加药间防腐蚀工艺设计在水厂的应用与优化

罗越月

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都 610081)

加药是给水处理的重要环节之一，加药间是水厂的重要设施，主要为水处理的混凝沉淀流程服务。水厂加药间的设计，应本着安全可靠、经济耐用的原则，考虑能投加多种混凝剂，兼顾固体和液体混凝剂，并可投加助凝剂。通过比较新标准《室外给水设计标准》(GB 50013—2018)[1]与旧规范《室外给水设计规范》(GB 50013—2006)的变化，除了保留对与混凝剂和助凝剂接触的池内壁、设备、管道和地坪采取相应防腐措施的条文9.3.7，还增加了对溶解池、溶液池、投加池和原料储存池应采用耐腐蚀的材质和进行漏液收集的条文9.3.4中第8款。反映出近年来行业对加药间防腐蚀设计从水质达标、生态环境、职业健康角度都提出了更高要求，以及生产一线在不断总结生产实践经验和科学研究的基础上，具备可供积极采用、行之有效的新材料和新设备。

尽管标准对净水厂加药间工艺设计有防腐蚀处理的要求，但条文仅为总体原则性规定，并未根据不同的药剂有针对性地提出防腐蚀措施意见。同时，多年工程实践表明，防腐蚀设计需工艺、建筑、结构等相关专业的密切配合，单一个环节处理不当易影响水厂稳定运行，甚至致使出厂水不达标，不得不停产检修，造成安全和经济上的严重后果。在工程实践中，常见由于设备材质选择不当、或者施工质量不良等，造成加药间储池、设备等腐蚀老化严重，维修管理频繁、费用高，甚至发生腐蚀性的药液泄露，对厂区卫生、环境及工人的工作安全产生了极为不良的影响。

1 投加药剂存在的问题分析及优化

针对不同水质原水，药剂品种和投加量选取各有不同。在城镇水厂中，除消毒剂外，最常用的水处理药剂主要有凝聚剂、絮凝剂和助凝剂。铝盐和铁盐是常用的混凝剂，无机混凝剂多采用固体和液体三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝、碱式氯化铝(PAC)；酸、碱、氧化剂(氯、高锰酸钾)、石灰和聚丙烯酰胺为常用的助凝剂，助凝剂按在混凝过程中的作用分为调节或改善混凝条件的酸、碱和加大矾花颗粒、比重和结实性的活化硅酸、聚丙烯酰胺(PAM)及骨胶等；高分子絮凝剂有聚丙烯酰胺(PAM)等[2]。

以目前给水处理中常用的投加药剂混凝剂铁盐、PAC、絮凝剂PAM及助凝剂酸碱逐一进行针对性分析。水厂加药间混凝剂调制与投加的基本工艺流程如图1所示。

图1 混凝剂调制与投加工艺流程图Fig.1 Process Flow Chart of Coagulant Preparation and Dosing

1.1 铁盐(FeCl3)

FeCl3腐蚀性很强，不仅对金属有腐蚀，对混凝土也有较强腐蚀，且溶解时产生大量热量。当溶液浓度为20%时，溶解温度高达50～90 ℃，对溶解池腐蚀严重，塑料管也会因发热而引起变形。

因此，进行如下优化：(1)投加FeCl3的水厂加药间溶解池应采用严格的防腐蚀措施，实践中铺贴灰绿岩板防腐层，采用环氧树脂隔离层效果较好[3]；(2)塑料加药管路不耐高温易变形，宜采用铸铁-陶瓷复合管[5]，并尽量减少加药管路上的阀门数量，以降低因药液腐蚀造成的损坏和维修；(3)溶解池的搅拌，应尽量采用水力或压缩空气搅拌，如采用机械调制，搅拌设备需采取防腐蚀措施。

1.2 碱式氯化铝(PAC)

PAC的腐蚀性较小，与硫酸铝比较，具有混凝效果好、适应的pH范围宽而稳定、投药量少、节省药耗的优点，是给水处理中最常用的凝聚剂之一。PAC可采用原液稀释后投加，7～15 d储备量用混凝土储池存储在室外；也可采用一体化设备液液、固液配制和投加。不锈钢不耐含氯离子的介质，因此，一些采用不锈钢材质的一体化PAC投加设备常常腐蚀严重，如图2所示。

图2 一体化PAC投加设备腐蚀严重Fig.2 Severe Corrosion of Integrated PAC Dosing Equipment

优化设计：(1)液体PAC混凝土储池可采用四布五油环氧树脂玻璃钢防腐，或采用耐腐蚀的化学储罐；(2)一体化投加设备应采用碳钢焊接，内部衬胶或PE防腐，或换用PVC材质的罐体。

1.3 聚丙烯酰胺(PAM)

絮凝剂多采用PAM，因其吸附架桥作用，助凝效果佳，被认为是目前处理高浊度水最有效的高分子絮凝剂之一。PAM无色、无味、无臭，没有腐蚀性。使用中多采用成套配制与投加设备，原料储存和溶液配制应符合现行行业标准《高浊度水给水设计规范》(DJJ 40—2011)的有关规定。PAM水溶液一般具有一定黏度，需避免因药液沉积结块进而堵塞漏液。

优化设计：(1)加药管道设计除进行水力计算外，还必须保证足够的管道坡降；(2)对于有水解PAM溶液池的投药间，因有氨气放出，有一定的腐蚀性和刺激作用，室内需加强通风设施。

1.4 酸碱

强腐蚀性液体例如硫酸、氢氧化钠的钢筋混凝土储池内部，过往多采用环氧玻璃钢衬里、耐酸瓷砖面等防腐蚀措施，机械强度不够、结合层和灰缝部分薄弱、存在池底角落等施工死角，受施工质量影响很大，一旦出现小裂口，酸液开始渗漏、腐蚀、逐步扩大，最终会形成大面积严重的腐蚀破坏。这种渗漏的酸碱液体对地基造成的腐蚀极为隐蔽，可能持续到周围地面塌陷才被发现，给生产造成较大的安全隐患。

某水厂盐酸储池局部腐蚀严重情况如图3所示。池角的混凝土层腐蚀穿孔，钢筋也被腐蚀。腐蚀性液体在不易察觉的情况下大量泄露渗透至地基土层，对厂区环境造成很大破坏，影响十分严重。

图3 盐酸储池局部腐蚀破坏严重Fig.3 Serious Local Corrosion Damage in Hydrochloric Acid Storage Tank

设计优化：(1)存放酸碱的钢筋混凝土储池内部防腐应按照《工业建筑防腐蚀设计标准》(GB/T 50046—2018)进行合理设计，并严格遵守《建筑防腐蚀工程施工规范》(GB 50212—2014)和《建筑防腐蚀工程施工质量验收标准》(GB/T 50224—2018)进行正确施工、正常使用和维护，定期进行必要的检测、防护和维修；(2)由于HDPE化学储罐成套设备具有无焊接、不渗漏、耐腐蚀、无毒性、重量轻、符合卫生标准等优点，近年来多有采用；(3)酸碱罐如果有呼吸阀，呼吸阀宜设在室外，实践中在罐内加注一层5 cm左右的液体石蜡、进液管插入石蜡层下等，对阻止酸雾的挥发有较好的作用；(4)硫酸管道材质采用不锈钢SS616 L，法兰连接，氢氧化钠管道可采用PVCF[4]。

酸碱储罐如果外漏事故发生，易造成严重的次生灾害，对人身安全和周边环境造成很大影响。

优化措施：(1)储罐周围应设围堤，围堤一般高为900 mm[4]，体积以能够收集单套储罐泄露液体、保持溶液短时间内不至于大量流失，能及时采取回收措施为标准；围堤可通过管道与厂区污水井相连，管道采用手动闸阀控制，平时常闭；(2)当储罐泄露时，可利用移动式泵将围堤中的溶液收集，仅在冲洗剩余的少量溶液时，方可打开阀门，将冲洗废液排放至厂区污水管中。

为了运行维护人员的安全：(1)应设洗眼器，同时就近储备防酸碱工作服、防酸碱面罩、防酸碱手套及靴子等用品；(2)应充分考虑酸液腐蚀金属产生的氢气易积聚在屋顶死角、或管道上部密封处，遇明火可能引发爆炸，检修时应充分通气。

2 投加设施设计优化

2.1 储池、溶解池设计优化

(1)储池的防腐蚀内衬是一道封闭式的整体，当管道穿过池壁和底板，易造成架构和防腐上的薄弱环节，因此，管道出入口宜设置在池顶部。当确需在侧壁设置时，应埋设耐腐蚀的套管，套管与管道间的间隙应采用耐腐蚀材料填封。

(2)储存腐蚀性液态介质的钢筋混凝土储池，池底板下宜留有0.3～0.4 m观察空间，便于检查有无渗漏，可采用条形或环形基础架空设置。池壁外侧也宜留有检查渗漏的条件。与土壤接触的表面，应设置防水层。

(3)混凝剂溶解池内易沉积药品废渣，堵塞出液口和加药管道，需常清理。因此，溶解池底部的沉渣高度应不小于0.3 m，且设放空管(>DN100)[5]，底部坡度不小于0.02，并在溶液池内增设拦渣和清渣设施。

2.2 设备基础及排水沟设计优化

(1)设备如加药泵等基础顶面高出地面面层不小于100 mm。基础锚固螺栓孔的灌浆材料，上部应采用耐腐蚀胶泥封填，深度不小于50 mm。

(2)在检修维护过程中，为便于收集冲洗废水，加药间应设置排水沟。底层地面排水坡度不小于2%，坡向排水沟，沟底纵向坡度宜为0.5%～1%，并设置耐腐蚀材质的篦子板或格栅型盖板，也便于在内部有腐蚀情况时及早发现、进而处理。排水沟地漏应采用耐腐蚀材料制作，上口直径不宜小于150 mm，与地面应严密连接。

3 其他相关设计优化

尽管水厂加药间设计通常由工艺专业作为主体专业，主导确定投加药剂种类、加药方式、加药间布置等要点，但其他专业相关防腐蚀设计如果没有跟上，将会成为生产实践中的短板。目前，水厂加药间的结构、建筑等设计往往基于各专业的传统经验，或按照全厂统一标准做法，各专业间易遗漏协同对接、缺乏统一的标准。在过程中，应按照统一药剂腐蚀性共识，同步设计、同步实施防腐蚀措施，加强薄弱环节防腐。

3.1 结构设计优化

现行《工业建筑防腐蚀设计标准》(GB/T 50046—2018)[6]里的防腐设计标准，其中对混凝土强度、钢筋保护层厚度、基础材料和深度、防护要求等，相比市政行业常用的《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)、《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB 50069—2002)的标准提高很多，对工程造价有直接影响。设计前，应结合工程地质勘察报告、确认当地审查单位对水厂地下构筑物防腐蚀措施的相关要求，综合考虑。加药间结构设计应参照GB/T 50046—2018选取对不同腐蚀性介质的做法，且应适当提供次选做法，以供部分地区因供货，或者专业技工缺失等，无法实现时替代采用。

3.2 建筑设计优化

(1)加药间的地坪池体附近的墙裙，可采用环氧树脂胶泥铺砌30 mm厚耐酸瓷砖或树脂砂浆等整体面层，并设防滑措施。操作平台可采用纤维增强塑料格栅地面。

(2)强腐蚀等级时，储池内表面不得埋设钢制预埋件。储池的栏杆和池内的爬梯、支架等，宜采用纤维增强塑料型材或耐腐蚀的金属制作。

3.3 电气设计优化

电缆不应埋设在腐蚀性液体作用的地面下，一般采用电缆沟集中设置，电缆沟应采取措施防止地面排水进入。

4 结论

(1)加药间的设计应从药剂的选择、投加量、储存、制备到投加，乃至控制综合考虑。从安全、环境、健康角度，加药间防腐蚀设计有了新要求、新材料、新设备等可供选择。

(2)应根据投加药物的腐蚀性、环境条件、生产操作管理水平和施工维修条件等，综合选择合适的防腐蚀措施，加强其他专业对药剂针对性的防腐蚀措施设计。对给水处理中常用的投加药剂混凝剂铁盐、PAC、絮凝剂PAM及助凝剂酸碱等，按照不同的腐蚀特性，分别采取相应防腐蚀设计。

(3)采用不同的防腐措施根本上对应不同的工程造价，在工程中使用寿命也各不相同，选择时，要尊重使用方的意见。

加药是水厂设计和运行的重点和难点，也是影响水处理效果关键的因素之一。通过参照相关规范要求，科学、针对性地进行防腐蚀设计，可以有效提升加药的安全性，建设一个环境友好、工作安全、经济合理的现代化水厂。