某催化剂工厂排水系统设计实例探讨

闻路佳

（上海科元燃化工程有限公司，上海 200124）

无论是给水系统还是排水系统，都是生活和生产不可缺少的部分，而随着国民经济水平的提高，对城市排水系统基础建设的要求也越来越高。从最早的合流制排水系统发展到现如今已很普遍的分流制排水系统，再到近几年开始大力推行的海绵城市和LID（低影响开发），可见国家在发展经济的同时，也将着眼点放在了可持续发展和保护生态环境上。

近两年，排水系统相关的标准规范也在逐步更新，工厂的排水设计自然也要遵循最新要求。本文通过某新建催化剂工厂项目中的排水系统设计实例，从排水系统的划分、各排水系统设计要点简述、生产废水管道布置三个方面介绍此类项目的设计思路，并对一些重点事项进行引申探讨。

1 排水系统的划分

排水系统的设计原则为清污分流、雨污分流，通常划分为雨水和污水两大类别。对工厂来说，除了生活污水外，不可避免还会有生产污废水的产生，故在划分工厂的排水系统时，除了常规的设计规范外还要参考《石油化工给水排水系统设计规范》，注意甄别该厂的生产污废水是否含有有毒有害物质，如有必要还需做到污污分流。另外，为防止火灾事故时污废水流出厂区造成不可控的污染，消防废水也需要有序收集。

本次有一新建催化剂工厂项目，需做厂区的给排水及消防给水设计。

我国1956年生产出C4 型中变催化剂以来，至今一直使用传统的铁铬系中变催化剂，而在其生产过程中，无法避免会产生含铬废水[1]。铬属于一类污染物[2]，会对环境造成很大破坏，故需要严格控制。

针对上述催化剂工厂的生产废水特点，本项目的排水系统划分为清净雨水系统、生活污废水系统、生产废水系统（分为含铬废水系统和非含铬废水系统）以及消防废水系统。

全厂的排水系统原理图如图1所示。

图1 排水系统原理图Fig.1 Diagram of drainage system

2 清净雨水系统

一般情况下，来自无设备的建筑屋面、道路以及没有遭到工艺泄漏及喷溅影响的生产区的降雨为清净雨水，通常采用地下管网或者明沟重力流收集。

利用该区域的暴雨强度公式和雨量计算公式，代入平均径流系数（需考虑绿化及碎石面积）、汇水面积、降雨历时和重现期后即可求得项目的雨水量。

通常情况下，各地的暴雨强度公式可通过查询设计手册得知。但有些地方会根据近几年的降雨情况自行更新当地的暴雨强度公式，可通过当地相关规范或气象局等相关部门网站的发文查询到最新的暴雨强度公式。

本项目清净雨水通过厂区地下雨水管网收集，先进入初期雨水截污池，初期雨水截污池前设置电动刀闸阀，刀闸阀平时为常开状态，下雨期间当水位到达设定水位时，连锁关闭刀闸阀，雨水通过进水口流入雨水提升池；雨水提升泵与雨水检测装置连锁，当检测达标时开启泵提升至厂区南侧自然水体；当检测不合格时，不能开启雨水提升泵，同时连锁开启刀闸阀，雨水流进消防废水池。初期雨水截污池内的雨水达标时排至雨水系统，不达标时排至含铬废水处理系统。

需注意的是，对工厂来说，可能收到工艺泄漏及喷溅影响的生产区、罐区、泵区、装卸区均为污染区，前15 min 或前15 mm 厚的雨水为受污染的初期雨水，需另行收集纳入生产废水系统，之后的雨水才可作为清净雨水。

同时，对于今后的新建工程项目，工厂的雨水排水系统也需要考虑海绵城市设计，多与总图、建筑等专业沟通协作，尽量采用透水性铺装、植草砖、植草沟、下凹式绿地、雨水花园等“绿色”低影响开发技术，以慢排缓释和源头分散控制为主要设计理念[3]，避免僵化地采用设置雨水调蓄池的“灰色”手段，同时也可有选择地设置雨水回用系统，提高水资源的利用率。

3 生活污水系统

工厂的排水系统自然也少不了生活污废水系统。其排水点通常会集中在厂前区，比如办公楼、综合楼、淋浴室、宿舍等，有时也会根据业主需求，分布在生产区的各种厂房、车间、仓库的卫生间内。

本项目的生活污水主要来自厂前区综合楼、门卫等建筑内的卫生设施。生活污水经化粪池预处理后，同淋浴排水一起排入污水处理站，经处理后排入园区的污水管网。

在最新的GB 50014—2021《室外排水设计标准》中，对于化粪池的设置有了与老版规范不一样的要求。新标准明确了在城镇已建有污水收集和集中处理设施时，分流制排水系统不应设置化粪池[3]。这是为了提高后续污水厂的处理效率，在进行相关设计中应留意这一点。

4 生产废水

由本项目的工艺流程及产污节点可以得知，工厂正常生产时不会产生生产污水。生产废水主要来自地面清洗水、检修清洗水、公用工程废水和初期雨水等等。

为了能够有效处理废水，故考虑含铬和非含铬废水分类收集，分质处理。

4.1 含铬废水

根据工艺流程及对涉及铬的生产、储存区域的分析，本项目的含铬废水包括检修清洗废水、地面清洁废水、含铬废气洗涤废水、员工洗衣废水、化验室废水和初期雨水。

首先，从工艺流程的角度来看，在工艺生产区，由于生产设备的日常维护需要检修以及清洗工作，故在此过程中产生的清洗、清洁废水必然会含有铬；而含铬废气必须要经过洗涤处理，故其洗涤废水中也必然含有铬。故检修清洗废水、地面清洁废水、含铬废气洗涤废水均需纳入含铬废水系统。

其次，由于生产线上的员工在工作中可能会接触到微量铬，出于安全考虑，员工在平时操作时都被要求身着统一的工作服。本项目在厂前区的综合楼内划分了污染区及清洁区，并设置了专用的洗衣区域，员工在从生产区回到清洁区之前需将可能被污染的工作服脱下并集中收集，并需淋浴后才能回到清洁区。而他们在洗手、洗衣产生的废水中均可能含有微量铬，故清洗衣服的废水纳入含铬废水系统。

另外，化验室的主要工作包括研发以及质检分析，由于催化剂厂的主要物料含铬，在化验过程中产生的废水也会含有铬，故化验室废水也需纳入含铬废水系统。

除此之外，根据环评单位要求，本项目的生产厂房1、仓库1 和公用及维修车间的室外操作区的初期雨水可能会被轻度污染，均需统一进行收集。根据业主提供的信息，以上区域均涉及含铬物料的操作或储存，故这部分初期雨水也需纳入含铬废水系统。

本项目含铬生产废水经汇总后由含铬废水处理系统处理，含铬废水处理设施出口安装在线监测设备监测铬浓度，铬浓度达标后才能并入其他废水。

需注意的是，除总铬、六价铬外，在GB 8978中所规定的第一类污染物，包括总汞、总镉、总砷、总铅、总镍、总铍和总银，也应在预处理设施的排水口监测浓度，而其他污染物控制项目采用排水户排水口的监测浓度即可[2]。

4.2 不含铬废水

本项目的泵区、装卸区以及罐区为污染区，降雨前 15 min 初期雨水为污染雨水。以上区域均不涉及含铬物料，故初期雨水均为不含铬废水。

泵区及装卸区均在旁边设置一个初期雨水收集池，池内设置提升泵。

罐区因围堤内容积可储存雨水，故直接在围堤内设置提升泵。

以上室外污染区的雨水均有初期雨水及清净雨水两种去向，故在雨水提升泵的出水管上均设置三通阀，可做到利用一个阀门进行两路切换。出于安全及环保考虑，每次停泵时三通阀需自动切向至含铬或不含铬废水管网，前15 min 雨水提升到达含铬或不含铬废水系统，当泵启动15 min 后自动切换至干净雨水管网，后面的雨水提升至清净雨水系统。切换示意图如图2所示。

图2 初期雨水/清净雨水三通阀切换示意图Fig.2 Detail of 3-way valve for initial / clean rainwater switch

本项目的含铬废水和非含铬废水在经厂区污水处理站处理后均能达到GB 31573—2015 无机化学工业污染物排放标准表1 的间接排放限值要求，最终排入园区的污水管网。

5 消防废水

消防废水收集系统的排水能力应按消防事故排水流量校核，包括物料泄漏流量消防水流量、雨水流量等[4]。

从经济角度考虑，工厂的消防废水通常利用雨水系统管网有序收集，火灾事故下通过末端设置的阀门进行切换，流进消防废水池。

本项目最大一次火灾消防废水量约为1 050 m3，工艺事故排放量为 50 m3，需收集的雨水体积为 480 m3，故火灾事故时需收集的排水总量约为1 580 m3。

本次新建一座消防废水池，其有效容积约为1 600 m3，再加上埋地雨水管道的调蓄量，足以容纳火灾事故情况下产生的消防废水，防止其溢流到厂区外对环境造成污染。收集的消防废水待事故后检测水质再确定其去向。

6 生产废水管道布置

生产废水管道布置也有一些不同于生活污水排水管道的特殊点需要注意。

在选用生产废水的管道管材时应基于被运输的物料流体特性，避免选择易被腐蚀、或与物料接触会发生反应的管材。

运输生产废水的管网优先考虑采用架空管（某些地区已对此有强制规定），如管道发生泄漏、破损的意外状况时可以较快被发现，避免污染土壤和地下水；受条件限制而采用埋地管道的情况下，在污染区，生产废水（包括初期雨水）的地下管道、检查井均需按GB/T 50934—2013《石油化工防渗工程技术规范》中的重点污染防治区进行相应的防渗处理。

此外，生产废水管道还应注意水封的设置。如在装置、罐区、建筑物和构筑物排水的出口处，全厂性支干管与干管的交汇处等地方均需设置水封，水封高度不得小于250 mm[5]。

7 结束语

工厂的排水系统设计除常规要求以外，还应充分考虑其特殊性，做到从经济性和实用性出发，安全与环保并重，严格遵守相关的设计标准和规范。