集約化技術在氧化鋁廠工業廢水處理站中的應用

張 旭

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110000）

工業廢水處理站是氧化鋁廠污廢水回收利用的核心工藝，也是影響氧化鋁廠總圖占地的主要建構筑物之一。隨著氧化鋁項目選址逐漸向海邊轉移的發展趨勢，海邊地下水位對于工業廢水處理站的布置形式和對于水池結構抗浮計算的影響，逐漸突顯出來。

根據氧化鋁廠生產廢水的特點，傳統工業廢水處理站主要由生產廢水處理系統和生活污水處理系統組成，每個水池均為獨立單體構筑物，主要存在以下不足：

（1）占地面積大。事故池是工業廢水處理站中占地面積最大的單體構筑物，它既要滿足排水管網接口標高的條件，又要滿足能夠儲存下工藝事故時的生產排水量，所以事故池通常埋設較深，且事故池在正常狀態下處于無水狀態，在工作狀態下其頂部也存在較大空間的浪費；

（2）土建投資費用高。工業廢水處理站多采用放坡開挖，由于水池均為單體構筑物且水池較深，故開挖面積較大、土建挖方量較大；對于地下水位較淺的地質，施工排水作業費用較高；

（3）抗浮性能差。由于構筑物均為半地下式水池，故對于地下水位較淺的工業廢水處理站，需通過增加水池池板配重的方式來增加水池的抗浮能力，以滿足結構抗浮計算的要求。

為了減少工程的總體占地面積，減少工程土建的施工費用及材料費用，為響應國家節能的號召，對工業廢水處理站布置形式及工藝流程進行優化設計勢在必行。

1 工藝流程

工業廢水處理站的生產廢水處理系統主要由格柵井、生產調節池、提升泵、平流沉淀池、回用水池、回用泵及事故池組成。主要用于處理氧化鋁廠區內各循環水系統溢流和排污產生的生產廢水和廠區收集的初期雨水，處理后的合格水回用于生產工藝。

1.1 傳統工藝流程

1.1.1 正常時

生產廢水（含初期雨水）—格柵井—生產調節池—提升泵—平流沉淀池—回用水池—提升泵—工藝系統。

1.1.2 事故時

生產廢水—事故池—提升泵—格柵井—生產調節池—提升泵—平流沉淀池—回用水池—提升泵—工藝系統。

傳統工藝流程中生產調節池、平流沉淀池、生產回用池及事故池均為獨立設計。具體布置方案如下：

圖1 傳統工藝平面圖

圖2 傳統工藝剖面圖

傳統工藝的布置方案雖然技術成熟，廣為應用，但存在占地面積較大的問題；如果將其應用于臨海建設或地下水位較淺的氧化鋁廠時，則存在水池抗浮難度大、土建施工費用高等問題；同時由于構筑物均為獨立單體，則存在設備投資費用高的問題。

1.2 集約化工藝流程

1.2.1 正常時

生產廢水（含初期雨水）—格柵井—生產調節池—提升泵—平流沉淀池—回用水池—提升泵—工藝系統。

1.2.2 事故時

生產廢水—事故池—生產調節池—平流沉淀池—回用水池—提升泵—工藝系統。

集約化工藝流程中生產調節池與事故池合建，兩者之間通過圓閘閥聯通，且平流沉淀池建設在事故池頂部。具體布置方案如下。

圖3 集約化工藝平面圖

圖4 集約化工藝剖面圖

集約化工藝針對傳統工藝存在的諸多問題，從根本上改變了傳統工藝的布置形式，節省了總圖占地，降低了因占地所造成的土建施工投資；取消了事故池的提升泵，簡化了工藝流程。從投產運行情況看，該系統運行安全、穩定。

2 經濟效益對比

以國內同類項目、相同處理規模的已建項目為例，進行集約化工藝與傳統工藝的經濟效益分析，具體內容如下：

2.1 減少土建投資

集約化技術與傳統工業廢水處理站相比，將平流沉淀池與事故池合建，節省了因地下水造成的水池底板抗浮處理所增加的混凝土配重。由于工業廢水處理站的構筑物多為鋼筋混凝土結構形式，估算兩種布置方案的土建材料用量，材料價格以市場行情及實際經驗估算：鋼筋混凝土（底板、頂板）按1000 元/ m3計，鋼筋混凝土（池壁）按1200 元/ m3計，地基處理按530 元/m3計，針對兩工藝的不同之處進行對比，結果如下表所示：

名稱 集約化工藝 傳統工藝 經濟效益鋼筋混凝土頂板和底板 240m3 380m3 140m3 14（萬元）池壁 170m3 275m3 105m3 12.6（萬元）地基處理（沉淀池） 0 46m3 46m3 2.4（萬元）提升水泵 0 2 臺 2 臺 2.2（萬元）

與同規模的傳統工藝相比，集約化工業廢水處理站可節省材料成本約31.2 萬元。

2.2 減少地基處理費用

集約化技術與傳統工業廢水處理站相比，節省了原沉淀池獨立建設時導致的土建挖方費用，按機械挖方費用5 元/ m3計，兩者經濟效益對比結果如下表所示：

名稱 集約化工藝 傳統工藝 經濟效益挖方體積（m3） 12880.9 19980.6 5360.7挖方費用（萬元） 6.4 10 3.6

與同規模的傳統工藝相比，集約化工業廢處理站的土建挖方量節省了約36%。

2.3 減少占地面積

集約化技術與傳統工業廢水處理站相比，節省了單獨建設沉淀池所產生的占地面積，兩者經濟效益對比結果如下表所示：

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與同規模傳統工藝相比，集約化工業廢水處理站可節省占地面積約36.9%，節省了土地投資費用。

2.4 節省設備費用

集約化技術與傳統工業廢水處理站相比，將生產調節池與事故池合建，節省了因事故池水提升所增加的兩臺提升水泵。

通過以上對比，工業廢水處理站集約化技術的特點為：從根本上改變了傳統工藝的布置形式，節省了總圖占地，降低了因占地所造成的土建施工投資；取消了平流沉淀池的基礎開挖，減少了土建的開挖量，降低了土建的施工難度，節約了土建的施工費用；取消了事故池的提升泵，簡化了工藝流程。

3 結論

通過上述對工業廢水處理站集約化技術與傳統技術所做的對比與分析，得出結論：

（1）本工藝采用集約化技術，將生產廢水調節池、事故池及平流沉淀池集于一體，節省了工業廢水處理站的總體占地，節省出的空間可供生活污水處理站設計使用；

（2）通過將平流沉淀池置于事故池池板上，增加了事故池的整體重量，降低了因水池結構抗浮所產生的費用，充分有效地利用了事故池頂部的無效空間；

（3）取消了平流沉淀池的基礎開挖，減少了土建的開挖量，降低了土建的施工難度，節約了土建的施工費用；

（4）通過將事故池與生產廢水調節池合建，取消了事故池的提升水泵，節省了系統的設備投資；

（5）集約化技術更適用于占地緊張、地下水位淺及海邊建設的氧化鋁廠，對于該廠工業廢水處理站的設計具有一定的示范性作用。