工業凈水處理系統升級改造方案及成效

李海松

（福建三鋼閩光股份有限公司動力廠，福建三明 365000）

前言

鋼鐵企業是用水大戶，大多數鋼鐵企業生產使用的補充水取自地表河流，水質波動大，需對原水進行凈化處理。福建三鋼動力廠二泵站作為一座工業凈水處理及加壓站，主要負責三鋼本部北區各生產工序水系統補充水的凈化處理與供給。該站始建于上世紀80 年代，投產至今，雖經歷多次技術改造，但系統工藝落后、設備設施陳舊，已無法滿足目前生產的需求。為保證生產供水的穩定性，同時做好污泥的收集處理，系統升級改造勢在必行。

1 水處理系統現狀及存在問題

二泵站的凈水處理系統包括1座預沉池、2座穿孔旋流反應池及斜管沉淀池（一大一小2 座反應沉淀池，一用一備），并配套1座加壓泵站，對原水進行凈化沉淀處理后，工業凈水經加壓輸送至三鋼本部北區各生產工序使用。原水取自當地沙溪河，通常濁度小于60 NTU（雨季最高達到800 NTU），原水經二泵站凈化處理后的出水濁度小于10 NTU，日常處理并外供水量約為1 700 m3/h。站內未建污泥處理系統，反應沉淀等生產過程中所產生的污泥直接外排。工藝流程見圖1。

圖1 改造前二泵站水處理工藝流程圖

系統存在如下問題：

（1）現有的兩座反應沉淀池處理能力差距大，系統備用不足。大池處理水量為2000 m3/h，小池處理水量為800 m3/h，平時大池運行小池備用。當大池進行清池或更換斜管作業時，需啟用小池運行，因處理水量小無法滿足供水需求，大池檢修期間經常導致出水水質不達標，影響后續各工序的正常生產。

（2）由于反應沉淀池（大池）為舊池改造，排泥斗坡度較緩，排泥不暢，易造成泥斗及斜管積泥。為保證出水水質和避免斜管積泥塌陷，每2 年需進行清池。由于斜管易積泥，使斜管使用壽命減短，每4年需進行斜管更換，維護成本高（單次清泥及斜管更換費用約80 萬元）。

（3）無污泥處理系統。反應沉淀池凈化過程所產生的污泥直接外排（排泥量300～600 m3/d），反應沉淀池清池時，污泥也只能沖稀后直接外排。

（4）設備老舊。加壓泵組為上世紀80 年代產品，效率低、能耗大且無法遠程啟停操作。水閥及排泥閥均為手動閥，閥門開關及排泥等作業需現場手動操作，設備老化且自動化水平低。

隨著企業生產節奏的日益加快，如何解決二泵站凈水處理系統的長周期穩定運行及污泥外排等問題迫在眉睫。

2 系統改造方案的確定及實施步驟

由于改造施工周期較長，改造期間為滿足企業日常生產用水需求，須保持大反應沉淀池處于正常生產狀態，只能利用備用反應沉淀池所處區域進行改造施工。而小池占地面積小（平面尺寸約為42 m×24 m），如何在有限的空間內實現升級改造，水處理工藝方案的選擇至關重要。

高密度沉淀池在傳統平流沉淀池的基礎上，充分利用了動態混凝、加速絮凝原理和淺池理論，其特點是集強化混凝、斜管沉淀和污泥濃縮為一體，分離效率高，占地面積小，出水濁度低，表面水力負荷可達30 m3/（m2·h）［1］。其表面負荷是平流沉淀池的15倍，表面負荷越高意味著占地面積越少。且與常規的混合反應沉淀池相比，高密度沉淀池采用機械攪拌混合，可以根據進水流量調節機械攪拌轉速來控制攪拌速度梯度，使混合效果達到最佳，同時增強了抗擊水量及水質變化的能力。高密度沉淀池為三個單元的綜合體：反應、預沉濃縮和斜板分離，其結構簡單、緊湊，可緊挨其他構筑物修建，節約建設用地，是本次改造的理想解決方案。

針對系統存在的問題，同時為了實現邊生產邊改造的目標，本次水處理系統升級改造方案及實施步驟如下：

（1）拆除備用反應沉淀池（小池），在該位置新建一座高密度沉淀池，采用鋼筋混凝土結構，共分3組，并聯運行。

（2）對現有加壓泵站進行改造，在此區域北側新建1 座綜合生產車間，包括加壓泵站、變配電間、主控室、加藥間、空壓機室及備件間等。

（3）待新變配電室投運后，拆除現有配電室，在此區域及原加壓泵站南側新建1座污泥脫水機站及2座污泥濃縮池。

（4）按新處理工藝流程布置廠區內生產管線，以滿足水處理構筑物運行需求。

（5）待新建高密度沉淀池、污泥脫水機站及加藥間建成投運后，對預沉池、穿孔旋流反應池及斜管沉淀池（大池）進行改造，將其作為蓄水池。

（6）原水處理系統主要信號送至DCS 系統，控制系統能對所有設備（含電動閥門）進行集中檢測、監視、報警、自動控制，系統主要設備均可實現遠程或就地操作，提升系統自動化水平。

3 工藝改造具體措施及效果

3.1 凈水處理系統

新建1 座高密度沉淀池，安裝轉鼓格柵的進水渠及分配槽與沉淀池合建，平面尺寸42.6 m×22.65 m，高密度沉淀池共分為3 個池，并聯運行，處理能力7.5 萬m3/d，單池處理能力為1 042 m3/h。

每組高密度沉淀池具體參數：

（1）混合池：平面尺寸 3.00 m×3.45m，有效水深3.5 m，停留時間約2.09 min。配套機械攪拌器，攪拌葉輪高速旋轉使投加的絮凝劑與原水充分混合。

（2）絮凝區：平面尺寸5.2 m ×5.2 m，有效水深6.75 m，停留時間約10.04 min。反應池內安裝1 個鋼制絮凝攪拌筒，在筒中投加的助凝劑與原水、回流活性污泥通過攪拌機進行攪拌提升，形成高效絮凝過程。

（3）澄清區：平面尺寸11.5 m×11.5 m，有效水深6.75 m，停留時間約35.2 min。斜板區面積92.9 m2。沉淀池出水采用穿孔集水槽集水，水在斜管區的實際上升流速11.8 m/h。配置中心傳動濃縮機1臺。

（4）污泥系統：單池設置2 臺剩余污泥泵（一用一備），同時設置1 臺污泥回流泵，污泥循環回流系數為0.04。

（5）PAC（聚合氯化鋁）加藥系統2 套，PAM（陽離子聚丙烯酰胺）加藥系統1 套（3 組高密度沉淀池共用）。

高密度沉淀池工藝流程：原水先進入混合池，池內投入混凝劑PAC，混凝劑與原水充分、快速混合后進入絮凝池。絮凝池中投加高分子助凝劑PAM 及回流活性污泥，絮凝池中絮體不斷增大，形成大而密實的礬花。絮凝池出水經推流過渡進入斜管沉淀池，再通過斜管沉淀池實現固液分離。清水自流至蓄水池，污泥部分回流至絮凝池，目的在于加速礬花的生長以及增加礬花的密度，剩余部分送至污泥處理系統進行脫水處理。［2］高密度沉淀池工藝流程見圖2。

圖2 高密度沉淀池工藝流程圖

日常3 組高密度沉淀池同時運行，當其中1 組高密度沉淀池檢修時，另2 組高密度沉淀池并聯運行，保證出水水量及水質達到用戶需求。

3.2 污泥處理系統

新建2 座污泥濃縮池及1 座污泥脫水機站。污泥脫水機站分兩層布置，一層布置廂式隔膜壓濾機的配套設備，包括壓榨泵及壓榨水罐、進泥螺桿泵組、濾布清洗系統、PAM 加藥系統、以及污泥外運裝載區等；二層布置廂式隔膜壓濾機及自動儲泥斗。污泥處理系統入口排泥水含水率90%～98%，經脫水處理后出口干泥含水率≤70%，單日處理干泥量約2.5 t。

新建構筑物：

（1）污泥濃縮池2座，一用一備。單池直徑6.6 m，池邊有效水深4 m，每座配套懸掛式中心傳動濃縮機1臺。

（2）污泥脫水機站平面尺寸22.7 m×13.8 m，配置廂式隔膜壓濾機及配套設備共2套，一用一備，單臺廂式隔膜壓濾機過濾面積300 m2。

污泥處理工藝流程：高密度沉淀池剩余污泥經污泥泵加壓輸送至污泥濃縮池，經濃縮池進一步濃縮處理，污泥濃縮池的上清液依靠重力流直接回流至高密度沉淀池進水分配槽，污泥經二次濃縮并加入PAM 助凝劑后，經進泥螺桿泵輸送至廂式隔膜壓濾機進行脫水，脫水泥餅進入自動儲泥斗，由泥餅運輸車外運處置。

3.3 改造后的效果

凈水處理系統改造后投入運行效果良好，解決了改造前存在的問題，并提升了系統裝備水平，改善了現場作業環境。改造后工藝流程見圖3。

（1）高密度沉淀池投運后，原水凈化處理后的出水濁度小于5 NTU，出水水質良好。日常3 組高密度沉淀池同時運行，當其中1 組高密度沉淀池檢修時，另2組并聯運行，處理水量達到2 000 m3/h 以上，保證出水水量及水質滿足用戶需求，徹底解決系統檢修時備用系統處理能力不足的問題。

（2）新增污泥處理系統，污泥經脫水處理后外運處置，消除了原來污泥直排可能引起的環保問題。

（3）新系統排泥效果良好，大幅延長了清池及斜管更換的檢修周期，降低了凈水處理系統的日常運行維護成本。

（4）將預沉池、穿孔旋流池及斜管沉淀池改造為清水池，總容積約為10 200 m3，大幅提高了二泵站的保有水量，在水源泵站故障無法供給原水時，有效延長了二泵站的供水時間。

（5）改造完成后主要設備的控制均集中在綜合控制室，可采用DCS 自動、遠程手動操作及機旁手動操作等方式。實現了原水處理系統的全自動加藥、自動排泥、污泥處理系統設備的自動控制、加壓泵組及電動閥門的遠程操控。全面提高了凈水處理系統的自動化水平，大幅降低了崗位職工勞動強度。

4 結束語

綜上所述，本次凈水處理系統升級改造因地制宜選擇合適的工藝方案，新增污泥處理系統，解決了系統備用處理能力不足及污泥直排等問題，效果顯著。