某催化劑工廠排水系統(tǒng)設(shè)計實例探討

聞路佳

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無論是給水系統(tǒng)還是排水系統(tǒng)，都是生活和生產(chǎn)不可缺少的部分，而隨著國民經(jīng)濟水平的提高，對城市排水系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)的要求也越來越高。從最早的合流制排水系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)如今已很普遍的分流制排水系統(tǒng)，再到近幾年開始大力推行的海綿城市和LID（低影響開發(fā)），可見國家在發(fā)展經(jīng)濟的同時，也將著眼點放在了可持續(xù)發(fā)展和保護生態(tài)環(huán)境上。

近兩年，排水系統(tǒng)相關(guān)的標準規(guī)范也在逐步更新，工廠的排水設(shè)計自然也要遵循最新要求。本文通過某新建催化劑工廠項目中的排水系統(tǒng)設(shè)計實例，從排水系統(tǒng)的劃分、各排水系統(tǒng)設(shè)計要點簡述、生產(chǎn)廢水管道布置三個方面介紹此類項目的設(shè)計思路，并對一些重點事項進行引申探討。

1 排水系統(tǒng)的劃分

排水系統(tǒng)的設(shè)計原則為清污分流、雨污分流，通常劃分為雨水和污水兩大類別。對工廠來說，除了生活污水外，不可避免還會有生產(chǎn)污廢水的產(chǎn)生，故在劃分工廠的排水系統(tǒng)時，除了常規(guī)的設(shè)計規(guī)范外還要參考《石油化工給水排水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，注意甄別該廠的生產(chǎn)污廢水是否含有有毒有害物質(zhì)，如有必要還需做到污污分流。另外，為防止火災(zāi)事故時污廢水流出廠區(qū)造成不可控的污染，消防廢水也需要有序收集。

本次有一新建催化劑工廠項目，需做廠區(qū)的給排水及消防給水設(shè)計。

我國1956年生產(chǎn)出C4 型中變催化劑以來，至今一直使用傳統(tǒng)的鐵鉻系中變催化劑，而在其生產(chǎn)過程中，無法避免會產(chǎn)生含鉻廢水[1]。鉻屬于一類污染物[2]，會對環(huán)境造成很大破壞，故需要嚴格控制。

針對上述催化劑工廠的生產(chǎn)廢水特點，本項目的排水系統(tǒng)劃分為清凈雨水系統(tǒng)、生活污廢水系統(tǒng)、生產(chǎn)廢水系統(tǒng)（分為含鉻廢水系統(tǒng)和非含鉻廢水系統(tǒng)）以及消防廢水系統(tǒng)。

全廠的排水系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 排水系統(tǒng)原理圖Fig.1 Diagram of drainage system

2 清凈雨水系統(tǒng)

一般情況下，來自無設(shè)備的建筑屋面、道路以及沒有遭到工藝泄漏及噴濺影響的生產(chǎn)區(qū)的降雨為清凈雨水，通常采用地下管網(wǎng)或者明溝重力流收集。

利用該區(qū)域的暴雨強度公式和雨量計算公式，代入平均徑流系數(shù)（需考慮綠化及碎石面積）、匯水面積、降雨歷時和重現(xiàn)期后即可求得項目的雨水量。

通常情況下，各地的暴雨強度公式可通過查詢設(shè)計手冊得知。但有些地方會根據(jù)近幾年的降雨情況自行更新當?shù)氐谋┯陱姸裙?，可通過當?shù)叵嚓P(guān)規(guī)范或氣象局等相關(guān)部門網(wǎng)站的發(fā)文查詢到最新的暴雨強度公式。

本項目清凈雨水通過廠區(qū)地下雨水管網(wǎng)收集，先進入初期雨水截污池，初期雨水截污池前設(shè)置電動刀閘閥，刀閘閥平時為常開狀態(tài)，下雨期間當水位到達設(shè)定水位時，連鎖關(guān)閉刀閘閥，雨水通過進水口流入雨水提升池；雨水提升泵與雨水檢測裝置連鎖，當檢測達標時開啟泵提升至廠區(qū)南側(cè)自然水體；當檢測不合格時，不能開啟雨水提升泵，同時連鎖開啟刀閘閥，雨水流進消防廢水池。初期雨水截污池內(nèi)的雨水達標時排至雨水系統(tǒng)，不達標時排至含鉻廢水處理系統(tǒng)。

需注意的是，對工廠來說，可能收到工藝泄漏及噴濺影響的生產(chǎn)區(qū)、罐區(qū)、泵區(qū)、裝卸區(qū)均為污染區(qū)，前15 min 或前15 mm 厚的雨水為受污染的初期雨水，需另行收集納入生產(chǎn)廢水系統(tǒng)，之后的雨水才可作為清凈雨水。

同時，對于今后的新建工程項目，工廠的雨水排水系統(tǒng)也需要考慮海綿城市設(shè)計，多與總圖、建筑等專業(yè)溝通協(xié)作，盡量采用透水性鋪裝、植草磚、植草溝、下凹式綠地、雨水花園等“綠色”低影響開發(fā)技術(shù)，以慢排緩釋和源頭分散控制為主要設(shè)計理念[3]，避免僵化地采用設(shè)置雨水調(diào)蓄池的“灰色”手段，同時也可有選擇地設(shè)置雨水回用系統(tǒng)，提高水資源的利用率。

3 生活污水系統(tǒng)

工廠的排水系統(tǒng)自然也少不了生活污廢水系統(tǒng)。其排水點通常會集中在廠前區(qū)，比如辦公樓、綜合樓、淋浴室、宿舍等，有時也會根據(jù)業(yè)主需求，分布在生產(chǎn)區(qū)的各種廠房、車間、倉庫的衛(wèi)生間內(nèi)。

本項目的生活污水主要來自廠前區(qū)綜合樓、門衛(wèi)等建筑內(nèi)的衛(wèi)生設(shè)施。生活污水經(jīng)化糞池預(yù)處理后，同淋浴排水一起排入污水處理站，經(jīng)處理后排入園區(qū)的污水管網(wǎng)。

在最新的GB 50014—2021《室外排水設(shè)計標準》中，對于化糞池的設(shè)置有了與老版規(guī)范不一樣的要求。新標準明確了在城鎮(zhèn)已建有污水收集和集中處理設(shè)施時，分流制排水系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)置化糞池[3]。這是為了提高后續(xù)污水廠的處理效率，在進行相關(guān)設(shè)計中應(yīng)留意這一點。

4 生產(chǎn)廢水

由本項目的工藝流程及產(chǎn)污節(jié)點可以得知，工廠正常生產(chǎn)時不會產(chǎn)生生產(chǎn)污水。生產(chǎn)廢水主要來自地面清洗水、檢修清洗水、公用工程廢水和初期雨水等等。

為了能夠有效處理廢水，故考慮含鉻和非含鉻廢水分類收集，分質(zhì)處理。

4.1 含鉻廢水

根據(jù)工藝流程及對涉及鉻的生產(chǎn)、儲存區(qū)域的分析，本項目的含鉻廢水包括檢修清洗廢水、地面清潔廢水、含鉻廢氣洗滌廢水、員工洗衣廢水、化驗室廢水和初期雨水。

首先，從工藝流程的角度來看，在工藝生產(chǎn)區(qū)，由于生產(chǎn)設(shè)備的日常維護需要檢修以及清洗工作，故在此過程中產(chǎn)生的清洗、清潔廢水必然會含有鉻；而含鉻廢氣必須要經(jīng)過洗滌處理，故其洗滌廢水中也必然含有鉻。故檢修清洗廢水、地面清潔廢水、含鉻廢氣洗滌廢水均需納入含鉻廢水系統(tǒng)。

其次，由于生產(chǎn)線上的員工在工作中可能會接觸到微量鉻，出于安全考慮，員工在平時操作時都被要求身著統(tǒng)一的工作服。本項目在廠前區(qū)的綜合樓內(nèi)劃分了污染區(qū)及清潔區(qū)，并設(shè)置了專用的洗衣區(qū)域，員工在從生產(chǎn)區(qū)回到清潔區(qū)之前需將可能被污染的工作服脫下并集中收集，并需淋浴后才能回到清潔區(qū)。而他們在洗手、洗衣產(chǎn)生的廢水中均可能含有微量鉻，故清洗衣服的廢水納入含鉻廢水系統(tǒng)。

另外，化驗室的主要工作包括研發(fā)以及質(zhì)檢分析，由于催化劑廠的主要物料含鉻，在化驗過程中產(chǎn)生的廢水也會含有鉻，故化驗室廢水也需納入含鉻廢水系統(tǒng)。

除此之外，根據(jù)環(huán)評單位要求，本項目的生產(chǎn)廠房1、倉庫1 和公用及維修車間的室外操作區(qū)的初期雨水可能會被輕度污染，均需統(tǒng)一進行收集。根據(jù)業(yè)主提供的信息，以上區(qū)域均涉及含鉻物料的操作或儲存，故這部分初期雨水也需納入含鉻廢水系統(tǒng)。

本項目含鉻生產(chǎn)廢水經(jīng)匯總后由含鉻廢水處理系統(tǒng)處理，含鉻廢水處理設(shè)施出口安裝在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測鉻濃度，鉻濃度達標后才能并入其他廢水。

需注意的是，除總鉻、六價鉻外，在GB 8978中所規(guī)定的第一類污染物，包括總汞、總鎘、總砷、總鉛、總鎳、總鈹和總銀，也應(yīng)在預(yù)處理設(shè)施的排水口監(jiān)測濃度，而其他污染物控制項目采用排水戶排水口的監(jiān)測濃度即可[2]。

4.2 不含鉻廢水

本項目的泵區(qū)、裝卸區(qū)以及罐區(qū)為污染區(qū)，降雨前 15 min 初期雨水為污染雨水。以上區(qū)域均不涉及含鉻物料，故初期雨水均為不含鉻廢水。

泵區(qū)及裝卸區(qū)均在旁邊設(shè)置一個初期雨水收集池，池內(nèi)設(shè)置提升泵。

罐區(qū)因圍堤內(nèi)容積可儲存雨水，故直接在圍堤內(nèi)設(shè)置提升泵。

以上室外污染區(qū)的雨水均有初期雨水及清凈雨水兩種去向，故在雨水提升泵的出水管上均設(shè)置三通閥，可做到利用一個閥門進行兩路切換。出于安全及環(huán)?？紤]，每次停泵時三通閥需自動切向至含鉻或不含鉻廢水管網(wǎng)，前15 min 雨水提升到達含鉻或不含鉻廢水系統(tǒng)，當泵啟動15 min 后自動切換至干凈雨水管網(wǎng)，后面的雨水提升至清凈雨水系統(tǒng)。切換示意圖如圖2所示。

圖2 初期雨水/清凈雨水三通閥切換示意圖Fig.2 Detail of 3-way valve for initial / clean rainwater switch

本項目的含鉻廢水和非含鉻廢水在經(jīng)廠區(qū)污水處理站處理后均能達到GB 31573—2015 無機化學(xué)工業(yè)污染物排放標準表1 的間接排放限值要求，最終排入園區(qū)的污水管網(wǎng)。

5 消防廢水

消防廢水收集系統(tǒng)的排水能力應(yīng)按消防事故排水流量校核，包括物料泄漏流量消防水流量、雨水流量等[4]。

從經(jīng)濟角度考慮，工廠的消防廢水通常利用雨水系統(tǒng)管網(wǎng)有序收集，火災(zāi)事故下通過末端設(shè)置的閥門進行切換，流進消防廢水池。

本項目最大一次火災(zāi)消防廢水量約為1 050 m3，工藝事故排放量為 50 m3，需收集的雨水體積為 480 m3，故火災(zāi)事故時需收集的排水總量約為1 580 m3。

本次新建一座消防廢水池，其有效容積約為1 600 m3，再加上埋地雨水管道的調(diào)蓄量，足以容納火災(zāi)事故情況下產(chǎn)生的消防廢水，防止其溢流到廠區(qū)外對環(huán)境造成污染。收集的消防廢水待事故后檢測水質(zhì)再確定其去向。

6 生產(chǎn)廢水管道布置

生產(chǎn)廢水管道布置也有一些不同于生活污水排水管道的特殊點需要注意。

在選用生產(chǎn)廢水的管道管材時應(yīng)基于被運輸?shù)奈锪狭黧w特性，避免選擇易被腐蝕、或與物料接觸會發(fā)生反應(yīng)的管材。

運輸生產(chǎn)廢水的管網(wǎng)優(yōu)先考慮采用架空管（某些地區(qū)已對此有強制規(guī)定），如管道發(fā)生泄漏、破損的意外狀況時可以較快被發(fā)現(xiàn)，避免污染土壤和地下水；受條件限制而采用埋地管道的情況下，在污染區(qū)，生產(chǎn)廢水（包括初期雨水）的地下管道、檢查井均需按GB/T 50934—2013《石油化工防滲工程技術(shù)規(guī)范》中的重點污染防治區(qū)進行相應(yīng)的防滲處理。

此外，生產(chǎn)廢水管道還應(yīng)注意水封的設(shè)置。如在裝置、罐區(qū)、建筑物和構(gòu)筑物排水的出口處，全廠性支干管與干管的交匯處等地方均需設(shè)置水封，水封高度不得小于250 mm[5]。

7 結(jié)束語

工廠的排水系統(tǒng)設(shè)計除常規(guī)要求以外，還應(yīng)充分考慮其特殊性，做到從經(jīng)濟性和實用性出發(fā)，安全與環(huán)保并重，嚴格遵守相關(guān)的設(shè)計標準和規(guī)范。