某煤碼頭工程生態(tài)水系設(shè)計(jì)分析

趙秀慧，祝 超

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

公司除塵供水水源主要來(lái)自壓艙淡水和市政自來(lái)水，其中壓艙水2017年收水33.2萬(wàn)t，用水優(yōu)先使用壓艙淡水，壓艙淡水不夠的情況使用市政自來(lái)水。市政自來(lái)水補(bǔ)水安排在晚上，流量為每小時(shí)200 t，補(bǔ)水時(shí)間為8個(gè)小時(shí)左右，即每晚補(bǔ)水1 600 m3（白天無(wú)法進(jìn)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(shí)不灑水，一年按350天計(jì)），則年需除塵用水約為52萬(wàn)m3，其中33萬(wàn)m3為壓艙水，其余19萬(wàn)m3為市政自來(lái)水，按每次補(bǔ)水1 600 m3，一年中約有119天需要市政補(bǔ)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(jù)作業(yè)動(dòng)態(tài)情況目前接收過(guò)最多約為11 000 t。因計(jì)劃安排來(lái)船周期不定（連續(xù)一周出現(xiàn)兩條以上壓艙水船），會(huì)出現(xiàn)壓艙水水池溶積不夠出現(xiàn)無(wú)法接收壓艙水的情況，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間（一周之內(nèi)沒(méi)有）沒(méi)有來(lái)船導(dǎo)致無(wú)法接收壓艙水。

計(jì)劃內(nèi)9.5元/m3，計(jì)劃外20元/m3，目前公司已將市政自來(lái)水用水指標(biāo)調(diào)整為計(jì)劃內(nèi)年用水量為26萬(wàn)m3，每噸9.5元，每年近260萬(wàn)用水投入。

2 生態(tài)水系現(xiàn)狀

2.1 存在問(wèn)題

1）場(chǎng)區(qū)鋪面結(jié)構(gòu)

目前，除碼頭區(qū)外，其他區(qū)域基本都是聯(lián)鎖塊鋪面型式。不利于清掃車機(jī)械化清掃，清掃效果不明顯，特別是雨季，堆場(chǎng)區(qū)地面煤泥極難清掃，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2）污水處理設(shè)施現(xiàn)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(zé)任公司污水處理現(xiàn)狀的報(bào)告》相關(guān)數(shù)據(jù)，從這份報(bào)告中可知，公司水系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題：

①生活污水處理設(shè)施尚未完成改造。

②現(xiàn)有生活污水處理設(shè)施回用水系統(tǒng)，僅考慮灑水車接水回用，未考慮納入公司整體水系統(tǒng)循環(huán)利用中。

③含煤污水處理設(shè)施處理能力過(guò)小，特別是雨水調(diào)節(jié)池容積不能容納大雨級(jí)別雨水。

④堆場(chǎng)區(qū)雨水收集系統(tǒng)（主要是弧形蓋板排水溝）調(diào)蓄雨水能力較小。

⑤堆場(chǎng)區(qū)排水系統(tǒng)存在潔凈雨水與含煤雨水混流排海的現(xiàn)象。導(dǎo)致皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接機(jī)房產(chǎn)生含煤污水不能及時(shí)收集處理。

⑥翻車機(jī)小區(qū)含煤污水處理設(shè)施、煤泥處理設(shè)施、含礦沖洗污水處理設(shè)施沒(méi)有建設(shè)。

2.2 水系統(tǒng)水量分析過(guò)程

1）煤炭堆場(chǎng)溢流含煤污水

①含煤污水發(fā)生量

根據(jù)《水運(yùn)工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 149-2018），散貨堆場(chǎng)的徑流用水量計(jì)算公式為：

式中：

V為徑流用水量（m3）；

Φ為徑流系數(shù)，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(qū)取0.040 m，屬于25～49.9 mm范圍，為大雨。本地區(qū)多年最大日降雨深的最大值為0.1684 m。

表1 現(xiàn)有含煤雨污水處理場(chǎng)收集范圍及能力復(fù)核

表2 規(guī)范上限降雨量（一年一遇）

表3 規(guī)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(jìn)入東輔區(qū)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(yù)留0.5 m備淤深度。

b.調(diào)蓄容積：人工湖水面面積總計(jì)約11 000 m2。取水口能取到的按照調(diào)蓄容積考慮，取水口深度2.2 m，預(yù)留0.15 m超高，調(diào)蓄深度按照2.2 m深度考慮，即人工湖總調(diào)蓄容積約22 000 m3。

④極端降雨時(shí)，含煤污水接收狀態(tài)

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(jù)作業(yè)動(dòng)態(tài)情況目前接收過(guò)最多約為11 000 t。因計(jì)劃安排來(lái)船周期不定（連續(xù)一周出現(xiàn)兩條以上壓艙水船），會(huì)出現(xiàn)壓艙水水池溶積不夠出現(xiàn)無(wú)法接收壓艙水的情況，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間（一周之內(nèi)沒(méi)有）沒(méi)有來(lái)船導(dǎo)致無(wú)法接收壓艙水。

3）初期雨水

①各排?？诘膮R水面積

表7 各排?？诘膮R水面積

②初期雨水發(fā)生量

a.降雨量

《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）（GB 50014-2006）中，雨水調(diào)蓄池的有效容積按照4～8 mm?！妒突の鬯幚碓O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50747-2012）中初期降雨深度取15～30 mm。綜合以上兩組數(shù)據(jù)，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(shè)計(jì)初期雨水發(fā)生量取15 mm。

b.安全系數(shù)1.1～1.5，取1.5。

表8 初期雨水發(fā)生量

3 生態(tài)水系實(shí)施措施

3.1 煤炭堆場(chǎng)溢流含煤污水

表9 設(shè)置提升泵站及相應(yīng)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(shí)，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(dá)標(biāo)水

表10 含煤污水達(dá)標(biāo)水設(shè)計(jì)

3.3 港區(qū)排水溝改造或新建

1）港區(qū)現(xiàn)有雨水管網(wǎng)改造，內(nèi)容包括1#、2#排?？谠O(shè)置閘門(mén)、雨水排入1#、2#雨水調(diào)節(jié)池。

2）轉(zhuǎn)接機(jī)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(diào)節(jié)能力。設(shè)置位置：

①驅(qū)動(dòng)裝置周邊增設(shè)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(cè)，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(chǎng)東側(cè)新建排水溝，排水溝寬B=1 500 mm，平均深度h=2 m，新增調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)容積。B=700排水溝蓋板改造后，蓋板厚度由400 mm調(diào)整為60 mm，增加調(diào)節(jié)容積約1 430 m3。

3.4 鹽化水脫鹽設(shè)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(bǔ)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(zhì)過(guò)濾→活性炭過(guò)濾→管式混合器→保安過(guò)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(shè)置初期雨水調(diào)蓄池，儲(chǔ)存初期雨水，待降雨完成后，提升至含煤污水系統(tǒng)處理。

一種是設(shè)置雨水提升泵站，瞬時(shí)提升初期雨水至東輔區(qū)人工湖。

2）各排海口總體設(shè)計(jì)思路如下：

①在1#、2#排?？谔幵O(shè)置電動(dòng)閘門(mén)；

②新增雨水引入管，將雨水引入調(diào)蓄池或提升泵站，雨水引入管上設(shè)置電動(dòng)閘門(mén)。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，可以控制雨水回收或者排海。

3）詳細(xì)設(shè)計(jì)思路

①入海口1：在入?？谇白詈笠粋€(gè)雨水檢查井上設(shè)置手電一體閘門(mén)，雨水就近排入2#含煤雨水調(diào)節(jié)池。

②入?？?：在入?？谇白詈笠粋€(gè)雨水檢查井上設(shè)置手電一體閘門(mén)，雨水通過(guò)新建雨水泵站排入東輔區(qū)人工湖。

③改造和新建雨水泵站

a.對(duì)堆場(chǎng)區(qū)現(xiàn)有1#或2#含煤污水調(diào)節(jié)池和翻車機(jī)小區(qū)雨水提升泵站的潛水排污泵組進(jìn)行改造，使之滿足排除堆場(chǎng)區(qū)、1#雨水排放口最大日降雨溢流水量的要求。

b.對(duì)翻車機(jī)小區(qū)現(xiàn)有雨水提升泵站的潛水排污泵組進(jìn)行改造，使之滿足排除翻車機(jī)小區(qū)最大日降雨溢流水量的要求。

c.在堆場(chǎng)區(qū)東側(cè)新建雨水泵站一座，使之滿足排除堆場(chǎng)區(qū)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(shè)污水提升泵站一座，將含煤提升至新建含煤污水處理設(shè)施。

4）新建人工湖

在東輔區(qū)東側(cè)現(xiàn)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(cè)新建污水處理站，處理能力300 m3/h，總調(diào)節(jié)容積不小于6 000 m3。

3.6 港區(qū)道路改造

實(shí)施場(chǎng)道分離，輔建區(qū)道路、堆場(chǎng)檢修道路采用瀝青混凝土，堆場(chǎng)邊界設(shè)置隔離墩。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

設(shè)置雨水調(diào)蓄設(shè)施（增設(shè)排水溝、人工湖等設(shè)施）和含煤污水處理設(shè)施，使用較為廉價(jià)的雨水資源，既可以節(jié)約寶貴的淡水資源，也可以降低灑水除塵用水成本。對(duì)新建水體實(shí)現(xiàn)所有水體能進(jìn)能出，能循環(huán)利用。水體補(bǔ)充水以港區(qū)特有的淡水壓艙水為主，還包括雨水、溢流含煤污水，污水達(dá)標(biāo)回用水及市政水源水。水體出水經(jīng)污水處理場(chǎng)處理后回用于堆場(chǎng)灑水除塵，綠化，沖洗及消防。