某煤碼頭工程生態水系設計分析

趙秀慧，祝 超

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

公司除塵供水水源主要來自壓艙淡水和市政自來水，其中壓艙水2017年收水33.2萬t，用水優先使用壓艙淡水，壓艙淡水不夠的情況使用市政自來水。市政自來水補水安排在晚上，流量為每小時200 t，補水時間為8個小時左右，即每晚補水1 600 m3（白天無法進水，影響周圍樓宇用水）。

目前除塵用水每天用水量約為1 400 t左右，其中中壓除塵用水平均每天為 700 t，高壓每天噴淋3次（重污染天氣每天噴淋6～7次）。除塵用水最大峰值每天3 000 t。

自 2017年起，此煤炭碼頭有限公司按照 365天不間斷灑水（扣除雨季 15天下雨時不灑水，一年按350天計），則年需除塵用水約為52萬m3，其中33萬m3為壓艙水，其余19萬m3為市政自來水，按每次補水1 600 m3，一年中約有119天需要市政補水。目前水池最大容量為19 200 t，可用于接收壓艙水的水池用量最大為14 000 t。截至目前隨船攜帶最大的壓艙水水量為12 000 t，但根據作業動態情況目前接收過最多約為11 000 t。因計劃安排來船周期不定（連續一周出現兩條以上壓艙水船），會出現壓艙水水池溶積不夠出現無法接收壓艙水的情況，同時會出現長時間（一周之內沒有）沒有來船導致無法接收壓艙水。

計劃內9.5元/m3，計劃外20元/m3，目前公司已將市政自來水用水指標調整為計劃內年用水量為26萬m3，每噸9.5元，每年近260萬用水投入。

2 生態水系現狀

2.1 存在問題

1）場區鋪面結構

目前，除碼頭區外，其他區域基本都是聯鎖塊鋪面型式。不利于清掃車機械化清掃，清掃效果不明顯，特別是雨季，堆場區地面煤泥極難清掃，費時費力。

2）污水處理設施現狀

此煤碼頭污水處理研究小組2018年2月提供的《某煤炭碼頭有限責任公司污水處理現狀的報告》相關數據，從這份報告中可知，公司水系統主要存在以下問題：

①生活污水處理設施尚未完成改造。

②現有生活污水處理設施回用水系統，僅考慮灑水車接水回用，未考慮納入公司整體水系統循環利用中。

③含煤污水處理設施處理能力過小，特別是雨水調節池容積不能容納大雨級別雨水。

④堆場區雨水收集系統（主要是弧形蓋板排水溝）調蓄雨水能力較小。

⑤堆場區排水系統存在潔凈雨水與含煤雨水混流排海的現象。導致皮帶機轉接機房產生含煤污水不能及時收集處理。

⑥翻車機小區含煤污水處理設施、煤泥處理設施、含礦沖洗污水處理設施沒有建設。

2.2 水系統水量分析過程

1）煤炭堆場溢流含煤污水

①含煤污水發生量

根據《水運工程環境保護設計規范》（JTS 149-2018），散貨堆場的徑流用水量計算公式為：

式中：

V為徑流用水量（m3）；

Φ為徑流系數，取0.1～0.2；

F為匯水面積（m2）；

H為多年最大日降雨深的最小值（m），塘沽地區取0.040 m，屬于25～49.9 mm范圍，為大雨。本地區多年最大日降雨深的最大值為0.1684 m。

表1 現有含煤雨污水處理場收集范圍及能力復核

表2 規范上限降雨量（一年一遇）

表3 規范上限溢流量（一年一遇）

表4 最大日降雨量（大暴雨）

表5 最大日降雨溢流量

②溢流水去向：均進入東輔區新建的人工湖，最大溢流含煤污水20 939 m3，初期雨水量4 536 m3，總水量25 475 m3。

③人工湖可容納水量

a.水體深度：暫定平均深度2.35 m；預留0.5 m備淤深度。

b.調蓄容積：人工湖水面面積總計約11 000 m2。取水口能取到的按照調蓄容積考慮，取水口深度2.2 m，預留0.15 m超高，調蓄深度按照2.2 m深度考慮，即人工湖總調蓄容積約22 000 m3。

④極端降雨時，含煤污水接收狀態

表6 水量平衡

2）壓艙水

目前可用于接收壓艙水的水池用量最大為14 000 t。截至目前隨船攜帶最大的壓艙水水量為12 000 t，但根據作業動態情況目前接收過最多約為11 000 t。因計劃安排來船周期不定（連續一周出現兩條以上壓艙水船），會出現壓艙水水池溶積不夠出現無法接收壓艙水的情況，同時會出現長時間（一周之內沒有）沒有來船導致無法接收壓艙水。

3）初期雨水

①各排海口的匯水面積

表7 各排海口的匯水面積

②初期雨水發生量

a.降雨量

《室外排水設計規范》（2016年版）（GB 50014-2006）中，雨水調蓄池的有效容積按照4～8 mm。《石油化工污水處理設計規范》（GB 50747-2012）中初期降雨深度取15～30 mm。綜合以上兩組數據，考慮到初期煤雨水沉淀易沖刷性介于市政雨水與油污水之間，本次設計初期雨水發生量取15 mm。

b.安全系數1.1～1.5，取1.5。

表8 初期雨水發生量

3 生態水系實施措施

3.1 煤炭堆場溢流含煤污水

表9 設置提升泵站及相應管道

保持人工湖水面高程低于2.65 m（以地面高程5.5推算）時，可以保證接收一次最大水量，含煤污水零排放。

3.2 含煤污水達標水

表10 含煤污水達標水設計

3.3 港區排水溝改造或新建

1）港區現有雨水管網改造，內容包括1#、2#排海口設置閘門、雨水排入1#、2#雨水調節池。

2）轉接機房沖洗污水排放型式，由暗管排水改為排水溝排水。

3）新建鋼格板蓋板排水溝，增大雨水調節能力。設置位置：

①驅動裝置周邊增設圍堰，排水溝寬度B=300 mm，深度200～300 mm，蓋板采用鋼格板蓋板。

②T5-T11塔東西兩側，排水溝寬度B=300 mm，深度200～300 mm，蓋板采用鋼格板蓋板。

③堆場東側新建排水溝，排水溝寬B=1 500 mm，平均深度h=2 m，新增調節容積v=1 350 m3。

4）排水溝蓋板改造為鋼格板蓋板，排水溝的雨水調節容積。B=700排水溝蓋板改造后，蓋板厚度由400 mm調整為60 mm，增加調節容積約1 430 m3。

3.4 鹽化水脫鹽設施

主要用于處理人工湖的鹽化水，處理水量1 000～2 000 m3/d，處理后水回用于壓艙水池或用于人工湖補水。工藝流程如下：

人工湖→潛水泵→板式換熱器→管式混合器→多介質過濾→活性炭過濾→管式混合器→保安過濾器→高壓泵→反滲透裝置→除鹽水箱→供水泵→人工湖或除塵水池

3.5 初期雨水收集措施

1）初期雨水收集考慮兩種方案：

一種是只收集初期雨水，設置初期雨水調蓄池，儲存初期雨水，待降雨完成后，提升至含煤污水系統處理。

一種是設置雨水提升泵站，瞬時提升初期雨水至東輔區人工湖。

2）各排海口總體設計思路如下：

①在1#、2#排海口處設置電動閘門；

②新增雨水引入管，將雨水引入調蓄池或提升泵站，雨水引入管上設置電動閘門。

通過以上設計，可以控制雨水回收或者排海。

3）詳細設計思路

①入海口1：在入海口前最后一個雨水檢查井上設置手電一體閘門，雨水就近排入2#含煤雨水調節池。

②入海口2：在入海口前最后一個雨水檢查井上設置手電一體閘門，雨水通過新建雨水泵站排入東輔區人工湖。

③改造和新建雨水泵站

a.對堆場區現有1#或2#含煤污水調節池和翻車機小區雨水提升泵站的潛水排污泵組進行改造，使之滿足排除堆場區、1#雨水排放口最大日降雨溢流水量的要求。

b.對翻車機小區現有雨水提升泵站的潛水排污泵組進行改造，使之滿足排除翻車機小區最大日降雨溢流水量的要求。

c.在堆場區東側新建雨水泵站一座，使之滿足排除堆場區東部、2#雨水排放口最大日降雨溢流水量的要求。

d.在含煤污水人工湖建設污水提升泵站一座，將含煤提升至新建含煤污水處理設施。

4）新建人工湖

在東輔區東側現有空地新建人工湖，總有效容積不小于22 000 m3。

5）新建含煤污水處理站

在人工湖南側新建污水處理站，處理能力300 m3/h，總調節容積不小于6 000 m3。

3.6 港區道路改造

實施場道分離，輔建區道路、堆場檢修道路采用瀝青混凝土，堆場邊界設置隔離墩。

4 結語與展望

設置雨水調蓄設施（增設排水溝、人工湖等設施）和含煤污水處理設施，使用較為廉價的雨水資源，既可以節約寶貴的淡水資源，也可以降低灑水除塵用水成本。對新建水體實現所有水體能進能出，能循環利用。水體補充水以港區特有的淡水壓艙水為主，還包括雨水、溢流含煤污水，污水達標回用水及市政水源水。水體出水經污水處理場處理后回用于堆場灑水除塵，綠化，沖洗及消防。