金亞飚

（寶武水務科技有限公司，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)，導致出水水質(zhì)不達標，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。

化學除油器是通過投加化學藥劑，經(jīng)混合反應后使水中的油類、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］?？紤]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。現(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化學除油器溢流出水至中間水池，因此化學除油器和中間水池在同一層；②為確保化學除油器底部污泥能暢通的排至污泥槽，污泥槽、污泥進料泵與化學除油器應有較大落差，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，應盡量在低層；④疊螺式壓濾機考慮排泥的便利性，也應盡量在低層。

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)置化學除油器、中間水池和提升泵組；③低層樓面標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：疊螺式壓濾機應布置在渣坑上方，便于排泥；堆放藥劑的場所應靠近道路，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：化學除油器和中間水池作為重荷載設(shè)備或構(gòu)筑物，應盡量均勻布置，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，包括化學除油器和中間水池及提升泵等，化學除油器為大型設(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。