賈彥博，唐廷昱，張心娜，羅 甜

（1.天津水利電力機電研究所,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)的設計方案

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)有限責任公司，云南德宏679300）

在水電站的建設中，水電站廠內排水系統(tǒng)一般分為機組檢修排水系統(tǒng)和廠房滲漏排水系統(tǒng)，隨著對環(huán)境保護的重視，電站油污水處理系統(tǒng)成為電站建設的必需系統(tǒng)。由于電站及機組的類型不同，每個電站的油污水處理系統(tǒng)不盡相同。根據電站特點和排放標準要求，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)設計方案，經實際工程驗證方案是可行的，可供類似工程參考。

貫流式；水輪機；廠房；油污水；處理

0 前言

在水電站的建設中，一般大中型水電站廠房排水系統(tǒng)分為機組檢修排水系統(tǒng)和廠房滲漏排水系統(tǒng)，其中滲漏排水系統(tǒng)需要把電站內所有水工建筑的滲水、機組設備的滲漏水及機組含油污水進行收集和排出，以往工程設計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，我國及相關國家在水電建設中，均要求電站對油污水進行處理后才能排放。

不同類型的水電站，機電設備特性及其布置也不同，因此每個電站的油污水排放數量和性質也不相同，所需的油污水處理系統(tǒng)也存在差異。本文根據燈泡貫流式水電站的結構和滲漏排放特點，給出了一種實用、經濟及可行的油污水處理系統(tǒng)設計方案。

1 電站廠房油污水來源分析

對于安裝燈泡貫流式機組的水電站，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，升壓站設計有獨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)主要指電站廠房內的油污水處理。

電站廠房內滲漏水主要來自廠房內水工建筑物的滲水、機組轉輪室伸縮節(jié)滲水、主軸密封滲漏水、發(fā)電機蓋板滲漏水及燈泡內部結露水等。此外廠房各層設備排水，如空壓機排水及自動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)電機蓋板滲漏水及自動濾水器排污水等均為不含油“污水”；燈泡內部結露水、廠房各層設備排水及空壓機排水等可能會混入機組滲漏油，而成為含油污水。另外，水輪機導水機構的控制環(huán)潤滑脂滴落進入排水溝后也會流入集水井形成含油污水。

正常狀態(tài)下，電站各主要含油設備，不會出現設備滲油及設備的漏油情況。非正常狀態(tài)下，水輪機調速器、高位油箱及油處理室設備等設備滲漏油僅存在于設備周邊及油處理室內部，設備的大量漏油不會直接排入集水井；而隨滲漏水一同進入集水井的滲漏油一般出現在機組受油器部分、機組推力及徑向軸承部分、導葉接力器部分及低位油箱的滲漏等。電站含油設備主要為液壓操作和機組潤滑，油品使用條件簡單，滲漏方式明確，所以進入集水井中的污油種類單一，經試驗檢測，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)設計

電站油污水成分及性質決定了電站廠房油污水系統(tǒng)處理的方向，根據前文的分析，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”，兩種水的來源和數量是明確和可知的。為了減少油污水處理系統(tǒng)的工作負擔，可將電站的滲漏水系統(tǒng)分為兩個部分，一個為“污水”滲漏水系統(tǒng)，一個為“油污水”排水系統(tǒng)。對應的滲漏水集水井也一分為二，一個仍為滲漏水集水井，一個為油污水集水井，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：燈泡體內相關設備滲漏油及結露水、水機廊道用油設備近區(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，油污水集水井內始終處于攪動狀態(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，應單獨設立隔離水池。在隔離水池內，根據重力作用，使懸浮油及分散油進一步分離，再利用浮箱式取水口5將隔離水池內的懸浮油泵入浮油分離裝置6，將油水徹底分離，廢油進入集油箱，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，可適當增加水機廊道集水面積。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——廠內油污水滲漏水量（m3/h）；

Vjx——廠內集水井有效容積（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率Qzx根據油污集水井有效容積Vyw及自吸泵工作時間Tzx按下式計算：

式中，VYW——油污集水井有效容積（m3）；

qyw——廠內油污水滲漏水量（m3/h）；

TZX——自吸泵工作時間（h）。

油污水集水井自吸泵一般設置兩臺，一臺工作一臺備用，工作時兩臺泵交替啟動，自吸泵啟動后每次工作時間宜控制在20min~30min，自吸泵啟動間隔應大于一次隔離水池油污水處理時間。

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間計算

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，應單獨設立隔離水池。隔離水池容積應可一次容納油污水集水井內油污水的排出總量，即油污水隔離水池有效容積VGL應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，隔離水池內部的水體處于相對靜止狀態(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間TSF，按式（3）計算：

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），

可通過試驗求出。當缺乏有關資料

時，可取0.3mm/s~0.35mm/s；

hFY——為浮油分離裝置工作時分離油污

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、運行及維護。油粒上浮至液面的時間TSF應小于油污集水井工作泵的啟動間隔時間。

2.4 浮油分離裝置收油能力計算

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根據一次性所分離油污水體積VFY和浮油分離裝置工作時間TFY，按下式計算：

式中，VFY——需分離油污水的體積（m3），

根據懸浮油的存在狀態(tài)和工程實際，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，浮油分離裝置應在1.5h~2.0h內分離完相應容積的油污水，浮油分離裝置工作時間TFY應大于底部油粒上浮至液面的時間TSF，以滿足油粒上浮時間要求。

2.5 油污水處理系統(tǒng)的運行方式

根據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，將油污水集水井內油污水一次性注入隔離水池。若隔離水池水位超過報警水位，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池水；低于報警水位時浮球閥3關閉溢流管，以防止含油污水通過溢流管路排到下游。當油污水注入至浮油分離裝置啟動水位時，啟動浮油分離裝置6通過隔離池內浮箱式取水口5進行浮油收集及分離工作。浮油分離裝置6排水口設有自動檢測裝置E，當分離水滿足設定排放要求，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，進行進一步的分離工作。當隔離水池液位下降至浮油分離裝置停止水位時，浮油分離裝置6停止工作；此時箱內上層含油污水分離完畢，同時打開隔離水池底部排水閥4，將下層合格水排入尾水；當池內水位到達關閉底閥水位時，關閉底部排水閥4，一個處理周期結束。

3 工程設計案例

3.1 方案設備選型

越南某徑流式水電站，安裝兩臺9.0MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，電站設有獨立的3個集水井，總容積分別為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。

根據式（2），計算油污水集水井自吸泵生產率為：

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

根據式（3），計算隔離水池中油粒上浮時間為：

為使隔離水池的油粒完全上浮，浮油分離裝置工作時間TFY初定為2h，根據式（4）進行浮油分離裝置收油能力計算：

根據浮油分離裝置產品樣本，選擇收油能力為2.0 m3/h的產品。根據式（4）復算浮油裝置工作時間TFY：

滿足浮油分離裝置工作時間TFY應大于底部油粒上浮至液面的時間TSF的要求。

3.2 工程實際運行情況

由于電站新近建成設備及水工建筑滲漏量較少，電站豐水期運行時，2~3d油污水集水井啟動一次，浮油分離裝置每次工作約100min，經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)于越南國家標準要求。

4 總結

從工程實踐來看，不同工程會出現不同的情況，即使同一工程在不同時段也會有所不同。由于電站及機組的類型不同，電站內的機組設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，因此每個電站的油污水處理系統(tǒng)應根據不同電站、不同狀況及不同機組設備進行分別對待和考量，更重要的是工程設計方案和結果都要符合相關國家和地區(qū)環(huán)保標準和排放要求。

由于電站廠房油污水處理系統(tǒng)沒有成熟的行業(yè)設計規(guī)范和標準提供參考，作者提出的系統(tǒng)處理方案及設計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計提供參考和借鑒。

[1]水電站機電設計手冊編寫組.水電站機電設計手冊-水力機械[M].北京:水利水電出版社,1983.

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

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

[4]國家環(huán)境保護局部,國家技術監(jiān)督局.GB8978-2002污水綜合排放標準[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，從事水電站水機系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作。