工业净水处理系统升级改造方案及成效

李海松

（福建三钢闽光股份有限公司动力厂，福建三明 365000）

前言

钢铁企业是用水大户，大多数钢铁企业生产使用的补充水取自地表河流，水质波动大，需对原水进行净化处理。福建三钢动力厂二泵站作为一座工业净水处理及加压站，主要负责三钢本部北区各生产工序水系统补充水的净化处理与供给。该站始建于上世纪80 年代，投产至今，虽经历多次技术改造，但系统工艺落后、设备设施陈旧，已无法满足目前生产的需求。为保证生产供水的稳定性，同时做好污泥的收集处理，系统升级改造势在必行。

1 水处理系统现状及存在问题

二泵站的净水处理系统包括1座预沉池、2座穿孔旋流反应池及斜管沉淀池（一大一小2 座反应沉淀池，一用一备），并配套1座加压泵站，对原水进行净化沉淀处理后，工业净水经加压输送至三钢本部北区各生产工序使用。原水取自当地沙溪河，通常浊度小于60 NTU（雨季最高达到800 NTU），原水经二泵站净化处理后的出水浊度小于10 NTU，日常处理并外供水量约为1 700 m3/h。站内未建污泥处理系统，反应沉淀等生产过程中所产生的污泥直接外排。工艺流程见图1。

图1 改造前二泵站水处理工艺流程图

系统存在如下问题：

（1）现有的两座反应沉淀池处理能力差距大，系统备用不足。大池处理水量为2000 m3/h，小池处理水量为800 m3/h，平时大池运行小池备用。当大池进行清池或更换斜管作业时，需启用小池运行，因处理水量小无法满足供水需求，大池检修期间经常导致出水水质不达标，影响后续各工序的正常生产。

（2）由于反应沉淀池（大池）为旧池改造，排泥斗坡度较缓，排泥不畅，易造成泥斗及斜管积泥。为保证出水水质和避免斜管积泥塌陷，每2 年需进行清池。由于斜管易积泥，使斜管使用寿命减短，每4年需进行斜管更换，维护成本高（单次清泥及斜管更换费用约80 万元）。

（3）无污泥处理系统。反应沉淀池净化过程所产生的污泥直接外排（排泥量300～600 m3/d），反应沉淀池清池时，污泥也只能冲稀后直接外排。

（4）设备老旧。加压泵组为上世纪80 年代产品，效率低、能耗大且无法远程启停操作。水阀及排泥阀均为手动阀，阀门开关及排泥等作业需现场手动操作，设备老化且自动化水平低。

随着企业生产节奏的日益加快，如何解决二泵站净水处理系统的长周期稳定运行及污泥外排等问题迫在眉睫。

2 系统改造方案的确定及实施步骤

由于改造施工周期较长，改造期间为满足企业日常生产用水需求，须保持大反应沉淀池处于正常生产状态，只能利用备用反应沉淀池所处区域进行改造施工。而小池占地面积小（平面尺寸约为42 m×24 m），如何在有限的空间内实现升级改造，水处理工艺方案的选择至关重要。

高密度沉淀池在传统平流沉淀池的基础上，充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论，其特点是集强化混凝、斜管沉淀和污泥浓缩为一体，分离效率高，占地面积小，出水浊度低，表面水力负荷可达30 m3/（m2·h）［1］。其表面负荷是平流沉淀池的15倍，表面负荷越高意味着占地面积越少。且与常规的混合反应沉淀池相比，高密度沉淀池采用机械搅拌混合，可以根据进水流量调节机械搅拌转速来控制搅拌速度梯度，使混合效果达到最佳，同时增强了抗击水量及水质变化的能力。高密度沉淀池为三个单元的综合体：反应、预沉浓缩和斜板分离，其结构简单、紧凑，可紧挨其他构筑物修建，节约建设用地，是本次改造的理想解决方案。

针对系统存在的问题，同时为了实现边生产边改造的目标，本次水处理系统升级改造方案及实施步骤如下：

（1）拆除备用反应沉淀池（小池），在该位置新建一座高密度沉淀池，采用钢筋混凝土结构，共分3组，并联运行。

（2）对现有加压泵站进行改造，在此区域北侧新建1 座综合生产车间，包括加压泵站、变配电间、主控室、加药间、空压机室及备件间等。

（3）待新变配电室投运后，拆除现有配电室，在此区域及原加压泵站南侧新建1座污泥脱水机站及2座污泥浓缩池。

（4）按新处理工艺流程布置厂区内生产管线，以满足水处理构筑物运行需求。

（5）待新建高密度沉淀池、污泥脱水机站及加药间建成投运后，对预沉池、穿孔旋流反应池及斜管沉淀池（大池）进行改造，将其作为蓄水池。

（6）原水处理系统主要信号送至DCS 系统，控制系统能对所有设备（含电动阀门）进行集中检测、监视、报警、自动控制，系统主要设备均可实现远程或就地操作，提升系统自动化水平。

3 工艺改造具体措施及效果

3.1 净水处理系统

新建1 座高密度沉淀池，安装转鼓格栅的进水渠及分配槽与沉淀池合建，平面尺寸42.6 m×22.65 m，高密度沉淀池共分为3 个池，并联运行，处理能力7.5 万m3/d，单池处理能力为1 042 m3/h。

每组高密度沉淀池具体参数：

（1）混合池：平面尺寸 3.00 m×3.45m，有效水深3.5 m，停留时间约2.09 min。配套机械搅拌器，搅拌叶轮高速旋转使投加的絮凝剂与原水充分混合。

（2）絮凝区：平面尺寸5.2 m ×5.2 m，有效水深6.75 m，停留时间约10.04 min。反应池内安装1 个钢制絮凝搅拌筒，在筒中投加的助凝剂与原水、回流活性污泥通过搅拌机进行搅拌提升，形成高效絮凝过程。

（3）澄清区：平面尺寸11.5 m×11.5 m，有效水深6.75 m，停留时间约35.2 min。斜板区面积92.9 m2。沉淀池出水采用穿孔集水槽集水，水在斜管区的实际上升流速11.8 m/h。配置中心传动浓缩机1台。

（4）污泥系统：单池设置2 台剩余污泥泵（一用一备），同时设置1 台污泥回流泵，污泥循环回流系数为0.04。

（5）PAC（聚合氯化铝）加药系统2 套，PAM（阳离子聚丙烯酰胺）加药系统1 套（3 组高密度沉淀池共用）。

高密度沉淀池工艺流程：原水先进入混合池，池内投入混凝剂PAC，混凝剂与原水充分、快速混合后进入絮凝池。絮凝池中投加高分子助凝剂PAM 及回流活性污泥，絮凝池中絮体不断增大，形成大而密实的矾花。絮凝池出水经推流过渡进入斜管沉淀池，再通过斜管沉淀池实现固液分离。清水自流至蓄水池，污泥部分回流至絮凝池，目的在于加速矾花的生长以及增加矾花的密度，剩余部分送至污泥处理系统进行脱水处理。［2］高密度沉淀池工艺流程见图2。

图2 高密度沉淀池工艺流程图

日常3 组高密度沉淀池同时运行，当其中1 组高密度沉淀池检修时，另2 组高密度沉淀池并联运行，保证出水水量及水质达到用户需求。

3.2 污泥处理系统

新建2 座污泥浓缩池及1 座污泥脱水机站。污泥脱水机站分两层布置，一层布置厢式隔膜压滤机的配套设备，包括压榨泵及压榨水罐、进泥螺杆泵组、滤布清洗系统、PAM 加药系统、以及污泥外运装载区等；二层布置厢式隔膜压滤机及自动储泥斗。污泥处理系统入口排泥水含水率90%～98%，经脱水处理后出口干泥含水率≤70%，单日处理干泥量约2.5 t。

新建构筑物：

（1）污泥浓缩池2座，一用一备。单池直径6.6 m，池边有效水深4 m，每座配套悬挂式中心传动浓缩机1台。

（2）污泥脱水机站平面尺寸22.7 m×13.8 m，配置厢式隔膜压滤机及配套设备共2套，一用一备，单台厢式隔膜压滤机过滤面积300 m2。

污泥处理工艺流程：高密度沉淀池剩余污泥经污泥泵加压输送至污泥浓缩池，经浓缩池进一步浓缩处理，污泥浓缩池的上清液依靠重力流直接回流至高密度沉淀池进水分配槽，污泥经二次浓缩并加入PAM 助凝剂后，经进泥螺杆泵输送至厢式隔膜压滤机进行脱水，脱水泥饼进入自动储泥斗，由泥饼运输车外运处置。

3.3 改造后的效果

净水处理系统改造后投入运行效果良好，解决了改造前存在的问题，并提升了系统装备水平，改善了现场作业环境。改造后工艺流程见图3。

（1）高密度沉淀池投运后，原水净化处理后的出水浊度小于5 NTU，出水水质良好。日常3 组高密度沉淀池同时运行，当其中1 组高密度沉淀池检修时，另2组并联运行，处理水量达到2 000 m3/h 以上，保证出水水量及水质满足用户需求，彻底解决系统检修时备用系统处理能力不足的问题。

（2）新增污泥处理系统，污泥经脱水处理后外运处置，消除了原来污泥直排可能引起的环保问题。

（3）新系统排泥效果良好，大幅延长了清池及斜管更换的检修周期，降低了净水处理系统的日常运行维护成本。

（4）将预沉池、穿孔旋流池及斜管沉淀池改造为清水池，总容积约为10 200 m3，大幅提高了二泵站的保有水量，在水源泵站故障无法供给原水时，有效延长了二泵站的供水时间。

（5）改造完成后主要设备的控制均集中在综合控制室，可采用DCS 自动、远程手动操作及机旁手动操作等方式。实现了原水处理系统的全自动加药、自动排泥、污泥处理系统设备的自动控制、加压泵组及电动阀门的远程操控。全面提高了净水处理系统的自动化水平，大幅降低了岗位职工劳动强度。

4 结束语

综上所述，本次净水处理系统升级改造因地制宜选择合适的工艺方案，新增污泥处理系统，解决了系统备用处理能力不足及污泥直排等问题，效果显著。