河，2012，(2)：146—148．[14]廖红建，盛谦，高石夯．库水位下降对滑坡体稳定性的影响[J]．(编辑：赵凤超)岩石力学与工程学报，2002，24(19)：3455—3458．Researchondeformationan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