連江花園石材加工集中區(qū)初期雨水及地面沖洗水處理工程設(shè)計(jì)

福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院 袁 松

石材加工業(yè)生產(chǎn)工藝主要有切割和磨光兩道工序，均屬于物理加工，加工產(chǎn)生的大部分粉塵會(huì)在較短的距離內(nèi)沉降下來，少量粉塵隨氣流飄散到較遠(yuǎn)的地方，石材運(yùn)輸車密閉不嚴(yán)使得車內(nèi)石粉散落于公路邊，雨水及地面沖洗水裹挾著石粉直接排放至水體。由于石粉中的細(xì)微顆粒在水體中較難沉降，嚴(yán)重污染周邊水體[1]。

福州市連江縣丹陽鎮(zhèn)花園石板材集中區(qū)占地130畝，現(xiàn)有7家企業(yè)入駐，各家的生產(chǎn)廢水均要求進(jìn)行處理并回用于生產(chǎn)。園區(qū)建設(shè)初期并未考慮初期雨水及地面沖洗水的處理，該部分廢水未經(jīng)處理直接排入花園溪，廢水 SS含量較高且不易沉降，對(duì)花園溪水體構(gòu)成污染。為徹底解決石板材集中區(qū)水體污染問題，當(dāng)?shù)卣?013年11月建成花園石板材集中區(qū)初期雨水及地面沖洗水污水處理站，處理站采用“豎流沉淀/平流沉淀”工藝，運(yùn)行一年多，效果顯著，出水水質(zhì)優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－1996)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，并通過當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門驗(yàn)收。

1 廢水水質(zhì)及設(shè)計(jì)水量

1.1 廢水水質(zhì)

經(jīng)過現(xiàn)場取樣分析，花園石板材集中區(qū)初期雨水及地面沖洗水主要含有石粉（成份為SiO2、CaO和CaCO3）、磨料微粒及沖洗泥沙等，廢水中的主要污染指標(biāo)為SS。根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門要求，處理后出水需達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1 廢水進(jìn)、出水水質(zhì)

1.2 水量確定

花園石板材集中區(qū)園區(qū)占地130畝，其中有30畝為生產(chǎn)廢水處理水池，余下100畝為鋼結(jié)構(gòu)廠房、辦公樓、道路，堆放場等。廠房、辦公樓和水泥道路約占80%，塊石道路和堆放場約占20%。晴天使用自來水沖洗地面（其廢水量為180 m3/d），降雨時(shí)由雨水對(duì)地面進(jìn)行沖洗，需要收集處理受到污染的初期雨水。GB50483-2009規(guī)定：初期雨水為一次降雨過程中的前10～20 min的降水量，取降雨量的前1/6～1/3雨水量，根據(jù)連江地區(qū)降水情況，平均降水強(qiáng)度9～14 mm/m2，則初期雨水量為 1.50～4.67mm/m2，設(shè)計(jì)初期雨水量取 4 mm/m2。參照連江縣歷年降雨量統(tǒng)計(jì)，歷年平均降雨量為1561.6 mm，平均降水次數(shù)112～174，降水日數(shù)129～158天/年，考慮連江地區(qū)連續(xù)多日降水情況較少，一般一次降雨時(shí)間不會(huì)超過1天，設(shè)計(jì)降雨次數(shù)按140次/年取值，則污水處理站進(jìn)水量為74100 m3/年，平均每天處理規(guī)模為203 m3/d，本工程中污水處理站處理規(guī)模取210 m3/d。

2 工藝流程

從廢水水質(zhì)可以看出，石板材集中區(qū)初期雨水及地面沖洗水主要為懸浮無機(jī)物，適合采用物理分離處理，較大顆粒依靠自然沉淀就能去除，細(xì)小顆粒和膠體則需要投加混凝劑和助凝劑去除[2]。根據(jù)前述，污水采用了“豎流沉淀/平流沉淀”為主體的處理工藝；石材污泥若采用干化場處理則有污泥易板結(jié)污水不易滲濾、清泥勞動(dòng)強(qiáng)度高等缺點(diǎn)[3]，因此污泥設(shè)計(jì)采用離心沉降機(jī)進(jìn)行污泥脫水。工藝流程見圖1。

石板材集中區(qū)的初期雨水及地面沖洗水經(jīng)廠區(qū)四周的渠道收集至調(diào)節(jié)池，在此廢水得以均質(zhì)均量，而后廢水經(jīng)由泵提升進(jìn)入豎流沉淀池，并在泵前吸水管道投加混凝劑，采用泵混合方式。經(jīng)豎流沉淀池去除大部分的懸浮物后，出水重力流入平流沉淀池，進(jìn)一步去除細(xì)微顆粒，出水達(dá)標(biāo)后進(jìn)入清水池。清水池為反沖洗系統(tǒng)提供水源。豎流沉淀池和平流沉淀池沉淀的泥漿經(jīng)渣漿泵抽吸進(jìn)入臥螺離心沉降機(jī)進(jìn)行脫水后，泥餅外運(yùn)。離心沉降機(jī)的濾液回流至調(diào)節(jié)池處理。

圖1 廢水處理工藝流程

3 主要處理構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池用于調(diào)節(jié)水量水質(zhì)，由于地面沖洗水排放具有時(shí)段性，排污量較大且較集中，降雨在全年時(shí)間上分布也很不均勻，調(diào)節(jié)池容量應(yīng)滿足全年調(diào)蓄的要求，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)進(jìn)行攪拌，防止池底淤積。

參照連江縣歷年降雨量統(tǒng)計(jì)，歷年3月～9月降雨量較大且較為集中，調(diào)節(jié)池中累積的污水不斷增多， 10月至次年2月降雨量較小且較為分散，調(diào)節(jié)池中累積的污水不斷減少。統(tǒng)計(jì)表明，3～4月降雨量為310.6mm，平均降水強(qiáng)度為8.2mm，降雨次數(shù)為38次，晴天天數(shù)為23天；5～6月降雨量為412.7mm，平均降水強(qiáng)度為13.1mm，降雨次數(shù)為32次，晴天天數(shù)為29天；7～9月降雨量為526.0mm，平均降水強(qiáng)度為13.6mm，降雨次數(shù)為39次，晴天天數(shù)為53天。則3月～9月進(jìn)入調(diào)節(jié)池的總污水量為 45060m3，每日處理量為210m3/d，3月～9月處理總污水量為44300m3(預(yù)留3天停機(jī)檢修)，則調(diào)節(jié)池最小容積應(yīng)為760m3，調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)池容取800 m3。

調(diào)節(jié)池為地下鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸30.0m×10.0m×4.5m，有效水深為2.7m；調(diào)節(jié)池分兩格，每格尺寸15.0×10.0m。調(diào)節(jié)池設(shè)渣漿泵4臺(tái)，2用2備，流量10m3/h，揚(yáng)程14m，配套電機(jī)功率為1.5kW；設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)4臺(tái)，葉輪直徑400mm，攪拌器轉(zhuǎn)速730r/min，功率為4.0kW；進(jìn)調(diào)節(jié)池渠前設(shè)人工格柵1臺(tái)，柵距15mm，寬300mm。

3.2 豎流沉淀池

調(diào)節(jié)池出水經(jīng)由渣漿泵提升，輸送至豎流沉淀池，設(shè)計(jì)于泵前吸水管道投加混凝劑，利用泵將藥劑混合均勻，在豎流沉淀池前端的絮凝區(qū)投加助凝劑，廢水在豎流沉淀池混凝沉淀以去除懸浮顆粒及膠體，設(shè)計(jì)采用靜水壓定期將污泥排出。

豎流沉淀池為鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸5.6m×3.7m×6.8m；分為兩格，單格尺寸：2.5m×2.5m，有效水深3.5m，泥斗高1.9m，總高6.8m；沉淀時(shí)間取3.5h；上升流速1.0m3/m2·h；中心筒流速取30mm/s，中心筒直徑為300mm。

3.3 平流沉淀池

污水經(jīng)豎流沉淀池重力流至平流沉淀池，平流沉淀池為集混凝反應(yīng)、排泥、布水、集水于一體的構(gòu)筑物，污泥采用多泥斗收集定期由外置污泥泵排出。平流沉淀池為鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸8.6m×5.0m×3.7m；分為兩格，單格尺寸：5.8m×2.0m，有效水深 1.5m，泥斗高 1.7m；沉淀時(shí)間取 4.0h；表面水力負(fù)荷0.38 m3/m2·h。平流沉淀池設(shè)渣漿泵3臺(tái)，2用1備，流量1m3/h，揚(yáng)程14m，配套電機(jī)功率為1.5 kW。

3.4 清水池

污水經(jīng)平流沉淀池重力自流至清水池，清水池處于處理工藝末端，主要用于向豎流沉淀池和平流沉淀池泥斗提供沖洗用水。清水池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸5.0 m×1.2 m×3.5 m，有效容積18 m3。清水池配備潛污泵1臺(tái)，流量15 m3/h，揚(yáng)程20 m，配套電機(jī)功率為2.2 kW。

3.5 污泥處理系統(tǒng)

因石板材集中區(qū)的初期雨水及地面沖洗水處理所產(chǎn)生的污泥含水率及密度尚無準(zhǔn)確參數(shù)使用，而該廢水污泥與與石材加工廢水污泥類似，故設(shè)計(jì)采用馮昭華[4]對(duì)石材加工廢水處理研究結(jié)果，污泥參數(shù)確定如下：石材加工廢水經(jīng)沉淀后濕污泥密度取1.07×103kg/ m3，含水率取96%，排泥周期為24h一次，計(jì)算可得每日濕污泥量為19.5 m3。選用臥螺離心沉降機(jī)2臺(tái)，混合液處理量1～1.5 m3/h，電機(jī)功率為5.5 kW。

3.6 綜合機(jī)房

綜合機(jī)房主要含加藥系統(tǒng)、配電間、值班間、化驗(yàn)間等。機(jī)房尺寸21.8m×4.8m，層高4.5m，為框架結(jié)構(gòu)，配備PAM和PAC自動(dòng)投藥系統(tǒng)各一套，配備低噪音軸流通風(fēng)機(jī)6臺(tái)，通風(fēng)量1800 m3/h，功率0.06 kW。

4 工程運(yùn)行效果

該項(xiàng)目現(xiàn)已建成并投入運(yùn)行，在工程調(diào)試中發(fā)現(xiàn)進(jìn)水濃度較高，原因在于石材企業(yè)的廢水雖然要求完全回用不準(zhǔn)外排，但實(shí)際運(yùn)行中依然有部分鋸切機(jī)和磨機(jī)廢水進(jìn)入污水處理站，這導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)處于高負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)水SS達(dá)到2200 mg/L，經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)，最終確認(rèn)該系統(tǒng)污水處理聚合氯化鋁的投加量為200mg/L，聚丙烯酰胺投加量為15mg/L，污泥脫水中聚丙烯酰胺的投加量為30mg/L。經(jīng)過兩年多的運(yùn)行實(shí)踐表明，該套處理系統(tǒng)在長期高負(fù)荷運(yùn)行條件下，能保持穩(wěn)定的處理效果，總SS去除率達(dá)到99.0% ，出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。根據(jù)調(diào)試過程及最終的檢測結(jié)果，各主要處理構(gòu)筑物的進(jìn)出水情況見表2，該處理廠主要出水指標(biāo)均優(yōu)于國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－1996)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 連續(xù)運(yùn)行處理效果分析

5 工程投資和運(yùn)行成本分析

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理能力為210m3/d，工程總投資為146.7萬元，其中工程土建費(fèi)用為 89.5萬元，設(shè)備材料費(fèi)用為 37.8萬元，其他費(fèi)用（含管道及安裝費(fèi)用、設(shè)計(jì)調(diào)試費(fèi)用、稅金等）為19.4萬元。工程的單位造價(jià)為6985.7元/m3廢水。污水站每日用電量為96.8 kWh，耗用聚丙烯酰胺計(jì)3.7kg，耗用聚合氯化鋁計(jì) 42.0kg，勞動(dòng)定員 2人，每人每月按 1200元計(jì)。工程運(yùn)行費(fèi)用見表3。該工藝的運(yùn)行費(fèi)用為 1.27元/噸。該套系統(tǒng)出水濁度≤5 NTU，完全滿足石材加工企業(yè)回用水質(zhì)要求，因此可根據(jù)石材企業(yè)的要求增設(shè)回用水管路以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 運(yùn)行費(fèi)用（包括折舊費(fèi)） 單位：元/噸

6 結(jié)論

（1）采用豎流沉淀/平流沉淀工藝處理石材加工集中區(qū)初期雨水及地面沖洗水，出水SS濃度≤20 mg/L，出水水質(zhì)優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）工程正式投入使用后，運(yùn)行良好，操作簡單，出水水質(zhì)穩(wěn)定，處理費(fèi)用為1.24元/噸，該工程實(shí)例對(duì)于石材加工集中區(qū)初期雨水及地面沖洗水的設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

（3）污水站出水水質(zhì)較好，完全達(dá)到石材加工企業(yè)的回用要求，因此可以考慮增設(shè)回用水管路，以提高該類型項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

[1]陳為旭, 林潔, 張濟(jì)宇.石材開采與加工對(duì)周圍環(huán)境的影響分析[J].環(huán)境科學(xué)與管理, 2010, 35(8): 23-26.

[2]張自杰.環(huán)境工程手冊(cè)（水污染防治卷）[M].北京：高等教育出版社，1996.

[3]徐波.石材廢水處理工程實(shí)例[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4(8)：81-83.

[4]馮昭華.石板材加工廢水處理實(shí)用技術(shù)[J].中國給水排水，2010，26(14)：109-112.