机制砂废水处理工艺设计

机制砂废水处理工艺设计
洪佳;何小龙;邱洪江
【摘要】随着机制砂需求扩大,机制砂废水污染河湖环境问题也越来越引起关注。

提出了采用废水预处理加压滤的方式处理机制砂废水,并在浙江某县应用成功,证明压滤技术在机制砂废水处理中是一种切实可行的技术。

%With the artificial sand needs to expand,artificial sand wastewater pollution of rivers and lakes environmental issues are increasingly of concern.This thesis proposed the use of wastewater pretreatment plus sand filter press wastewater handling mechanism the way,and successful application of a county in Zhejiang province,that the sand filter press technology in the wastewater treatment system is a viable technology.
【期刊名称】《过滤与分离》
【年(卷),期】2011(000)003
【总页数】5页(P24-28)
【关键词】水资源;机制砂;压滤技术;废水处理
【作者】洪佳;何小龙;邱洪江
【作者单位】浙江省水利科技推广与发展中心,浙江杭州310012;浙江省水利科技推广与发展中心,浙江杭州310012;杭州兴源过滤科技股份有限公司,浙江杭州311113
【正文语种】中文
【中图分类】X703;TQ028.53
随着浙江经济的发展，天然河砂资源经过数十年的开采，蕴藏量急剧减少，而近年来水利流域治理工程、水土保持工程的实施，主要河流控制性水库的建设，使河砂的补给量又大大减少；同时，浙江河道生态环境保护的加强，对危及防洪水利及航运的江河实施禁采，开采范围进一步减小，因此，天然河砂开采数量日趋减少。

为适应浙江建设工程的各种需要，除了加强资源管理外，迫切需要新的资源来代替天然砂。

在这样背景下，机制砂需求急剧上升。

然而，由于机制砂工艺上采用洗砂一道程序，使得机制砂的废水如果不经处理直接排放入河道就会污染河道，影响河道水质，影响河道景观。

为解决这一问题，浙江省水利科技推广与发展中心在全面走访调研的基础上，深入研究、优化机制砂工艺流程，采用废水预处理加压滤处理的模式对机制砂废水进行处理，并选择在浙江某县一砂场进行试点，取得成功。

该砂场位于曹娥江流域北岸。

砂场主要用山砂经机洗后制备建筑用砂，洗砂用水汲自附近河道，汲水河流原先水质达到1类水标准，砂场上游是该县饮用水源保护地，经检测，悬浮物在40以下。

砂场全天10小时工作，机制砂工艺流程见图1。

日产砂量500方，日用水量1 000 m3/d，制砂后废水固含量质量百分比浓度8%～10%，排放水浊度21 000度。

洗砂后废水全部直接排入河道中，不仅对河
道水体造成污染，河道两岸生态环境造成破坏，而且对砂场附近居民提取生产生活用水造成极大不便。

因此，该机制砂场废水处理已经成为当地政府、附近居民以及业主亟需解决的重大问题。

我们通过多次取样，多次试验，最终确定了最优解决方案。

通过对该砂场水质检测数据的分析，机制砂废水主要问题是悬浮物的大幅增加，即泥沙颗粒大量进入水体，引起水体pH值、化学需氧量等变化，但是对于重金属、氨氮、总磷，挥发酚等影响不大。

换言之，机制砂废水的主要问题是洗砂水中悬浮
颗粒的大量增加，因此机制砂的废水处理主要针对去除悬浮物的处理即可。

废水处理的关键在于通过物理、化学手段加速沉淀生成、凝聚和沉降、析出，最终形成达标清水排出。

在我国，对机制砂废水也采用了多种处理方法，例如采用平流式沉砂池方式、沉砂池加沉淀池方式、三峡古树岭二期的废水综合处理方法等[1]。

经实地查看，项目组决定采用如下工艺流程：先用初级沉砂池自然沉降的办法将细砂沉淀下来，进而控制进入过滤设备的固含量，以达到降低设备投资的目的。

然后通过添加相应絮凝剂，形成颗粒沉降，上层清液进入清水池，下层淤泥进入压滤设备进行压滤，滤液进入清水池回收利用，设计工艺流程见图2。

由于机制砂洗砂用水量大、废水具有泥砂含量高、水中泥砂粒度分布范围广等特点，如所有废水全部进入压滤机势必需要大量的设备投资，并且压滤机也难以适应宽粒度范围的过滤，进而造成过滤困难；考虑砂场的实际规模和投资能力，为解决这一问题，本系统设置了初沉池，使废水中的大部分粗颗粒在初沉池内得以靠重力自然沉降，挖机挖去，以减小后续单元的泥砂处理量。

废水在该系统各单元间的传递大部分以自流为主，有效降低了设备投资和能源消耗；不仅如此，连接初沉池和平流沉降池之间的输送渠附加上紊流装置后，被用做加药节点，药剂加入后随废水在渠内形成紊流，充分混合，有效减少了搅拌设备的资金投入。

经药剂絮凝后的废水形成絮状物，进入平流池沉降，通过污泥输送泵将沉入池底的泥份输送到污泥压滤机内，上清液经溢流堰进入清水池。

平流池内的泥份进入压滤机，过滤出来的清液流入清水池，脱水后的泥饼可用于制砖、建筑或者直接填埋等。

压滤机和平流池的清水汇集到清水池，经水泵重新输送回洗砂工段，用于洗砂。

2.2.1.1 初沉池
洗砂废水首先进入初沉池，使得大部分易沉降的粗颗粒得以沉降。

沉降后的泥沙用
挖机挖取，减少过滤设备的处理量，进而降低设备投资。

初沉池泥沙粒度较粗，泥质含量低，自然脱水效果很好，挖机挖出的泥沙堆放后，水会很快滤出，这部分泥水再回到处理系统。

该工艺段进水质量百分比浓度6%～10%，出水可降至0.1%～0.4%。

设计水流沉降时间为0.8～1.2 h。

初沉池并列2个，进出水均采用明渠自流式，池前设切换闸，以减少设备投资和能源消耗。

考虑挖掘机挖取方便，池深不宜过深，每天一次；如果条件具备，也可深挖长期堆放，堆满后再挖池。

2.2.1.2 紊流渠
初沉池溢流水流经紊流渠进入平流沉降池。

紊流渠除做为水流通道外，还做为药剂投放点。

渠道内设置紊流装置，以使水流产生紊流，加入的药剂能够得到充分混合。

2.2.1.3 平流式沉淀池
A.进口设搅拌装置，整流板，水平流速以5 mm/s计，流量取120 m3/h，
池长 L，宽 B，深 H1，L=4B，L=8 H1，
则：池宽B=1.29,取1.5 m；池长 L=6 m；池深H1=0.8 m；总深：
0.2+0.8+0.86=1.86 m
B.设 4 只泥斗，锥底：500 mm×500 mm，锥顶：1500 mm×1500 mm，锥角60°，泥斗深约 0.86 m
C.出液堰采用三角堰，可排放，也可到清水池做回用。

D.每只泥斗设引泥管道，浓度以10%计。

2.2.2.1 污泥压滤机
脱水后污泥滤饼的含水率以40%计。

压滤机面积：1000×2×4.16/30=278 m2，
考虑一天处理3次，机型可选用：一台XT1.5/100污泥脱水干化一体机。

2.2.2.2 进料泵
流量：15 m3/h，扬程：60 m。

2.2.2.3 空气压缩机
与进料泵及压滤机参数相对应，空压机选用1.0 m3/0.8 MPa一台。

2.2.2.4 加药系统
A.无机盐加药量：100～200 kg/d
B.有机高分子加药量：1～5 kg/d
根据构筑物及设备的选型计算，工程费用测算见表1。

运行成本:
（1）药剂费
日药剂费用最大值：240元+100元=340元
（2）电力消耗（见表2）
按每千瓦时0.9元计算日电费：4.45x0.9x10=40.05元/d
（3）人员工资
按月工资1 800元计(参考当地农民工收入)，每月工作25天，每天工资72元。

（4）日运行成本最大值
日平均费用最大值：340+40.05+72=452.05元
日平均废水处理运成本最大值：452.05/1000=0.45元/t
根据实际试运行情况，主要进行了以下几方面的调整：
（1）由于紊流渠挡板设置未达到原设计要求，药剂混合效果不理想，延长了药剂添加的渠道长度，延长混合时间；
（2）为减少药剂投放量，加速絮凝，高分子加药后增设了搅拌机；
（3）原进料泵后采用PVC管道粘合，试运行过程发现胶水粘结达不到预期效果，产生管路爆裂，更换为PPR热融合管道；
（4）平流沉降池设计尺寸与实际沉降速度匹配有差异，沉降时间略显不足，不能很好适应来料浓度波动影响，部分絮凝物得不到充分絮凝，随上清液溢流至清水池，由于沉淀池已经建好，尺寸变动成本太大，在保持沉降池尺寸不变的情况下，为加速沉降，平流池内增加沉降面积，设置斜板。

通过采取上述措施，整个系统运行平稳，出水达到预期效果。

根据实验室结论，初步拟定絮凝药剂配伍方案为无机盐和有机高分子（见表3），但经现场试验，效果不理想。

主要原因为送检水样差别。

经对比原送检水样，试运行水质pH=5.5～6.0，略低于原送检水样7.5指标，更
改药剂配伍试验后试验情况如表4。

根据试验结果，确定药剂配伍方案为：无机盐：1g/m3；有机高分子：1 g/m3。

由于实际工艺流程的优化及药剂的调整，项目费用也相应变化。

实际工程费用如表5所示。

实际运行成本：
（1）药剂费
日药剂费用：18+2.8+20=40.8元
（2）电力消耗（见表6）
系统总装机容量14.45 kW，常用功率约5.2 kW
日电费（按每千瓦时0.9元计算）：5.20千瓦×10小时×0.9元/千瓦时=46.8元；（3）人工费用
工资72元/日。

（4）实际日运行成本
日平均费用：40.8+46.8+72=159.6元
日平均废水处理运行成本：159.6元/1000t=0.16元/t
表7为选型设计与工艺优化后的费用对比表。

在为期36天每天10小时的连续运行过程中，设备总体运行平稳，未出现设备或工艺故障，水质检测表明悬浮物为30，完全达到国家有关排放标准。

（1）采用该项技术可有效地解决机制砂废水处理问题。

根据对废水的检测表明，机制砂洗砂后废水与原水相比，主要是水体中悬浮物的增加，因此处理废水的关键在于有效地降低水体中悬浮物。

项目实施至今，已连续运行8个月，每天运行8小时左右，对处理后废水检测表明，该项技术能有效降低废水中的悬浮物，并且处理后的废水水质基本保持稳定，检测悬浮物浓度在40左右。

（2）该项技术的应用具有明显的经济和社会效益。

经济效益：有效节约水资源。

未增设废水处理及回用系统前，砂场主要采用多池沉底，废水外排，淤泥用挖掘机挖取的办法处理。

由于水源取自河道，每年上缴资源使用费用约3万元左右。

使用该系统后，废水完全循环利用，河道取水量大大减少，仅需补充少量河水即可，资源费可望减少2/3。

社会和环境效益：（1）大大节约了土地资源：机制砂废水处理及回用系统占地约1 250 m2，较原占地面积减少2/3以上。

同时原沉淀池数量众多，且大多建在河道堤坝附近，有些甚至建在堤坝以内，雨季到来，河水淹没淤泥池，淤积泥沙仍然流入河道，采用本系统后这一情况得到根本改观（2）大幅度降低水资源的消耗：机制砂水量消耗极大，根据现场核算，砂场日消耗水量1000 m3，而采用废水处理及回用系统后，废水回用率达到90%以上，即除去成品砂带走、土壤渗漏和蒸发损失，其余废水全部得到再利用。

（3）分析我省机制砂产业现状，采用压滤技术处理机制砂废水具有广阔前景。

砂石资源的需求面比较广，广泛应用于城乡建设的各领域。

机制砂由于其粒型和级配可以按要求调整和改进，正确使用机制砂配制的混凝土密实度大，抗渗、抗冻性能
好，目前，我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均使用机制砂配制混凝土。

随着我省生态河道建设、小流域综合治理等工作的不断推进，天然河砂的开采范围和开采量不断减少，这为机制砂产业的发展提供了巨大的平台。

该项机制砂废水处理技术一次投资不高，运行成本较低，处理效果好，能有效解决机制砂废水污染河道这一问题，因此，在第一个试点项目完成后，引起了砂场业主的极大兴趣，仅在试点县已有十多家砂场主动与技术提供方联系，开始应用该项技术。

目前，该项技术已被列入2011年度我省水利科技推广项目，在全省范围进行推广应用。

【相关文献】
[1]余祥忠.水电工程中砂石冲洗废水处置方式的探讨[J].给水排水，2005,（4）:59-61.。