某煤码头工程生态水系设计分析

赵秀慧，祝 超

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

1 工程概况

公司除尘供水水源主要来自压舱淡水和市政自来水，其中压舱水2017年收水33.2万t，用水优先使用压舱淡水，压舱淡水不够的情况使用市政自来水。市政自来水补水安排在晚上，流量为每小时200 t，补水时间为8个小时左右，即每晚补水1 600 m³（白天无法进水，影响周围楼宇用水）。

目前除尘用水每天用水量约为1 400 t左右，其中中压除尘用水平均每天为 700 t，高压每天喷淋3次（重污染天气每天喷淋6～7次）。除尘用水最大峰值每天3 000 t。

自 2017年起，此煤炭码头有限公司按照 365天不间断洒水（扣除雨季 15天下雨时不洒水，一年按350天计），则年需除尘用水约为52万m3，其中33万m3为压舱水，其余19万m3为市政自来水，按每次补水1 600 m3，一年中约有119天需要市政补水。目前水池最大容量为19 200 t，可用于接收压舱水的水池用量最大为14 000 t。截至目前随船携带最大的压舱水水量为12 000 t，但根据作业动态情况目前接收过最多约为11 000 t。因计划安排来船周期不定（连续一周出现两条以上压舱水船），会出现压舱水水池溶积不够出现无法接收压舱水的情况，同时会出现长时间（一周之内没有）没有来船导致无法接收压舱水。

计划内9.5元/m3，计划外20元/m3，目前公司已将市政自来水用水指标调整为计划内年用水量为26万m3，每吨9.5元，每年近260万用水投入。

2 生态水系现状

2.1 存在问题

1）场区铺面结构

目前，除码头区外，其他区域基本都是联锁块铺面型式。不利于清扫车机械化清扫，清扫效果不明显，特别是雨季，堆场区地面煤泥极难清扫，费时费力。

2）污水处理设施现状

此煤码头污水处理研究小组2018年2月提供的《某煤炭码头有限责任公司污水处理现状的报告》相关数据，从这份报告中可知，公司水系统主要存在以下问题：

①生活污水处理设施尚未完成改造。

②现有生活污水处理设施回用水系统，仅考虑洒水车接水回用，未考虑纳入公司整体水系统循环利用中。

③含煤污水处理设施处理能力过小，特别是雨水调节池容积不能容纳大雨级别雨水。

④堆场区雨水收集系统（主要是弧形盖板排水沟）调蓄雨水能力较小。

⑤堆场区排水系统存在洁净雨水与含煤雨水混流排海的现象。导致皮带机转接机房产生含煤污水不能及时收集处理。

⑥翻车机小区含煤污水处理设施、煤泥处理设施、含矿冲洗污水处理设施没有建设。

2.2 水系统水量分析过程

1）煤炭堆场溢流含煤污水

①含煤污水发生量

根据《水运工程环境保护设计规范》（JTS 149-2018），散货堆场的径流用水量计算公式为：

式中：

V为径流用水量（m3）；

Φ为径流系数，取0.1～0.2；

F为汇水面积（m2）；

H为多年最大日降雨深的最小值（m），塘沽地区取0.040 m，属于25～49.9 mm范围，为大雨。本地区多年最大日降雨深的最大值为0.1684 m。

表1 现有含煤雨污水处理场收集范围及能力复核

表2 规范上限降雨量（一年一遇）

表3 规范上限溢流量（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：均进入东辅区新建的人工湖，最大溢流含煤污水20 939 m³，初期雨水量4 536 m³，总水量25 475 m³。

③人工湖可容纳水量

a.水体深度：暂定平均深度2.35 m；预留0.5 m备淤深度。

b.调蓄容积：人工湖水面面积总计约11 000 m2。取水口能取到的按照调蓄容积考虑，取水口深度2.2 m，预留0.15 m超高，调蓄深度按照2.2 m深度考虑，即人工湖总调蓄容积约22 000 m³。

④极端降雨时，含煤污水接收状态

表6 水量平衡

2）压舱水

目前可用于接收压舱水的水池用量最大为14 000 t。截至目前随船携带最大的压舱水水量为12 000 t，但根据作业动态情况目前接收过最多约为11 000 t。因计划安排来船周期不定（连续一周出现两条以上压舱水船），会出现压舱水水池溶积不够出现无法接收压舱水的情况，同时会出现长时间（一周之内没有）没有来船导致无法接收压舱水。

3）初期雨水

①各排海口的汇水面积

表7 各排海口的汇水面积

②初期雨水发生量

a.降雨量

《室外排水设计规范》（2016年版）（GB 50014-2006）中，雨水调蓄池的有效容积按照4～8 mm。《石油化工污水处理设计规范》（GB 50747-2012）中初期降雨深度取15～30 mm。综合以上两组数据，考虑到初期煤雨水沉淀易冲刷性介于市政雨水与油污水之间，本次设计初期雨水发生量取15 mm。

b.安全系数1.1～1.5，取1.5。

表8 初期雨水发生量

3 生态水系实施措施

3.1 煤炭堆场溢流含煤污水

表9 设置提升泵站及相应管道

保持人工湖水面高程低于2.65 m（以地面高程5.5推算）时，可以保证接收一次最大水量，含煤污水零排放。

3.2 含煤污水达标水

表10 含煤污水达标水设计

3.3 港区排水沟改造或新建

1）港区现有雨水管网改造，内容包括1#、2#排海口设置闸门、雨水排入1#、2#雨水调节池。

2）转接机房冲洗污水排放型式，由暗管排水改为排水沟排水。

3）新建钢格板盖板排水沟，增大雨水调节能力。设置位置：

①驱动装置周边增设围堰，排水沟宽度B=300 mm，深度200～300 mm，盖板采用钢格板盖板。

②T5-T11塔东西两侧，排水沟宽度B=300 mm，深度200～300 mm，盖板采用钢格板盖板。

③堆场东侧新建排水沟，排水沟宽B=1 500 mm，平均深度h=2 m，新增调节容积v=1 350 m³。

4）排水沟盖板改造为钢格板盖板，排水沟的雨水调节容积。B=700排水沟盖板改造后，盖板厚度由400 mm调整为60 mm，增加调节容积约1 430 m³。

3.4 盐化水脱盐设施

主要用于处理人工湖的盐化水，处理水量1 000～2 000 m³/d，处理后水回用于压舱水池或用于人工湖补水。工艺流程如下：

人工湖→潜水泵→板式换热器→管式混合器→多介质过滤→活性炭过滤→管式混合器→保安过滤器→高压泵→反渗透装置→除盐水箱→供水泵→人工湖或除尘水池

3.5 初期雨水收集措施

1）初期雨水收集考虑两种方案：

一种是只收集初期雨水，设置初期雨水调蓄池，储存初期雨水，待降雨完成后，提升至含煤污水系统处理。

一种是设置雨水提升泵站，瞬时提升初期雨水至东辅区人工湖。

2）各排海口总体设计思路如下：

①在1#、2#排海口处设置电动闸门；

②新增雨水引入管，将雨水引入调蓄池或提升泵站，雨水引入管上设置电动闸门。

通过以上设计，可以控制雨水回收或者排海。

3）详细设计思路

①入海口1：在入海口前最后一个雨水检查井上设置手电一体闸门，雨水就近排入2#含煤雨水调节池。

②入海口2：在入海口前最后一个雨水检查井上设置手电一体闸门，雨水通过新建雨水泵站排入东辅区人工湖。

③改造和新建雨水泵站

a.对堆场区现有1#或2#含煤污水调节池和翻车机小区雨水提升泵站的潜水排污泵组进行改造，使之满足排除堆场区、1#雨水排放口最大日降雨溢流水量的要求。

b.对翻车机小区现有雨水提升泵站的潜水排污泵组进行改造，使之满足排除翻车机小区最大日降雨溢流水量的要求。

c.在堆场区东侧新建雨水泵站一座，使之满足排除堆场区东部、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设污水提升泵站一座，将含煤提升至新建含煤污水处理设施。

4）新建人工湖

在东辅区东侧现有空地新建人工湖，总有效容积不小于22 000 m³。

5）新建含煤污水处理站

在人工湖南侧新建污水处理站，处理能力300 m³/h，总调节容积不小于6 000 m³。

3.6 港区道路改造

实施场道分离，辅建区道路、堆场检修道路采用沥青混凝土，堆场边界设置隔离墩。

4 结语与展望

设置雨水调蓄设施（增设排水沟、人工湖等设施）和含煤污水处理设施，使用较为廉价的雨水资源，既可以节约宝贵的淡水资源，也可以降低洒水除尘用水成本。对新建水体实现所有水体能进能出，能循环利用。水体补充水以港区特有的淡水压舱水为主，还包括雨水、溢流含煤污水，污水达标回用水及市政水源水。水体出水经污水处理场处理后回用于堆场洒水除尘，绿化，冲洗及消防。