集約化技術(shù)在氧化鋁廠工業(yè)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(yè)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(gòu)筑物之一。隨著氧化鋁項目選址逐漸向海邊轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢，海邊地下水位對于工業(yè)廢水處理站的布置形式和對于水池結(jié)構(gòu)抗浮計算的影響，逐漸突顯出來。

根據(jù)氧化鋁廠生產(chǎn)廢水的特點，傳統(tǒng)工業(yè)廢水處理站主要由生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)和生活污水處理系統(tǒng)組成，每個水池均為獨立單體構(gòu)筑物，主要存在以下不足：

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

（2）土建投資費用高。工業(yè)廢水處理站多采用放坡開挖，由于水池均為單體構(gòu)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(zhì)，施工排水作業(yè)費用較高；

（3）抗浮性能差。由于構(gòu)筑物均為半地下式水池，故對于地下水位較淺的工業(yè)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(jié)構(gòu)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(jié)能的號召，對工業(yè)廢水處理站布置形式及工藝流程進行優(yōu)化設計勢在必行。

1 工藝流程

工業(yè)廢水處理站的生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)主要由格柵井、生產(chǎn)調(diào)節(jié)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(qū)內(nèi)各循環(huán)水系統(tǒng)溢流和排污產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水和廠區(qū)收集的初期雨水，處理后的合格水回用于生產(chǎn)工藝。

1.1 傳統(tǒng)工藝流程

1.1.1 正常時

生產(chǎn)廢水（含初期雨水）—格柵井—生產(chǎn)調(diào)節(jié)池—提升泵—平流沉淀池—回用水池—提升泵—工藝系統(tǒng)。

1.1.2 事故時

生產(chǎn)廢水—事故池—提升泵—格柵井—生產(chǎn)調(diào)節(jié)池—提升泵—平流沉淀池—回用水池—提升泵—工藝系統(tǒng)。

傳統(tǒng)工藝流程中生產(chǎn)調(diào)節(jié)池、平流沉淀池、生產(chǎn)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(tǒng)工藝平面圖

圖2 傳統(tǒng)工藝剖面圖

傳統(tǒng)工藝的布置方案雖然技術(shù)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(gòu)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(chǎn)廢水（含初期雨水）—格柵井—生產(chǎn)調(diào)節(jié)池—提升泵—平流沉淀池—回用水池—提升泵—工藝系統(tǒng)。

1.2.2 事故時

生產(chǎn)廢水—事故池—生產(chǎn)調(diào)節(jié)池—平流沉淀池—回用水池—提升泵—工藝系統(tǒng)。

集約化工藝流程中生產(chǎn)調(diào)節(jié)池與事故池合建，兩者之間通過圓閘閥聯(lián)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(tǒng)工藝存在的諸多問題，從根本上改變了傳統(tǒng)工藝的布置形式，節(jié)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(chǎn)運行情況看，該系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定。

2 經(jīng)濟效益對比

以國內(nèi)同類項目、相同處理規(guī)模的已建項目為例，進行集約化工藝與傳統(tǒng)工藝的經(jīng)濟效益分析，具體內(nèi)容如下：

2.1 減少土建投資

集約化技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)廢水處理站相比，將平流沉淀池與事故池合建，節(jié)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(yè)廢水處理站的構(gòu)筑物多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jīng)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(jié)果如下表所示：

名稱 集約化工藝 傳統(tǒng)工藝 經(jīng)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(guī)模的傳統(tǒng)工藝相比，集約化工業(yè)廢水處理站可節(jié)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(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)廢水處理站相比，節(jié)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(jīng)濟效益對比結(jié)果如下表所示：

名稱 集約化工藝 傳統(tǒng)工藝 經(jīng)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(guī)模的傳統(tǒng)工藝相比，集約化工業(yè)廢處理站的土建挖方量節(jié)省了約36%。

2.3 減少占地面積

集約化技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)廢水處理站相比，節(jié)省了單獨建設沉淀池所產(chǎn)生的占地面積，兩者經(jīng)濟效益對比結(jié)果如下表所示：

?

與同規(guī)模傳統(tǒng)工藝相比，集約化工業(yè)廢水處理站可節(jié)省占地面積約36.9%，節(jié)省了土地投資費用。

2.4 節(jié)省設備費用

集約化技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)廢水處理站相比，將生產(chǎn)調(diào)節(jié)池與事故池合建，節(jié)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(yè)廢水處理站集約化技術(shù)的特點為：從根本上改變了傳統(tǒng)工藝的布置形式，節(jié)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(jié)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(jié)論

通過上述對工業(yè)廢水處理站集約化技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)所做的對比與分析，得出結(jié)論：

（1）本工藝采用集約化技術(shù)，將生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池、事故池及平流沉淀池集于一體，節(jié)省了工業(yè)廢水處理站的總體占地，節(jié)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(jié)構(gòu)抗浮所產(chǎn)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(jié)約了土建的施工費用；

（4）通過將事故池與生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池合建，取消了事故池的提升水泵，節(jié)省了系統(tǒng)的設備投資；

（5）集約化技術(shù)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(yè)廢水處理站的設計具有一定的示范性作用。