山區(qū)河流靠港船舶污水接收系統(tǒng)研究

王小蓉,繆吉倫,,胥潤生

（1.重慶西科水運工程咨詢有限公司,重慶 400016; 2.重慶西南水運工程科學(xué)研究所,重慶 400016）

0 引言

防治船舶污染、保護水域環(huán)境，是國際國內(nèi)面臨的重要問題之一。我國內(nèi)河航道通航里程12.63萬km，全國港口擁有生產(chǎn)用碼頭泊位31 705個，水上運輸船舶17.20萬艘，每年水路客運量約2.63億人。如此眾多的船舶將產(chǎn)生大量的生活污水、含油污水，粗略估算全國每年內(nèi)河船舶生活污水產(chǎn)生量達5 420萬t，含油污水量達到460余萬t[1]。大量廢水如果直接排放將給江河湖泊水域造成嚴重污染，導(dǎo)致水域生態(tài)環(huán)境加劇變壞，阻礙水生動植物的生息和繁衍生長，給內(nèi)河流域的生態(tài)系統(tǒng)帶來不可挽回的破壞。隨著國家對水環(huán)境的日益重視，為促進水運綠色發(fā)展，國務(wù)院發(fā)布了《水污染防治行動計劃》，交通運輸部制定了《船舶與碼頭污染防治專項行動實施方案（2015—2020年）》，頒布實行了“零排放”政策，即江河上所航行的船舶不能將產(chǎn)生的污水直接排放至水域內(nèi)，必須轉(zhuǎn)移至岸上的污水處理系統(tǒng)中，經(jīng)環(huán)保處理達標(biāo)后方能向外排放。

1 船舶污水接收量及儲存容量

污水上岸后一般需在陸域儲存設(shè)施暫存。首先應(yīng)分析生活污水、含油污水接收量及儲存設(shè)施容量。

1.1 生活污水接收量

生活污水接收量包括船舶抵港攜帶生活污水量和在港停泊期間生活污水產(chǎn)生量。船舶抵港攜帶生活污水量根據(jù)到港船舶船型、艘次、人員配置、生活污水貯存艙（柜）容積等因素進行預(yù)測，現(xiàn)有碼頭的船舶抵港攜帶生活污水量可根據(jù)碼頭運營統(tǒng)計資料分析確定。船舶在港停泊期間生活污水產(chǎn)生量根據(jù)到港船舶船型、艘次、在港時間、人員配置等因素進行預(yù)測[2]。

單日港口船舶生活污水接收量為港口全天到港的單艘船舶生活污水接收量之和。單日港口船舶生活污水接收量采用下式計算：

式中，Gs——單日港口船舶生活污水接收量（m3/d）；

Nsi——單日第i種船型到港船舶數(shù)量（艘）；

Nti——單日第i種船型在港船舶數(shù)量（艘）；

ks——生活污水貯存艙的滿艙程度調(diào)節(jié)系數(shù)，根據(jù)碼頭運營統(tǒng)計資料確定，資料不足時取1；

Vsi——船舶生活污水貯存艙容積（m3/艘）；

m——船舶配員和乘客定額（人/艘）；

Vti——人均單日生活污水產(chǎn)生量[m3/（人·d）]，取0.035~0.07。

1.2 含油污水接收量計算

含油污水接收量根據(jù)到港船舶船型、主機功率、艘次等因素進行預(yù)測。現(xiàn)有碼頭接收量可根據(jù)碼頭運營統(tǒng)計資料分析確定。單日港口船舶含油污水接收量可采用下式計算：

式中，Go——單日港口船舶含油污水接收量（m3/d）；

Nsi——單日第i種船型到港船舶數(shù)量（艘）；

Ko——船舶含油污水貯存艙（柜）滿艙程度調(diào)節(jié)系數(shù)；

Voi——船舶含油污水貯存艙（柜）容積（m3）。

1.3 儲存設(shè)施容量計算

污水儲存設(shè)施的容量應(yīng)綜合考慮單日港口船舶污水接收量、轉(zhuǎn)運頻次等因素確定，且不應(yīng)小于單艘船舶的最大污水接收量。

生活污水儲存設(shè)施的容量：

船舶含油污水儲存設(shè)施的容量：

式中，f——污水日轉(zhuǎn)運頻次。

1.4 污水泵揚程計算

船舶污水艙與岸上陸域存在幾米到數(shù)十米的高差，需利用船泵或提升泵將船舶污水提升至岸上儲存設(shè)施中。

污水泵揚程：

式中，Hb——污水泵的揚程（kPa）；

H1——污水提升的高度差（m），即污水出水管排水口中心與泵最低水位間的高度差值；

H2——污水泵吸水管、出水管沿程和局部阻力損失之和（m），一般局部阻力損失取沿程阻力損失的20%；

H3——污水泵出水管附加的流出水頭。當(dāng)全揚程小于或等于20 m時，宜取1~2 m；當(dāng)全揚程大于20 m時，宜取2~3 m。

污水提升泵出水管最小管徑取DN40，管道設(shè)計流速宜采用0.7~2.0 m/s[3]。

2 污水接收工藝分析

內(nèi)河山區(qū)河流碼頭常見結(jié)構(gòu)形式主要有直立式（框架直立式、直立式擋墻等）、下河公路斜坡道形式、躉船浮碼頭式等。不同結(jié)構(gòu)形式其污水接收工藝也不相同。

靠港船舶的含油污水和生活污水，可采用貨船自備的污水泵，通過管道輸送上岸的接收方式。這種方式對水位落差小的碼頭是簡單實用的，但對于內(nèi)河山區(qū)河流會出現(xiàn)困難。因為山區(qū)河流水位變幅大，汛期陡漲陡落，日變幅最大可達10 m。如三峽庫區(qū)水位落差為30 m左右，金沙江上游庫區(qū)最大落差可達60 m以上，貨船或客船自備的污水泵一般揚程10 m左右，如此巨大的落差僅靠目前貨船或客船自備的污水泵不能將污水直接排放到岸上接收設(shè)施中。因此，需要采用污水提升裝置。

2.1 污水接收流程

船舶生活污水和含油污水需排岸處理時，根據(jù)水位情況，將船舶污水通岸接頭與最近距離的平臺碼頭船舶污水提升裝置或碼頭面的船舶污水接口通過軟管相連。污水通過船舶自帶污水泵提升至污水提升裝置內(nèi)，再由提升裝置中的潛污泵進一步提升，經(jīng)碼頭布置的船舶污水接收管道排至陸域污水收集池暫存。

船舶污水的岸上輸送管道與船岸連接的端口配置電磁流量計。船舶污水由污水接收接頭，經(jīng)輸送管道水平輸送至各級污水提升裝置，由污水提升裝置把含油污水和生活污水分別輸送至陸域收集池。污水池內(nèi)污水通過潛水泵加壓向市政管網(wǎng)排放。

船舶含油污水提升裝置及生活污水提升裝置均在碼頭面層設(shè)置一座控制箱（控制箱設(shè)備自帶），控制箱電源由就近碼頭船舶岸電電控箱引來。每個泊位碼頭船舶岸電電控箱引出2個回路接引船舶含油污水提升裝置及生活污水提升裝置。

2.2 污水提升裝置

污水提升裝置由不銹鋼箱體、內(nèi)置式不銹鋼自動攪勻排污泵和外置式進出水管道系統(tǒng)組成（圖1）。污水通過箱體進水口兩側(cè)設(shè)置的緩閉式止回閥及管道過濾器進入箱體，箱體內(nèi)設(shè)置液位計對水箱水位進行監(jiān)測，并聯(lián)動水泵啟停。箱體排出口通過緩閉式止回閥排出，并設(shè)置一個明桿閘閥接入水工平臺船舶生活污水系統(tǒng)和船舶含油污水系統(tǒng)。在水箱外設(shè)置液位計，當(dāng)水位高于限制水位時聯(lián)動水工平臺上設(shè)置的污水提升裝置控制箱對污水提升裝置強制斷電。箱體頂部設(shè)置一根不銹鋼管作為箱體通氣立管。

圖1 污水提升裝置圖

污水提升裝置內(nèi)2臺水泵，水泵為不銹鋼材質(zhì)。當(dāng)水箱內(nèi)水位低于啟停水位時停泵，當(dāng)水箱內(nèi)水位高于啟動水位時，啟動水泵作業(yè)。

含有雜質(zhì)的污水由進水口進入固液分離裝置，固液分離裝置把雜質(zhì)過濾后流入水箱，分離的污物隨污水從旋啟式止回閥流到固液分離裝置內(nèi)，無污物的污水暫存在水箱內(nèi)；隨著污水的進入，當(dāng)水箱內(nèi)的污水水位達到設(shè)定高度時，浮球開關(guān)把檢測到的信號反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)啟動排污泵，此時帶壓的水反向通過固液分離裝置，在水壓下經(jīng)過90°旋啟式止回閥將污水排至室外。固液分離裝置中的污物利用水泵反沖壓力，隨污水一起排出。

2.3 直立式碼頭

大水位差直立式碼頭船舶污水通常采用固定式接收裝置多級串連提升或采用碼頭卷揚設(shè)備提升污水接收裝置方式。固定式污水接收裝置一般安裝在碼頭前沿靠船平臺上。污水提升裝置的位置和數(shù)量根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)形式、水位落差和船泵等因素確定。船泵揚程大于12 m時，相鄰接收接頭的高差不宜大于10.0 m。污水提升裝置宜設(shè)置在靠船平臺或直立面內(nèi)側(cè)、便于操作和維修的地方，且不得影響生產(chǎn)作業(yè)和船舶靠離泊安全（圖2）。如萬州江南沱口集裝箱碼頭、重慶果園港采用此形式。

固定提升箱安裝在中下層平臺時，隨著河道水位的變化，固定式污水提升裝置存在淹沒、泥沙淤積、腐蝕和船舶污水泄漏等風(fēng)險。而卷揚設(shè)備提升污水接收裝置則需依賴動力和卷揚設(shè)備，操作不便，設(shè)備投資和運營成本較高。因此，可采用智能式船舶污水接收提升裝置，該接收裝置由升降機構(gòu)（電機、齒輪齒條）、接收水箱（污水中轉(zhuǎn)水箱）、污水泵、水位探測器、PLC控制箱等組成，將升降機構(gòu)安裝于碼頭前沿，升降機構(gòu)通過齒輪齒條帶動“污水中轉(zhuǎn)水箱”，在“污水中轉(zhuǎn)水箱”底部設(shè)置水位探測器，探測信號接入PLC控制箱，控制電機帶動“污水中轉(zhuǎn)水箱”隨河道水位變化自動升降。水位消落時“污水中轉(zhuǎn)水箱”自動下降，漲水時“污水中轉(zhuǎn)水箱”自動上升[4]。這種智能式船舶污水接收裝置，能有效地確保中轉(zhuǎn)水箱在碼頭前沿穩(wěn)定、可靠地進行上升或下降位移，升降控制靈活、其結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間較小、建設(shè)成本較低。

2.4 下河公路（斜坡式）碼頭

重慶市北碚江家沱貨運碼頭、萬州紅溪溝滾裝碼頭等采用此形式。沿下河公路一側(cè)分別新建含油污水及生活污水管道輸送上岸設(shè)施，在不同的水位高程分別設(shè)置含油污水及生活污水提升裝置各一套，由污水提升裝置把含油污水和生活污水分別輸送至陸域收集池。提升裝置為可移動形式。船舶污水的岸上輸送管道與船岸連接的端口配置電磁流量計。污水輸送管道接收接頭應(yīng)根據(jù)水位落差、斜坡長度和坡度等因素確定；相鄰接收接頭的高差不宜大于6.0 m。

2.5 躉船浮碼頭

躉船斜坡式碼頭在躉船上設(shè)置污水提升泵或污水提升裝置，躉船與岸坡用一榀或幾榀鋼引橋連接，鋼引橋可根據(jù)水位變化沿斜坡道拖動或通過浮箱定位樁上下浮動。岸上污水輸送管道接收接頭應(yīng)根據(jù)水位落差、斜坡長度和坡度等因素確定；相鄰接收接頭的高差不宜大于6.0 m。躉船與鋼引橋、鋼引橋與斜坡道之間采用金屬軟管連接。如永川特川碼頭、忠縣海螺水泥碼頭采用此形式。

通過對躉船艙底污水柜進行改造使靠港船舶污水能夠接入污水柜儲存，通過污水泵提升至碼頭陸域后方預(yù)處理設(shè)施內(nèi)處理后接入船舶生活污水收集池和船舶含油污水收集池儲存。接收流程：接收接頭→接收軟管→污水輸送管道→污水收集池。

3 結(jié)論

靠港船舶的含油污水和生活污水，需提升轉(zhuǎn)運至碼頭后方污水處理廠。山區(qū)河流由于水位落差大，碼頭結(jié)構(gòu)形式可分為直立式碼頭、下河斜坡道形式及浮碼頭形式。直立式碼頭可采用固定式多級串連提升箱或智能自動提升箱污水接收裝置，下河斜坡道形式碼頭則在路緣布置固定管道及移動式提升箱，浮碼頭將提升箱布置在躉船上，根據(jù)水位變化調(diào)整接收接頭。該文提出的船舶污水容量及提升能力計算方法及污水接收工藝，可供船舶污水接收處置設(shè)施建設(shè)時采用。