天津?yàn)I?；@區(qū)污水集輸系統(tǒng)的研究

王文輝 ，葉世火 ，玉海瓏

（1.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122；2.天津市南港工業(yè)區(qū)開發(fā)有限公司，天津市 300280）

0 引言

目前，國內(nèi)化工園區(qū)排水管道敷設(shè)方式有地面以上（架空敷設(shè)）和地面以下（埋地敷設(shè)）兩大類，前者具有便于施工、操作、檢查、維修及經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)；后者優(yōu)點(diǎn)是可充分利用地下空間，缺點(diǎn)是管道腐蝕性較強(qiáng)，檢查和維修困難，在車行道處有時(shí)需特別處理以承受大的載荷，低點(diǎn)排空、檢修不方便。在確定化工園區(qū)污水管道的布置及敷設(shè)方式時(shí)，應(yīng)考慮到污水管道線路所在地區(qū)的氣象、水文地質(zhì)、地形地貌、地下構(gòu)筑物、交通線的密集程度、總圖布置（管線綜合），并結(jié)合區(qū)域近、遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)劃、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理分析比較及施工維修管理方便等因素[1]。

天津?yàn)I海化工區(qū)緊鄰渤海灣，是圍海造地區(qū)域，其海岸為典型的淤泥質(zhì)海岸。場地主要由素填土、粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)黏土層組成，呈流塑～軟塑狀態(tài)，屬中～高壓縮性土。地基承載力低，范圍為80～100 kPa，填土結(jié)構(gòu)性差、欠均勻。場區(qū)地下水結(jié)晶類腐蝕等級(jí)為中等，結(jié)晶分解類復(fù)合腐蝕等級(jí)為強(qiáng)腐蝕性。

1 污水集輸系統(tǒng)方案選擇

1.1 污水來源及組分

濱?；@區(qū)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(jī)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(chǎn)廢水：主要來自機(jī)械設(shè)備的沖洗、機(jī)械設(shè)備維修沖洗水等；（4）生活污水：主要來源于生活輔建區(qū)、化工區(qū)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(xué)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(shí)，還含有少量的苯、甲苯、二甲苯等。

廠區(qū)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(xué)品廢水 CODcr 為 300～700 mg/L，含油量為 400～500 mg/L，同時(shí)，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(jì)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(jié)合濱?；@區(qū)氣象、巖土地質(zhì)及工業(yè)園區(qū)整體規(guī)劃等因素，污水管網(wǎng)常規(guī)埋地敷設(shè)，容易出現(xiàn)由于施工水平、地質(zhì)不均勻沉降、土層地質(zhì)腐蝕性強(qiáng)等原因，導(dǎo)致污水管網(wǎng)滲漏，并造成土壤、地下水污染等環(huán)境問題。

化工園區(qū)內(nèi)的污水公共納管采用架空敷設(shè)，雖然相對于常規(guī)埋地敷設(shè)管網(wǎng)工程投資造價(jià)較高，但不會(huì)產(chǎn)生土壤、地下水污染等環(huán)境問題，架空敷設(shè)管網(wǎng)可有效監(jiān)控、防患上述環(huán)境問題，具有良好的生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效益，且易于維護(hù)和進(jìn)行系統(tǒng)管理，是未來大型工業(yè)區(qū)排水體系的發(fā)展趨勢。

該工程污水輸送系統(tǒng)擬選擇架空敷設(shè)方式，以保障區(qū)域排水安全、可靠。

1.3 工藝流程

濱?；@區(qū)內(nèi)各企業(yè)工業(yè)外排污水必須經(jīng)過預(yù)處理措施，達(dá)到園區(qū)的“公共管網(wǎng)收納標(biāo)準(zhǔn)”，方允許進(jìn)入工業(yè)污水管網(wǎng)系統(tǒng)，最后匯入終端污水處理廠集中處理。污水集輸系統(tǒng)管道總長度約5.2 km，架空敷設(shè)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(biāo)準(zhǔn)：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(biāo)滿足天津市《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/365—2008）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。圖1為工業(yè)區(qū)污水集輸及處理工藝流程。

圖1 工業(yè)區(qū)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(hù)措施

污水架空遠(yuǎn)距離輸送管道隨化工園區(qū)公共管廊一并敷設(shè)，沿線穿跨越鐵路、立交橋及河道等障礙物，將呈現(xiàn)出起伏變化復(fù)雜的顯著特點(diǎn)，很容易造成水錘事故。本文通過水錘分析計(jì)算，對其過渡過程進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，在污水管道的隆起點(diǎn)上，通過選擇合理的水錘防護(hù)措施，消除水錘對系統(tǒng)的影響。

企業(yè)及地塊內(nèi)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(qū)內(nèi)水泵啟動(dòng)和正常停機(jī)的過程中產(chǎn)生的水力過渡一般由泵后閥門產(chǎn)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(yán)重的，應(yīng)該把管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得能承受這種工況引起的正壓和負(fù)壓。對于污水架空遠(yuǎn)距離輸送管線將呈現(xiàn)出起伏變化復(fù)雜的顯著特點(diǎn)，很容易造成水錘事故，即管線縱向局部高點(diǎn)可能產(chǎn)生真空和水柱分離的情況[2]。

在工程應(yīng)用過程中，建議在水錘壓力較高處，或污水管道的隆起點(diǎn)處，安裝水錘防護(hù)設(shè)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(fā)生異常事故，保證管路的安全運(yùn)行。

2.2 冬季保溫伴熱措施

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

由于各企業(yè)生產(chǎn)工藝存在差異，污水水質(zhì)、水量、溫度均有差別，因而，污水水溫難以保障，污水管道內(nèi)難以保證足夠的污水連續(xù)輸送。為保證污水管道冬季可靠運(yùn)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(yīng)滿足以下性能要求：（1）保溫材料允許使用溫度應(yīng)高于正常運(yùn)行時(shí)的介質(zhì)最高溫度；（2）不應(yīng)使用在被保溫的設(shè)備和管道表面產(chǎn)生腐蝕的保溫材料；（3）有多種可供選擇的保溫材料時(shí)，應(yīng)首先選用導(dǎo)熱系數(shù)小、密度小、強(qiáng)度相對高、無腐蝕性、損耗少、價(jià)格低、運(yùn)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(shù)。

表1 部分保溫材料參數(shù)

根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及類似工程的運(yùn)行使用情況，推薦采用巖棉類等相對環(huán)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(shí)能感應(yīng)管壁（介質(zhì)）的溫度而自調(diào)發(fā)熱量，大大降低能耗，節(jié)能環(huán)保，可靠及操控性高，使用壽命高，在化工園區(qū)運(yùn)用較為普遍。

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

圖2 電伴熱系統(tǒng)示意圖

該項(xiàng)目污水輸送距離長，選擇串聯(lián)恒功率電伴熱帶，同時(shí)根據(jù)污水集輸系統(tǒng)的環(huán)境溫度以及伴熱后要求達(dá)到的維持溫度（5℃），計(jì)算系統(tǒng)所需伴熱線的規(guī)格型號(hào)及運(yùn)行時(shí)的功率[4]。表2為伴熱設(shè)計(jì)參數(shù)。

表2 伴熱設(shè)計(jì)參數(shù)

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

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

集輸系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)主要包括人工費(fèi)、電費(fèi)以及設(shè)備維護(hù)費(fèi)，年綜合運(yùn)行費(fèi)用約為 55 萬元。按輸送流量為 1.5 萬 t／d 計(jì)算，單位運(yùn)行費(fèi)用為 0.1 元／t。

4 結(jié)語

本文通過分析研究天津?yàn)I?；@區(qū)企業(yè)污水來源、介質(zhì)組分以及區(qū)域氣象水位、地質(zhì)的特點(diǎn)，建立了一套融北方化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)污水架空輸送及冬季系統(tǒng)保溫伴熱為一體的污水遠(yuǎn)距離架空輸送系統(tǒng)，可有效解決常規(guī)埋地敷設(shè)，容易出現(xiàn)污水管網(wǎng)滲漏，并造成土壤、地下水污染等問題，具有良好的生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效益，為今后北方工業(yè)區(qū)污水集輸方式的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了技術(shù)借鑒。

[1] 施振球,趙廷元,葉全樂，等.動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2] 唐寅.水錘的研究與防護(hù)[D].武漢:武漢科技大學(xué),2008.

[3] GB8175—2008,設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].

[4] 王鵬,蔣軼俊,張磊,等.生活污水處理裝置在海洋平臺(tái)上的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].船舶工程,2013,35(1):155-158.