環境應急水池的類型與結構的研究

邊歸國 肖毓銓 王翔

（1福建省生態環境廳 福建福州 350003 2福建省生態環境應急與事故調查中心 福建福州 350003）

0 引言

1 環境應急水池的類型

目前環境應急水池的類型可分為以下3種。

1.1 地下式

地下式按水池頂端與場地表面位置分為地下式和地表式2類。

（1）全封閉在地下。一些大型電子類企業在生產車間下方設置事故暫存池，一旦發生事故，本車間各種廢水直接排入地下，再通過動力管道傳輸到環境應急水池。此法優點是事故廢水直接進入本車間事故暫存池，沒有雨水和其他車間生產廢水介入。還有一些企業為了充分利用場地，將應急池全部建在地下，表面覆土種植花、草美化環境。或用水泥密封、預留幾個不同高度的排氣筒、觀察采樣口。地下式環境應急水池缺點是必須通過液位計控制水位，暫存事故廢水需要通過動力傳輸到環境應急水池。另外，因是密閉地下結構，必須嚴密監控并排除有毒、易燃易爆氣體，額外增加一些輔助設備投入。

（2）地表式。大多數中小企業可在不長的距離內實現事故廢水重力自流，直接通過溝渠和管道輸送到地表式事故暫存池。此法優點是不需要動力，可全天候和斷電的情況下收集事故廢水。不足之處是必須根據地形設置在廠區最低洼處，不能按生產工藝布局調整，見圖1。

大多數企業根據管理部門要求采用混凝土結構的永久性環境應急水池，這種類型水池配套污水收集管道，暫存的污水經應急處置后，通過管道輸送到污水處理廠（站）進一步處理見圖1（b）。也有少部分企業利用清理后的池塘、水溝鋪設防滲膜構筑臨時應急池，見圖1（a）。

1.2 半地下式

此類環境應急水池大部分在地下、少部分在地上。此式優點是節約一些建設費用，比較方便維護管理。缺點是如果是重力自流，因為進水口在地面以下，那么有效容積將有所減少，見圖2（b）；如果是通過動力傳輸將增加能耗，見圖2（a）。

1.3 地上式

這種全部建在地面上方的事故暫存池的優點是建設投資相對較少，不受地形和地下水限制，可比較靈活布設。不足是必須通過動力傳輸，將增加能耗。一旦供電中斷，事故污水將無法及時收集，見圖3。

其中：tc為現場測點土在應力歷史中最近一次應力開始改變至今所歷經時間；tp為現場測點在應力改變后主固結完成的時間。

2 環境應急水池（容器）的結構

（1）按材質劃分，有鋼筋混凝土、玻璃鋼、聚乙烯等硬質塑料、不銹鋼等金屬等材料結構，見圖4。鋼筋混凝土結構適合各種類型和容量的污水儲存。玻璃鋼、聚乙烯等硬質塑料結構多用于具有一定腐蝕性、事故污水產生量不大的企業。不銹鋼等金屬材料結構在容積上介于兩者之間，經過表面防腐處理后具有一定的抗腐蝕性能。

（2）按外形劃分，有圓型、方型、不規則型、單層和復式等。大部分企業采用單層圓型、方型、不規則型等環境應急水池。如受場地和地下水等因素制約，可以采用復式結構，見圖5。

復式結構最突出的優點是占地面積小、容積大。地下層通過重力自流收集廢水，一旦接近最大容積，可利用液位計控制，啟動水泵將廢水打入上層應急池。而且上層水池不占用地面，容積還可以適當加大。福建漳州市轄區內，部分企業采取這種方式，見圖5。

由于環境應急水池單位重量成倍增加，可以有效抵御地下水的影響。

（3）按容積劃分，有水池、儲罐和水桶等，見圖6。水池的容積范圍較大，可從幾十到上萬立方米。儲罐相對略小，有幾十到上千立方米大小之分，而水桶只能暫存公斤級的泄漏物。

《水體污染防控緊急措施設計導則》（中石化建標〔2006〕43 號）提出，應設置能夠儲存事故排水的事故罐等儲存設施?！栋l酵類藥工業廢水治理工程技術規范》（HJ 2044—2014）規定，在生產車間應單獨設置染菌倒罐廢液事故收集池（罐）?！妒髽I水體環境風險防控技術要求》（Q/SH 0729—2018）規定：事故存液池的有效容積不宜小于罐組內1個最大儲罐的容積，并設置提升設施和固定管道，將泄漏的物料轉運到相鄰的同類物料儲罐。

（4）按相對位置劃分，有固定式和移動式。固定式多由鋼筋混凝土建成，也有將不同材質的儲罐固定在基樁上 [圖4（d）]。而移動式多見儲罐或大容積桶。如果事故污水量不大，可利用槽罐車轉運至污水處理廠處置。近年來，拼裝移動式應急池也逐漸得到應用。這種應急池最大的優點是平時折疊收儲在倉庫，一旦發生泄漏事故，可以就地拼裝，收集污水。見圖7。

如果事故污水量超過百噸，可搭建拼裝式移動應急池。搭建20 m長、20 m寬、0.5 m高，體積約200 m3移動應急池，需要128片直角、12片內彎板和600 m2防滲膜。具體參數：①直角板規格：單片長度不低于70 cm，高度不低于52 cm，水平面內徑不低于68 cm，重量≤3.5 kg；②內彎板規格：單片長度不低于55 cm，高度不低于52 cm，水平面內徑不低于68 cm，內彎角度不超過30°，重量≤3.5 kg；③直角板和內彎板可即時拼接，拼接方式：垂直卡扣式及水平卡扣式；④采用書檔型原理設計；⑤水平面和垂直面均設計有凸槽，且設計防水阻水；⑥水壓平衡設計，可防止水壓對應急池的沖擊力；⑦采用強力UV塑料材質；⑧厚度不低于5 mm；⑨使用溫度-40～95℃。

3 環境應急水池類型與結構的選擇

3.1 地下式

（1）全封閉在地下。石化行業因事故性排放可能含有易燃易爆和揮發性物質不宜采用地下式。石油化工企業發生油品泄漏時，大量油品充滿地下管道是非常危險的，無法監控。如果是易揮發的輕質油，如遇明火或靜電、雷電等，可能引發整個場區的嚴重爆炸事故，發生事故的危險可能會比油罐著火更嚴重，造成無法控制的損失；如果泄漏物料為重油或高凝原油，在常溫無壓條件下，流動性非常差，可能未流到事故緩沖池就凝固了，而且后期無法清除，會嚴重污染地下環境。從現場管理的角度考慮，在事故發生過程中，火災還沒完全控制的情況下，沒有哪個現場管理者或操作者去打開罐區排水出口閥，放任大量危險物料進入到地下管道中，造成二次事故或后期無法處理的隱患[4]。

對于用地較緊張、水環境風險源較多的企業或地下水影響不大的企業，可以采用地下式環境應急水池。福州京東方廠區共有7處設置事故應急池，總容積為11 136 m3。其中廢水處理站地下設置事故應急池，分三格設置，每格容積為3 000 m3，用于收集廢水站事故廢水和風險事故廢水；另外，化學品庫1、2、3底下設置事故應急池，收集事故廢水、雨水和消防水，容積為970 m3；特氣站內氯氣間設應急水池，容積為374 m3；特氣站內氨氣間設應急水池，容積為252 m3。設計地下式環境應急水池，必須考慮地下水的影響。魏剛[5]以中國石化武漢分公司面積約1 200 m2應急池為例指出，大面積地下建筑當需要采取附加抗浮措施時，抗浮計算應同時兼顧整體抗浮穩定和局部抗浮穩定，避免局部抗浮穩定不足。大面積地下建筑采用抗拔樁抗浮時，首先應確定柱下抗壓樁數量，然后將所需抗拔樁均勻布置在計算單元內。這樣可使抗水底板最經濟，受力更合理。當然并不是越薄越好，還需考慮抗水底板的受力環境、抗拔樁鋼筋在板內錨固需要等因素來確定最佳板厚和地梁高度。

（2）地表式。在重新修訂的《化工建設項目環境保護工程設計標準》（GBT 50483—2019）中規定：化工建設項目應設置應急事故水池；宜采取地下式（地表式）。當事故廢水必須轉輸時，轉輸泵及其備用泵的電源應按一級負荷確定；當不能滿足一級負荷要求時，應設雙動力源。備用泵與消防供水泵相一致。中國石油天然氣集團公司企業標準《事故狀態下水體污染的預防與控制技術要求》（Q／SY 1190—2013）規定，宜結合一、二級預防與控制體系增設事故液提升設施。《石化企業水體環境風險防控技術要求》（Q/SH 0729—2018）中規定：事故池宜采取地下式（地表式），事故排水重力流排入。事故池應根據項目選址、地質等條件，采取防滲、防腐、抗浮、抗震等措施。事故池不宜加蓋。事故池周圍應設置消火栓，用于消防水或泡沫消防。

3.2 地上式

中國石油化工集團公司頒發的 《石化企業水體環境風險防控技術要求》（Q/SH 0729—2018）中規定：酸性水、堿渣、酸堿、液氨、苯等環境風險物質儲罐及生產污水儲罐應設置防火堤或事故存液池，泄漏時不得進入全廠事故排水系統；防火堤或事故存液池的有效容積不宜小于罐組內1個最大儲罐的容積，并設置提升設施和固定管道，將泄漏的物料轉運到相鄰的同類物料儲罐。當不具備事故排水重力流排入事故池條件時可采用事故罐，事故排水向事故罐轉入能力應不小于收集區域內最大事故排水匯水區的事故排水產生量。

對于地下水位較高的區域，由于地下水位長期處于動態變化，所以水池底部所受浮力時常變化，使得工程設計參考水位處于模糊狀態，加之水池設計過程中所考慮實際情況不盡相同，給設計產品安全帶來不確定性。地下水的變化，將會造成水池上浮傾斜，嚴重時池體會出現裂縫、位置漂移、池底上拱破裂等現象。如果要避免水池損毀，基礎必須打在基巖上，工程造價較高。對于老企業改造、平面布置難度很大、建設場地不能滿足環境應急水池所需要求時，可以事故罐的形式加以補充[6]。在材質的選擇上比較靈活，可使用鋼筋混凝土、玻璃鋼結構、聚乙烯等硬質塑料結構、不銹鋼等金屬材料。

3.3 復式

《焦化廢水治理工程技術規范》（HJ 2022—2012）提出，廢水處理建筑物宜采用多層立體布置。對于用地較緊張或地下水較豐富的地區，企業可以選擇復式結構。如果應急事故水池容積在1 000 m3以下，可做成防滲防腐的地下式鋼筋混凝土結構。如果容積大于1 000 m3，可做成上下兩層，地下部分收集污水并用水泵轉移至高位水池或儲罐[7]，這樣可以解決占地太大和造價過高的問題，也可以有效減少地下水浮力產生的影響。福建漳浦某企業地上水池容積為400 m3，地下水池為800 m3，即可滿足突發事故應急處置的需求，并節約企業用地，見圖5。

3.4 移動式

英國消防員在火災撲救前，事先用雙管注水塑料圍欄圍成一個封閉區域，防止消防污水及泄漏的污染物流入下水道或者河流，造成對地下水、居民飲用水源和生態環境的污染。這樣一方面可以把滅火救援活動中對環境的污染降到最低，另一方面，囤積水在消防水源不足的情況下可以循環使用[8]。在一次化工企業突發環境事件應急演練中，福建省生態環境部門和演練單位使用拼裝式移動應急池，取得良好效果。

一些小型企業在發生一般事故情況時，可通過泵將污水提升至移動的槽、罐或槽罐車內，然后送到污水處理站集中處理。但是，使用應急罐也存在大量事故廢水對泵功率的要求高、在火災和爆炸發生時電力供應故障致使泵動力系統失效等缺陷。另外如果事故廢水中含有的環境風險物質在應急罐內可能發生物料反應、壓力變化或著火等，將再次引發事故。因此，事故應急罐的使用也收到一定的限制，在事故廢水大量排放的情況下，可能無法滿足有效收集和攔截等需求。

4 結語

環境應急水池的類型與結構的選擇應因地制宜，根據地形、地貌、場地范圍、地下水情況等合理建設環境應急水池。

對于廠區范圍不大的中小型企業，可盡量選用重力自流地表式環境應急水池。對于大型企業，可在環境風險源附近設置二級預防的中間緩沖池，及時有效收集事故和消防廢水，然后通過水泵將暫存的廢水轉輸到環境應急水池。

在材質的選擇上盡可能使用鋼筋混凝土等建設安全可靠、永久性的環境應急水池。

當各種緩沖和環境應急水池無法滿足需要時，可利用槽罐和拼裝式移動應急池收納事故廢水并及時轉輸到污水處理場站處置。

在特殊情況下，應充分利用各種緩沖設施、管道、溝渠和環境應急水池及時有效收集處理事故污水，盡可能杜絕或減少對生態環境的影響。

致謝：張曉芳和黃培源等對本文編寫提供幫助，特此感謝！