MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術在水電工程施工廢水處理中的應用分析

武國柱，陳銳睿

（中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司，陜西省西安市 710100）

0 引言

水電工程施工生產廢水大多具有水量大、懸浮物（SS）含量高、沖擊負荷強等特點，多采用平流沉淀、輻流沉淀、DH 高效旋流沉淀等處理技術[1]，設施占地面積大、維護難度大、運行成本高、出水不夠穩定，往往出現建而不用或不規范運行的情況，施工廢水處理問題較為突出，為水電工程施工期環境保護的重要制約因素[2]，在環境保護日趨嚴格的背景下具有較大的環境風險[3]。因此，選擇一套投資少、占地面積小、運行維護簡單、運行成本低的廢水處理設施，成為目前水電工程施工廢水處理的新趨勢。MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術是近幾年興起的高效廢水處理技術[4]，其設施具有一體化撬裝功能，安裝拆卸便捷，可重復使用。

本文基于MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術在雅礱江兩河口水電站施工廢水處理中的應用實踐，分析了MagCS磁介質混凝沉淀集約化處理技術的優勢、適用性以及經濟性，旨在為水電工程施工廢水處理選擇新型技術提供參考依據。

1 兩河口水電站施工廢水特點

1.1 施工廢水類別與特點

兩河口水電站處于建設期，施工廢水主要來源于砂石加工系統、倉面沖洗、灌漿施工產生的廢水。砂石加工系統廢水產生量約為15600m3/d，懸浮物（SS）含量為50000 ～180000mg/L，主要由巖粉、細砂構成，采用輻流沉淀處理技術。下游圍堰區域廢水產生量約為12000m3/d，以灌漿廢水為主，同時有大量的倉面沖洗廢水，懸浮物（SS）含量為6000 ～60000mg/L，主要由巖粉、泥沙、水泥顆粒等構成，廢水中含有大量的電荷，懸浮物（SS）不穩定且不易沉淀，水體渾濁度高，污泥易板結，采用MagCS 磁介質混凝沉淀集約化處理技術。砂石系統廢水、倉面沖洗廢水、灌漿廢水存在懸浮物（SS）濃度高、水量大、水量不穩定等特點[5]，見表1。

表1 兩河口水電站施工廢水類別與特點Table 1 Classification and characteristics of construction wastewater of Lianghekou hydropower station

1.2 施工廢水處理難點

廢水處理在水電行業已經過20 余年的工程實踐，不乏有許多成功的案例，如向家壩水電站砂石系統庫容200 萬m3的尾渣壩庫[6]，高效與低成本運行，真正實現零排放。但水電工程大多位于深山峽谷地區，各電站的外部條件不盡相同，大部分具有以下特點，成為制約水電工程施工期廢水規范化處理的難題。

（1）場地狹小。常規施工廢水處理設備占地面積大，而多數水電工程地處高山峽谷區域，施工生產生活區等設施布置緊湊，工程施工干擾大，可為設備提供的場地極為有限，這是水電工程普遍面臨的困難。

（2）設備穩定性差。水電工程施工廢水普遍存在懸浮物（SS）高的特點，造成排泥困難，對排泥管道及污泥泵等設備要求很高，一旦因停電、管理不善、運行維護不到位等因素停止運行，很容易淤堵。

（3）單位水處理成本高。受設計、安裝及建設管理粗放以及設備布置不合理等因素影響，造成單位水處理運行成本高，承包商運行意愿差。

（4）運行管理專業化程度不夠。水電行業廢水處理設施運行維護人員大多為普通工人，文化程度不高，僅經過簡單培訓即上崗，對廢水處理設備原理、工藝要求等了解有限，維護管理難以滿足設施規范化運行要求。

2 MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術

2.1 工藝原理及流程

MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術的核心是在傳統混凝沉淀工藝中引入可高效回收的磁性微粒，即磁介質，先利用混凝劑改變原水中膠體表面性質而促進其凝聚，微小磁介質作為晶核，能大大強化對水中懸浮物（SS）的絮凝結合能力，更容易形成礬花，在助凝劑作用下使絮團聚集增大。比重為4.5 ～5.0 的磁介質會使生成的絮體密度更大，起到重力助沉作用，使其在沉淀池中快速沉降，實現固液快速分離，廢水得到凈化[7]。MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術主要包括以下幾個工藝流程。

2.1.1 磁混凝流程

廢水進入快速混合反應池，以一定比例加入混凝劑，充分混合后進入磁介質混凝反應池，加入磁介質和回流磁泥，經過攪拌機勻速攪拌形成絮體后進入絮凝反應池，接著加入助凝劑，混合均勻后形成包裹磁介質的密實大塊絮團。

2.1.2 磁沉淀流程

包裹磁介質的密實絮團進入沉淀池，在重力作用下快速沉降至池底污泥區，不易沉淀的微小絮體被斜管捕獲，最終高質量清水從沉淀池頂部的集水槽中匯合排出。底部污泥區部分磁泥通過磁泥泵回流至磁介質混凝反應池，剩余部分則進入磁介質回收系統。

2.1.3 磁回收流程

剩余部分磁泥首先經過解絮機高效分散成磁介質和剩余污泥，磁介質由磁回收機回收至磁介質混合反應池，進行循環再利用，剩余污泥則進入污泥脫水處理系統。

MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術工藝流程如圖1 所示。

圖1 MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術工藝流程圖Figure 1 MagCS magnetic medium coagulation and sedimentation intensification technology process

2.2 主要工藝優勢

MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術主要包含混絮凝單元、沉淀單元、磁回收單元、藥劑配投單元、污泥脫水單元等[8]，均集約在一定規模的標準集裝箱中，形成一個具有撬裝功能的集約化廢水處理裝置，可重復使用。與常規廢水處理工藝相比，具有以下幾方面的技術優勢。

2.2.1 磁介質專性篩選，技術優勢明顯

MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術的一個標志性技術優勢就是作為載體的磁介質具有很高的回收率，可反復循環使用。但是，當磁介質粒徑過小，回收率則會降低，若磁介質粒徑過粗，則容易沉積甚至板結于反應池底，影響磁介質的使用效率。而MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術使用專性磁介質，既能保證磁介質在混絮凝階段具有較好的懸浮性，可被絮團充分包裹，又保證包裹磁介質的絮團進入沉淀池后具有較好的沉降性能，實現了污泥絮團的快速沉降，同時可確保磁介質回收率高于99.5%，極大地體現了MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術的效率優勢與經濟優勢。

2.2.2 攪拌特性優化，混合效率大幅提升

MagCS 磁介質混絮凝攪拌機采用軸向流式水翼槳葉，單位功率產生的流量大，且在槳葉大范圍內分布均勻，具有較強的最大防脫流能力，不存在分區循環，混合效率高，具有特低的剪切力，能在池中產生強烈的上下循環流，使藥劑和廢水產生多次碰撞、混合，最終加入的藥劑能夠在比較短的停留時間內混合均勻并產生反應。絮凝反應池攪拌機借助高效槳葉產生高流量結合低剪切力功能，能使絮凝劑與廢水均勻分散，分段慢速紊動，達到多次觸變，絮體密實的效果，大幅度提升混合效率。

2.2.3 藥劑點位明確，作用效率最大化

MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術確定了混凝劑、磁介質、助凝劑的依次投加順序，在此基礎上，對藥劑投加位置進行了精確定位，避免了藥劑短流現象的產生，合理分配了藥劑與磁介質的作用時間與作用階段，既保證了藥劑反應所需足夠的停留時間，使投加的混凝劑、磁介質、助凝劑都能得到充分反應，又避免了因時間過長藥劑產生過度反應，影響混絮凝效果，大幅度提高了藥劑與磁介質的利用率，降低了藥劑的投加量，降低了運行成本。

2.2.4 磁泥精確回流，絮凝效果更佳

在常規混凝沉淀技術工藝中，出水中多含細小絮團，究其原因是因為混凝過程中顆粒碰撞概率較低，不利于顆粒間的凝聚和顆粒的成長，這些細小絮團則容易被沉淀池溢流出水帶出，影響出水水質。MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術通過采用沉淀磁泥回流工藝，將混絮凝系統中的污泥濃度精確控制在最佳范圍內，保證了優質絮團形成的良好環境，具有良好的處理能力與抗負荷沖擊能力，絮凝效果更優，藥劑投加量更省。

2.2.5 磁回收創新設計，回收效率更高

磁回收機是MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術中的核心設備，主要結構包括機架、水槽、電機和磁滾筒等部分。通過搭配高效的磁泥解絮機，分散后磁介質與非磁性污泥進入磁回收機水槽，當經過磁滾筒磁場時，磁介質受到磁力作用，吸附在滾筒表面，并隨滾筒旋轉帶到卸料區，被沖洗水沖進磁介質快速混合反應池，而非磁性污泥則從底部排泥口排出。磁回收機可將沉淀磁泥中的磁介質進行高效回收，實現了磁介質的重復利用，節約了運行成本。

3 MagCS 磁介質混凝沉淀集約化設施應用效果

3.1 應用效果評價

兩河口水電站工程下游圍堰區域MagCS 磁介質混凝沉淀集約化廢水處理設施自投運以來設備運行穩定，出水穩定可靠，與砂石加工系統輻流沉淀技術相比，在占地面積、運行成本、處理效果等方面都具有明顯優勢。兩種處理技術應用效果指標對比見表2。

表2 MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術與輻流沉淀技術應用效果對比表Table 2 Application effect comparison of MagCS magnetic medium coagulation and sedimentation intensification technology and radial precipitation technology

從表2 可以看出，相近廢水處理規模的MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術與輻流沉淀技術相比，設備更加緊湊，設施占地面積僅為輻流沉淀設施的1/5，能更好地適應水電工程場地緊張的現狀，噸水直接處理費用較低，解決了施工企業單位水處理成本高、能耗大、運行意愿差的行業痛點。設備集成化程度高，操作方便快捷，運行維護簡單，所需人員較少，進一步節省了人力成本。廢水處理效果好，設施進水口懸浮物（SS）濃度為6000 ～60000mg/L，出水口懸浮物（SS）濃度為20mg/L，出水口懸浮物（SS）濃度遠低于《水電工程砂石加工系統設計規范》（DL/T 5098—2010）中SS ≤100mg/L的標準，廢水處理效果十分顯著。

3.2 存在的不足

兩河口水電站工程下游圍堰區域因場地限制只安裝了一臺帶式壓濾機，而帶式壓濾機皮帶運行半年左右時間需更換一次，因沒有備用壓濾機每次需停機更換，因此產生廢水的相關施工都需要暫停，從而給工程進度造成一定的影響。對此，建議壓濾機采用一用一備，避免停機更換皮帶的情況，從而保證設備運行的連續性。

4 結論

MagCS 磁介質混凝沉淀集約化技術具有占地面積小，廢水處理量大，耐沖擊負荷能力強、設備運行穩定，運行成本低的優點。通過在兩河口水電站工程下游圍堰廢水處理中的應用，實踐表明能夠適應較高濃度廢水的處理要求，設備集約化程度高，安裝便捷，應用靈活。對于砂石加工系統懸浮物（SS）濃度更高的廢水，設施前端可增加VDS 石粉回收裝置作為預處理單元，回收廢水中粒徑較大的石粉和細砂，預處理后廢水中懸浮物（SS）濃度大大降低，可有效減輕后續泥水分離環節的負荷和處理難度，VDS 石粉回收裝置在小灣水電站[9]和楊房溝水電站[10]砂石加工系統廢水處理設施應用效果良好。

我國“十四五”規劃明確提出“加快抽水蓄能電站建設和新型儲能技術規?；瘧谩薄皩嵤┭鹏敳夭冀掠嗡婇_發”。抽水蓄能電站多位于城市周邊，環境保護要求較高。我國西藏地區生態環境復雜多樣，生態環境相對脆弱，在開發建設的同時應特別注重環境保護。因此，新形勢下環境保護要有新舉措，適應國家生態文明新要求。常規廢水處理設施因占地面積大、運行成本高、操作復雜、處理效果不佳等因素影響，很難達到預期目標，因此，MagCS 磁介質混凝沉淀集約化廢水處理技術具有占地面積小、運行成本低、易于操作、處理效果好等特點，在特殊保護區域實施水電工程具有很好的經濟效益和社會效益。