賈彥博，唐廷昱，張心娜，羅 甜

（1.天津水利電力機(jī)電研究所,天津301900；2.黃河小浪底水資源投資有限公司，河南鄭州450000；3.盈江縣勐戛河流域電力開發(fā)有限責(zé)任公司，云南德宏679300）

一種貫流式水電站廠房油污水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

賈彥博1，唐廷昱1，張心娜2，羅 甜3

（1.天津水利電力機(jī)電研究所,天津301900；2.黃河小浪底水資源投資有限公司，河南鄭州450000；3.盈江縣勐戛河流域電力開發(fā)有限責(zé)任公司，云南德宏679300）

在水電站的建設(shè)中，水電站廠內(nèi)排水系統(tǒng)一般分為機(jī)組檢修排水系統(tǒng)和廠房滲漏排水系統(tǒng)，隨著對環(huán)境保護(hù)的重視，電站油污水處理系統(tǒng)成為電站建設(shè)的必需系統(tǒng)。由于電站及機(jī)組的類型不同，每個(gè)電站的油污水處理系統(tǒng)不盡相同。根據(jù)電站特點(diǎn)和排放標(biāo)準(zhǔn)要求，本文給出了燈泡貫流式水電站廠房的一種油污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證方案是可行的，可供類似工程參考。

貫流式；水輪機(jī)；廠房；油污水；處理

0 前言

在水電站的建設(shè)中，一般大中型水電站廠房排水系統(tǒng)分為機(jī)組檢修排水系統(tǒng)和廠房滲漏排水系統(tǒng)，其中滲漏排水系統(tǒng)需要把電站內(nèi)所有水工建筑的滲水、機(jī)組設(shè)備的滲漏水及機(jī)組含油污水進(jìn)行收集和排出，以往工程設(shè)計(jì)中對污水的排出幾乎不做任何處理。雖然水電站的滲漏排水含油量相較于排水比例很小，對環(huán)境的有害性較低，但是也會對環(huán)境造成一定的影響。隨著社會環(huán)保意識的提高，我國及相關(guān)國家在水電建設(shè)中，均要求電站對油污水進(jìn)行處理后才能排放。

不同類型的水電站，機(jī)電設(shè)備特性及其布置也不同，因此每個(gè)電站的油污水排放數(shù)量和性質(zhì)也不相同，所需的油污水處理系統(tǒng)也存在差異。本文根據(jù)燈泡貫流式水電站的結(jié)構(gòu)和滲漏排放特點(diǎn)，給出了一種實(shí)用、經(jīng)濟(jì)及可行的油污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 電站廠房油污水來源分析

對于安裝燈泡貫流式機(jī)組的水電站，廠區(qū)部分基本包括發(fā)電廠房、升壓站及辦公生活區(qū)等，其升壓站一般布置在發(fā)電廠房附近，升壓站設(shè)計(jì)有獨(dú)立的變壓器事故油池等，所以本文討論的電站油污水處理系統(tǒng)主要指電站廠房內(nèi)的油污水處理。

電站廠房內(nèi)滲漏水主要來自廠房內(nèi)水工建筑物的滲水、機(jī)組轉(zhuǎn)輪室伸縮節(jié)滲水、主軸密封滲漏水、發(fā)電機(jī)蓋板滲漏水及燈泡內(nèi)部結(jié)露水等。此外廠房各層設(shè)備排水，如空壓機(jī)排水及自動(dòng)濾水器排污水等也會一同排入電站滲漏集水井。

上述滲漏水中，水工建筑物滲水、伸縮節(jié)滲水、主軸密封滲漏水、發(fā)電機(jī)蓋板滲漏水及自動(dòng)濾水器排污水等均為不含油“污水”；燈泡內(nèi)部結(jié)露水、廠房各層設(shè)備排水及空壓機(jī)排水等可能會混入機(jī)組滲漏油，而成為含油污水。另外，水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的控制環(huán)潤滑脂滴落進(jìn)入排水溝后也會流入集水井形成含油污水。

正常狀態(tài)下，電站各主要含油設(shè)備，不會出現(xiàn)設(shè)備滲油及設(shè)備的漏油情況。非正常狀態(tài)下，水輪機(jī)調(diào)速器、高位油箱及油處理室設(shè)備等設(shè)備滲漏油僅存在于設(shè)備周邊及油處理室內(nèi)部，設(shè)備的大量漏油不會直接排入集水井；而隨滲漏水一同進(jìn)入集水井的滲漏油一般出現(xiàn)在機(jī)組受油器部分、機(jī)組推力及徑向軸承部分、導(dǎo)葉接力器部分及低位油箱的滲漏等。電站含油設(shè)備主要為液壓操作和機(jī)組潤滑，油品使用條件簡單，滲漏方式明確，所以進(jìn)入集水井中的污油種類單一，經(jīng)試驗(yàn)檢測，基本為懸浮油和分散油，乳化油及溶解油含量可以忽略。因此，電站廠房的油污水處理系統(tǒng)，主要考慮懸浮油的處理。

2 電站廠房油污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電站油污水成分及性質(zhì)決定了電站廠房油污水系統(tǒng)處理的方向，根據(jù)前文的分析，我們可知電站的滲漏水可以分為不含油污的“污水”及含油污的“油污水”，兩種水的來源和數(shù)量是明確和可知的。為了減少油污水處理系統(tǒng)的工作負(fù)擔(dān)，可將電站的滲漏水系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一個(gè)為“污水”滲漏水系統(tǒng)，一個(gè)為“油污水”排水系統(tǒng)。對應(yīng)的滲漏水集水井也一分為二，一個(gè)仍為滲漏水集水井，一個(gè)為油污水集水井，兩集水井分別容納不同來源的滲漏水。

某燈泡貫流式電站廠房油污水處理系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如圖1所示，可以看出：燈泡體內(nèi)相關(guān)設(shè)備滲漏油及結(jié)露水、水機(jī)廊道用油設(shè)備近區(qū)滲漏水、壓縮空氣系統(tǒng)排水及其他含油滲漏水通過管路首先排到油污水集水井。在集水井處布置有自吸泵2，自吸泵采用浮箱式取水口1，以便盡可能的收集集水井內(nèi)表層油污水。廠房油污水的排放是連續(xù)的，油污水集水井內(nèi)始終處于攪動(dòng)狀態(tài)，不利于油粒的上浮和集中，為了讓油污水中的懸浮油及分散油充分的從水中分離出來，應(yīng)單獨(dú)設(shè)立隔離水池。在隔離水池內(nèi)，根據(jù)重力作用，使懸浮油及分散油進(jìn)一步分離，再利用浮箱式取水口5將隔離水池內(nèi)的懸浮油泵入浮油分離裝置6，將油水徹底分離，廢油進(jìn)入集油箱，合格水排入下游流道。

2.1 電站油污水集水井容積的確定

由于電站實(shí)際含油污水滲漏量較少，為增加油污水集水井的入井水量，可適當(dāng)增加水機(jī)廊道集水面積。油污水集水井容積Vyw一般按按電站4~6h油污水滲漏量qyw或電站滲漏集水井容積Vjx（20~40）%考慮，即：

式中，Vyw——油污集水井有效容積（m3）；

qyw——廠內(nèi)油污水滲漏水量（m3/h）；

Vjx——廠內(nèi)集水井有效容積（m3）。

2.2 電站油污水集水井自吸泵的確定

因油污水集水井內(nèi)懸浮油及分散油大部分存在于集水井中上層，所以油污水集水井排水泵采用自吸泵，自吸泵采用浮箱式取水口，以利于油污的收集。油污水集水井排水泵的水泵生產(chǎn)率Qzx根據(jù)油污集水井有效容積Vyw及自吸泵工作時(shí)間Tzx按下式計(jì)算：

式中，VYW——油污集水井有效容積（m3）；

qyw——廠內(nèi)油污水滲漏水量（m3/h）；

TZX——自吸泵工作時(shí)間（h）。

油污水集水井自吸泵一般設(shè)置兩臺，一臺工作一臺備用，工作時(shí)兩臺泵交替啟動(dòng)，自吸泵啟動(dòng)后每次工作時(shí)間宜控制在20min~30min，自吸泵啟動(dòng)間隔應(yīng)大于一次隔離水池油污水處理時(shí)間。

圖1 電站廠房油污水處理系統(tǒng)的系統(tǒng)圖

2.3 隔離水池容積及底部油粒上浮時(shí)間計(jì)算

為了讓油污水中的懸浮油及分散油充分的從水中分離出來，應(yīng)單獨(dú)設(shè)立隔離水池。隔離水池容積應(yīng)可一次容納油污水集水井內(nèi)油污水的排出總量，即油污水隔離水池有效容積VGL應(yīng)不小于油污集水井有效容積VYW。以保證浮油分離裝置開始工作時(shí)，隔離水池內(nèi)部的水體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，為水中油粒的上浮提供有利條件。

隔離水池底部油粒上浮至回收液面的時(shí)間TSF，按式（3）計(jì)算：

式中，VGL——油污水隔離水池有效容積（m3）；

SGL——油污水隔離水池等效面積（m2）；

u0——隔離水池底部油粒上浮速度（mm/s），

可通過試驗(yàn)求出。當(dāng)缺乏有關(guān)資料

時(shí)，可取0.3mm/s~0.35mm/s；

hFY——為浮油分離裝置工作時(shí)分離油污

水高度（m），一般取0.3m~0.5m。

油污水隔離水池中最底部油粒上浮至液面的時(shí)間TSF宜控制在1.0h~1.5h，即油污水隔離水池有效容積高度控制在1.5m~2.0m，以方便隔離水池的建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)。油粒上浮至液面的時(shí)間TSF應(yīng)小于油污集水井工作泵的啟動(dòng)間隔時(shí)間。

2.4 浮油分離裝置收油能力計(jì)算

電站廠房油污水處理系統(tǒng)最終的目的是分離電站廢油，使分離后的合格水排入下游，而不造成環(huán)境污染。浮油分離裝置的收油能力QFY根據(jù)一次性所分離油污水體積VFY和浮油分離裝置工作時(shí)間TFY，按下式計(jì)算：

式中，VFY——需分離油污水的體積（m3），

根據(jù)懸浮油的存在狀態(tài)和工程實(shí)際，吸收和處理油污水隔離水池中上層0.3m~0.5m高度的水層即可，浮油分離裝置應(yīng)在1.5h~2.0h內(nèi)分離完相應(yīng)容積的油污水，浮油分離裝置工作時(shí)間TFY應(yīng)大于底部油粒上浮至液面的時(shí)間TSF，以滿足油粒上浮時(shí)間要求。

2.5 油污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式

根據(jù)電站廠房油污水處理系統(tǒng)的系統(tǒng)圖1，首先，油污水集水井自吸泵2通過浮箱式取水口1，將油污水集水井內(nèi)油污水一次性注入隔離水池。若隔離水池水位超過報(bào)警水位，則溢流管浮球閥3開啟，溢流管開始虹吸溢流，抽取隔離水池底部合標(biāo)池水；低于報(bào)警水位時(shí)浮球閥3關(guān)閉溢流管，以防止含油污水通過溢流管路排到下游。當(dāng)油污水注入至浮油分離裝置啟動(dòng)水位時(shí)，啟動(dòng)浮油分離裝置6通過隔離池內(nèi)浮箱式取水口5進(jìn)行浮油收集及分離工作。浮油分離裝置6排水口設(shè)有自動(dòng)檢測裝置E，當(dāng)分離水滿足設(shè)定排放要求，分離水排至尾水，廢油直接排至廢油箱7；若不滿足則再次排入隔離水池，進(jìn)行進(jìn)一步的分離工作。當(dāng)隔離水池液位下降至浮油分離裝置停止水位時(shí)，浮油分離裝置6停止工作；此時(shí)箱內(nèi)上層含油污水分離完畢，同時(shí)打開隔離水池底部排水閥4，將下層合格水排入尾水；當(dāng)池內(nèi)水位到達(dá)關(guān)閉底閥水位時(shí)，關(guān)閉底部排水閥4，一個(gè)處理周期結(jié)束。

3 工程設(shè)計(jì)案例

3.1 方案設(shè)備選型

越南某徑流式水電站，安裝兩臺9.0MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，電站設(shè)有獨(dú)立的3個(gè)集水井，總?cè)莘e分別為132m3檢修集水井、36m3滲漏集水井、24m3油污水集水井及26m3隔離水池。油污水集水井有效容積為14.4m3，滿足電站約4h的滲漏量；隔離水池有效容積為14.9m3，隔離水池等效面積8.75m2。

根據(jù)式（2），計(jì)算油污水集水井自吸泵生產(chǎn)率為：

故選擇兩臺額定流量為40m3/h，總揚(yáng)程為35m的自吸泵，一主一備，交替啟動(dòng)。

根據(jù)式（3），計(jì)算隔離水池中油粒上浮時(shí)間為：

為使隔離水池的油粒完全上浮，浮油分離裝置工作時(shí)間TFY初定為2h，根據(jù)式（4）進(jìn)行浮油分離裝置收油能力計(jì)算：

根據(jù)浮油分離裝置產(chǎn)品樣本，選擇收油能力為2.0 m3/h的產(chǎn)品。根據(jù)式（4）復(fù)算浮油裝置工作時(shí)間TFY：

滿足浮油分離裝置工作時(shí)間TFY應(yīng)大于底部油粒上浮至液面的時(shí)間TSF的要求。

3.2 工程實(shí)際運(yùn)行情況

由于電站新近建成設(shè)備及水工建筑滲漏量較少，電站豐水期運(yùn)行時(shí)，2~3d油污水集水井啟動(dòng)一次，浮油分離裝置每次工作約100min，經(jīng)檢測浮油分離裝置分離水及隔離池下層排水的含油量均低于1mg/L，優(yōu)于越南國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 總結(jié)

從工程實(shí)踐來看，不同工程會出現(xiàn)不同的情況，即使同一工程在不同時(shí)段也會有所不同。由于電站及機(jī)組的類型不同，電站內(nèi)的機(jī)組設(shè)備用油的滲漏情況也不同，電站水工建筑的滲漏水量也差別很大，因此每個(gè)電站的油污水處理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同電站、不同狀況及不同機(jī)組設(shè)備進(jìn)行分別對待和考量，更重要的是工程設(shè)計(jì)方案和結(jié)果都要符合相關(guān)國家和地區(qū)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和排放要求。

由于電站廠房油污水處理系統(tǒng)沒有成熟的行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)提供參考，作者提出的系統(tǒng)處理方案及設(shè)計(jì)成果肯定存在諸多不足，希望讀者給予指正和建議，也衷心希望本案例能給類似電站設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

[1]水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊-水力機(jī)械[M].北京:水利水電出版社,1983.

[2]環(huán)境保護(hù)部.HJ580-2010含油污水處理工程技術(shù)規(guī)范[S],2010.

[3]QCVN24：2009/BTNMT工業(yè)廢水國家技術(shù)法規(guī)[S],2009.

[4]國家環(huán)境保護(hù)局部,國家技術(shù)監(jiān)督局.GB8978-2002污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S],2002.

X773

A

1672-5387（2017）05-0077-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.05.019

2016-04-15

賈彥博（1974-），男，高級工程師，從事水電站水機(jī)系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作。