淺談廠區污水系統改造項目的設計

，，，

(唐山三友化工工程設計有限公司，河北 唐山 063305)

唐山三友集團純堿分公司是亞洲最大的氨堿法純堿生產廠之一，作為河北省政府首批循環經濟試點企業，嚴格遵守相關的國家環境保護法律、法規和有關的地方環境保護規定，以減量化、再利用、資源化為原則，積極發展循環經濟，實現廢物的綜合利用。在國內化工企業首創“兩堿一化”(即純堿、氯堿、化纖)工業生態系統，實現了一連串的環保達標。面對當前越來越詳細，越來越具體的環保要求，規避環保風險，對廠區污水系統進行改造，以滿足化工企業污水排放的標準。

1 工藝方案的確定

1.1 改造前廠區污水系統工藝流程

廠內所有生產及輔助生產車間產生的生產污水均經過廠區排水管網匯集至污水泵房集水池，再由立式污水泵排至污水澄清系統濃縮，濃縮后的上清液由污水管排入氧化塘。氧化塘的水質定期檢測，檢測合格后的清液回收作為廠區石灰窯氣洗滌塔和一級堿渣泵沖洗用水。濃縮后的泥漿經渣漿泵送入一級泵站前池。作為污水主要來源的石灰窯氣洗滌塔沖洗后的污水，與生產及輔助生產車間產生的生產污水再進入廠區污水循環系統，完成污水的循環再利用。

采用氧化塘作為污水生物處理技術，雖然經氧化塘處理后的清液回水滿足生產指標的要求，但是氧化塘占地面積較大，隨著改建擴建項目的不斷增多，氧化塘工藝已經不能滿足公司長遠的發展要求。其次，采用氧化塘作為污水生物處理的技術，污水的凈化效果在很大程度上受季節、氣溫、光照等自然因素的控制，在全年范圍內，不夠穩定。氧化塘投入使用多年，塘底的防滲處理存在安全隱患。氧化塘為敞開式水處理工藝，夏季容易散發氣味和滋生蚊蠅等。綜合公司長遠發展的要求以及環境保護意識的提高，對污水系統進行工藝改造勢在必行。

1.2 廠區污水系統改造新流程的確定

原廠區污水循環系統污水處理的主要目的是分離石灰窯氣洗滌塔沖洗后的固體顆粒，所以污水循環系統設置的主要任務是進行固液分離。改造后的污水循環系統仍采用重力沉降的方式，在原有廠區污水系統的基礎上進行工藝改造。廠區污水經澄清處理后不再排入氧化塘，氧化塘回填不再使用。澄清后的清液通過DN500的清液管道送入減排澄清桶進行二次澄清，澄清后的清液通過管道自流入減排主廠房北側的清液桶，通過清液泵加壓后進入管道與廠區清液管網連接，供用戶使用。澄清后的沉淀物、水不溶物等通過DN100的排泥管道自壓進入減排澄清桶西南側新增設的泥儲罐，通過泥泵加壓進入壓濾工序，形成濾餅后作為工程土使用。

原廠區污水系統澄清系統主要用于高濃度污水的預處理，減排澄清桶為二次處理。廠區污水進入澄清桶中心套筒后，其流速隨中心套筒的逐漸擴大而減慢，而澄清面積隨外桶由下而上激劇地增加，使平均上升速度減小。套筒的下端形成固體顆粒沉降區，有利于提高顆粒的沉降速度。然后懸浮液進入過濾層并上升到澄清區。澄清液經頂部設置的放射狀集液管束溢流到中心桶，最后通過出液總管自流到澄清液桶。

圖1 廠區污水系統改造流程簡圖

2 主體設備的確定

設備選型以工藝技術方案和物料平衡為依據，本著成熟可靠、能力大、效率高、能耗低、污染少的原則，校核能力平衡后確定本裝置的主要設備。主要設備如表1。

表1 主要設備一覽表

依托減排車間現有2#、3#澄清桶，現有堿渣桶，通過增加泥儲罐、泥泵、清液泵等對原廠區污水系統進行改造，以較少的資金投入完成工程建設，充分利用了企業現有資源，符合國家大力倡導的節能減排、安全環保和產業發展政策，具有較好的建設條件，具有一定的企業經濟效益和社會環保效益。

3 設備平面布置圖設計

設備布置要考慮生產工藝對設備布置的要求、設備安裝對設備布置的要求以及廠房建筑對設備布置的要求。布置設備時一定要滿足工藝流程順序，要保證水平方向和垂直方向的連續性。由于改造后的廠區污水系統采用了利舊設備，除需考慮主體設備在現場實際中的位置外，還應充分利用設備的高低位差，以節省動力設備及費用。

3.1 清液桶和清液泵的平面布置圖設計

清液桶為減排車間原堿渣桶，現利舊使用，用于存放從澄清桶沉淀后的上清液。原堿渣桶位于減排車間壓濾主廠房西北側，設備位號為F0801b。清液泵應與清液桶位置較近且便于安裝、維護及檢修。但由于多年改建擴建項目的增加，致使堿渣桶周圍已無多余空地用于清液泵的安裝。經過現場多次考察研究，確定將清液泵安裝于壓濾主廠房東北側，堿渣桶的東側。具體位置見圖2。

最西側清液泵J0801a中心距利舊堿渣桶F0801b中心為28.2 m，F0801c中心與清液泵J0801a中心間距為19.8 m，中間空余場地考慮安裝和檢修時吊車的操作空間。三臺泵J0810a、J0810b、J0810c自西向東并聯排列，泵中心間距為3 m，泵與泵的間距為2.2 m，滿足泵與泵的間距不小于0.7 m的設備布置的安全距離。泵的最南側地腳螺栓中心與墻的間距為3.94 m，滿足泵與墻的間距至少為1.2 m的設備布置的安全距離。

圖2 清液桶和清液泵的平面布置圖

3.2 泥儲罐和泥泵的平面布置圖設計

泥儲罐用于儲存2#、3#澄清桶底部排泥，為避免管道內介質的固體顆粒堵塞管道，泥儲罐應距澄清桶位置較近。同理，泥泵應與泥儲罐保證最短距離。減排4臺套澄清桶布置如圖3，如在四個澄清桶中心安裝泥儲罐和泥泵顯然不利于施工和檢修。最后確定將泥儲罐和泥泵安裝于4#澄清桶西南側。

泥儲罐和泥泵的位置如圖4所示，滿足設備布置的安全距離要求。

圖3 澄清桶布置圖

4 管道的設計

4.1 澄清液部分管道設計

根據生產情況可以確定清液量Q=1000 m3/h，清液泵開二備一，每臺清液泵額定流量為520 m3/h，根據生產經驗設定清液桶F0801b進入清液泵的泵進口流速為1.2 m/s，根據公式

1.15 m/s在《化工工藝設計手冊》常用介質流速推薦表的范圍中，滿足允許壓力降和工藝的要求。故可以確定清液泵進口管徑為DN400。同理，可知清液泵出口管徑為DN350。三臺清液泵進口總管為DN600，出口總管為DN500。

4.2 泥儲罐部分管道設計

根據生產情況可以確定泥量Q=50 m3/h，清液泵開一備一，每臺清液泵額定流量為50 m3/h，根據生產經驗設定新增泥儲罐進入泥泵的進口流速為1.5 m/s，根據公式計算和校驗，確定泥泵進口管徑為DN150，泥泵出口管徑為DN100。兩臺泥泵進口總管為DN150，出口總管為DN100。

5 離心泵總揚程的確定

水泵的揚程是根據所采用的給水系統的工作條件來決定的，計算時還應考慮增加1～2 m的安全水頭。此外，一般情況下還要求泵的額定揚程為裝置所需楊程的1.05倍。取安全水頭為1.5 m，水泵揚程的計算公式為H=1.05×H'ST+∑h+Hsev+1.5)，其中H'ST為最低動水位與給水管網中控制點的地面標高差，∑h為管路中的總水頭損失，Hsev為給水管網中控制點所要求的最小自由水壓(也叫服務水頭)。

5.1 新增清液泵總揚程的確定

新增清液泵由利舊堿渣桶F0801b送入廠區污水循環回用系統，地面標高差H'ST為12 m，服務水頭Hsev為35 m。

泵出口管道管徑為DN500，全程直管735 m，90°彎頭24個，45°彎頭2個，流量計1個，蝶閥2個，閘閥3個。

管件及閥門的當量長度為

0.5×24×35+0.5×2×17+0.5×1×350+0.5×2×300+0.5×3×9=926 m

可理解為直管段長度為735+926=1 661 m

雷諾數

取管壁的絕對粗糙度ε=0.2(按正常條件下工作的無縫鋼管)

由此可知，4 000

試差法求得λ=0.0168

單位體積流體的沿程損失為

設計采用直管道壓力降

ΔP=38.01×1.15=43.71 kPa

故可以確定水泵的揚程為

H=1.05×(12+4.371+35+1.5)=55.51 m

5.2 新增泥泵總揚程的確定

新增泥泵由新增泥儲罐送入減排車間廢液前池，控制點所要求的最小自由水壓為0，故服務水頭Hsev可不考慮。地面標高H'ST差為9 m。

泵出口管道管徑為DN100，全程直管337 m，90°彎頭26個，流量計1個，漿液閥4個。

依據新增清液泵的計算過程，同理可以確定新增泥泵的泵參數為：揚程20 m，流量50 m3/h。

6 結 語

廠區污水系統改造項目設計完成后，能更有效的分離利用上清液，實現環保達標，規避了環保風險。但是，廠區污水系統涉及到每個生產車間及輔助車間的污水系統，在項目實施后，還要考慮各車間及輔助單位的污水改造，其后續工作需進一步進行緊密設計和改造。