徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程項(xiàng)目運(yùn)行管理研究

王其倉，閆紅民，程志剛，曹熙明，關(guān)雪峰，馬如彬

[1.江蘇方洋水務(wù)有限公司，江蘇 連云港，222004；2.江蘇方洋集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港，222004；3.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200032]

1 背景

污水排海工程是通過科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，采取嚴(yán)格的工程措施，把經(jīng)過適當(dāng)預(yù)處理的生活和工業(yè)廢水，通過擴(kuò)散器釋放到稀釋擴(kuò)散能力強(qiáng)的海域，利用海洋巨大的物理、化學(xué)和生物自凈能力，達(dá)到消除污染物的目的。在英國，最早的排海工程于1890年在英格蘭南部建成。該工程是將6.8萬人的生活污水用一根直徑為900mm的管道輸送到水交換能力較強(qiáng)的海域岸邊排放，無水下擴(kuò)散器。隨著人們對(duì)排海工程認(rèn)識(shí)的提高，排海管逐漸伸到更深的海底，同時(shí)利用若干個(gè)擴(kuò)散器將污水稀釋到無害化程度[1]。在將近100a的時(shí)間里，污水排海技術(shù)經(jīng)若干國家的工程技術(shù)人員的共同努力而日臻完善，基本形成了從可行性研究到施工運(yùn)行一整套的理論與方法。污水深海排放已逐漸成為世界各沿海城市污水的主要處置方式之一?，F(xiàn)在，英國、美國、新西蘭、南非、澳大利亞、法國、印度、埃及都建有污水排海工程。僅英國JOHNTAYLOR排海工程公司，就已在亞洲、歐洲、大洋洲、非洲、南美洲等的35個(gè)國家累計(jì)建造了44項(xiàng)排海工程[2-3]。

國務(wù)院環(huán)境保護(hù)委員會(huì)1986年頒布的防治水污染的技術(shù)政策中明確規(guī)定：在不影響海洋功能的基礎(chǔ)上，合理利用海洋的環(huán)境容量，實(shí)施污水排海工程。同時(shí)，“七五”期間，國家環(huán)境保護(hù)計(jì)劃中已把“合理利用海域凈化能力,選定最佳排污口位置，確定科學(xué)排放方式”作為海洋環(huán)境保護(hù)的主要措施之一。2003年，上海市金山區(qū)污水排海工程，正常排放管管徑采用DN1650管道，管道全長(zhǎng)1376.7m。2004年，上海市奉賢區(qū)東部污水處理廠工程排海工程，正常排放管管徑采用DN1650管道，采用豎曲線頂管方法施工，管道全長(zhǎng)1073.8m。2005年，上海市白龍港城市污水處理廠擴(kuò)建工程排海管部分由1#排海管、2#排海管和應(yīng)急排放管組成，采用C50鋼筋混凝土管DN3500，1#排海管全長(zhǎng)853.8m，2#排海管全長(zhǎng)746.3m，應(yīng)急排放管全長(zhǎng)203.8m。2008年，南通大型達(dá)標(biāo)尾水排海工程，海域排放管道總長(zhǎng)約6.4km，管徑DN1800。2013年，東吳漿紙基地尾水排海工程，海域管道約12.4km，排放管采用3根DN1400鋼管。

根據(jù)《連云港徐圩新區(qū)污水專項(xiàng)規(guī)劃》（修編）、《徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程海洋環(huán)境影響報(bào)告書》、《徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程變更海洋環(huán)境影響補(bǔ)充報(bào)告》及批準(zhǔn)意見，遵循經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的原則，針對(duì)徐圩新區(qū)河網(wǎng)水系的環(huán)境現(xiàn)狀，以保護(hù)徐圩新區(qū)水環(huán)境為總體目標(biāo)，充分利用海洋水體的凈化功能，徐圩新區(qū)啟動(dòng)建設(shè)徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程，計(jì)劃于2021年6月份建成投運(yùn)。

徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程的服務(wù)對(duì)象為連云港石化產(chǎn)業(yè)基地，收集范圍為北至蘇海路，南至善后河及南復(fù)堆河北岸，東部緊臨海濱大道，涉及服務(wù)范圍約62.61km2，如圖1所示。虹港石化公司PTA項(xiàng)目、斯?fàn)柊钍颈╇骓?xiàng)目、連云港石化有限公司320萬t/年輕烴綜合加工利用項(xiàng)目、連云港石化產(chǎn)業(yè)園有限公司公用工程島項(xiàng)目、盛虹煉化（連云港）有限公司煉化一體化項(xiàng)目等，均在其范圍內(nèi)[4]。達(dá)標(biāo)尾水深海排放，一方面給園區(qū)企業(yè)的環(huán)境保護(hù)提出了更高要求；另一方面解決了企業(yè)排水的最終出路，園區(qū)內(nèi)各企業(yè)成為本項(xiàng)目最直接的受益者[5]。

圖1 項(xiàng)目區(qū)位及服務(wù)范圍

在項(xiàng)目建成后，初期投入運(yùn)行的污水排放量不會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，以致會(huì)發(fā)生擴(kuò)散管內(nèi)泥沙沉積、海水側(cè)灌、海水中泥沙或微生物入侵等現(xiàn)象，從而造成淤堵，導(dǎo)致部分功能喪失，甚至系統(tǒng)整體破壞的嚴(yán)重后果。除此之外，由于事故性原因或長(zhǎng)期運(yùn)行排海工程之后，污水排放量隨著城市的發(fā)展會(huì)逐漸增加，以致超過設(shè)計(jì)規(guī)模。如果不采取有效的工程技術(shù)措施，將會(huì)使排污混合區(qū)的范圍增加，影響周圍水域的使用功能。污水海洋處置工程的運(yùn)行管理直接影響到排海工程的順利運(yùn)作，以及周邊地區(qū)的海洋生態(tài)環(huán)境安全。因此，對(duì)相關(guān)潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及存在問題進(jìn)行梳理，提出相應(yīng)的運(yùn)行管理實(shí)施方案十分重要[6]。

2 項(xiàng)目簡(jiǎn)述

東港污水處理廠尾水經(jīng)過再生水廠、高鹽廢水處理工程等流程，處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)入人工濕地進(jìn)一步凈化，進(jìn)入調(diào)蓄池通過調(diào)壓泵站最終完成深海排放。園區(qū)各企業(yè)的生產(chǎn)廢水（主要為循環(huán)冷卻水）通過高鹽廢水處理工程處理達(dá)標(biāo)后，通過工業(yè)含鹽廢水管道進(jìn)入調(diào)蓄池，然后通過調(diào)壓泵站進(jìn)行深海排放。本項(xiàng)目平面布置如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目平面布置圖

達(dá)標(biāo)尾水排海工程工藝流程如圖3所示，詳細(xì)工藝為：經(jīng)人工濕地調(diào)蓄、凈化后，尾水進(jìn)入泵站，經(jīng)過進(jìn)水閘門、進(jìn)水格柵，進(jìn)入集水井。將集水池內(nèi)混合尾水通過水泵加壓提升，經(jīng)出水壓力管道最終進(jìn)入排海管道，再由擴(kuò)散段處設(shè)置的鴨嘴閥噴口噴射進(jìn)入排放點(diǎn)，使污水和海水之間產(chǎn)生紊流混合，從而使靠近排放口的排出污水獲得有效稀釋。

圖3 達(dá)標(biāo)尾水排放工藝流程圖

徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程建設(shè)規(guī)模11.83萬m3/d。其中，達(dá)標(biāo)尾水排放量為6.0萬m3/d，基地循環(huán)冷卻水排放量為5.83萬m3/d。排放管道為單管形式敷設(shè)，出水管道總長(zhǎng)26.5km，陸域管道3.8km，海域管道長(zhǎng)22.3km，擴(kuò)散段長(zhǎng)300m，擴(kuò)散器附有DN100上升管。徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程為目前國內(nèi)距離海岸線最遠(yuǎn)的達(dá)標(biāo)尾水排放管項(xiàng)目。

3 潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與問題分析

根據(jù)達(dá)標(biāo)尾水排海工程的建設(shè)方案和運(yùn)行特點(diǎn)[7]，通過進(jìn)一步梳理，得到項(xiàng)目存在的風(fēng)險(xiǎn)管控點(diǎn)及難點(diǎn)問題，主要有結(jié)垢淤堵、各類工程故障和水質(zhì)事故處置等。

3.1 結(jié)垢淤堵

（1）水量不足

排海工程近期流量約5萬m3/d，中期（至2030年）流量約8.57萬m3/d，遠(yuǎn)期（2030年后）排放量約11.83萬m3/d。由于初期的污水排放量達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)模，運(yùn)行初期屬于低負(fù)荷運(yùn)行，水量較低，管道末端的流速及壓力極低，以致會(huì)發(fā)生擴(kuò)散管內(nèi)泥沙沉積、海水倒灌、海水中泥沙或微生物入侵等現(xiàn)象，從而造成淤堵，使工程部分功能喪失，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)整體破壞的嚴(yán)重后果。

（2）硬度結(jié)垢

連云港石化產(chǎn)業(yè)基地大部分企業(yè)的生產(chǎn)污水及生產(chǎn)廢水通過東港污水廠片區(qū)工程處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)入人工濕地進(jìn)一步凈化處理。然后進(jìn)入調(diào)蓄池，通過調(diào)壓泵站進(jìn)行深海排放。部分企業(yè)的循環(huán)冷卻水通過自有裝置處理達(dá)標(biāo)后，直接進(jìn)入調(diào)蓄池，然后通過調(diào)壓泵站進(jìn)行深海排放。整體排入的水質(zhì)主要為循環(huán)冷卻水排污水回用濃水及生產(chǎn)污水回用濃水。這兩股廢水的TDS在12000mg/L左右，硬度在400~500mg/L左右，具有鹽分高、硬度高等特點(diǎn)（見表1）。硬度在100mg/L以上，就存在管道結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，造成管道的過流截面減小，進(jìn)而完全淤堵。由于排海工程屬于單管敷設(shè)，一旦管道結(jié)垢，后果不堪設(shè)想。

表1 廢水回用70%后的濃水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

（3）泥沙污染

在排入排海管道前，污水處理廠達(dá)標(biāo)尾水進(jìn)一步經(jīng)生態(tài)凈化工程削減。生態(tài)濕地屬于敞口露天狀態(tài)，具有微生物繁殖量及各類藻類的生長(zhǎng)量大的特點(diǎn)，存在各類懸浮物為下游的管道帶來淤堵的風(fēng)險(xiǎn)。此外，生態(tài)濕地的建設(shè)為原土結(jié)構(gòu)，未進(jìn)行硬化處理，屆時(shí)會(huì)夾雜泥沙等物質(zhì)，為管道的結(jié)垢沉積增添結(jié)垢晶核。

3.2 其他工程故障

海底管道在長(zhǎng)期運(yùn)行期間可能會(huì)發(fā)生各種類型的故障現(xiàn)象。

（1）海水夾雜泥沙通過排放口倒灌，使管線內(nèi)砂石淤積嚴(yán)重，噴孔堵塞，從而降低放流管線的過流能力和污水在海水中的稀釋能力，情況嚴(yán)重將導(dǎo)致整個(gè)放流管線廢棄。

（2）由于地震或其他地質(zhì)變化以及捕魚拖網(wǎng)等海上作業(yè)對(duì)管道形成破壞，使放流管產(chǎn)生裂縫、錯(cuò)位和噴孔損壞等情況，從而使放流管不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）管與管連接處密封層損壞引起滲漏，管線及其附屬金屬構(gòu)件暴露部分的腐蝕與侵蝕等。

（4）泵站設(shè)備出現(xiàn)故障等。

3.3 水質(zhì)事故問題

針對(duì)上游來水情況，排海工程存在以下9種水質(zhì)事故情況：

（1）人工濕地發(fā)生事故，如突發(fā)的?；沸孤┪廴?、水生植物大面積死亡等。

（2）調(diào)蓄池、調(diào)壓泵站或排海管道發(fā)生事故。

（3）污水處理廠出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，包含基地循環(huán)冷卻水不達(dá)標(biāo)、污水廠尾水不達(dá)標(biāo)或兩者都不達(dá)標(biāo)3種情況。

4 管理實(shí)施對(duì)策

為便于管理，將排海工程分為陸域部分和海域部分。運(yùn)行管理方案將針對(duì)各部分工程內(nèi)容，逐一對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體管理，分部管控。運(yùn)行管理方案將形成常規(guī)管理流程及管理內(nèi)容，并針對(duì)以上存在的問題提出針對(duì)性的應(yīng)急處置措施方案。

4.1 常規(guī)管理流程內(nèi)容

（1）陸域部分運(yùn)行管理

陸域部分主要包括調(diào)蓄池、調(diào)壓泵站、頂管工作井及頂管等構(gòu)筑物。其運(yùn)行管理與維護(hù)的內(nèi)容，與常規(guī)污水處理廠相似，可以借鑒常規(guī)污水處理廠的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)與方法，建立規(guī)章制度，明確管理內(nèi)容，完善管理手段。制度建設(shè)方面，主要建立以崗位責(zé)任制為中心的設(shè)備設(shè)施巡檢制度、安全操作制度、交接班制度、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度等。管理內(nèi)容方面，主要包含生產(chǎn)計(jì)劃管理、安全作業(yè)管理、生產(chǎn)工藝運(yùn)轉(zhuǎn)管理、設(shè)備維護(hù)管理、化驗(yàn)數(shù)據(jù)分析管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理、財(cái)務(wù)管理。管理手段主要包括在線監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析管理。除上游的來水水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理外，還包括納污海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理和海上放流管線的維護(hù)管理等。同時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的管理與分析，為后期的管理提供經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

（2）海域部分運(yùn)行管理

Bruegel：美國關(guān)稅政策旨在遏制中國技術(shù)崛起。4月10日，歐智庫布魯蓋爾研究所（Bruegel）發(fā)文稱，美國對(duì)華關(guān)稅政策旨在遏制中國技術(shù)崛起，中國可將此視為加強(qiáng)與歐盟和亞洲鄰國經(jīng)貿(mào)關(guān)系的有利時(shí)機(jī)。美國此舉或影響中國技術(shù)趕超速度，但效果取決于其他發(fā)達(dá)國家是否效仿美國的貿(mào)易保護(hù)主義措施。

海域部分包括海域放流管線和擴(kuò)散段（含納污污水廠）等。其運(yùn)行管理與維護(hù)，主要包括放流管線的維護(hù)管理、擴(kuò)散段的運(yùn)行管理和污水廠的運(yùn)行管理。

放流管線的維護(hù)管理，可分為日常維護(hù)與事故維護(hù)管理。日常維護(hù)管理主要是對(duì)海上放流管線進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)資料進(jìn)行分析、記錄、整理，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)管線上出現(xiàn)的故障進(jìn)行維護(hù)等。事故維護(hù)管理與日常維護(hù)管理的不同之處在于它的不確定性、偶發(fā)性和進(jìn)行維護(hù)行動(dòng)的緊迫性。事故維護(hù)管理根據(jù)事故出現(xiàn)位置、現(xiàn)象及性質(zhì)，分析事故出現(xiàn)原因，制定解決措施。

擴(kuò)散段的運(yùn)行管理，主要是對(duì)擴(kuò)散器的各類檢查和處置。一是要檢查海水倒灌與沙石淤積堵塞現(xiàn)象。二是要監(jiān)測(cè)擴(kuò)散段管線及其附屬物是否出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。三是要確認(rèn)管線構(gòu)件是否出現(xiàn)老化、松動(dòng)現(xiàn)象。

污水廠的運(yùn)行管理，主要針對(duì)擴(kuò)散器周圍一定區(qū)城內(nèi)形成的相對(duì)平衡的海水與污染物混合區(qū)進(jìn)行管理。一是要確定污水廠內(nèi)容充許最高污染物濃度控制標(biāo)準(zhǔn)。二是要建立污水廠日常運(yùn)行管理方案，包括確定污水廠的監(jiān)測(cè)計(jì)劃、觀察并記錄污水廠的運(yùn)行情況、分析污水廠變化與入海污水水質(zhì)水量和海域水文氣象變化的關(guān)系等。三是要根據(jù)污水廠的變化情況，提出運(yùn)行方案的調(diào)整意見，如調(diào)節(jié)入海污水流量、調(diào)節(jié)入海污水水質(zhì)、調(diào)節(jié)排放時(shí)間等。

4.2 非常規(guī)應(yīng)急處置方案

（1）低流量工況管理措施

排海管道放流管設(shè)計(jì)施工完成后，參數(shù)就已經(jīng)確定。針對(duì)污水量不足的情況，需要通過對(duì)運(yùn)行的控制來保證放流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對(duì)未達(dá)設(shè)計(jì)流量運(yùn)行時(shí)放流管內(nèi)特殊的水利特性，提出間歇運(yùn)行或在關(guān)閉一定數(shù)目噴孔的條件下連續(xù)運(yùn)行。具體如何進(jìn)行操作，需要進(jìn)一步細(xì)化研究。

管道內(nèi)的碳酸鈣、硫酸鎂等化學(xué)水垢問題屬于慢化學(xué)過程。若管道出現(xiàn)此類情況，將致使排海工程管道的過流面積降低，嚴(yán)重影響排水量，進(jìn)而影響使用壽命。鑒于此，建議從以下方面開展工作。一是探索控制開停泵方式，強(qiáng)化管道內(nèi)紊動(dòng)強(qiáng)度。二是采取外部加藥的方式，探索緩蝕阻垢劑類型，定期進(jìn)行加藥，防止結(jié)垢。三是采取化學(xué)除垢措施，探索添加酸性物質(zhì)種類，進(jìn)行化學(xué)除垢。

（3）雜物淤積倒灌防范措施

針對(duì)因海上倒灌等問題造成的管道末端及上升管的淤積堵塞，主要嘗試以下解決方案。一是源頭控制，制定來水TSS的監(jiān)測(cè)和管理方案，采取措施除去上游來的藻類和泥沙。二是過程控制，制定調(diào)蓄池及集水池運(yùn)行清洗除污方案。三是加大后段擴(kuò)散管內(nèi)水流的紊動(dòng)強(qiáng)度，便于泥沙懸浮物沖走。四是要盡量縮短停機(jī)維修的時(shí)間，工程檢修完后，將入侵的海水沖洗干凈。

（4）事故應(yīng)急排放方案

一旦出現(xiàn)前述的3種水質(zhì)事故狀態(tài)，根據(jù)《連云港石化產(chǎn)業(yè)基地水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急防控系統(tǒng)建設(shè)方案（修訂本）》，可將復(fù)堆河2#排污區(qū)作為臨時(shí)排污區(qū)。立即啟動(dòng)尾水超標(biāo)排放應(yīng)急預(yù)案，并立即關(guān)閉外排截流閥，根據(jù)污染物的濃度和擴(kuò)散情況，對(duì)排口及下游地區(qū)進(jìn)行常規(guī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)情況及時(shí)向指揮部報(bào)告。必要時(shí)根據(jù)指揮部決定通知下游水質(zhì)惡化區(qū)域內(nèi)停止取水使用。如果監(jiān)測(cè)量較大，可立即通知連云港環(huán)境監(jiān)測(cè)站協(xié)助監(jiān)測(cè)，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。及時(shí)查出原因，確保污水排放濃度達(dá)標(biāo)后再排放。

5 結(jié)語

徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程項(xiàng)目作為連云港石化產(chǎn)業(yè)基地重要的基礎(chǔ)設(shè)施，主要解決石化基地各企業(yè)污水處理達(dá)標(biāo)后的最終排放問題。達(dá)標(biāo)尾水排海工程項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)行是石化基地的重要保障。對(duì)相關(guān)潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及存在問題進(jìn)行梳理并研究運(yùn)行管理實(shí)施方案，得到以下結(jié)論：

（1）本工程建設(shè)符合相關(guān)規(guī)劃要求，當(dāng)?shù)刈匀粭l件、外部配套條件適合排海管道建設(shè)，設(shè)計(jì)較為成熟。國內(nèi)外沿海城市修建了很多污水排海管道，積累了較多的管理經(jīng)驗(yàn)，本工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)可控。徐圩新區(qū)達(dá)標(biāo)尾水排海工程為目前國內(nèi)距離海岸線最遠(yuǎn)的達(dá)標(biāo)尾水排放管，事故后果重大，科學(xué)合理的運(yùn)行管理辦法十分重要。

（2）項(xiàng)目存在的風(fēng)險(xiǎn)管控點(diǎn)及難點(diǎn)問題主要有結(jié)垢淤堵、各類工程故障以及水質(zhì)事故處置，潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較多且分散，運(yùn)行管理難度大。

（3）運(yùn)行管理方案針對(duì)各部分工程內(nèi)容，逐一對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體管理，分部管控，形成常規(guī)管理流程及管理內(nèi)容，并針對(duì)以上存在的問題提出針對(duì)性的應(yīng)急處置措施方案，為達(dá)標(biāo)尾水排海工程順利運(yùn)行提供保障。