山区河流靠港船舶污水接收系统研究

王小蓉,缪吉伦,,胥润生

（1.重庆西科水运工程咨询有限公司,重庆 400016; 2.重庆西南水运工程科学研究所,重庆 400016）

0 引言

防治船舶污染、保护水域环境，是国际国内面临的重要问题之一。我国内河航道通航里程12.63万km，全国港口拥有生产用码头泊位31 705个，水上运输船舶17.20万艘，每年水路客运量约2.63亿人。如此众多的船舶将产生大量的生活污水、含油污水，粗略估算全国每年内河船舶生活污水产生量达5 420万t，含油污水量达到460余万t[1]。大量废水如果直接排放将给江河湖泊水域造成严重污染，导致水域生态环境加剧变坏，阻碍水生动植物的生息和繁衍生长，给内河流域的生态系统带来不可挽回的破坏。随着国家对水环境的日益重视，为促进水运绿色发展，国务院发布了《水污染防治行动计划》，交通运输部制定了《船舶与码头污染防治专项行动实施方案（2015—2020年）》，颁布实行了“零排放”政策，即江河上所航行的船舶不能将产生的污水直接排放至水域内，必须转移至岸上的污水处理系统中，经环保处理达标后方能向外排放。

1 船舶污水接收量及储存容量

污水上岸后一般需在陆域储存设施暂存。首先应分析生活污水、含油污水接收量及储存设施容量。

1.1 生活污水接收量

生活污水接收量包括船舶抵港携带生活污水量和在港停泊期间生活污水产生量。船舶抵港携带生活污水量根据到港船舶船型、艘次、人员配置、生活污水贮存舱（柜）容积等因素进行预测，现有码头的船舶抵港携带生活污水量可根据码头运营统计资料分析确定。船舶在港停泊期间生活污水产生量根据到港船舶船型、艘次、在港时间、人员配置等因素进行预测[2]。

单日港口船舶生活污水接收量为港口全天到港的单艘船舶生活污水接收量之和。单日港口船舶生活污水接收量采用下式计算：

式中，Gs——单日港口船舶生活污水接收量（m3/d）；

Nsi——单日第i种船型到港船舶数量（艘）；

Nti——单日第i种船型在港船舶数量（艘）；

ks——生活污水贮存舱的满舱程度调节系数，根据码头运营统计资料确定，资料不足时取1；

Vsi——船舶生活污水贮存舱容积（m3/艘）；

m——船舶配员和乘客定额（人/艘）；

Vti——人均单日生活污水产生量[m3/（人·d）]，取0.035~0.07。

1.2 含油污水接收量计算

含油污水接收量根据到港船舶船型、主机功率、艘次等因素进行预测。现有码头接收量可根据码头运营统计资料分析确定。单日港口船舶含油污水接收量可采用下式计算：

式中，Go——单日港口船舶含油污水接收量（m3/d）；

Nsi——单日第i种船型到港船舶数量（艘）；

Ko——船舶含油污水贮存舱（柜）满舱程度调节系数；

Voi——船舶含油污水贮存舱（柜）容积（m3）。

1.3 储存设施容量计算

污水储存设施的容量应综合考虑单日港口船舶污水接收量、转运频次等因素确定，且不应小于单艘船舶的最大污水接收量。

生活污水储存设施的容量：

船舶含油污水储存设施的容量：

式中，f——污水日转运频次。

1.4 污水泵扬程计算

船舶污水舱与岸上陆域存在几米到数十米的高差，需利用船泵或提升泵将船舶污水提升至岸上储存设施中。

污水泵扬程：

式中，Hb——污水泵的扬程（kPa）；

H1——污水提升的高度差（m），即污水出水管排水口中心与泵最低水位间的高度差值；

H2——污水泵吸水管、出水管沿程和局部阻力损失之和（m），一般局部阻力损失取沿程阻力损失的20%；

H3——污水泵出水管附加的流出水头。当全扬程小于或等于20 m时，宜取1~2 m；当全扬程大于20 m时，宜取2~3 m。

污水提升泵出水管最小管径取DN40，管道设计流速宜采用0.7~2.0 m/s[3]。

2 污水接收工艺分析

内河山区河流码头常见结构形式主要有直立式（框架直立式、直立式挡墙等）、下河公路斜坡道形式、趸船浮码头式等。不同结构形式其污水接收工艺也不相同。

靠港船舶的含油污水和生活污水，可采用货船自备的污水泵，通过管道输送上岸的接收方式。这种方式对水位落差小的码头是简单实用的，但对于内河山区河流会出现困难。因为山区河流水位变幅大，汛期陡涨陡落，日变幅最大可达10 m。如三峡库区水位落差为30 m左右，金沙江上游库区最大落差可达60 m以上，货船或客船自备的污水泵一般扬程10 m左右，如此巨大的落差仅靠目前货船或客船自备的污水泵不能将污水直接排放到岸上接收设施中。因此，需要采用污水提升装置。

2.1 污水接收流程

船舶生活污水和含油污水需排岸处理时，根据水位情况，将船舶污水通岸接头与最近距离的平台码头船舶污水提升装置或码头面的船舶污水接口通过软管相连。污水通过船舶自带污水泵提升至污水提升装置内，再由提升装置中的潜污泵进一步提升，经码头布置的船舶污水接收管道排至陆域污水收集池暂存。

船舶污水的岸上输送管道与船岸连接的端口配置电磁流量计。船舶污水由污水接收接头，经输送管道水平输送至各级污水提升装置，由污水提升装置把含油污水和生活污水分别输送至陆域收集池。污水池内污水通过潜水泵加压向市政管网排放。

船舶含油污水提升装置及生活污水提升装置均在码头面层设置一座控制箱（控制箱设备自带），控制箱电源由就近码头船舶岸电电控箱引来。每个泊位码头船舶岸电电控箱引出2个回路接引船舶含油污水提升装置及生活污水提升装置。

2.2 污水提升装置

污水提升装置由不锈钢箱体、内置式不锈钢自动搅匀排污泵和外置式进出水管道系统组成（图1）。污水通过箱体进水口两侧设置的缓闭式止回阀及管道过滤器进入箱体，箱体内设置液位计对水箱水位进行监测，并联动水泵启停。箱体排出口通过缓闭式止回阀排出，并设置一个明杆闸阀接入水工平台船舶生活污水系统和船舶含油污水系统。在水箱外设置液位计，当水位高于限制水位时联动水工平台上设置的污水提升装置控制箱对污水提升装置强制断电。箱体顶部设置一根不锈钢管作为箱体通气立管。

图1 污水提升装置图

污水提升装置内2台水泵，水泵为不锈钢材质。当水箱内水位低于启停水位时停泵，当水箱内水位高于启动水位时，启动水泵作业。

含有杂质的污水由进水口进入固液分离装置，固液分离装置把杂质过滤后流入水箱，分离的污物随污水从旋启式止回阀流到固液分离装置内，无污物的污水暂存在水箱内；随着污水的进入，当水箱内的污水水位达到设定高度时，浮球开关把检测到的信号反馈到控制系统，控制系统启动排污泵，此时带压的水反向通过固液分离装置，在水压下经过90°旋启式止回阀将污水排至室外。固液分离装置中的污物利用水泵反冲压力，随污水一起排出。

2.3 直立式码头

大水位差直立式码头船舶污水通常采用固定式接收装置多级串连提升或采用码头卷扬设备提升污水接收装置方式。固定式污水接收装置一般安装在码头前沿靠船平台上。污水提升装置的位置和数量根据码头结构形式、水位落差和船泵等因素确定。船泵扬程大于12 m时，相邻接收接头的高差不宜大于10.0 m。污水提升装置宜设置在靠船平台或直立面内侧、便于操作和维修的地方，且不得影响生产作业和船舶靠离泊安全（图2）。如万州江南沱口集装箱码头、重庆果园港采用此形式。

固定提升箱安装在中下层平台时，随着河道水位的变化，固定式污水提升装置存在淹没、泥沙淤积、腐蚀和船舶污水泄漏等风险。而卷扬设备提升污水接收装置则需依赖动力和卷扬设备，操作不便，设备投资和运营成本较高。因此，可采用智能式船舶污水接收提升装置，该接收装置由升降机构（电机、齿轮齿条）、接收水箱（污水中转水箱）、污水泵、水位探测器、PLC控制箱等组成，将升降机构安装于码头前沿，升降机构通过齿轮齿条带动“污水中转水箱”，在“污水中转水箱”底部设置水位探测器，探测信号接入PLC控制箱，控制电机带动“污水中转水箱”随河道水位变化自动升降。水位消落时“污水中转水箱”自动下降，涨水时“污水中转水箱”自动上升[4]。这种智能式船舶污水接收装置，能有效地确保中转水箱在码头前沿稳定、可靠地进行上升或下降位移，升降控制灵活、其结构紧凑、占用空间较小、建设成本较低。

2.4 下河公路（斜坡式）码头

重庆市北碚江家沱货运码头、万州红溪沟滚装码头等采用此形式。沿下河公路一侧分别新建含油污水及生活污水管道输送上岸设施，在不同的水位高程分别设置含油污水及生活污水提升装置各一套，由污水提升装置把含油污水和生活污水分别输送至陆域收集池。提升装置为可移动形式。船舶污水的岸上输送管道与船岸连接的端口配置电磁流量计。污水输送管道接收接头应根据水位落差、斜坡长度和坡度等因素确定；相邻接收接头的高差不宜大于6.0 m。

2.5 趸船浮码头

趸船斜坡式码头在趸船上设置污水提升泵或污水提升装置，趸船与岸坡用一榀或几榀钢引桥连接，钢引桥可根据水位变化沿斜坡道拖动或通过浮箱定位桩上下浮动。岸上污水输送管道接收接头应根据水位落差、斜坡长度和坡度等因素确定；相邻接收接头的高差不宜大于6.0 m。趸船与钢引桥、钢引桥与斜坡道之间采用金属软管连接。如永川特川码头、忠县海螺水泥码头采用此形式。

通过对趸船舱底污水柜进行改造使靠港船舶污水能够接入污水柜储存，通过污水泵提升至码头陆域后方预处理设施内处理后接入船舶生活污水收集池和船舶含油污水收集池储存。接收流程：接收接头→接收软管→污水输送管道→污水收集池。

3 结论

靠港船舶的含油污水和生活污水，需提升转运至码头后方污水处理厂。山区河流由于水位落差大，码头结构形式可分为直立式码头、下河斜坡道形式及浮码头形式。直立式码头可采用固定式多级串连提升箱或智能自动提升箱污水接收装置，下河斜坡道形式码头则在路缘布置固定管道及移动式提升箱，浮码头将提升箱布置在趸船上，根据水位变化调整接收接头。该文提出的船舶污水容量及提升能力计算方法及污水接收工艺，可供船舶污水接收处置设施建设时采用。