天津滨海化工园区污水集输系统的研究

王文辉 ，叶世火 ，玉海珑

（1.天津城建设计院有限公司，天津市 300122；2.天津市南港工业区开发有限公司，天津市 300280）

0 引言

目前，国内化工园区排水管道敷设方式有地面以上（架空敷设）和地面以下（埋地敷设）两大类，前者具有便于施工、操作、检查、维修及经济等优点；后者优点是可充分利用地下空间，缺点是管道腐蚀性较强，检查和维修困难，在车行道处有时需特别处理以承受大的载荷，低点排空、检修不方便。在确定化工园区污水管道的布置及敷设方式时，应考虑到污水管道线路所在地区的气象、水文地质、地形地貌、地下构筑物、交通线的密集程度、总图布置（管线综合），并结合区域近、远期的发展规划、技术经济合理分析比较及施工维修管理方便等因素[1]。

天津滨海化工区紧邻渤海湾，是围海造地区域，其海岸为典型的淤泥质海岸。场地主要由素填土、粉质黏土及淤泥质黏土层组成，呈流塑～软塑状态，属中～高压缩性土。地基承载力低，范围为80～100 kPa，填土结构性差、欠均匀。场区地下水结晶类腐蚀等级为中等，结晶分解类复合腐蚀等级为强腐蚀性。

1 污水集输系统方案选择

1.1 污水来源及组分

滨海化工园区水污染源及污染物包括四大部分：（1）含油含化工品污水：主要来自油码头、液体化工码头的压舱水、洗舱水及船舶机舱水等；（2）含煤含矿污水：主要来自煤码头或矿石码头堆场径流雨水、码头面初期雨水等；（3）生产废水：主要来自机械设备的冲洗、机械设备维修冲洗水等；（4）生活污水：主要来源于生活辅建区、化工区食堂、浴室等生活用水。

含油洗罐水 270 m3/次，排放频次按每周排放一次，含油量为 800～10 000 mg/L；化学品洗罐水为60 m3/次，排放频次按每周排放一次，含油量为300～400 mg/L，同时，还含有少量的苯、甲苯、二甲苯等。

厂区初期雨水量约 1 600 m3，如果污染，按一周处理完毕，含油量为 400～500 mg/L；含油压舱水最大为 7 200 m3/次，按每两周排放一次，含油量为600～3 200 mg/L。

码头化学品废水 CODcr 为 300～700 mg/L，含油量为 400～500 mg/L，同时，还含有少量的苯、甲苯、二甲苯等。

生活污水量可按照生活用水量的 90%计算。5日生活需氧量(BOD5)值可取 200～300 mg/L，悬浮物浓度可取 350～500 mg/L。

1.2 工艺选择

结合滨海化工园区气象、岩土地质及工业园区整体规划等因素，污水管网常规埋地敷设，容易出现由于施工水平、地质不均匀沉降、土层地质腐蚀性强等原因，导致污水管网渗漏，并造成土壤、地下水污染等环境问题。

化工园区内的污水公共纳管采用架空敷设，虽然相对于常规埋地敷设管网工程投资造价较高，但不会产生土壤、地下水污染等环境问题，架空敷设管网可有效监控、防患上述环境问题，具有良好的生态环境效益和社会效益，且易于维护和进行系统管理，是未来大型工业区排水体系的发展趋势。

该工程污水输送系统拟选择架空敷设方式，以保障区域排水安全、可靠。

1.3 工艺流程

滨海化工园区内各企业工业外排污水必须经过预处理措施，达到园区的“公共管网收纳标准”，方允许进入工业污水管网系统，最后汇入终端污水处理厂集中处理。污水集输系统管道总长度约5.2 km，架空敷设的管径 DN200—DN400 mm，总的污水输送最大流量为 1.5 万 t／d。污水公共纳管收纳标准：TDS 不高于 8 000 mg//L；COD 不高于 1 000 mg/L，B/C 不低于 0.3，未列指标满足天津市《污水综合排放标准》（DB12/365—2008）三级标准。图1为工业区污水集输及处理工艺流程。

图1 工业区污水集输及处理工艺流程

2 污水架空集输工艺分析

2.1 水锤防护措施

污水架空远距离输送管道随化工园区公共管廊一并敷设，沿线穿跨越铁路、立交桥及河道等障碍物，将呈现出起伏变化复杂的显著特点，很容易造成水锤事故。本文通过水锤分析计算，对其过渡过程进行准确预测，在污水管道的隆起点上，通过选择合理的水锤防护措施，消除水锤对系统的影响。

企业及地块内的污水通过泵站提升，采用污水架空方式输送至污水处理厂。厂区内水泵启动和正常停机的过程中产生的水力过渡一般由泵后阀门产生，在事故水泵工况中，如突然断电引起的过渡过程通常是严重的，应该把管网系统设计得能承受这种工况引起的正压和负压。对于污水架空远距离输送管线将呈现出起伏变化复杂的显著特点，很容易造成水锤事故，即管线纵向局部高点可能产生真空和水柱分离的情况[2]。

在工程应用过程中，建议在水锤压力较高处，或污水管道的隆起点处，安装水锤防护设施（防水锤空气阀），以降低管路沿线最大压力，使主干线末端的水锤升压得到大幅度控制，避免水锤压力过高而发生异常事故，保证管路的安全运行。

2.2 冬季保温伴热措施

该项目依托的工程位于天津市滨海新区。依据天津气象资料，最冷月月平均最低气温可达-8.2℃，极端最低气温可达-22.9℃，污水公共纳管冬季运行存在冻凝情况。

由于各企业生产工艺存在差异，污水水质、水量、温度均有差别，因而，污水水温难以保障，污水管道内难以保证足够的污水连续输送。为保证污水管道冬季可靠运行，有必要采取保温措施，并增加伴热措施。

2.2.1 保温材料

保温材料的选择应满足以下性能要求：（1）保温材料允许使用温度应高于正常运行时的介质最高温度；（2）不应使用在被保温的设备和管道表面产生腐蚀的保温材料；（3）有多种可供选择的保温材料时，应首先选用导热系数小、密度小、强度相对高、无腐蚀性、损耗少、价格低、运输距离短、施工条件好的材料或制品[3]。表1为部分保温材料参数。

表1 部分保温材料参数

根据相关经验及类似工程的运行使用情况，推荐采用岩棉类等相对环保、低廉、耐用的保温材料。保温层厚度 100 mm。

2.2.2 伴热措施

电伴热因伴热距离长，同时能感应管壁（介质）的温度而自调发热量，大大降低能耗，节能环保，可靠及操控性高，使用寿命高，在化工园区运用较为普遍。

污水架空集输系统伴热主要采用伴热线缠绕在管路、阀门阀件上，电伴热系统示意如图2。

图2 电伴热系统示意图

该项目污水输送距离长，选择串联恒功率电伴热带，同时根据污水集输系统的环境温度以及伴热后要求达到的维持温度（5℃），计算系统所需伴热线的规格型号及运行时的功率[4]。表2为伴热设计参数。

表2 伴热设计参数

3 技术经济分析

经测算，该污水集输系统工程总投资预算为1 885 万元，其中，建筑安装工程费用为 1 628 万元，主要包括：（1）工艺设备与材料费用（污水管道、阀门阀件）797 万元；（2）电伴热材料及控制系统、箱式变电站、通讯电缆、光缆费用 831 万元。工程建设其他费用 168 万元，预备费用 89 万元。

集输系统的运行与维护费主要包括人工费、电费以及设备维护费，年综合运行费用约为 55 万元。按输送流量为 1.5 万 t／d 计算，单位运行费用为 0.1 元／t。

4 结语

本文通过分析研究天津滨海化工园区企业污水来源、介质组分以及区域气象水位、地质的特点，建立了一套融北方化工园区内企业污水架空输送及冬季系统保温伴热为一体的污水远距离架空输送系统，可有效解决常规埋地敷设，容易出现污水管网渗漏，并造成土壤、地下水污染等问题，具有良好的生态环境效益和社会效益，为今后北方工业区污水集输方式的规划和设计提供了技术借鉴。

[1] 施振球,赵廷元,叶全乐，等.动力管道设计手册[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2] 唐寅.水锤的研究与防护[D].武汉:武汉科技大学,2008.

[3] GB8175—2008,设备及管道绝热设计导则[S].

[4] 王鹏,蒋轶俊,张磊,等.生活污水处理装置在海洋平台上的设计应用[J].船舶工程,2013,35(1):155-158.