某港区污水处理厂尾水深海排放设计

摘要：简述了污水厂尾水深海排放设计的主要设计思路，探讨了管线布置与港区建设相结合的主要问题，为沿海城市、工业区、港口的污水处理设计提供新思路。

关键词：尾水深海排放；港口建设；污水处理

中图分类号：U664文献标识码： A

0 引言

随着经济与社会的不断发展，环境保护正得到越来越多的重视，现代城市建设中的环境保护措施也越来越完善。“污水排海工程技术”是在不影响水体功能的前提下，借助远离岸边并置于海床上的多孔扩散器，将经过一定程度处理的城市废水或类城市废水均匀地排入海域，利用海洋固有的物理、化学及生物自净能力降低污染物的浓度，达到保护海洋环境的目的。

1 工程概况

本工程为广西某港区污水处理厂尾水排海管工程设计。排海管道设计流量124000m³/d，设计管径为DN1200,排海段管长为4349m，管材选用钢管（壁厚14mm），工程设计使用年限可达到50年。污水经管网收集后集中进入污水处理厂处理，污水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的B标准后通过深海排放口排入海域排污区。

2 路由设计

排海自流管由深海排放井沿规划排水明渠南侧穿过内港港池及外港至B3排污口。尾水通过深海放流管和扩散管以浮射流形式排入海域。排海管先将尾水输送到离岸水深较大，流速较大的海域，再经扩散管将尾水分散成许多小流体排入海水中。扩散管喷头间距需保证各喷口排出尾水在初始稀释过程中相互不重叠，将点源排放改变成线源排放，使排放水流与受纳水体混合成稀释水流。管线路由图见图1：

图1 管线路由布置图

2.1 管线深埋说明

由于管线在K1+336处穿越规划10万吨级码头港池岸线，这为本工程增加了很大的难度。该处管道管内底标高设计为-23.66m，此设计充分考虑了将来10万吨级港口建设和运营的要求。

按照2008年《海港总平面设计规范》（JIJ211-99）局部修订（设计船型尺度部分）10万吨级船型资料如表1：

表1 设计船型

海港10万吨级船型包括散货、油船、集装箱船及化学品船等，船型最大满载吃水14.9m，港池及回旋水域设计水深-18.36m。本次设计尾水排海管线基槽开挖至-24.66m，管线安装深度-23.66m，管线有块石及砂袋保护，完成面标高-19.66m，扩散器喷口标高-18.66m。管线埋深能满足10万吨级港口建设和运营的要求。

2.2管线穿越港池岸线的相关问题

（1）尾水排海管线基础部分采用Φ400砼管桩管墩基础，港口陆域施工过程中的吹填和软基处理对管线不会产生影响。由于该层可压缩性小，今后港口建设陆域施工过程中的吹填和软基处理时，对这一段管线产生影响也很小。但软基处理时应避免在尾水管线3~5m范围内采用强夯法处理地基，可采用真空预压法等其它方法进行软基处理。

（2）尾水管线为Φ1200钢管，排海管穿越码头结构段时，对码头结构段的影响宽度为3-5m，码头结构可采用高桩梁板结构，避开排海管。如果码头结构为重力式结构，可采取适当措施跨过排海管，如果必须在管线上方安装重力式方块或沉箱等，可在排海管线范围内采用高压旋喷桩进行地基处理，应尽可能避免再抛石基床上进行强夯等传统施工工艺。

（3）规划挖入式港区和外海港区岸线与排海管道管线相交位置应分别设置航标，共三个，当港口建成应在岸上做醒目标志代替航标。本工程B3排海口距离规划主航道只有250m。为保障航行安全，在扩散器范围280m的圆形上设计4个航标。

2.3深海排放井

排放井的功能: 保证排放管道压力和流量稳定、可以承受一定的冲击荷载、担负特殊情况应急排放、释放来自提升泵站尾水所含的气体。

排放井排放管内底标高:3.34m。排放井尺寸：L×W×H=8×5×10m。

3 水力设计

3.1排海尾水管水力设计

排海尾水管线4349m，管材为钢管，管径DN1200。排海尾水管线设计流量：按远期1.44m³/s(124000m³/d)考虑。设计高水位：2.75m（1985黄海基面）。极端高水位：4.20m（五十年一遇）。水力计算结果见表2：

表2 排海管道水力计算表

3.2扩散管水力设计

（1）扩散管长度

=4.27×Q×()^1.5×Y^(-2/3) ×g^(-0.5)

为扩散管长度，单位m；

Q为污水排放量，取1.44 m³/s；

为起始稀释倍数，取100；

Y污水最大浮升高度，取18m；

g折减重力加速度，取9.8m/。

经计算，为280m。

（2）孔口间距计算

单股污水终点羽流宽度

W=1/3Ymax

W为单股羽流宽度，m；Ymax为污水最大浮升高度，m。

考虑排污海域实际情况，海水水位的变化，安全起见，同侧孔口间距确定为20m。

（3）孔口直径计算

根据孔口间距，孔口排放量，扩散管长度，可以确定扩散器孔口直径为DN120。

（4）扩散流量校核

本工程水下排放管设有15个垂直扩散器，扩散器管径DN450。在每个扩散器靠近顶端的管壁均匀分布4个出流孔，孔径120mm。各放流管流量见表3：

表3扩散器流量表（流量m3/s）

（5）扩散管水头损失

经过水力计算，扩散管水头损失为0.5m。

3.3排放井排放水位设计

Ha=h1+h2+h3+h4

式中：

Ha为排放井水位，单位m；

h1排放管水头损失（6.20m）与扩散器水头损失(0.5m)；

h2剩余水头，取0.5m；

h3扩散器最高水位4.20m；

h4海水与污水密度差造成的压差，取0.1m。

经计算，排放井水位=6.7+0.5+4.2+0.1＝11.5m。

4 管道设计

4.1管道结构设计

（1）陆域排放管基础设计

陆域排放管（K0+0～K1+336）所处位置现泥面标高1.0m～-1.0m，排放管总长1614m。K0+0处管线管内标高3.34m，K1+336处管线管内标高-23.66m，该段管线坡比约1:50。

结合基础地质资料，陆域排放管（K0+0深海排放井～K1+336规划码头）基础设计分为2部分。

1、K0+0～K0+400

这一段管线基础地质条件较差，连接深海排放井为避免造成较大的不均匀沉降，采用Φ400钢筋混凝土管桩管墩基础，K0+400处开挖深度约5m。管墩采用单根Φ400管桩，管墩间距8m，每隔32m设双桩管墩，双桩桩间距1.2m。

2、K0+400～K1+336

该管线采用陆上开挖施工，管线基础埋深均在-7m以上，地质情况较好。

管线下铺500mm10～50kg块石，管线周边填充中粗砂，砂层总厚1500mm，上层铺设500mm厚10～50kg块石，施工完成后回填，回填料优先采用工程海域疏浚的吹填砂。

（2）海域排放管基础设计

海域排放管（K1+336码头岸线～K4+349排放口）总长2735m，管线管内底标高-23.66m。该管线采用海上开挖施工，管线基础地质情况稳定。

管线下铺1000mm10～50kg块石，管线周边填充砂袋，砂袋总厚2000mm，上层铺设2000mm厚100～200kg块石，（该层主要为了防护排海管线，不受港口建设施工开挖时破坏）施工完成后不考虑回填，自然回淤。

4.2钢管防腐设计

由于本工程管内排放达标A类工业污水，陆地直埋，海底泥区直埋。因此管道需做内外壁防腐，设计寿命50年。

钢管外面采用重防腐涂层和牺牲阳极阴极保护法联合保护的方案，钢管内面采用重防腐涂层涂装方案。

（1）涂层保护施工说明

钢管内外面涂料按设计选用海工型环氧重防腐涂料，涂层系统保护配套设计见表4。

表4钢管涂层保护配套设计

（2）牺牲阳极施工说明

埋地钢管上表面每间隔30m焊接一块SHJ-P20-Al牺牲阳极，化学成分必须符合以下要求：

锌（Zn）2.5～4.0%；铟（In）0.02～0.05%；锡（Sn）0.025～0.075%；镁（Mg）0.50～1.00%；硅（Si）≤0.13%；铁（Fe）≤0.16%；铜（Cu）≤0.02%；铝（Al）余量；

SHJ-P20-Al铝合金牺牲阳极的电化学性能必须符合以下规定：

开路电位：-1.18～-1.10V（饱和甘汞电极i，下同）；

工作电位：-1.12～-1.05V；

实际电容量不少于2400A・h/kg；

电流效率不得少于85%；

5 结语

本工程充分利用濒临大海的地理优势，将处理后的城市污水，有条件、有限制、有组织地运用深海排放技术处理，充分利用了海水自净能力，节约了水处理的投入。为沿海城市污水处理厂尾水处理提供一定的参考。

参考文献

[1]室外排水设计规范(GB 50014-2006 )[S]. 北京:中国计划出版社,2003

[2]海港总平面设计规范(JIJ211-99) [S]. 北京:中国计划出版社,2003

[3]田中荃 杨喜明.给排水设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社.

邓力禹（1986――），男，四川广元人，本科，河海大学，助理工程师，从事给排水、消防相关设计及研究。