加藥間防腐蝕工藝設計在水廠的應用與優化

羅越月

(中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川成都 610081)

加藥是給水處理的重要環節之一，加藥間是水廠的重要設施，主要為水處理的混凝沉淀流程服務。水廠加藥間的設計，應本著安全可靠、經濟耐用的原則，考慮能投加多種混凝劑，兼顧固體和液體混凝劑，并可投加助凝劑。通過比較新標準《室外給水設計標準》(GB 50013—2018)[1]與舊規范《室外給水設計規范》(GB 50013—2006)的變化，除了保留對與混凝劑和助凝劑接觸的池內壁、設備、管道和地坪采取相應防腐措施的條文9.3.7，還增加了對溶解池、溶液池、投加池和原料儲存池應采用耐腐蝕的材質和進行漏液收集的條文9.3.4中第8款。反映出近年來行業對加藥間防腐蝕設計從水質達標、生態環境、職業健康角度都提出了更高要求，以及生產一線在不斷總結生產實踐經驗和科學研究的基礎上，具備可供積極采用、行之有效的新材料和新設備。

盡管標準對凈水廠加藥間工藝設計有防腐蝕處理的要求，但條文僅為總體原則性規定，并未根據不同的藥劑有針對性地提出防腐蝕措施意見。同時，多年工程實踐表明，防腐蝕設計需工藝、建筑、結構等相關專業的密切配合，單一個環節處理不當易影響水廠穩定運行，甚至致使出廠水不達標，不得不停產檢修，造成安全和經濟上的嚴重后果。在工程實踐中，常見由于設備材質選擇不當、或者施工質量不良等，造成加藥間儲池、設備等腐蝕老化嚴重，維修管理頻繁、費用高，甚至發生腐蝕性的藥液泄露，對廠區衛生、環境及工人的工作安全產生了極為不良的影響。

1 投加藥劑存在的問題分析及優化

針對不同水質原水，藥劑品種和投加量選取各有不同。在城鎮水廠中，除消毒劑外，最常用的水處理藥劑主要有凝聚劑、絮凝劑和助凝劑。鋁鹽和鐵鹽是常用的混凝劑，無機混凝劑多采用固體和液體三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、堿式氯化鋁(PAC)；酸、堿、氧化劑(氯、高錳酸鉀)、石灰和聚丙烯酰胺為常用的助凝劑，助凝劑按在混凝過程中的作用分為調節或改善混凝條件的酸、堿和加大礬花顆粒、比重和結實性的活化硅酸、聚丙烯酰胺(PAM)及骨膠等；高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺(PAM)等[2]。

以目前給水處理中常用的投加藥劑混凝劑鐵鹽、PAC、絮凝劑PAM及助凝劑酸堿逐一進行針對性分析。水廠加藥間混凝劑調制與投加的基本工藝流程如圖1所示。

圖1 混凝劑調制與投加工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Coagulant Preparation and Dosing

1.1 鐵鹽(FeCl3)

FeCl3腐蝕性很強，不僅對金屬有腐蝕，對混凝土也有較強腐蝕，且溶解時產生大量熱量。當溶液濃度為20%時，溶解溫度高達50～90 ℃，對溶解池腐蝕嚴重，塑料管也會因發熱而引起變形。

因此，進行如下優化：(1)投加FeCl3的水廠加藥間溶解池應采用嚴格的防腐蝕措施，實踐中鋪貼灰綠巖板防腐層，采用環氧樹脂隔離層效果較好[3]；(2)塑料加藥管路不耐高溫易變形，宜采用鑄鐵-陶瓷復合管[5]，并盡量減少加藥管路上的閥門數量，以降低因藥液腐蝕造成的損壞和維修；(3)溶解池的攪拌，應盡量采用水力或壓縮空氣攪拌，如采用機械調制，攪拌設備需采取防腐蝕措施。

1.2 堿式氯化鋁(PAC)

PAC的腐蝕性較小，與硫酸鋁比較，具有混凝效果好、適應的pH范圍寬而穩定、投藥量少、節省藥耗的優點，是給水處理中最常用的凝聚劑之一。PAC可采用原液稀釋后投加，7～15 d儲備量用混凝土儲池存儲在室外；也可采用一體化設備液液、固液配制和投加。不銹鋼不耐含氯離子的介質，因此，一些采用不銹鋼材質的一體化PAC投加設備常常腐蝕嚴重，如圖2所示。

圖2 一體化PAC投加設備腐蝕嚴重Fig.2 Severe Corrosion of Integrated PAC Dosing Equipment

優化設計：(1)液體PAC混凝土儲池可采用四布五油環氧樹脂玻璃鋼防腐，或采用耐腐蝕的化學儲罐；(2)一體化投加設備應采用碳鋼焊接，內部襯膠或PE防腐，或換用PVC材質的罐體。

1.3 聚丙烯酰胺(PAM)

絮凝劑多采用PAM，因其吸附架橋作用，助凝效果佳，被認為是目前處理高濁度水最有效的高分子絮凝劑之一。PAM無色、無味、無臭，沒有腐蝕性。使用中多采用成套配制與投加設備，原料儲存和溶液配制應符合現行行業標準《高濁度水給水設計規范》(DJJ 40—2011)的有關規定。PAM水溶液一般具有一定黏度，需避免因藥液沉積結塊進而堵塞漏液。

優化設計：(1)加藥管道設計除進行水力計算外，還必須保證足夠的管道坡降；(2)對于有水解PAM溶液池的投藥間，因有氨氣放出，有一定的腐蝕性和刺激作用，室內需加強通風設施。

1.4 酸堿

強腐蝕性液體例如硫酸、氫氧化鈉的鋼筋混凝土儲池內部，過往多采用環氧玻璃鋼襯里、耐酸瓷磚面等防腐蝕措施，機械強度不夠、結合層和灰縫部分薄弱、存在池底角落等施工死角，受施工質量影響很大，一旦出現小裂口，酸液開始滲漏、腐蝕、逐步擴大，最終會形成大面積嚴重的腐蝕破壞。這種滲漏的酸堿液體對地基造成的腐蝕極為隱蔽，可能持續到周圍地面塌陷才被發現，給生產造成較大的安全隱患。

某水廠鹽酸儲池局部腐蝕嚴重情況如圖3所示。池角的混凝土層腐蝕穿孔，鋼筋也被腐蝕。腐蝕性液體在不易察覺的情況下大量泄露滲透至地基土層，對廠區環境造成很大破壞，影響十分嚴重。

圖3 鹽酸儲池局部腐蝕破壞嚴重Fig.3 Serious Local Corrosion Damage in Hydrochloric Acid Storage Tank

設計優化：(1)存放酸堿的鋼筋混凝土儲池內部防腐應按照《工業建筑防腐蝕設計標準》(GB/T 50046—2018)進行合理設計，并嚴格遵守《建筑防腐蝕工程施工規范》(GB 50212—2014)和《建筑防腐蝕工程施工質量驗收標準》(GB/T 50224—2018)進行正確施工、正常使用和維護，定期進行必要的檢測、防護和維修；(2)由于HDPE化學儲罐成套設備具有無焊接、不滲漏、耐腐蝕、無毒性、重量輕、符合衛生標準等優點，近年來多有采用；(3)酸堿罐如果有呼吸閥，呼吸閥宜設在室外，實踐中在罐內加注一層5 cm左右的液體石蠟、進液管插入石蠟層下等，對阻止酸霧的揮發有較好的作用；(4)硫酸管道材質采用不銹鋼SS616 L，法蘭連接，氫氧化鈉管道可采用PVCF[4]。

酸堿儲罐如果外漏事故發生，易造成嚴重的次生災害，對人身安全和周邊環境造成很大影響。

優化措施：(1)儲罐周圍應設圍堤，圍堤一般高為900 mm[4]，體積以能夠收集單套儲罐泄露液體、保持溶液短時間內不至于大量流失，能及時采取回收措施為標準；圍堤可通過管道與廠區污水井相連，管道采用手動閘閥控制，平時常閉；(2)當儲罐泄露時，可利用移動式泵將圍堤中的溶液收集，僅在沖洗剩余的少量溶液時，方可打開閥門，將沖洗廢液排放至廠區污水管中。

為了運行維護人員的安全：(1)應設洗眼器，同時就近儲備防酸堿工作服、防酸堿面罩、防酸堿手套及靴子等用品；(2)應充分考慮酸液腐蝕金屬產生的氫氣易積聚在屋頂死角、或管道上部密封處，遇明火可能引發爆炸，檢修時應充分通氣。

2 投加設施設計優化

2.1 儲池、溶解池設計優化

(1)儲池的防腐蝕內襯是一道封閉式的整體，當管道穿過池壁和底板，易造成架構和防腐上的薄弱環節，因此，管道出入口宜設置在池頂部。當確需在側壁設置時，應埋設耐腐蝕的套管，套管與管道間的間隙應采用耐腐蝕材料填封。

(2)儲存腐蝕性液態介質的鋼筋混凝土儲池，池底板下宜留有0.3～0.4 m觀察空間，便于檢查有無滲漏，可采用條形或環形基礎架空設置。池壁外側也宜留有檢查滲漏的條件。與土壤接觸的表面，應設置防水層。

(3)混凝劑溶解池內易沉積藥品廢渣，堵塞出液口和加藥管道，需常清理。因此，溶解池底部的沉渣高度應不小于0.3 m，且設放空管(>DN100)[5]，底部坡度不小于0.02，并在溶液池內增設攔渣和清渣設施。

2.2 設備基礎及排水溝設計優化

(1)設備如加藥泵等基礎頂面高出地面面層不小于100 mm。基礎錨固螺栓孔的灌漿材料，上部應采用耐腐蝕膠泥封填，深度不小于50 mm。

(2)在檢修維護過程中，為便于收集沖洗廢水，加藥間應設置排水溝。底層地面排水坡度不小于2%，坡向排水溝，溝底縱向坡度宜為0.5%～1%，并設置耐腐蝕材質的篦子板或格柵型蓋板，也便于在內部有腐蝕情況時及早發現、進而處理。排水溝地漏應采用耐腐蝕材料制作，上口直徑不宜小于150 mm，與地面應嚴密連接。

3 其他相關設計優化

盡管水廠加藥間設計通常由工藝專業作為主體專業，主導確定投加藥劑種類、加藥方式、加藥間布置等要點，但其他專業相關防腐蝕設計如果沒有跟上，將會成為生產實踐中的短板。目前，水廠加藥間的結構、建筑等設計往往基于各專業的傳統經驗，或按照全廠統一標準做法，各專業間易遺漏協同對接、缺乏統一的標準。在過程中，應按照統一藥劑腐蝕性共識，同步設計、同步實施防腐蝕措施，加強薄弱環節防腐。

3.1 結構設計優化

現行《工業建筑防腐蝕設計標準》(GB/T 50046—2018)[6]里的防腐設計標準，其中對混凝土強度、鋼筋保護層厚度、基礎材料和深度、防護要求等，相比市政行業常用的《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2010)(2015年版)、《給水排水工程構筑物結構設計規范》(GB 50069—2002)的標準提高很多，對工程造價有直接影響。設計前，應結合工程地質勘察報告、確認當地審查單位對水廠地下構筑物防腐蝕措施的相關要求，綜合考慮。加藥間結構設計應參照GB/T 50046—2018選取對不同腐蝕性介質的做法，且應適當提供次選做法，以供部分地區因供貨，或者專業技工缺失等，無法實現時替代采用。

3.2 建筑設計優化

(1)加藥間的地坪池體附近的墻裙，可采用環氧樹脂膠泥鋪砌30 mm厚耐酸瓷磚或樹脂砂漿等整體面層，并設防滑措施。操作平臺可采用纖維增強塑料格柵地面。

(2)強腐蝕等級時，儲池內表面不得埋設鋼制預埋件。儲池的欄桿和池內的爬梯、支架等，宜采用纖維增強塑料型材或耐腐蝕的金屬制作。

3.3 電氣設計優化

電纜不應埋設在腐蝕性液體作用的地面下，一般采用電纜溝集中設置，電纜溝應采取措施防止地面排水進入。

4 結論

(1)加藥間的設計應從藥劑的選擇、投加量、儲存、制備到投加，乃至控制綜合考慮。從安全、環境、健康角度，加藥間防腐蝕設計有了新要求、新材料、新設備等可供選擇。

(2)應根據投加藥物的腐蝕性、環境條件、生產操作管理水平和施工維修條件等，綜合選擇合適的防腐蝕措施，加強其他專業對藥劑針對性的防腐蝕措施設計。對給水處理中常用的投加藥劑混凝劑鐵鹽、PAC、絮凝劑PAM及助凝劑酸堿等，按照不同的腐蝕特性，分別采取相應防腐蝕設計。

(3)采用不同的防腐措施根本上對應不同的工程造價，在工程中使用壽命也各不相同，選擇時，要尊重使用方的意見。

加藥是水廠設計和運行的重點和難點，也是影響水處理效果關鍵的因素之一。通過參照相關規范要求，科學、針對性地進行防腐蝕設計，可以有效提升加藥的安全性，建設一個環境友好、工作安全、經濟合理的現代化水廠。