無(wú)市政供水水源的牲畜碼頭港區(qū)供排水及水資源利用

李彬，肖敏艷，鐘良生，劉超，李柳嬋，李長(zhǎng)安，謝鈿加

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣州　510230）

無(wú)市政供水水源的牲畜碼頭港區(qū)供排水及水資源利用

李彬，肖敏艷，鐘良生，劉超，李柳嬋，李長(zhǎng)安，謝鈿加

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣州510230）

對(duì)無(wú)市政供水水源的某牲畜碼頭港區(qū)的供排水水量、取水方式及中水回用路徑進(jìn)行分析。結(jié)果表明，根據(jù)牲畜碼頭港區(qū)的實(shí)際情況，港區(qū)用水宜采用海水淡化，并對(duì)港區(qū)產(chǎn)生的生活污水和牲畜圈沖洗污水分別進(jìn)行處理并回用。

牲畜碼頭；供排水量；海水淡化；中水回用

某國(guó)港區(qū)牲畜碼頭為中國(guó)政府援非項(xiàng)目，定位于建設(shè)國(guó)際一流高度自動(dòng)集約化的牲畜碼頭，工程貫徹“高效水資源利用”、“零污染、零排放”，建設(shè)“綠色港口”［1］的設(shè)計(jì)理念。本工程遠(yuǎn)離城市，港外配套設(shè)施極不完善，沒(méi)有市政供水水源及市政排水管網(wǎng)，因此，港區(qū)的供水水源及污水處理均需自行解決。本文針對(duì)該牲畜碼頭建設(shè)要求和給排水特點(diǎn)，就其供排水水量計(jì)算方法、取水方式及中水回用路徑進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)此類型港區(qū)的節(jié)水和水資源利用進(jìn)一步歸納總結(jié)，以期對(duì)類似碼頭的水資源利用提供一定的技術(shù)參考。

1　工程概況

一期工程建設(shè)一個(gè)20 000 DWT牲畜專用滾裝泊位，長(zhǎng)240 m，一個(gè)工作船泊位長(zhǎng)49 m，引橋及引堤長(zhǎng)355.5 m，陸域約14 hm2，后方陸域、堆場(chǎng)、附屬建筑物（包括辦公樓、信號(hào)塔、變電站、海水淡化廠、泵站等，總建筑面積約1 700 m2）以及相關(guān)的水、電、通信、導(dǎo)航等配套設(shè)施建設(shè)均采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

2　水量分析

2.1用水量

碼頭用水由生活用水（船舶用水、工作人員飲用水、牲畜飲用水）、牲畜圈沖洗用水、環(huán)保用水（碼頭面和道路的噴灑用水）及消防用水組成［2］。

船舶上水量按1艘2萬(wàn)t級(jí)船舶用水，上水時(shí)間為10 h計(jì)算；人員生活用水量按總定員100人，用水量為50 L/（人·d），用水時(shí)間為8 h，時(shí)變化系數(shù)為1.5計(jì)算；牲畜飲用水量按駱駝?dòng)盟繛?0 L/（頭·d），牲畜圈有效利用率為0.7，用水時(shí)間為24 h，時(shí)變化系數(shù)為2.0計(jì)算；牲畜圈沖洗水量按每個(gè)牲畜圈每天沖洗1次，沖洗時(shí)間為7.5 h，沖洗強(qiáng)度為4 L/（m2·次）計(jì)算；環(huán)保用水量按每天噴灑1次，沖洗時(shí)間為4 h，沖洗強(qiáng)度為2 L/（m2·次）計(jì)算；消防用水量（不包括消防船供給水）按同時(shí)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)為1次，以最大一棟建筑物即辦公樓計(jì)算，室內(nèi)和室外消防用水量分別為15和25 L/s，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間為2.0 h計(jì)算；不可預(yù)見(jiàn)水量按以上用水量（不包括消防水量）之和的10%計(jì)算。用水量組成詳見(jiàn)表1。

表1 用水量組成Tab.1　Composition of water consumption

由上述用水量需求可見(jiàn)，本工程用水總量偏大。船舶上水、人員生活用水、牲畜飲用水必須采用飲用水，而牲畜沖洗用水對(duì)水質(zhì)要求不高，可采用中水。本工程消防用水量不大，若采用海水作為消防水源，對(duì)消防管道及附件等的要求較高，且平時(shí)需要采用淡水進(jìn)行穩(wěn)壓，導(dǎo)致造價(jià)偏高，因此消防用水采用淡水。

2.2排水量

港區(qū)排水系統(tǒng)分為污水排水系統(tǒng)和雨水排水系統(tǒng)。根據(jù)污水水質(zhì)的不同，將其分為牲畜圈沖洗污水和港區(qū)工作人員產(chǎn)生的生活污水。

2.2.1污水排水量

牲畜圈沖洗污水量按照牲畜圈沖洗用水量的90%考慮，則污水處理總量為226.8 m3，處理時(shí)間按24 h計(jì)，則處理能力為9.45 t/h，取10 t/h。

生活污水量按照生活用水量的90%考慮，污水處理總量為4.5 m3/d，處理時(shí)間按12 h計(jì)，則處理能力為0.375 t/h，取0.5 t/h。

2.2.2雨水排水量

年平均降雨量為110 mm，最大小時(shí)降雨量為47 mm，年平均降雨天數(shù)為8 d，暴雨強(qiáng)度約為70 L/（s·hm2），接近于我國(guó)甘肅地區(qū)暴雨強(qiáng)度，降雨量較小且降雨不均勻，主要集中在十月份至次年的一月份。經(jīng)計(jì)算，雨水流量為0.8 m3/s。

3　取水方式

3.1取水方式比選

本工程所在區(qū)域沒(méi)有可依托的外部供水水源，需要考慮自建淡水水源或外購(gòu)淡水。取水方式的選擇一方面需要保證供水的可靠性，另一方面應(yīng)盡可能降低取水工程的造價(jià)。綜合考慮新建港區(qū)情況，可供選擇的取水方式有管井取水、外購(gòu)淡水和海水淡化3種。

（1）管井取水。根據(jù)當(dāng)?shù)仡愃祈?xiàng)目，地下水水質(zhì)尚可，經(jīng)處理后能滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但管井出水量不穩(wěn)定；港區(qū)臨海，易受到海水侵蝕；本工程淡水用水量較大，長(zhǎng)期取水可能引起海水倒灌，污染地下水。因此管井取水方案在本工程中并不可行。

（2）外購(gòu)淡水。需通過(guò)儲(chǔ)水槽車從離港區(qū)約5 km之外的淡水廠購(gòu)水，每日運(yùn)水成本高達(dá)11 600元；供水可靠性不高，易造成飲用水的二次污染。因此外購(gòu)淡水方案在本工程中也不可行。

（3）海水淡化。目前海水淡化技術(shù)已較為成熟［3-4］，且海水資源豐富，供水可靠性較高，飲用水二次污染的可能性較小，對(duì)于本項(xiàng)目而言是較切實(shí)可行的取水方式。

3.2海水淡化方案設(shè)計(jì)

海水淡化出水水質(zhì)執(zhí)行GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。該方案需要設(shè)置海水取水泵站、海水淡化廠、淡水泵站。

（1）海水取水泵站用于為海水淡化廠提供海水水源，采用2臺(tái)流量為120 m3/h，揚(yáng)程為50 m的海水長(zhǎng)軸電泵。

（2）海水淡化廠產(chǎn)水能力為1 000 m3/d，采用2組產(chǎn)水能力分別為500 m3/d的海水淡化設(shè)備。海水淡化系統(tǒng)主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、保安過(guò)濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、膜清洗系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。海水淡化主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　海水淡化主要設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.2　Main design parameters of seawater desalination

（3）海水經(jīng)過(guò)海水淡化廠處理后變成淡水，為滿足港區(qū)生活及消防用水，需設(shè)置淡水泵房及相應(yīng)蓄水池。生活淡水泵組采用成套變頻供水設(shè)備，總流量為120 m3/h，揚(yáng)程為40 m，給水主泵2用1備，并配備相應(yīng)的穩(wěn)壓設(shè)施。消防泵型號(hào)XBD5.8/ 40-125L，總流量為144 m3/h，揚(yáng)程為50 m，2用1備，并配備相應(yīng)的穩(wěn)壓設(shè)施。

4　中水回用

中水回用的水源一般可采用雨水和污水。由于本項(xiàng)目中雨水水量較小，且降雨時(shí)間分布極不均勻，因此本工程不適合采用雨水回用。通過(guò)前面的供排水分析可知，本工程可作為中水回用水源的污水包括生活污水和牲畜圈沖洗污水兩部分。生活污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后回用于碼頭面及道路噴灑，牲畜圈沖洗污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后回用作牲畜圈沖洗用水［5-6］。

4.1生活污水回用

本工程生活污水量為4.5 m3/d，小時(shí)污水量為0.5 t/h，相比于港區(qū)總用水量，污水量較小，若采用供水管網(wǎng)進(jìn)行回用成本較高，因此考慮通過(guò)移動(dòng)泵車吸取后回用于碼頭面及道路噴灑。

生活污水進(jìn)水水質(zhì)：CODCr的質(zhì)量濃度為200～300 mg/L、BOD5的質(zhì)量濃度為150～300 mg/L、NH3-N的質(zhì)量濃度為20～35 mg/L、SS的質(zhì)量濃度為350～500 mg/L。處理后出水水質(zhì)滿足GB/T 18920-2002《城市再生水利用城市雜用水水質(zhì)》中的綠化及道路沖洗用水標(biāo)準(zhǔn)。生活污水處理工藝見(jiàn)圖1。

(3)管輸環(huán)境中具備生成FeCO3、Fe3 S4、FeS所需的 H 2 S、CO2以及水環(huán)境。因此，F(xiàn)eCO3、Fe3 S4、FeS可能來(lái)自管道自身腐蝕或是上游管道、設(shè)備的腐蝕;而S、SiO 2、Fe3 O4則可能來(lái)自上游生產(chǎn)流程或管道施工時(shí)的遺留物。

圖1　生活污水處理工藝流程

4.2牲畜圈沖洗污水回用

本工程中，牲畜圈沖洗污水量為226.8 m3/d，小時(shí)污水量為10 t/h，污水量較大，通過(guò)適當(dāng)處理后，即可回用于牲畜圈沖洗用水。

目前，對(duì)于牲畜碼頭的研究較少，牲畜圈沖洗污水水質(zhì)并無(wú)可供參考的資料。養(yǎng)殖場(chǎng)污水污染物中CODCr的質(zhì)量濃度為3 000～7 000 mg/L、BOD5的質(zhì)量濃度為780～4 500 mg/L、NH3-N的質(zhì)量濃度為800～2 200 mg/L、SS的質(zhì)量濃度為6 000～8 000 mg/L［7-8］。由于牲畜僅在碼頭的牲畜圈進(jìn)行中轉(zhuǎn)，停留時(shí)間較短，相比于養(yǎng)殖場(chǎng)牲畜長(zhǎng)期生長(zhǎng)和排泄，牲畜圈內(nèi)的沖洗污水污染物濃度較低，因此，本工程的牲畜圈沖洗污水水質(zhì)按照養(yǎng)殖污水污染物指標(biāo)的低值考慮，即CODCr的質(zhì)量濃度為3 000 mg/L、BOD5的質(zhì)量濃度為800 mg/L、NH3-N的質(zhì)量濃度為800 mg/L、SS的質(zhì)量濃度為6 000 mg/L。

對(duì)于牲畜污水的處理出水水質(zhì)設(shè)計(jì)，考慮其回用于牲畜圈的沖洗，采用沖洗水栓，相比于沖洗噴頭，沖洗水栓對(duì)SS濃度的要求不高，綜合考慮GB 18596-2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB 8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)為CODCr的質(zhì)量濃度為400 mg/L、BOD5的質(zhì)量濃度為150 mg/L、NH3-N的質(zhì)量濃度為10 mg/L、SS的質(zhì)量濃度為200 mg/L。

針對(duì)沖洗污水有機(jī)質(zhì)濃度高的特點(diǎn)，采用混凝氣浮-UASB厭氧-接觸氧化-過(guò)濾消毒的處理工藝，工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2　牲畜圈沖洗污水處理工藝流程

5　水資源利用效果分析及其它節(jié)水措施

通過(guò)上述對(duì)牲畜碼頭的取水、用水及中水回用的分析，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的估測(cè)，按照一年運(yùn)營(yíng)360 d，則采用牲畜沖洗污水回用于牲畜圈沖洗，回用率按80%考慮，每年可節(jié)約淡水約65 318 m3；采用生活污水回用于港區(qū)道路及碼頭沖洗，回用率按70%考慮，每年可節(jié)約淡水約1 134 m3；總共節(jié)約淡水約66 452 m3。按照當(dāng)?shù)厮畠r(jià)27元/t，則每年可以節(jié)省水費(fèi)約179萬(wàn)元，扣除設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)、管理費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等，每年可節(jié)約費(fèi)用120萬(wàn)。

考慮到本工程采用海水淡化水作為飲用水，制水成本極高，除上述提供的中水回用方法之外，還應(yīng)在港區(qū)內(nèi)大力推廣節(jié)水措施：首先在建構(gòu)筑物內(nèi)部選用節(jié)水衛(wèi)生器具，節(jié)水衛(wèi)生器具主要有節(jié)水型淋浴設(shè)備、節(jié)水型坐便器/蹲便器、節(jié)水型水龍頭等；其次，應(yīng)對(duì)港區(qū)人員進(jìn)行節(jié)水培訓(xùn)，培養(yǎng)良好的節(jié)水習(xí)慣。

6　結(jié)語(yǔ)

對(duì)無(wú)市政供水水源的牲畜碼頭，其水源的選擇應(yīng)根據(jù)用水類別和用水量，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。港區(qū)產(chǎn)生的生活污水和牲畜圈沖洗污水應(yīng)考慮分別處理后回用于碼頭面和道路的沖灑，以及牲畜圈的沖洗。通過(guò)采取節(jié)水措施和中水回用，能實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益，帶來(lái)良好的社會(huì)和環(huán)境效益。

［1］歐陽(yáng)斌，王琳.中國(guó)綠色港口發(fā)展戰(zhàn)略研究［J］.中國(guó)港灣建設(shè)，2014，（4）：66-73.

［2］交通運(yùn)輸部水運(yùn)局.海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范：JTS 165-2013［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［3］馮厚軍，謝春剛.中國(guó)海水淡化技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望［J］.化學(xué)工業(yè)與工程，2010，27（2）：103-109.

［4］侯勇，王桂華.海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.吉林電力，2011，39（1）：8-10.

［5］汪齊，鐘良生，何霞.碼頭機(jī)械保養(yǎng)場(chǎng)初期雨水的收集與處理［J］.工業(yè)用水與廢水，2013，44（3）：49-50.

［6］李柳嬋，肖敏艷，李彬，等.港區(qū)污水收集、處理與回用探討［J］.工業(yè)用水與廢水，2015，46（4）：12-16.

［7］逯延軍，郭冀峰，石磊.養(yǎng)殖廢水處理工程工藝的改進(jìn)［J］.水處理技術(shù)，2015，41（4）：125-127.

［8］桑磊，周麗娜，鄧歡.養(yǎng)豬污水處理工程實(shí)例及分析［J］.中國(guó)給水排水，2010，26（24）：81-84.

Water supply and drainage and water resource utilization of livestock terminal in harbor district without municipal water supply source

LI Bin，XIAO Yan-min，ZHONG Liang-sheng，LIU Chao，LI Liu-chan，LI Chang-an，XIE Tian-jia
（Fourth Harbor Engineering Investigation and Design Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510230，China）

The volume of water supply and drainage，the water intake mode and the recycled water route of a livestock terminal in harbor district without municipal water supply source，were analyzed.The results showed that，based on the actual situation，seawater desalination would be adopted for water supply；besides，domestic sewage and flushing sewage from the livestock unit in the harbor district was treated and reused respectively.

livestock terminal；water supply and drainage volume；seawater desalination；reuse of recycled water

U653.99；X736.1；X703.1

A

1009-2455（2016）04-0049-04

李彬（1983-），男，河南商丘人，工程師，給水排水工程師，學(xué)士學(xué)位，主要從事各類港口碼頭的給水、排水、消防、環(huán)境保護(hù)的設(shè)計(jì)及研究工作，（電子信箱）lib@fhdigz.com；肖敏艷（1988-），女，福建龍巖人，助理工程師，給水排水工程師，碩士學(xué)位，主要從事港口碼頭的給水、排水、消防、環(huán)境保護(hù)的設(shè)計(jì)及研究工作，（電子信箱）xiaomy@fhdigz.com。

2016-06-02（修回稿）