某化工园区“一企一管”污水收集系统设计

杜振峰， 李峰

（中国市政工程西北设计研究院有限公司， 兰州 730000）

化工园区企业污水的收集处理是制约化工园区发展的瓶颈之一， 污水的收集处理若不能行之有效， 园区的生态环境将面临严峻挑战， 既不利于招商引资， 亦不利于可持续发展。 目前， 国内化工园区的排水方式仍以地埋污水管道为主， 该种方式虽有着技术成熟， 工程投资少， 使用范围广， 施工容易等优点， 但同时存在着监管困难， 对于企业污水的偷排、 漏排缺乏行之有效的监管方式， 且地埋污水管道容易存在错接、 漏接现象， 不利于环境保护［1－2］。 针对此种现象， 2012 年环保部发布《关于加强化工园区环境保护工作的意见》［3］， 提出园内企业排放的废水原则上应经专用明管输送至集中式污水处理厂； 2015 年工信部发布《工业和信息化部印发促进化工园区规范发展指导意见》［4］， 要求园区废水应当采用专管或明管输送。 根据政策要求，化工园区的污水管网必须改变传统的地埋敷设方式， 采用专管或明管敷设， 防止偷排及超标排放等现象的产生， 控制企业及园区污染物排放总量， 防止污水管道渗漏对环境的污染， 便于监控管道的运行情况。 设计方案考虑污水“一企一管， 架空敷设”方式， 既利于监管部门的有效监督， 又利于环境保护， 既符合国家对于化工园区污水收集方式的政策导向， 又利于化工园区的长远发展。 本文根据园区发展状况及现状排水系统存在问题， 分析对比了不同排水系统方案的优缺点， 概述了选用的公共管廊方案的污水收集系统的总体布置、 管廊断面、 汇水池、 除臭、 保温、 重要节点等设计要点。

1 园区概况及存在问题

1.1 园区概况

园区规划面积约50 km2， 以建设大型、 特大型煤气化生产装置进行产业定位。 现状企业40 家，拟入住企业5 家。

1.2 园区排水系统现状

现状建成污水处理厂1 座， 规划再生水处理厂1 座。 现状排水系统为截流式合流制， 污水不能完全有效处理， 部分污水未经处理外溢， 污染生态环境。 此外， 现状污水管道均为地埋敷设， 难以检测渗漏、 偷排等现象； 且现状管道建设标准较低， 排水管径偏小， 暴雨期造成路面严重积水等问题。

2 方案设计

2.1 污水系统方案比选

结合园区实际情况， 选取地上公共管廊、 地下管沟及传统地埋管道3 种污水系统方案做分析比选：

（1） 地上公共管廊方案。 污水管网采用“一企一管， 架空敷设”的方式建设， 即在园区内建设地上公共管廊， 并在管廊上为每个企业敷设一根压力污水管道， 企业自行将污水提升输送至中间汇水池或污水处理厂。 需配套自控系统、 水质监测系统、 监控系统、 伴热系统等。 该系统具有以下优点： ①容纳管线种类多、 数量多， 可供市政管线、企业之间物料传输管线等多种管线使用， 用途多元化； ②避免管线开挖施工， 减小反复开挖造成的社会负面影响； ③减小管道占地， 节省土地， 增大园区土地价值； ④符合政策要求， 明管敷设， 防止偷排及超标排放等现象的发生， 控制企业及园区污染物排放总量， 防止污水管道渗漏对环境的污染， 环境效益显著； ⑤初始投资较大， 但后续根据园区建设情况增加层数， 操作灵活， 投资小， 利用价值大； ⑥符合未来化工园区发展趋势。

（2） 地下管沟方案。 地下管沟的布置方式及运行系统与地上公共管廊方案相同， 仅将地上管廊改为管沟形式， 符合政策及环保要求。 但管沟系统有以下不足： ①管沟可容纳市政压力管道、 通信管道等， 因断面尺寸有限， 不适用于大管径管道， 容纳管线种类、 数量有限， 用途较单一； ②可通过增加管沟数量扩容， 需开挖施工， 对已建设施影响较大； ③维修时需反复开挖， 破坏植被； ④占地较大， 且对其他已建市政管线影响较大， 开挖施工难度大； ⑤需设置检修口、 吊装口、 自控系统、 水质监测系统、 监控系统、 渗漏监测系统、 气体检测系统、 沉降监测系统等， 配套系统复杂； ⑥初始投资较大， 后续若扩容， 需新建管沟， 投资较大。

（3） 传统地埋方案。 传统地埋方式即污水管道直埋于地下， 不同企业排放污水汇入直埋主管道，由污水主管道输送至污水处理厂进行集中处理， 初始投资少。 该方法对于企业偷排、 超标排放等违法行为缺乏有效监管； 污水管道存在渗漏， 对周围环境及地下水威胁较大； 且管道的维修、 增设需反复开挖地面。

综合比较地上公共管廊方案、 管沟方案和传统地埋方案的政策导向、 运行方式、 扩容方式、 保护环境及未来化工园区的发展趋势等优缺点， 该化工园区的污水收集系统选用地上公共管廊方案。

2.2 污水收集系统总体布置

针对园区现状排水系统存在的问题， 根据国家政策导向， 采取新建地上公共管廊， 企业污水压力流上公共管廊的明管敷设方式， 做到“一企一管， 架空敷设”的独立污水排放系统； 现状雨污合流管道作雨水管道， 并对不满足要求的管道进行改建扩容。

园区面积大， 大部分企业距离污水厂较远， 考虑压力流污水管道输送距离不宜过长， 同时控制公共管廊上污水管道数量不宜过多， 结合园区内企业分布情况， 并依据地势， 将园区分为3 大污水系统， 同时建设1＃、 2＃汇水池， 各企业生活污水及一般工业污水沿公共管廊压力流排入相应汇水池，由汇水池泵站统一提升进入下游汇水池或污水处理厂。 企业特殊工业废水由专管沿公共管廊直接送入污水处理厂相应处理单元。 公共管廊尽可能沿主路布置以辐射较多企业， 总体平面布置如图1 所示。

图1 污水收集系统总体平面布置Fig. 1 General layout of sewage collection system

2.3 公共管廊断面尺寸设计

公共管廊近期容纳各企业污水管、 污水泵站出水主管及中水管道， 远期根据园区发展情况增加新入驻企业污水输送等管道。 根据现状企业数量统计， 近期容纳污水管数最多的主管廊共容纳污水管12 根， 中水管道2 根。 根据容纳管道数量， 确定主管廊断面形式， 按3 层设计， 建设2 层， 预留1层， 单层最多容纳管道10 根， 公共管廊断面布置如图2 所示。 公共管廊采用混凝土框架结构， 设置间隔为6 m， 建设总长度为16.055 km。

图2 公共管廊断面布置Fig. 2 Cross-section arrangement of public tunnel

2.4 1＃、 2＃汇水池设计

根据污水系统布局， 共需设置1＃和2＃两座汇水池， 汇水池有效容积均按2 h 的污水量考虑， 容积分别为550 m3和650 m3。 为防止污水渗漏及臭气挥发， 汇水池设置为地埋钢筋混凝土封闭池体，设置检修孔、 清淤孔及通气孔， 并设置除臭设施对池体内气体进行处理， 防止污水产生的有毒有害气体对环境造成污染。 同时对每座汇水池设置潜污泵及附属用房， 包括开闭所间、 配电间、 水质监测及除臭间。

2.5 污水收集管道设计

污水收集管道采用内外涂塑复合钢管， 架空敷设于管廊架上， 支座采用双向限位滑动支座或固定支座。 根据企业实际污水量及发展预留需要， 管径采用DN 100～DN 350 mm。 管道高点设置排气阀，进出口设置电动阀门。

2.6 监测及控制装置

为保证进入市政污水管网的企业污水水质达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》中的三级标准和相关行业排放标准较严格值， 方便市政污水管网运营管理部门统一管理， 在每个企业污水出口处设置水质在线监测装置、 流量计及电动阀门， 在线监测企业污水水质及水量， 并将信号传输至污水处理厂监控中心。 若水质不满足纳管要求， 则立即关闭电动阀门并通报企业。 水质监测装置置于企业内部， 并在管道出厂区后设置一座阀门井， 内装电动阀门及流量计， 便于管理单位控制及统计排水量。

3 重要节点设计

3.1 公共管廊过路设计

为保障园区交通顺畅， 公共管廊过路及过厂区门口处采用钢桁架抬高方式， 与地面净空5～7 m［5］。根据现状路面宽度， 钢桁架跨度介于21 ～ 42 m。设计3 层， 桁架上设置固定管道的管卡和支座。 公共管廊过路节点如图3 所示。

图3 公共管廊过路节点Fig. 3 Crossing nodes for public tunnel

3.2 汇水池除臭设计

各企业污水出水均满足规定排放标准， 但不同性质的污水同时汇到汇水池， 可能会发生化学反应而生成有异味的污染物， 若有不满足GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》的危险气体溢出汇水池， 将影响空气环境质量。 故汇水池设离子除臭系统， 收集汇水池废气并处理达标后排放进入大气。

3.3 管道保温设计

本项目地处西北地区， 因冬季气温低， 企业排水方式以间歇排水为主， 管道在运行过程中容易冰冻。 本设计采用电伴热加外保温层方式对管道进行保温， 以保障排水系统冬季正常运行。 外保温层采用复合硅酸岩棉毡（憎水性）保温材料， 密度为80～120 kg／m3， 其中管径小于或等于DN 150 mm 架空管道外包60 mm 厚的复合硅酸岩棉毡（憎水性）保温材料， 管径大于DN 150 mm 架空管道外包80 mm 厚的复合硅酸岩棉毡（憎水性）保温材料， 外包裹防护层为0.5 mm 厚的镀锌薄钢板， 铆钉固定。内部沿管道敷设电伴热带， 通过测量管壁实际温度和控制伴热带发热来保证管道温度在维持温度范围内， 本设计管道维持温度范围为5 ～15 ℃， 管壁最低温度不小于6 ℃， 当管壁温度大于10 ℃时， 伴热带停止工作。 设置温度传感器实时监测管壁温度， 并将温度数值上传至伴热带控制器控制伴热带回路电源的通断， 从而实现伴热带回路的启停。 设置一套集中监控软件， 可实现对伴热带系统的远程监测与控制。

4 结语

将煤化工园区截流式合流制排水系统改为雨污分流制排水系统， 提高雨水系统排水能力， 有效消除园区内涝积水点。 新建“一企一管， 架空敷设”的压力流污水收集系统， 符合政策导向， 能够有效防止企业污水偷排、 漏排等现象。 可根据水质水量监测控制系统， 对企业超标或水质不达标污水进行关阀阻断， 避免其进入污水收集处理系统， 控制企业及园区污染物排放总量。 同时， 管道采用架空敷设， 方便运营维护部门检修维护。 该系统对保护园区水生态安全， 改善园区环境质量， 促进园区招商引资起到积极作用， 具有良好的使用前景， 可供类似园区参考借鉴。