连江花园石材加工集中区初期雨水及地面冲洗水处理工程设计

2015-11-19福建省环境保护设计院

海峡科学 2015年6期

福建省环境保护设计院袁松

石材加工业生产工艺主要有切割和磨光两道工序，均属于物理加工，加工产生的大部分粉尘会在较短的距离内沉降下来，少量粉尘随气流飘散到较远的地方，石材运输车密闭不严使得车内石粉散落于公路边，雨水及地面冲洗水裹挟着石粉直接排放至水体。由于石粉中的细微颗粒在水体中较难沉降，严重污染周边水体[1]。

福州市连江县丹阳镇花园石板材集中区占地130亩，现有7家企业入驻，各家的生产废水均要求进行处理并回用于生产。园区建设初期并未考虑初期雨水及地面冲洗水的处理，该部分废水未经处理直接排入花园溪，废水 SS含量较高且不易沉降，对花园溪水体构成污染。为彻底解决石板材集中区水体污染问题，当地政府于2013年11月建成花园石板材集中区初期雨水及地面冲洗水污水处理站，处理站采用“竖流沉淀/平流沉淀”工艺，运行一年多，效果显著，出水水质优于《污水综合排放标准》(GB8978－1996)一级排放标准，并通过当地环保部门验收。

1 废水水质及设计水量

1.1 废水水质

经过现场取样分析，花园石板材集中区初期雨水及地面冲洗水主要含有石粉（成份为SiO2、CaO和CaCO3）、磨料微粒及冲洗泥沙等，废水中的主要污染指标为SS。根据当地环保部门要求，处理后出水需达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级排放标准，设计进、出水水质见表1。

表1 废水进、出水水质

1.2 水量确定

花园石板材集中区园区占地130亩，其中有30亩为生产废水处理水池，余下100亩为钢结构厂房、办公楼、道路，堆放场等。厂房、办公楼和水泥道路约占80%，块石道路和堆放场约占20%。晴天使用自来水冲洗地面（其废水量为180 m3/d），降雨时由雨水对地面进行冲洗，需要收集处理受到污染的初期雨水。GB50483-2009规定：初期雨水为一次降雨过程中的前10～20 min的降水量，取降雨量的前1/6～1/3雨水量，根据连江地区降水情况，平均降水强度9～14 mm/m2，则初期雨水量为 1.50～4.67mm/m2，设计初期雨水量取 4 mm/m2。参照连江县历年降雨量统计，历年平均降雨量为1561.6 mm，平均降水次数112～174，降水日数129～158天/年，考虑连江地区连续多日降水情况较少，一般一次降雨时间不会超过1天，设计降雨次数按140次/年取值，则污水处理站进水量为74100 m3/年，平均每天处理规模为203 m3/d，本工程中污水处理站处理规模取210 m3/d。

2 工艺流程

从废水水质可以看出，石板材集中区初期雨水及地面冲洗水主要为悬浮无机物，适合采用物理分离处理，较大颗粒依靠自然沉淀就能去除，细小颗粒和胶体则需要投加混凝剂和助凝剂去除[2]。根据前述，污水采用了“竖流沉淀/平流沉淀”为主体的处理工艺；石材污泥若采用干化场处理则有污泥易板结污水不易渗滤、清泥劳动强度高等缺点[3]，因此污泥设计采用离心沉降机进行污泥脱水。工艺流程见图1。

石板材集中区的初期雨水及地面冲洗水经厂区四周的渠道收集至调节池，在此废水得以均质均量，而后废水经由泵提升进入竖流沉淀池，并在泵前吸水管道投加混凝剂，采用泵混合方式。经竖流沉淀池去除大部分的悬浮物后，出水重力流入平流沉淀池，进一步去除细微颗粒，出水达标后进入清水池。清水池为反冲洗系统提供水源。竖流沉淀池和平流沉淀池沉淀的泥浆经渣浆泵抽吸进入卧螺离心沉降机进行脱水后，泥饼外运。离心沉降机的滤液回流至调节池处理。

图1 废水处理工艺流程

3 主要处理构筑物及设计参数

3.1 调节池

调节池用于调节水量水质，由于地面冲洗水排放具有时段性，排污量较大且较集中，降雨在全年时间上分布也很不均匀，调节池容量应满足全年调蓄的要求，调节池内设潜水搅拌机进行搅拌，防止池底淤积。

参照连江县历年降雨量统计，历年3月～9月降雨量较大且较为集中，调节池中累积的污水不断增多， 10月至次年2月降雨量较小且较为分散，调节池中累积的污水不断减少。统计表明，3～4月降雨量为310.6mm，平均降水强度为8.2mm，降雨次数为38次，晴天天数为23天；5～6月降雨量为412.7mm，平均降水强度为13.1mm，降雨次数为32次，晴天天数为29天；7～9月降雨量为526.0mm，平均降水强度为13.6mm，降雨次数为39次，晴天天数为53天。则3月～9月进入调节池的总污水量为 45060m3，每日处理量为210m3/d，3月～9月处理总污水量为44300m3(预留3天停机检修)，则调节池最小容积应为760m3，调节池设计池容取800 m3。

调节池为地下钢砼结构，尺寸30.0m×10.0m×4.5m，有效水深为2.7m；调节池分两格，每格尺寸15.0×10.0m。调节池设渣浆泵4台，2用2备，流量10m3/h，扬程14m，配套电机功率为1.5kW；设置潜水搅拌机4台，叶轮直径400mm，搅拌器转速730r/min，功率为4.0kW；进调节池渠前设人工格栅1台，栅距15mm，宽300mm。

3.2 竖流沉淀池

调节池出水经由渣浆泵提升，输送至竖流沉淀池，设计于泵前吸水管道投加混凝剂，利用泵将药剂混合均匀，在竖流沉淀池前端的絮凝区投加助凝剂，废水在竖流沉淀池混凝沉淀以去除悬浮颗粒及胶体，设计采用静水压定期将污泥排出。

竖流沉淀池为钢砼结构，尺寸5.6m×3.7m×6.8m；分为两格，单格尺寸：2.5m×2.5m，有效水深3.5m，泥斗高1.9m，总高6.8m；沉淀时间取3.5h；上升流速1.0m3/m2·h；中心筒流速取30mm/s，中心筒直径为300mm。

3.3 平流沉淀池

污水经竖流沉淀池重力流至平流沉淀池，平流沉淀池为集混凝反应、排泥、布水、集水于一体的构筑物，污泥采用多泥斗收集定期由外置污泥泵排出。平流沉淀池为钢砼结构，尺寸8.6m×5.0m×3.7m；分为两格，单格尺寸：5.8m×2.0m，有效水深 1.5m，泥斗高 1.7m；沉淀时间取 4.0h；表面水力负荷0.38 m3/m2·h。平流沉淀池设渣浆泵3台，2用1备，流量1m3/h，扬程14m，配套电机功率为1.5 kW。

3.4 清水池

污水经平流沉淀池重力自流至清水池，清水池处于处理工艺末端，主要用于向竖流沉淀池和平流沉淀池泥斗提供冲洗用水。清水池为半地下钢砼结构，尺寸5.0 m×1.2 m×3.5 m，有效容积18 m3。清水池配备潜污泵1台，流量15 m3/h，扬程20 m，配套电机功率为2.2 kW。

3.5 污泥处理系统

因石板材集中区的初期雨水及地面冲洗水处理所产生的污泥含水率及密度尚无准确参数使用，而该废水污泥与与石材加工废水污泥类似，故设计采用冯昭华[4]对石材加工废水处理研究结果，污泥参数确定如下：石材加工废水经沉淀后湿污泥密度取1.07×103kg/ m3，含水率取96%，排泥周期为24h一次，计算可得每日湿污泥量为19.5 m3。选用卧螺离心沉降机2台，混合液处理量1～1.5 m3/h，电机功率为5.5 kW。

3.6 综合机房

综合机房主要含加药系统、配电间、值班间、化验间等。机房尺寸21.8m×4.8m，层高4.5m，为框架结构，配备PAM和PAC自动投药系统各一套，配备低噪音轴流通风机6台，通风量1800 m3/h，功率0.06 kW。

4 工程运行效果

该项目现已建成并投入运行，在工程调试中发现进水浓度较高，原因在于石材企业的废水虽然要求完全回用不准外排，但实际运行中依然有部分锯切机和磨机废水进入污水处理站，这导致整个系统处于高负荷运行，进水SS达到2200 mg/L，经过反复的试验，最终确认该系统污水处理聚合氯化铝的投加量为200mg/L，聚丙烯酰胺投加量为15mg/L，污泥脱水中聚丙烯酰胺的投加量为30mg/L。经过两年多的运行实践表明，该套处理系统在长期高负荷运行条件下，能保持稳定的处理效果，总SS去除率达到99.0% ，出水水质优于设计要求。根据调试过程及最终的检测结果，各主要处理构筑物的进出水情况见表2，该处理厂主要出水指标均优于国家《污水综合排放标准》(GB8978－1996)一级排放标准。

表2 连续运行处理效果分析

5 工程投资和运行成本分析

本项目设计处理能力为210m3/d，工程总投资为146.7万元，其中工程土建费用为 89.5万元，设备材料费用为 37.8万元，其他费用（含管道及安装费用、设计调试费用、税金等）为19.4万元。工程的单位造价为6985.7元/m3废水。污水站每日用电量为96.8 kWh，耗用聚丙烯酰胺计3.7kg，耗用聚合氯化铝计 42.0kg，劳动定员 2人，每人每月按 1200元计。工程运行费用见表3。该工艺的运行费用为 1.27元/吨。该套系统出水浊度≤5 NTU，完全满足石材加工企业回用水质要求，因此可根据石材企业的要求增设回用水管路以产生一定的经济效益。