某鋼鐵企業(yè)水處理站立式改造工程實例

金亞飚

（寶武水務(wù)科技有限公司，上海 201900）

某鋼鐵企業(yè)水處理站采用創(chuàng)新性立式改造方案，新增水處理設(shè)施采用豎向布置，直接設(shè)置于現(xiàn)有水處理站上方，無須新增占地。新增水處理設(shè)備依托鋼結(jié)構(gòu)框架和平臺設(shè)置，在改造的同時不影響原有水處理站的正常生產(chǎn)，甚至做到了邊生產(chǎn)邊建設(shè)邊調(diào)試。另外，大量采用一體化設(shè)備、模塊化設(shè)備和預(yù)制管道，現(xiàn)場組裝，使得現(xiàn)場建設(shè)時間大幅度縮短。該項目的成功經(jīng)驗，可為相關(guān)水處理改造項目提供借鑒。

1 工程概況

某鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有熱軋濁環(huán)水處理站的處理能力為600 m3／h，水處理工藝流程為：熱軋濁環(huán)回水→鐵皮溝→旋流池→高速過濾器→冷卻塔→供水至用戶。多年運行下來，面臨以下問題：①由于缺乏有效的除油手段，旋流池出水含油量約為50 mg／L，高速過濾器濾料極易污染板結(jié)，導(dǎo)致出水水質(zhì)不達標(biāo)，甚至冷卻塔填料也發(fā)生污堵垮塌，因此必須頻繁更換高速過濾器濾料和冷卻塔填料；②缺少污泥處理系統(tǒng)，不僅污染環(huán)境，同時富含氧化鐵皮的污泥也沒有回收利用，造成資源浪費。

鑒于水處理站存在的問題，該企業(yè)一直擬實施技改項目，對現(xiàn)有熱軋濁環(huán)水處理站進行改造，增加除油設(shè)施和污泥處理系統(tǒng)。但是，卻面臨以下難以解決的問題：①新建或改造無地可用。該鋼鐵企業(yè)是老企業(yè)，現(xiàn)有土地已經(jīng)布滿車間、辦公樓以及各種公用輔助設(shè)施，而新征用地又受到嚴(yán)格限制，因此總圖布置上已經(jīng)沒有土地可以用做新的水處理設(shè)施或進行常規(guī)的就地改造了。②缺乏停產(chǎn)改造時間?，F(xiàn)有熱軋濁環(huán)水處理站是為熱軋生產(chǎn)線服務(wù)的，熱軋生產(chǎn)線根本不允許長時間停產(chǎn)，因此水處理站也不存在停產(chǎn)改造或拆除重建的可能性。

針對上述問題，該鋼鐵企業(yè)一直在尋求科學(xué)合理的解決辦法，最終確定采用立式改造方案。

2 改造工藝

改造后采用的水處理工藝流程見圖1。

圖1 水處理工藝流程Fig.1 Flow of water treatment process

新增水處理設(shè)備包括化學(xué)除油器、中間水池和提升泵組、PAC加藥設(shè)備、PAM加藥設(shè)備、污泥槽和污泥進料泵、疊螺式脫水機等，另外需要堆放藥劑的場所及污泥卸料區(qū)等。

化學(xué)除油器是通過投加化學(xué)藥劑，經(jīng)混合反應(yīng)后使水中的油類、懸浮物等通過凝聚、絮凝作用沉降分離出來，達到凈化水質(zhì)的目的［1-2］。考慮其處理熱軋濁環(huán)水負荷高，外形尺寸相對較小，適合于立體布置。選用疊螺式脫水機是考慮該設(shè)備濃縮、脫水一體化，可以連續(xù)運轉(zhuǎn)，而且設(shè)備的外形尺寸及重量較小，便于立式布置。螺式脫水機出水泥餅含水率雖然較高，但泥餅直接落在旋流池渣坑上進行自然瀝水，然后可與氧化鐵皮渣一起運走。

新增主要構(gòu)筑物和設(shè)備的數(shù)量、規(guī)格及尺寸見表1。

表1 新增主要構(gòu)筑物和設(shè)備Tab.1 Main new added structures and equipments

3 立式設(shè)計

3.1 新增水處理設(shè)施整體總圖定位

立式設(shè)計的第一步就是新增水處理設(shè)施的總圖定位?，F(xiàn)有熱軋水處理站緊臨廠界，主要建構(gòu)筑物和設(shè)施包括旋流池、渣坑、起重機棧橋、高速過濾器、水泵房（屋頂設(shè)冷卻塔）和電氣室、水池、變壓器室和配電間等。經(jīng)綜合比較，確定新增水處理設(shè)施整體建于現(xiàn)有水處理站的旋流池、渣坑和起重機棧橋上方，形成立式布置。其優(yōu)點在于：①具有連續(xù)而且面積較大的平面空間，便于新增水處理設(shè)施的布置；②緊鄰道路，物流方便，便于建設(shè)和今后的運維；③脫水機泥餅可以直接落在渣坑內(nèi)，與渣坑內(nèi)氧化鐵皮渣一并外運處理，無需專門的污泥卸料區(qū)、儲泥餅設(shè)施，避免二次運輸，減少環(huán)境污染。圖2為水處理總平面布置，圖中陰影為立體布置的新增水處理設(shè)施區(qū)域。

圖2 水處理總平面布置Fig.2 General layout of water treatment station

3.2 新增水處理設(shè)施高程設(shè)計

高程設(shè)計是確定立體布置的分層，并確定設(shè)備所屬層。高程設(shè)計的原則是水力條件。在現(xiàn)有旋流池、渣坑和棧橋上方設(shè)低、高層設(shè)備層及屋面層。

按照水力條件：①化學(xué)除油器溢流出水至中間水池，因此化學(xué)除油器和中間水池在同一層；②為確?；瘜W(xué)除油器底部污泥能暢通的排至污泥槽，污泥槽、污泥進料泵與化學(xué)除油器應(yīng)有較大落差，須分設(shè)在2個層面；③PAC加藥設(shè)備、PAM加藥設(shè)備和堆放藥劑的場所考慮生產(chǎn)維護的便利性，應(yīng)盡量在低層；④疊螺式壓濾機考慮排泥的便利性，也應(yīng)盡量在低層。

最終確定新增設(shè)施高程如下：①低設(shè)備層設(shè)置PAC加藥設(shè)備、PAM加藥設(shè)備、污泥槽和污泥進料泵、疊螺式壓濾機等，另外需要堆放藥劑的場所；②高設(shè)備層設(shè)置化學(xué)除油器、中間水池和提升泵組；③低層樓面標(biāo)高確保不對起重機的正常工作帶來影響。新增水處理設(shè)施立面布置如圖3所示。

圖3 新增水處理立面布置Fig.3 Vertical layout of new added water treatment equipment

3.3 平面設(shè)計

平面設(shè)計就是確定高程后，對水處理設(shè)施各層進行內(nèi)部的設(shè)備平面布置。平面設(shè)計的原則是便于運維。

低設(shè)備層：疊螺式壓濾機應(yīng)布置在渣坑上方，便于排泥；堆放藥劑的場所應(yīng)靠近道路，便于藥劑的運輸，平臺上的葫蘆可將藥劑包起吊至堆放藥劑的場所。

高設(shè)備層：化學(xué)除油器和中間水池作為重荷載設(shè)備或構(gòu)筑物，應(yīng)盡量均勻布置，將荷載分布到主梁并傳遞到柱子上，提升泵組靠近中間水池布置。新增水處理設(shè)施平面布置如圖4所示。

圖4 新增水處理平面布置Fig.4 Plane layout of new added water treatment equipment

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計是為立式布置的設(shè)備、管道、閥門、電纜等提供框架和平臺支撐，實現(xiàn)水處理設(shè)施一體化。

為盡量減少現(xiàn)場施工難度、縮短施工周期、降低安裝成本，地面以上的上部結(jié)構(gòu)所有框架、平臺均采用鋼結(jié)構(gòu)制作。所有鋼結(jié)構(gòu)配件在工廠預(yù)制完畢并刷涂防腐漆后，到現(xiàn)場快速組裝。

地面以下的下部結(jié)構(gòu)僅為框架柱的鋼筋混凝土基礎(chǔ)?，F(xiàn)有水處理站的旋流池、渣坑和起重機棧橋范圍內(nèi)，地下有著池體、坑體、棧橋柱基礎(chǔ)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計一方面要滿足工藝要求，另一方面又必須滿足現(xiàn)場條件，新增框架柱的基礎(chǔ)必須避讓現(xiàn)有基礎(chǔ)并保持一定距離，這樣才能確保施工的同時對于現(xiàn)有水處理站的運行不產(chǎn)生影響。

結(jié)構(gòu)設(shè)計過程是一個不斷校核、不斷修正并與工藝互動的過程，新增框架基礎(chǔ)的位置尺寸修正會導(dǎo)致上部的設(shè)備布置也須做一定調(diào)整。

3.5 管道設(shè)計

新增水處理設(shè)施配套的管道設(shè)計采用三維設(shè)計，所有管道、管件全部編號。管道、管件全部采用預(yù)制管道，即在工廠完成管道的定制化加工，到現(xiàn)場直接組裝，以縮短工期。

4 設(shè)備供貨

為縮短施工周期，化學(xué)除油器、中間水池、提升泵組、PAC和PAM加藥設(shè)備、污泥槽和污泥進料泵、疊螺式脫水機等均采用一體化設(shè)備或模塊化設(shè)備［3-5］?；瘜W(xué)除油器分解為若干大組件到現(xiàn)場焊接拼裝。加藥設(shè)備已經(jīng)將溶解攪拌桶、溶液桶、計量泵、泵進出水管路閥門以及現(xiàn)場操作箱均集成在1個公用底座上，整體送至現(xiàn)場。中間水池和污泥槽均整體到貨。泵組將水泵、進出水管路和閥門、底座組裝在一起供貨［6］。疊螺式脫水機單體供貨。

5 現(xiàn)場施工

本項目歷時3個月完成了現(xiàn)場施工，施工主要過程如下：

（1）框架柱基礎(chǔ)澆筑，基礎(chǔ)采用天然地基；

（2）基礎(chǔ)澆筑完畢并滿足混凝土養(yǎng)護要求后，依次將鋼結(jié)構(gòu)框架柱、框架梁就位，并用螺栓固定；

（3）安裝低設(shè)備層的平臺鋼結(jié)構(gòu)梁；

（4）低設(shè)備層的設(shè)備就位，包括PAC加藥設(shè)備、PAM加藥設(shè)備、污泥槽和污泥進料泵、疊螺式脫水機等，該部分設(shè)備均為一體化設(shè)備，設(shè)備就位后，安裝平臺板；

（5）安裝高設(shè)備層的平臺鋼結(jié)構(gòu)梁；

（6）高設(shè)備層的設(shè)備就位，包括化學(xué)除油器和中間水池及提升泵等，化學(xué)除油器為大型設(shè)備，受物流和安裝條件影響，無法實現(xiàn)一體化，因此采用模塊化，分為上部筒體模塊和下部錐形泥斗模塊，上部筒體模塊在高設(shè)備層平臺上，下部錐形泥斗模塊在高設(shè)備層平臺下，分別就位后再進行拼接［4］，設(shè)備就位后，安裝平臺板；

（7）安裝屋面檁條、屋面板；

（8）所有就位設(shè)備的安裝，化學(xué)除油器安裝填料、檢修平臺、鋼扶梯、欄桿等；

（9）所有安裝工作完成后統(tǒng)一噴表面漆。

整個施工過程中遵循安全第一的原則，并嚴(yán)格按照計劃，加快施工進度，同時使得原有水處理站正常運行。施工完畢后，改造完成的水處理站總體模型效果如圖5所示。

圖5 總體模型效果Fig.5 Drawing of total model

6 調(diào)試、實際運行及處理效果

為在調(diào)試時不影響生產(chǎn)，本項目采用了在線調(diào)試的方案。在現(xiàn)有水處理設(shè)施設(shè)旁通管，將部分濁環(huán)水送至新建水處理設(shè)施進行調(diào)試。調(diào)試過程循序漸進，逐步增加新建水處理設(shè)施進水量，直至全部濁環(huán)水均流經(jīng)新建水處理設(shè)施。整個調(diào)試過程僅一周（不含污泥脫水），對于正常生產(chǎn)未造成影響［6］。

改造部分水處理設(shè)施投運后，水量、處理水質(zhì)完全達到了設(shè)計要求。水處理設(shè)施處理水量約600 m3／h，出水ρ（SS）≤20 mg／L，ρ（油）≤5 mg／L。

7 結(jié)語

本項目的實施表明立式布置作為一種新型工程應(yīng)用是解決水處理改造的重要手段和有效方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。特別在土地資源有限的情況下，它能夠因地制宜、見縫插針地完成水處理改造和升級。水處理站立式改造是一項系統(tǒng)工程，它涉及工藝選擇、設(shè)備選型、立式設(shè)計、現(xiàn)場施工、調(diào)試運行等各個方面，需要縝密思考。