沈東，曹曉東

（中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461）

煤炭港區(qū)市政源水與煤污水綜合處理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

沈東，曹曉東

（中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461）

為降低成本，曹妃甸煤炭碼頭三期工程采用價(jià)格低廉的市政源水進(jìn)行環(huán)保除塵。由于市政源水存在水壓不足、水質(zhì)較差等問題，制約了它的推廣使用。文章研究了港口現(xiàn)有煤污水處理系統(tǒng)隨降雨變化的運(yùn)行規(guī)律，利用污水處理間歇期，對(duì)市政源水進(jìn)行處理凈化，解決市政源水的水壓、水質(zhì)問題，進(jìn)而提高了污水處理設(shè)備的利用率，節(jié)約了市政源水凈化設(shè)施的投資，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了水資源的綜合利用和港口生產(chǎn)節(jié)能減排的雙重價(jià)值，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

市政源水凈化；污水處理；煤炭港區(qū)

0 引言

我國煤炭已經(jīng)形成了“西煤東調(diào)”、“北煤南運(yùn)”的基本格局。曹妃甸得天獨(dú)厚的地理位置優(yōu)勢，使其成為連接“西煤東調(diào)”、“北煤南運(yùn)”的重要節(jié)點(diǎn)。根據(jù)預(yù)測到2020年，曹妃甸港區(qū)煤炭碼頭年通過能力將達(dá)到5億t[1]。

曹妃甸港地處沿海貧水區(qū)，受各種條件限制，其供水只能依靠陡河水庫的長距離輸送[2]。曹妃甸港煤碼頭的相繼投產(chǎn)，逐步加大了當(dāng)?shù)氐乃Y源消耗。在曹妃甸港大力推廣水資源綜合利用技術(shù)，對(duì)提高用水效率和效益，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用，促進(jìn)港口生產(chǎn)節(jié)能減排，具有重要意義。

1 項(xiàng)目概述

唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭三期工程（以下簡稱“曹煤三期”）位于唐山港曹妃甸港區(qū)一港池西側(cè)。本工程共建設(shè)5個(gè)泊位，包括2個(gè)10萬噸級(jí)、2個(gè)7萬噸級(jí)和1個(gè)5萬噸級(jí)泊位，碼頭岸線長度為1 470 m，堆場設(shè)計(jì)面積為69.29萬m2，堆場容量為378.6萬t。設(shè)計(jì)吞吐量5 000萬t/a，總投資52.71億元[3]。曹煤三期工藝流程見圖1。

圖1 曹煤三期工藝流程圖Fig.1Process flow diagram of Caofeidian coal terminal phase 3 project

本工程設(shè)置除塵泵站2座，主要功能為滿足港口生產(chǎn)環(huán)保、綠化、消防的用水要求。泵站水源有2種，分別為市政自來水和市政源水，均來自陡河水庫。市政自來水單價(jià)為5.5元/m3，市政源水為未經(jīng)處理的陡河水庫水源，單價(jià)為4.5元/m3。受成本節(jié)約壓力影響，本工程采用市政源水作為主要的除塵水源，以降低用水成本。

本工程市政源水由陡河水庫直接供給，因水庫水質(zhì)不斷惡化，富營養(yǎng)化問題突出[4]，在曹妃甸其他港口項(xiàng)目使用過程中，水中微生物大量滋生，出現(xiàn)堵塞水管、衛(wèi)浴產(chǎn)品、灑水噴槍等問題，影響使用；并且水壓過低，不滿足供水設(shè)計(jì)壓力。因此，做好市政源水在曹煤三期的推廣應(yīng)用，首要解決的就是它的水質(zhì)與水壓問題。

2 市政源水處理方案比選

2.1 方案一：新建凈水廠

1）處理工藝

在除塵泵站就近設(shè)置凈化廠，凈化加壓源水，滿足用水需求。凈水工藝詳見圖2。

2）投資概算

新建凈水廠設(shè)施主要包括機(jī)械混合池、機(jī)械絮凝池、斜管沉淀池、消毒清水池等構(gòu)筑物，以及配套的凈水設(shè)備[5]。投資概算為300萬元，加大了建設(shè)期的投入。

圖2 凈水廠工藝流程圖Fig.2Process flow diagram of water purification plant

2.2 方案二：利用已有煤污水處理系統(tǒng)處理市政源水

1）污水處理設(shè)備利用率分析

煤炭港區(qū)產(chǎn)生的大量含煤污水主要包括碼頭、廊道、轉(zhuǎn)運(yùn)站沖洗廢水，堆場防塵噴灑產(chǎn)生的廢水，含煤徑流雨水[6]。其中含煤徑流雨水占絕大部分比例。煤污水含大量煤顆粒，直接排放會(huì)造成污染；同時(shí)，煤污水含有大量懸浮物，若直接用于港區(qū)噴灑，極易堵塞噴槍等設(shè)備。因此，無論是排放還是回用，均需對(duì)煤污水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理。

曹妃甸降雨主要集中在每年6—9月，約占全年降水量的74%。因此，煤污水處理廠主要在每年6—9月運(yùn)行，集中處理夏季降雨形成的煤污水；其余季節(jié)主要接收噴灑、沖洗水，水量很小，可以忽略。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤污水處理廠全年累計(jì)運(yùn)行僅1個(gè)月，設(shè)備利用率很低。

2）處理能力分析

曹煤三期通過加藥沉淀工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)煤污水的處理，設(shè)計(jì)污水再生回用能力為4 320 m3/d。本工程生產(chǎn)及環(huán)保除塵用水量為4 312.2 m3/d，詳見表1。據(jù)此分析，煤污水處理廠的污水再生能力與本工程生產(chǎn)及環(huán)保除塵所需的水量基本匹配。

表1 生產(chǎn)用水及環(huán)保除塵用水量表Table 1Consumption of production water and environmental dust removal water

3）處理工藝分析

對(duì)港區(qū)煤污水采用加藥絮凝+過濾沉淀的物理化學(xué)處理工藝，詳見圖3。該工藝包含對(duì)水中雜質(zhì)的加壓絮凝沉淀，以及消毒的過程。并且在消毒清水池中設(shè)置了加壓水泵。

圖3 煤污水處理工藝流程圖Fig.3Process flow chart of coal sewage treatment

據(jù)此分析，煤污水處理包括凈化及加壓流程，工藝上可滿足市政源水的凈化與加壓處理需要。

4）效益分析

本方案無需新建凈水設(shè)施，節(jié)約投資約300萬元。同時(shí)，市政源水相比市政自來水經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，由此帶來的成本節(jié)約為126萬元/a。

式中：Q為生產(chǎn)及環(huán)保除塵用水，t/a；P1為當(dāng)?shù)厥姓詠硭畣蝺r(jià)，元/t；P2為當(dāng)?shù)厥姓此畣蝺r(jià)，元/t；C為市政源水處理成本，元/t。

2.3 方案對(duì)比

上述2個(gè)方案的對(duì)比詳見表2。

表2 方案對(duì)比Table 2Scheme comparison

對(duì)比得出方案二技術(shù)上可行，在投資上遠(yuǎn)優(yōu)于方案一。

通過上述分析得出，利用港口現(xiàn)有煤污水處理設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)市政源水的凈化與加壓處理，達(dá)到環(huán)保除塵用水要求，不但在技術(shù)上可行，并有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 市政源水與煤污水綜合處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

1）市政源水進(jìn)水口與出水口的設(shè)計(jì)

市政源水微生物含量高，但雜質(zhì)及懸浮物含量遠(yuǎn)小于煤污水，不需要進(jìn)入預(yù)沉調(diào)節(jié)池進(jìn)行沉淀處理。因此，選定在預(yù)沉調(diào)節(jié)池之后的吸水井作為市政源水進(jìn)口，進(jìn)水管道上設(shè)置電動(dòng)閥，控制啟閉。為防凍，管道埋地敷設(shè)，進(jìn)口標(biāo)高設(shè)定為-0.8 m。

第二處市政源水進(jìn)口設(shè)置在污水處理系統(tǒng)末端的消毒清水池，進(jìn)水管道上設(shè)置電動(dòng)閥，控制啟閉。為防凍，管道埋地敷設(shè)，進(jìn)口標(biāo)高設(shè)定為-0.8 m。以上市政源水進(jìn)水位置詳見圖4。

圖4 市政源水進(jìn)口示意圖Fig.4Sketch map of municipal water source import

2）系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)

在曹妃甸雨季（6—9月），雨水沖刷煤堆場及碼頭形成大量煤污水，會(huì)使污水處理廠滿負(fù)荷運(yùn)行。此時(shí)，煤污水處理廠會(huì)有充足的回用水供給除塵水池。在此期間源水可以不供給。

降雨以外的時(shí)間，污水處理廠接收的污水量極小。此時(shí)，打開第一處（吸水井）市政源水進(jìn)口電動(dòng)閥，關(guān)閉第二處（消毒清水池）市政源水進(jìn)口電動(dòng)閥，水經(jīng)提升進(jìn)入一體化凈化器、全自動(dòng)過濾器，再經(jīng)絮凝劑、凝聚劑加藥處理后，進(jìn)入消毒清水池消毒加壓后，通過煤污水回用管道，回用至除塵水池。市政源水與煤污水綜合處理系統(tǒng)流程圖詳見圖5。

當(dāng)污水處理設(shè)備檢修時(shí)，主要設(shè)備無法運(yùn)行。此時(shí)，關(guān)閉第一處（吸水井）市政源水進(jìn)口電動(dòng)閥，打開第二處（消毒清水池）市政源水進(jìn)口電動(dòng)閥，將水引入消毒清水池，經(jīng)過消毒處理，并加壓回用至除塵水池。

3.2 水質(zhì)監(jiān)測

在市政源水出口管道上設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測裝置。并定期按照GB 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》中城市綠化、沖廁、道路噴灑、消防要求監(jiān)測水質(zhì)，保證用水安全。

圖5 市政源水與煤污水綜合處理系統(tǒng)工藝Fig.5The comprehensive sewage treatment process of municipal source water and coal sewage

4 結(jié)語

在曹妃甸煤炭碼頭三期工程中利用煤污水處理系統(tǒng)凈化市政源水，能夠有效解決市政源水水壓與水質(zhì)問題，能夠保證生產(chǎn)用水安全，可以降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用。

[1]李玲.曹妃甸港區(qū)煤炭碼頭物流發(fā)展策略與方案設(shè)計(jì)[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2014. LI Ling.Logistics development strategy and solution design of coal terminal in Caofeidian Port[D].Tianjin:Hebei University of Technology,2014.

[2]王繼忠.唐山市曹妃甸港供水工程水源分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2005（1）：22-23. WANG Ji-zhong.Analyses of source of the water supply project in Caofeidian Port of Tangshan[J].Water Sciences and Engineering Technology,2005(1):22-23.

[3]姜嵐.充分利用施工等待期加強(qiáng)施工準(zhǔn)備工作——曹妃甸煤碼頭三期工程施工準(zhǔn)備工作的思考[J].企業(yè)改革與管理，2015（10）：220-221. JIANG Lan.Making full use of the waiting period of construction to strengthen the preparatory work of construction:Thoughts on the preparatory work for the construction of the Caofeidian coal terminal phase 3 project[J].Enterprise Reform and Management,2015(10): 220-221.

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[5]GB 50013—2006，室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范[J]. GB 50013—2006,Code for design of outdoor water supply engineering[S].

[6]李兵.港區(qū)煤污水處理工藝研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2014（5）：134-136. LI Bing.Research on coal sewage treatment process in port[J]. Construction&Design for Project,2014(5):134-136.

Research and application of comprehensive treatment system of municipal raw water and coal wastewater in coal harbor area

SHEN Dong,CAO Xiao-dong
（CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China）

Caofeidian coal terminal phase 3 project uses cheap municipal raw water for dust suppression in order to reduce the investment.Due to the low water pressure and poor water quality,the application of raw water has been restricted.We studied the operation rules of the existing port coal sewage treatment system running with the precipitation change,using the intermittent period of sewage treatment to treat and purify the municipal raw water,and to solve the low pressure and poor water quality problems of municipal raw water.Then the utilization rate of the sewage treatment equipments was improved,the investment of the municipal raw water purification facilities was saved,the running cost was reduced.The dual value of the comprehensive utilization of water resources and the energy saving and emission reduction in port production have been achieved,and good economic benefits have been achieved.

municipal source water purification;sewage treatment;coal port area

U656.133

A

2095-7874（2017）05-0019-04

10.7640/zggwjs201705005

2017-01-22

2017-04-17

沈東（1962—），男，河北香河人，高級(jí)工程師，環(huán)境工程專業(yè)。E-mail：49450021@qq.com