加藥間防腐蝕工藝設(shè)計在水廠的應(yīng)用與優(yōu)化

羅越月

(中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司，四川成都 610081)

加藥是給水處理的重要環(huán)節(jié)之一，加藥間是水廠的重要設(shè)施，主要為水處理的混凝沉淀流程服務(wù)。水廠加藥間的設(shè)計，應(yīng)本著安全可靠、經(jīng)濟耐用的原則，考慮能投加多種混凝劑，兼顧固體和液體混凝劑，并可投加助凝劑。通過比較新標準《室外給水設(shè)計標準》(GB 50013—2018)[1]與舊規(guī)范《室外給水設(shè)計規(guī)范》(GB 50013—2006)的變化，除了保留對與混凝劑和助凝劑接觸的池內(nèi)壁、設(shè)備、管道和地坪采取相應(yīng)防腐措施的條文9.3.7，還增加了對溶解池、溶液池、投加池和原料儲存池應(yīng)采用耐腐蝕的材質(zhì)和進行漏液收集的條文9.3.4中第8款。反映出近年來行業(yè)對加藥間防腐蝕設(shè)計從水質(zhì)達標、生態(tài)環(huán)境、職業(yè)健康角度都提出了更高要求，以及生產(chǎn)一線在不斷總結(jié)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，具備可供積極采用、行之有效的新材料和新設(shè)備。

盡管標準對凈水廠加藥間工藝設(shè)計有防腐蝕處理的要求，但條文僅為總體原則性規(guī)定，并未根據(jù)不同的藥劑有針對性地提出防腐蝕措施意見。同時，多年工程實踐表明，防腐蝕設(shè)計需工藝、建筑、結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)的密切配合，單一個環(huán)節(jié)處理不當易影響水廠穩(wěn)定運行，甚至致使出廠水不達標，不得不停產(chǎn)檢修，造成安全和經(jīng)濟上的嚴重后果。在工程實踐中，常見由于設(shè)備材質(zhì)選擇不當、或者施工質(zhì)量不良等，造成加藥間儲池、設(shè)備等腐蝕老化嚴重，維修管理頻繁、費用高，甚至發(fā)生腐蝕性的藥液泄露，對廠區(qū)衛(wèi)生、環(huán)境及工人的工作安全產(chǎn)生了極為不良的影響。

1 投加藥劑存在的問題分析及優(yōu)化

針對不同水質(zhì)原水，藥劑品種和投加量選取各有不同。在城鎮(zhèn)水廠中，除消毒劑外，最常用的水處理藥劑主要有凝聚劑、絮凝劑和助凝劑。鋁鹽和鐵鹽是常用的混凝劑，無機混凝劑多采用固體和液體三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、堿式氯化鋁(PAC)；酸、堿、氧化劑(氯、高錳酸鉀)、石灰和聚丙烯酰胺為常用的助凝劑，助凝劑按在混凝過程中的作用分為調(diào)節(jié)或改善混凝條件的酸、堿和加大礬花顆粒、比重和結(jié)實性的活化硅酸、聚丙烯酰胺(PAM)及骨膠等；高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺(PAM)等[2]。

以目前給水處理中常用的投加藥劑混凝劑鐵鹽、PAC、絮凝劑PAM及助凝劑酸堿逐一進行針對性分析。水廠加藥間混凝劑調(diào)制與投加的基本工藝流程如圖1所示。

圖1 混凝劑調(diào)制與投加工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Coagulant Preparation and Dosing

1.1 鐵鹽(FeCl3)

FeCl3腐蝕性很強，不僅對金屬有腐蝕，對混凝土也有較強腐蝕，且溶解時產(chǎn)生大量熱量。當溶液濃度為20%時，溶解溫度高達50～90 ℃，對溶解池腐蝕嚴重，塑料管也會因發(fā)熱而引起變形。

因此，進行如下優(yōu)化：(1)投加FeCl3的水廠加藥間溶解池應(yīng)采用嚴格的防腐蝕措施，實踐中鋪貼灰綠巖板防腐層，采用環(huán)氧樹脂隔離層效果較好[3]；(2)塑料加藥管路不耐高溫易變形，宜采用鑄鐵-陶瓷復(fù)合管[5]，并盡量減少加藥管路上的閥門數(shù)量，以降低因藥液腐蝕造成的損壞和維修；(3)溶解池的攪拌，應(yīng)盡量采用水力或壓縮空氣攪拌，如采用機械調(diào)制，攪拌設(shè)備需采取防腐蝕措施。

1.2 堿式氯化鋁(PAC)

PAC的腐蝕性較小，與硫酸鋁比較，具有混凝效果好、適應(yīng)的pH范圍寬而穩(wěn)定、投藥量少、節(jié)省藥耗的優(yōu)點，是給水處理中最常用的凝聚劑之一。PAC可采用原液稀釋后投加，7～15 d儲備量用混凝土儲池存儲在室外；也可采用一體化設(shè)備液液、固液配制和投加。不銹鋼不耐含氯離子的介質(zhì)，因此，一些采用不銹鋼材質(zhì)的一體化PAC投加設(shè)備常常腐蝕嚴重，如圖2所示。

圖2 一體化PAC投加設(shè)備腐蝕嚴重Fig.2 Severe Corrosion of Integrated PAC Dosing Equipment

優(yōu)化設(shè)計：(1)液體PAC混凝土儲池可采用四布五油環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐，或采用耐腐蝕的化學(xué)儲罐；(2)一體化投加設(shè)備應(yīng)采用碳鋼焊接，內(nèi)部襯膠或PE防腐，或換用PVC材質(zhì)的罐體。

1.3 聚丙烯酰胺(PAM)

絮凝劑多采用PAM，因其吸附架橋作用，助凝效果佳，被認為是目前處理高濁度水最有效的高分子絮凝劑之一。PAM無色、無味、無臭，沒有腐蝕性。使用中多采用成套配制與投加設(shè)備，原料儲存和溶液配制應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標準《高濁度水給水設(shè)計規(guī)范》(DJJ 40—2011)的有關(guān)規(guī)定。PAM水溶液一般具有一定黏度，需避免因藥液沉積結(jié)塊進而堵塞漏液。

優(yōu)化設(shè)計：(1)加藥管道設(shè)計除進行水力計算外，還必須保證足夠的管道坡降；(2)對于有水解PAM溶液池的投藥間，因有氨氣放出，有一定的腐蝕性和刺激作用，室內(nèi)需加強通風設(shè)施。

1.4 酸堿

強腐蝕性液體例如硫酸、氫氧化鈉的鋼筋混凝土儲池內(nèi)部，過往多采用環(huán)氧玻璃鋼襯里、耐酸瓷磚面等防腐蝕措施，機械強度不夠、結(jié)合層和灰縫部分薄弱、存在池底角落等施工死角，受施工質(zhì)量影響很大，一旦出現(xiàn)小裂口，酸液開始滲漏、腐蝕、逐步擴大，最終會形成大面積嚴重的腐蝕破壞。這種滲漏的酸堿液體對地基造成的腐蝕極為隱蔽，可能持續(xù)到周圍地面塌陷才被發(fā)現(xiàn)，給生產(chǎn)造成較大的安全隱患。

某水廠鹽酸儲池局部腐蝕嚴重情況如圖3所示。池角的混凝土層腐蝕穿孔，鋼筋也被腐蝕。腐蝕性液體在不易察覺的情況下大量泄露滲透至地基土層，對廠區(qū)環(huán)境造成很大破壞，影響十分嚴重。

圖3 鹽酸儲池局部腐蝕破壞嚴重Fig.3 Serious Local Corrosion Damage in Hydrochloric Acid Storage Tank

設(shè)計優(yōu)化：(1)存放酸堿的鋼筋混凝土儲池內(nèi)部防腐應(yīng)按照《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計標準》(GB/T 50046—2018)進行合理設(shè)計，并嚴格遵守《建筑防腐蝕工程施工規(guī)范》(GB 50212—2014)和《建筑防腐蝕工程施工質(zhì)量驗收標準》(GB/T 50224—2018)進行正確施工、正常使用和維護，定期進行必要的檢測、防護和維修；(2)由于HDPE化學(xué)儲罐成套設(shè)備具有無焊接、不滲漏、耐腐蝕、無毒性、重量輕、符合衛(wèi)生標準等優(yōu)點，近年來多有采用；(3)酸堿罐如果有呼吸閥，呼吸閥宜設(shè)在室外，實踐中在罐內(nèi)加注一層5 cm左右的液體石蠟、進液管插入石蠟層下等，對阻止酸霧的揮發(fā)有較好的作用；(4)硫酸管道材質(zhì)采用不銹鋼SS616 L，法蘭連接，氫氧化鈉管道可采用PVCF[4]。

酸堿儲罐如果外漏事故發(fā)生，易造成嚴重的次生災(zāi)害，對人身安全和周邊環(huán)境造成很大影響。

優(yōu)化措施：(1)儲罐周圍應(yīng)設(shè)圍堤，圍堤一般高為900 mm[4]，體積以能夠收集單套儲罐泄露液體、保持溶液短時間內(nèi)不至于大量流失，能及時采取回收措施為標準；圍堤可通過管道與廠區(qū)污水井相連，管道采用手動閘閥控制，平時常閉；(2)當儲罐泄露時，可利用移動式泵將圍堤中的溶液收集，僅在沖洗剩余的少量溶液時，方可打開閥門，將沖洗廢液排放至廠區(qū)污水管中。

為了運行維護人員的安全：(1)應(yīng)設(shè)洗眼器，同時就近儲備防酸堿工作服、防酸堿面罩、防酸堿手套及靴子等用品；(2)應(yīng)充分考慮酸液腐蝕金屬產(chǎn)生的氫氣易積聚在屋頂死角、或管道上部密封處，遇明火可能引發(fā)爆炸，檢修時應(yīng)充分通氣。

2 投加設(shè)施設(shè)計優(yōu)化

2.1 儲池、溶解池設(shè)計優(yōu)化

(1)儲池的防腐蝕內(nèi)襯是一道封閉式的整體，當管道穿過池壁和底板，易造成架構(gòu)和防腐上的薄弱環(huán)節(jié)，因此，管道出入口宜設(shè)置在池頂部。當確需在側(cè)壁設(shè)置時，應(yīng)埋設(shè)耐腐蝕的套管，套管與管道間的間隙應(yīng)采用耐腐蝕材料填封。

(2)儲存腐蝕性液態(tài)介質(zhì)的鋼筋混凝土儲池，池底板下宜留有0.3～0.4 m觀察空間，便于檢查有無滲漏，可采用條形或環(huán)形基礎(chǔ)架空設(shè)置。池壁外側(cè)也宜留有檢查滲漏的條件。與土壤接觸的表面，應(yīng)設(shè)置防水層。

(3)混凝劑溶解池內(nèi)易沉積藥品廢渣，堵塞出液口和加藥管道，需常清理。因此，溶解池底部的沉渣高度應(yīng)不小于0.3 m，且設(shè)放空管(>DN100)[5]，底部坡度不小于0.02，并在溶液池內(nèi)增設(shè)攔渣和清渣設(shè)施。

2.2 設(shè)備基礎(chǔ)及排水溝設(shè)計優(yōu)化

(1)設(shè)備如加藥泵等基礎(chǔ)頂面高出地面面層不小于100 mm?；A(chǔ)錨固螺栓孔的灌漿材料，上部應(yīng)采用耐腐蝕膠泥封填，深度不小于50 mm。

(2)在檢修維護過程中，為便于收集沖洗廢水，加藥間應(yīng)設(shè)置排水溝。底層地面排水坡度不小于2%，坡向排水溝，溝底縱向坡度宜為0.5%～1%，并設(shè)置耐腐蝕材質(zhì)的篦子板或格柵型蓋板，也便于在內(nèi)部有腐蝕情況時及早發(fā)現(xiàn)、進而處理。排水溝地漏應(yīng)采用耐腐蝕材料制作，上口直徑不宜小于150 mm，與地面應(yīng)嚴密連接。

3 其他相關(guān)設(shè)計優(yōu)化

盡管水廠加藥間設(shè)計通常由工藝專業(yè)作為主體專業(yè)，主導(dǎo)確定投加藥劑種類、加藥方式、加藥間布置等要點，但其他專業(yè)相關(guān)防腐蝕設(shè)計如果沒有跟上，將會成為生產(chǎn)實踐中的短板。目前，水廠加藥間的結(jié)構(gòu)、建筑等設(shè)計往往基于各專業(yè)的傳統(tǒng)經(jīng)驗，或按照全廠統(tǒng)一標準做法，各專業(yè)間易遺漏協(xié)同對接、缺乏統(tǒng)一的標準。在過程中，應(yīng)按照統(tǒng)一藥劑腐蝕性共識，同步設(shè)計、同步實施防腐蝕措施，加強薄弱環(huán)節(jié)防腐。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

現(xiàn)行《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計標準》(GB/T 50046—2018)[6]里的防腐設(shè)計標準，其中對混凝土強度、鋼筋保護層厚度、基礎(chǔ)材料和深度、防護要求等，相比市政行業(yè)常用的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010—2010)(2015年版)、《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50069—2002)的標準提高很多，對工程造價有直接影響。設(shè)計前，應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)勘察報告、確認當?shù)貙彶閱挝粚λ畯S地下構(gòu)筑物防腐蝕措施的相關(guān)要求，綜合考慮。加藥間結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)參照GB/T 50046—2018選取對不同腐蝕性介質(zhì)的做法，且應(yīng)適當提供次選做法，以供部分地區(qū)因供貨，或者專業(yè)技工缺失等，無法實現(xiàn)時替代采用。

3.2 建筑設(shè)計優(yōu)化

(1)加藥間的地坪池體附近的墻裙，可采用環(huán)氧樹脂膠泥鋪砌30 mm厚耐酸瓷磚或樹脂砂漿等整體面層，并設(shè)防滑措施。操作平臺可采用纖維增強塑料格柵地面。

(2)強腐蝕等級時，儲池內(nèi)表面不得埋設(shè)鋼制預(yù)埋件。儲池的欄桿和池內(nèi)的爬梯、支架等，宜采用纖維增強塑料型材或耐腐蝕的金屬制作。

3.3 電氣設(shè)計優(yōu)化

電纜不應(yīng)埋設(shè)在腐蝕性液體作用的地面下，一般采用電纜溝集中設(shè)置，電纜溝應(yīng)采取措施防止地面排水進入。

4 結(jié)論

(1)加藥間的設(shè)計應(yīng)從藥劑的選擇、投加量、儲存、制備到投加，乃至控制綜合考慮。從安全、環(huán)境、健康角度，加藥間防腐蝕設(shè)計有了新要求、新材料、新設(shè)備等可供選擇。

(2)應(yīng)根據(jù)投加藥物的腐蝕性、環(huán)境條件、生產(chǎn)操作管理水平和施工維修條件等，綜合選擇合適的防腐蝕措施，加強其他專業(yè)對藥劑針對性的防腐蝕措施設(shè)計。對給水處理中常用的投加藥劑混凝劑鐵鹽、PAC、絮凝劑PAM及助凝劑酸堿等，按照不同的腐蝕特性，分別采取相應(yīng)防腐蝕設(shè)計。

(3)采用不同的防腐措施根本上對應(yīng)不同的工程造價，在工程中使用壽命也各不相同，選擇時，要尊重使用方的意見。

加藥是水廠設(shè)計和運行的重點和難點，也是影響水處理效果關(guān)鍵的因素之一。通過參照相關(guān)規(guī)范要求，科學(xué)、針對性地進行防腐蝕設(shè)計，可以有效提升加藥的安全性，建設(shè)一個環(huán)境友好、工作安全、經(jīng)濟合理的現(xiàn)代化水廠。