天津濱海化工園區污水集輸系統的研究

王文輝 ，葉世火 ，玉海瓏

（1.天津城建設計院有限公司，天津市 300122；2.天津市南港工業區開發有限公司，天津市 300280）

0 引言

目前，國內化工園區排水管道敷設方式有地面以上（架空敷設）和地面以下（埋地敷設）兩大類，前者具有便于施工、操作、檢查、維修及經濟等優點；后者優點是可充分利用地下空間，缺點是管道腐蝕性較強，檢查和維修困難，在車行道處有時需特別處理以承受大的載荷，低點排空、檢修不方便。在確定化工園區污水管道的布置及敷設方式時，應考慮到污水管道線路所在地區的氣象、水文地質、地形地貌、地下構筑物、交通線的密集程度、總圖布置（管線綜合），并結合區域近、遠期的發展規劃、技術經濟合理分析比較及施工維修管理方便等因素[1]。

天津濱海化工區緊鄰渤海灣，是圍海造地區域，其海岸為典型的淤泥質海岸。場地主要由素填土、粉質黏土及淤泥質黏土層組成，呈流塑～軟塑狀態，屬中～高壓縮性土。地基承載力低，范圍為80～100 kPa，填土結構性差、欠均勻。場區地下水結晶類腐蝕等級為中等，結晶分解類復合腐蝕等級為強腐蝕性。

1 污水集輸系統方案選擇

1.1 污水來源及組分

濱海化工園區水污染源及污染物包括四大部分：（1）含油含化工品污水：主要來自油碼頭、液體化工碼頭的壓艙水、洗艙水及船舶機艙水等；（2）含煤含礦污水：主要來自煤碼頭或礦石碼頭堆場徑流雨水、碼頭面初期雨水等；（3）生產廢水：主要來自機械設備的沖洗、機械設備維修沖洗水等；（4）生活污水：主要來源于生活輔建區、化工區食堂、浴室等生活用水。

含油洗罐水 270 m3/次，排放頻次按每周排放一次，含油量為 800～10 000 mg/L；化學品洗罐水為60 m3/次，排放頻次按每周排放一次，含油量為300～400 mg/L，同時，還含有少量的苯、甲苯、二甲苯等。

廠區初期雨水量約 1 600 m3，如果污染，按一周處理完畢，含油量為 400～500 mg/L；含油壓艙水最大為 7 200 m3/次，按每兩周排放一次，含油量為600～3 200 mg/L。

碼頭化學品廢水 CODcr 為 300～700 mg/L，含油量為 400～500 mg/L，同時，還含有少量的苯、甲苯、二甲苯等。

生活污水量可按照生活用水量的 90%計算。5日生活需氧量(BOD5)值可取 200～300 mg/L，懸浮物濃度可取 350～500 mg/L。

1.2 工藝選擇

結合濱海化工園區氣象、巖土地質及工業園區整體規劃等因素，污水管網常規埋地敷設，容易出現由于施工水平、地質不均勻沉降、土層地質腐蝕性強等原因，導致污水管網滲漏，并造成土壤、地下水污染等環境問題。

化工園區內的污水公共納管采用架空敷設，雖然相對于常規埋地敷設管網工程投資造價較高，但不會產生土壤、地下水污染等環境問題，架空敷設管網可有效監控、防患上述環境問題，具有良好的生態環境效益和社會效益，且易于維護和進行系統管理，是未來大型工業區排水體系的發展趨勢。

該工程污水輸送系統擬選擇架空敷設方式，以保障區域排水安全、可靠。

1.3 工藝流程

濱海化工園區內各企業工業外排污水必須經過預處理措施，達到園區的“公共管網收納標準”，方允許進入工業污水管網系統，最后匯入終端污水處理廠集中處理。污水集輸系統管道總長度約5.2 km，架空敷設的管徑 DN200—DN400 mm，總的污水輸送最大流量為 1.5 萬 t／d。污水公共納管收納標準：TDS 不高于 8 000 mg//L；COD 不高于 1 000 mg/L，B/C 不低于 0.3，未列指標滿足天津市《污水綜合排放標準》（DB12/365—2008）三級標準。圖1為工業區污水集輸及處理工藝流程。

圖1 工業區污水集輸及處理工藝流程

2 污水架空集輸工藝分析

2.1 水錘防護措施

污水架空遠距離輸送管道隨化工園區公共管廊一并敷設，沿線穿跨越鐵路、立交橋及河道等障礙物，將呈現出起伏變化復雜的顯著特點，很容易造成水錘事故。本文通過水錘分析計算，對其過渡過程進行準確預測，在污水管道的隆起點上，通過選擇合理的水錘防護措施，消除水錘對系統的影響。

企業及地塊內的污水通過泵站提升，采用污水架空方式輸送至污水處理廠。廠區內水泵啟動和正常停機的過程中產生的水力過渡一般由泵后閥門產生，在事故水泵工況中，如突然斷電引起的過渡過程通常是嚴重的，應該把管網系統設計得能承受這種工況引起的正壓和負壓。對于污水架空遠距離輸送管線將呈現出起伏變化復雜的顯著特點，很容易造成水錘事故，即管線縱向局部高點可能產生真空和水柱分離的情況[2]。

在工程應用過程中，建議在水錘壓力較高處，或污水管道的隆起點處，安裝水錘防護設施（防水錘空氣閥），以降低管路沿線最大壓力，使主干線末端的水錘升壓得到大幅度控制，避免水錘壓力過高而發生異常事故，保證管路的安全運行。

2.2 冬季保溫伴熱措施

該項目依托的工程位于天津市濱海新區。依據天津氣象資料，最冷月月平均最低氣溫可達-8.2℃，極端最低氣溫可達-22.9℃，污水公共納管冬季運行存在凍凝情況。

由于各企業生產工藝存在差異，污水水質、水量、溫度均有差別，因而，污水水溫難以保障，污水管道內難以保證足夠的污水連續輸送。為保證污水管道冬季可靠運行，有必要采取保溫措施，并增加伴熱措施。

2.2.1 保溫材料

保溫材料的選擇應滿足以下性能要求：（1）保溫材料允許使用溫度應高于正常運行時的介質最高溫度；（2）不應使用在被保溫的設備和管道表面產生腐蝕的保溫材料；（3）有多種可供選擇的保溫材料時，應首先選用導熱系數小、密度小、強度相對高、無腐蝕性、損耗少、價格低、運輸距離短、施工條件好的材料或制品[3]。表1為部分保溫材料參數。

表1 部分保溫材料參數

根據相關經驗及類似工程的運行使用情況，推薦采用巖棉類等相對環保、低廉、耐用的保溫材料。保溫層厚度 100 mm。

2.2.2 伴熱措施

電伴熱因伴熱距離長，同時能感應管壁（介質）的溫度而自調發熱量，大大降低能耗，節能環保，可靠及操控性高，使用壽命高，在化工園區運用較為普遍。

污水架空集輸系統伴熱主要采用伴熱線纏繞在管路、閥門閥件上，電伴熱系統示意如圖2。

圖2 電伴熱系統示意圖

該項目污水輸送距離長，選擇串聯恒功率電伴熱帶，同時根據污水集輸系統的環境溫度以及伴熱后要求達到的維持溫度（5℃），計算系統所需伴熱線的規格型號及運行時的功率[4]。表2為伴熱設計參數。

表2 伴熱設計參數

3 技術經濟分析

經測算，該污水集輸系統工程總投資預算為1 885 萬元，其中，建筑安裝工程費用為 1 628 萬元，主要包括：（1）工藝設備與材料費用（污水管道、閥門閥件）797 萬元；（2）電伴熱材料及控制系統、箱式變電站、通訊電纜、光纜費用 831 萬元。工程建設其他費用 168 萬元，預備費用 89 萬元。

集輸系統的運行與維護費主要包括人工費、電費以及設備維護費，年綜合運行費用約為 55 萬元。按輸送流量為 1.5 萬 t／d 計算，單位運行費用為 0.1 元／t。

4 結語

本文通過分析研究天津濱海化工園區企業污水來源、介質組分以及區域氣象水位、地質的特點，建立了一套融北方化工園區內企業污水架空輸送及冬季系統保溫伴熱為一體的污水遠距離架空輸送系統，可有效解決常規埋地敷設，容易出現污水管網滲漏，并造成土壤、地下水污染等問題，具有良好的生態環境效益和社會效益，為今后北方工業區污水集輸方式的規劃和設計提供了技術借鑒。

[1] 施振球,趙廷元,葉全樂，等.動力管道設計手冊[M].北京:機械工業出版社,2011.

[2] 唐寅.水錘的研究與防護[D].武漢:武漢科技大學,2008.

[3] GB8175—2008,設備及管道絕熱設計導則[S].

[4] 王鵬,蔣軼俊,張磊,等.生活污水處理裝置在海洋平臺上的設計應用[J].船舶工程,2013,35(1):155-158.