天然砂卵石料高效筛分利用技术研究

2022-06-15张红卫王鹏周闽

科技资讯 2022年10期

张红卫王鹏周闽

摘要：为了提高天然砂卵石料的筛分效率和成品石料级配稳定，该文从工艺规模、流程和设备选型等方面介绍了一种骨料筛分与洗料废水回用集成技术。通过在筛分前设置粗碎设备，在筛分系统内部对超径料增设细碎环节并形成闭路循环进行二次筛分。三级沉淀池内设有绕流挡板和上坡道，增加废水的流动路径和沉淀时间，并将沉淀后的清水循环用于砂料的洗泥脱水。工程效果表明，该技术能够避免出现骨料超逊径问题，具有废水资源可循环利用的特点。

关键词：水电工程骨料加工筛分技术洗料废水回用

中图分类号：TD452 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2022）05（b）-0000-00

作者简介：张红卫（1975—），男，本科，高级工程师，主要从事土木工程建设工作。

Research on High-efficiency Screening and Utilization Technology of Natural Sand and Pebble Materials

ZHANG Hongwei WANG Peng ZHOU Min

（CCFEB Civil Engineering Co.， Ltd.， Changsha， Hunan Province， 410004 China）

Abstract： In order to improve the screening efficiency of natural sand and gravel and the stability of finished stone grading， this paper introduces an integrated technology of aggregate screening and washing wastewater reuse from the aspects of process scale， process and equipment selection. By setting up the coarse crushing equipment before the screening， a fine crushing step is added to the super-diameter material inside the screening system to form a closed loop for secondary screening. The three-stage sedimentation tank is provided with a flow baffle and an uphill road to increase the flow path and sedimentation time of the waste water， and the cleaned water after the sediment is used for sludge dewatering of the sand material. The engineering effect shows that the technology can avoid the problem of over-expansion of aggregates and has the characteristics of recycling of wastewater resources.

Key Words： Hydropower engineering; Aggregate processing; Screening technology; Washing wastewater reuse

當今我国科学技术突飞猛进，水利水电作为国家的基础产业得到飞速发展。作为水电工程中最基本的建设材料，在以混凝土坝为主体的水电工程建设初期，很多临时辅助设施的基础施工都需要建设，以及后期的主体施工也需要大量的混凝土。混凝土约占砂石骨料体积的80%～85%，砂石骨料重量的85%～90%。由于砂石骨料的质量对混凝土质量的影响很大，因此砂石骨料的生产将最终影响混凝土的质量和造价。大量的工程经验表明：作为水工结构附属的砂石加工系统，是制约水工结构施工的关键因素。

如果采用从市场上采购砂石骨料，运输成本和采购价格成本均较高，且质量也难以保证。当施工现场附近河滩存在丰富天然砂卵石毛料时，往往通过临时建设天然砂卵石骨料加工筛分系统，这样既能保证砂石骨料的数量和质量，又能保证工程的有序施工。然而，现有天然砂卵石骨料加工筛分系统中，若对毛料直接筛分，超径的大石往往作为弃料，造成浪费;若增加工作环节，作业线加长，又易出现筛分后的骨料颗粒级配不稳定、骨料超逊径等问题。此外，采用传统三级沉淀池处理用于清洗砂卵石的废水，净化效率有待提高且废水的回收利用率不高。该文结合实际工程提出了一种天然砂卵石料筛分与洗料废水回用集成技术，以期能够解决上述问题。

1 工程概况

江西赣江井冈山航电枢纽工程地处江西省吉安市境内的赣江中游河段，坝址右岸位于万安县窑头镇，其砂石加工系统位于坝轴线下游至小港溪场地内，地面高程65.5m，占地面积3.89万m。据设计方案砂砾石料主要用于坝区两岸连接土坝填筑和混凝土重力坝骨料，砂砾石料为坝区沿河上下广布的漫滩及河道上（含坝基）的砂砾石覆盖层，属I类料场。料场砂砾料存在骨料碱活性的可能性不大，按水下开采深度6m计算储量：有用层储量约为300万m³，砂与卵石各占一半，无用层方量为45万m³，其中水上开挖储量约70万m³，水下开挖储量约500万m³。此外，该料场的运输距离短，交通便利，对环境影响较小，综合条件良好。

2 天然砂卵石料高效筛分利用技术

2.1 工艺规模

本工程中卵石加工系统承担混凝土量为50.56万m（含常态混凝土、RCC、喷混凝土和混凝土防渗墙）的骨料生产任务，共需生产砂石料79.16万m，其中粗骨料54.32万m，细骨料24.84万m，需加工毛料量68万m，卵石加工系统按满足7.44万m/月混凝土浇筑强度设计。

（1）混凝土月供应量：

=7.44×10⁴m/月×2.2t/m=1.64×10t/月

其中：系数2.2为每立方混凝土中的卵石料用量。

（2）按照混凝土月强度，设每月工作天数为25d，每天工作时间为20h，成品卵石料生产能力：

=1.64×10t/月÷25d÷20h=328t/h

（3）考虑到卵石加工过程中由于运输、存放、清洗等因素造成的损耗，系统处理能力：

=/=328t/h/0.8=410t/h

其中：系數为成品率，本工程中取0.8。

因此，实际系统生产能力按照350t/h，处理能力按照400t/h考虑。

2.2 天然砂卵石料的筛分系统

图1为该文天然砂卵石料高效筛分系统的工艺示意图。可见，在筛分前，受料坑内的毛料先进行粗碎处理，通过调节粗碎设备的排矿口大小控制毛料级配，以减少超大粒径毛料的比例;筛分时，将粗碎后的毛料通过皮带机转移至筛分楼，振动筛分时，在筛分机内的每层筛网内均加水冲洗，以降低石料的含泥量。根据筛分流程计算确定筛分流量，采用80 mm、40 mm、20 mm、5 mm的4层筛网结构。经过第一级筛分后，粒径大于80 mm的毛料通过溜槽和皮带机转移至细碎间，经过进一步破碎处理后再返回至筛分楼进行二次筛分，形成闭路循环，直至无粒径超过80 mm的石料。粒径小于80 mm的毛料则继续下落，经过分级筛分后，粒径为40～80 mm的大石、20～40 mm的中石和5～20 mm的小石分别通过皮带机直接送入成品料仓进行分级堆放。粒径小于5 mm的砂料则需要经螺旋洗砂机和脱水筛洗泥脱水后，再通过皮带机送入成品料仓。

2.3 废水三级沉淀回收利用

本筛分系统对传统废水三级沉淀池进行了改进，主要由第一沉淀池、第二沉淀池和第三沉淀池构成，如图2所示。其中，每级沉淀池的内部空间增设有绕流挡板，通过区域分隔延长废水的流动路径和滞留时间，进而增加废水的沉淀时间。绕流挡板两侧的底板又设置为上坡道的倾斜形式，且每级沉淀池的上坡道高度均高于上一级沉淀池，可以有效降低废水在沉淀过程中的流动势能和流动速度，进一步提高沉淀效果，同时也促使沉渣堆积在低洼处，易于清理。每级沉淀池之间通过挡墙间隔，在流动路径末端处设有溢流口，溢流口上的过滤网可阻挡漂浮杂质。第二挡墙的溢流口高度小于第一挡墙的溢流口高度，保证池内废水的持续流动。最后，将沉淀后达标的清水经过出水口循环作为螺旋洗砂机用水。

2.4 设备选型

卵石筛分系统设备选型必须在满足全系统设计生产能力的基础上，稳定可靠、功耗较小、对环境影响较小的设备。选型中按流程计算强度，并按照设备负荷率考虑一定的富余。根据车间处理能力拟选定各车间设备型号，本工程中粗碎设备采用PEX-300×1300型颚式破碎机，筛分、砂脱水设备采用2YK2160+2YK1860圆振动筛，其主要特点为筛网面积较大，产量高，筛分机质量可靠，运行正常。砂料的洗泥脱水采用XL-1210螺旋洗砂机。详细的卵石骨料加工系统设备配置见表1。

3 运行效果

左岸系统生产能力按照350 t/h考虑，砂率按照25%考虑，参照天然毛料级配数据，及考虑筛选损耗，可知系统成品砂生产能力约为93.31 t/h，中石生产能力约为81.65 t/h，小石生产能力约为81.7 t/h，大石生产能力约为93.34 t/h。由表2中的系统各级料源含量可知，系统大石、中石、小石和砂的产能满足生产需要。

对经过该文三级沉淀池处理后的洗料废水进行检测，选取化学需氧量COD、五日生化需氧量BOD、悬浮固体SS、氨氮NH-N和总磷TP作为主要排放指标。处理后各指标的浓度值分别为54、16、14、11和1.2 mg/L，小于国家排放一级B标准规定的60、20、20、15和1.5 mg/L。可见，采用本筛分系统中的三级沉淀池结构，废水净水效果良好，能够循环用于洗料。

4 结语

该文结合井冈山航电枢纽工程对天然砂卵石筛分技术的难点和质量控制的要点，有针对性对筛分系统、废水净化回收进行了技术研究，结论如下。

（1）该技术充分利用砂卵石料的天然资源，与直接采购商品骨料相比，大幅降低了施工成本。筛分系统生产能力为350 t/h、处理能力为400 t/h，在保证成品骨料级配质量的同时，也保障了后续施工的有序进行，避免了因骨料生产供不应求导致工程延误带来的经济损失。

（2）本技术对三级沉淀池结构进行改进，通过在每级沉淀池内增设绕流挡板和上坡道来延长废水的流动路径和沉淀时间，以及对废水净化后实现回收再利用，净化后的水体指标能够达到国家一级B废水排放标准。

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