某钢铁企业水处理站立式改造工程实例

金亚飚

（宝武水务科技有限公司，上海 201900）

某钢铁企业水处理站采用创新性立式改造方案，新增水处理设施采用竖向布置，直接设置于现有水处理站上方，无须新增占地。新增水处理设备依托钢结构框架和平台设置，在改造的同时不影响原有水处理站的正常生产，甚至做到了边生产边建设边调试。另外，大量采用一体化设备、模块化设备和预制管道，现场组装，使得现场建设时间大幅度缩短。该项目的成功经验，可为相关水处理改造项目提供借鉴。

1 工程概况

某钢铁企业现有热轧浊环水处理站的处理能力为600 m3／h，水处理工艺流程为：热轧浊环回水→铁皮沟→旋流池→高速过滤器→冷却塔→供水至用户。多年运行下来，面临以下问题：①由于缺乏有效的除油手段，旋流池出水含油量约为50 mg／L，高速过滤器滤料极易污染板结，导致出水水质不达标，甚至冷却塔填料也发生污堵垮塌，因此必须频繁更换高速过滤器滤料和冷却塔填料；②缺少污泥处理系统，不仅污染环境，同时富含氧化铁皮的污泥也没有回收利用，造成资源浪费。

鉴于水处理站存在的问题，该企业一直拟实施技改项目，对现有热轧浊环水处理站进行改造，增加除油设施和污泥处理系统。但是，却面临以下难以解决的问题：①新建或改造无地可用。该钢铁企业是老企业，现有土地已经布满车间、办公楼以及各种公用辅助设施，而新征用地又受到严格限制，因此总图布置上已经没有土地可以用做新的水处理设施或进行常规的就地改造了。②缺乏停产改造时间。现有热轧浊环水处理站是为热轧生产线服务的，热轧生产线根本不允许长时间停产，因此水处理站也不存在停产改造或拆除重建的可能性。

针对上述问题，该钢铁企业一直在寻求科学合理的解决办法，最终确定采用立式改造方案。

2 改造工艺

改造后采用的水处理工艺流程见图1。

图1 水处理工艺流程Fig.1 Flow of water treatment process

新增水处理设备包括化学除油器、中间水池和提升泵组、PAC加药设备、PAM加药设备、污泥槽和污泥进料泵、叠螺式脱水机等，另外需要堆放药剂的场所及污泥卸料区等。

化学除油器是通过投加化学药剂，经混合反应后使水中的油类、悬浮物等通过凝聚、絮凝作用沉降分离出来，达到净化水质的目的［1-2］。考虑其处理热轧浊环水负荷高，外形尺寸相对较小，适合于立体布置。选用叠螺式脱水机是考虑该设备浓缩、脱水一体化，可以连续运转，而且设备的外形尺寸及重量较小，便于立式布置。螺式脱水机出水泥饼含水率虽然较高，但泥饼直接落在旋流池渣坑上进行自然沥水，然后可与氧化铁皮渣一起运走。

新增主要构筑物和设备的数量、规格及尺寸见表1。

表1 新增主要构筑物和设备Tab.1 Main new added structures and equipments

3 立式设计

3.1 新增水处理设施整体总图定位

立式设计的第一步就是新增水处理设施的总图定位。现有热轧水处理站紧临厂界，主要建构筑物和设施包括旋流池、渣坑、起重机栈桥、高速过滤器、水泵房（屋顶设冷却塔）和电气室、水池、变压器室和配电间等。经综合比较，确定新增水处理设施整体建于现有水处理站的旋流池、渣坑和起重机栈桥上方，形成立式布置。其优点在于：①具有连续而且面积较大的平面空间，便于新增水处理设施的布置；②紧邻道路，物流方便，便于建设和今后的运维；③脱水机泥饼可以直接落在渣坑内，与渣坑内氧化铁皮渣一并外运处理，无需专门的污泥卸料区、储泥饼设施，避免二次运输，减少环境污染。图2为水处理总平面布置，图中阴影为立体布置的新增水处理设施区域。

图2 水处理总平面布置Fig.2 General layout of water treatment station

3.2 新增水处理设施高程设计

高程设计是确定立体布置的分层，并确定设备所属层。高程设计的原则是水力条件。在现有旋流池、渣坑和栈桥上方设低、高层设备层及屋面层。

按照水力条件：①化学除油器溢流出水至中间水池，因此化学除油器和中间水池在同一层；②为确保化学除油器底部污泥能畅通的排至污泥槽，污泥槽、污泥进料泵与化学除油器应有较大落差，须分设在2个层面；③PAC加药设备、PAM加药设备和堆放药剂的场所考虑生产维护的便利性，应尽量在低层；④叠螺式压滤机考虑排泥的便利性，也应尽量在低层。

最终确定新增设施高程如下：①低设备层设置PAC加药设备、PAM加药设备、污泥槽和污泥进料泵、叠螺式压滤机等，另外需要堆放药剂的场所；②高设备层设置化学除油器、中间水池和提升泵组；③低层楼面标高确保不对起重机的正常工作带来影响。新增水处理设施立面布置如图3所示。

图3 新增水处理立面布置Fig.3 Vertical layout of new added water treatment equipment

3.3 平面设计

平面设计就是确定高程后，对水处理设施各层进行内部的设备平面布置。平面设计的原则是便于运维。

低设备层：叠螺式压滤机应布置在渣坑上方，便于排泥；堆放药剂的场所应靠近道路，便于药剂的运输，平台上的葫芦可将药剂包起吊至堆放药剂的场所。

高设备层：化学除油器和中间水池作为重荷载设备或构筑物，应尽量均匀布置，将荷载分布到主梁并传递到柱子上，提升泵组靠近中间水池布置。新增水处理设施平面布置如图4所示。

图4 新增水处理平面布置Fig.4 Plane layout of new added water treatment equipment

3.4 结构设计

结构设计是为立式布置的设备、管道、阀门、电缆等提供框架和平台支撑，实现水处理设施一体化。

为尽量减少现场施工难度、缩短施工周期、降低安装成本，地面以上的上部结构所有框架、平台均采用钢结构制作。所有钢结构配件在工厂预制完毕并刷涂防腐漆后，到现场快速组装。

地面以下的下部结构仅为框架柱的钢筋混凝土基础。现有水处理站的旋流池、渣坑和起重机栈桥范围内，地下有着池体、坑体、栈桥柱基础，因此结构设计一方面要满足工艺要求，另一方面又必须满足现场条件，新增框架柱的基础必须避让现有基础并保持一定距离，这样才能确保施工的同时对于现有水处理站的运行不产生影响。

结构设计过程是一个不断校核、不断修正并与工艺互动的过程，新增框架基础的位置尺寸修正会导致上部的设备布置也须做一定调整。

3.5 管道设计

新增水处理设施配套的管道设计采用三维设计，所有管道、管件全部编号。管道、管件全部采用预制管道，即在工厂完成管道的定制化加工，到现场直接组装，以缩短工期。

4 设备供货

为缩短施工周期，化学除油器、中间水池、提升泵组、PAC和PAM加药设备、污泥槽和污泥进料泵、叠螺式脱水机等均采用一体化设备或模块化设备［3-5］。化学除油器分解为若干大组件到现场焊接拼装。加药设备已经将溶解搅拌桶、溶液桶、计量泵、泵进出水管路阀门以及现场操作箱均集成在1个公用底座上，整体送至现场。中间水池和污泥槽均整体到货。泵组将水泵、进出水管路和阀门、底座组装在一起供货［6］。叠螺式脱水机单体供货。

5 现场施工

本项目历时3个月完成了现场施工，施工主要过程如下：

（1）框架柱基础浇筑，基础采用天然地基；

（2）基础浇筑完毕并满足混凝土养护要求后，依次将钢结构框架柱、框架梁就位，并用螺栓固定；

（3）安装低设备层的平台钢结构梁；

（4）低设备层的设备就位，包括PAC加药设备、PAM加药设备、污泥槽和污泥进料泵、叠螺式脱水机等，该部分设备均为一体化设备，设备就位后，安装平台板；

（5）安装高设备层的平台钢结构梁；

（6）高设备层的设备就位，包括化学除油器和中间水池及提升泵等，化学除油器为大型设备，受物流和安装条件影响，无法实现一体化，因此采用模块化，分为上部筒体模块和下部锥形泥斗模块，上部筒体模块在高设备层平台上，下部锥形泥斗模块在高设备层平台下，分别就位后再进行拼接［4］，设备就位后，安装平台板；

（7）安装屋面檩条、屋面板；

（8）所有就位设备的安装，化学除油器安装填料、检修平台、钢扶梯、栏杆等；

（9）所有安装工作完成后统一喷表面漆。

整个施工过程中遵循安全第一的原则，并严格按照计划，加快施工进度，同时使得原有水处理站正常运行。施工完毕后，改造完成的水处理站总体模型效果如图5所示。

图5 总体模型效果Fig.5 Drawing of total model

6 调试、实际运行及处理效果

为在调试时不影响生产，本项目采用了在线调试的方案。在现有水处理设施设旁通管，将部分浊环水送至新建水处理设施进行调试。调试过程循序渐进，逐步增加新建水处理设施进水量，直至全部浊环水均流经新建水处理设施。整个调试过程仅一周（不含污泥脱水），对于正常生产未造成影响［6］。

改造部分水处理设施投运后，水量、处理水质完全达到了设计要求。水处理设施处理水量约600 m3／h，出水ρ（SS）≤20 mg／L，ρ（油）≤5 mg／L。

7 结语

本项目的实施表明立式布置作为一种新型工程应用是解决水处理改造的重要手段和有效方法，具有广泛的应用前景。特别在土地资源有限的情况下，它能够因地制宜、见缝插针地完成水处理改造和升级。水处理站立式改造是一项系统工程，它涉及工艺选择、设备选型、立式设计、现场施工、调试运行等各个方面，需要缜密思考。