烟台市套子湾污水处理厂排海管道工程概述

　　摘要：烟台市套子湾污水处理厂1998年10月建成正式投入运转，日处理能力为25万m³/d，污水排海管道工程是烟台市套子湾污水处理厂的重要组成部分，沿海地区利用海洋处置城市污水是一种合理利用海洋水体的环境容量和自净能力，同时又使环境质量得到保证的可行方法。
　　关键词：污水处理;排海管道;排污混合区
　　1、烟台市污水处理工程概况
　　烟台市市区污水处理工程现已正式投入运转的有三个污水处理厂，分别是套子湾、辛安河、古现污水处理厂。套子湾污水处理厂是将烟台市区的芝罘区、福山区、开发区东区的工业废水和生活污水截流汇集到套子湾污水处理厂，经二级处理后排海；部分污水经深度处理后用于城市低质用水。套子湾污水处理工程包括：①污水截流系统；②污水处理厂（近期工程日处理能力为25万m³，21万m³排海，）；③污水输送系统；④污水排海管道；⑤污水排海混合区；⑥中水回用系统。
　　1.1污水排海管道的作用
　　1.11放流管的作用
　　放流管的作用是将污水输送到离海岸较远、水深流大的海域。放流管的设计一般根据污水排放海域的地质、地貌及海流的方向，排海管道方向与海流方向垂直，也考虑与海岸线的方向垂直。放流管的长度和管径根据处理后的污水排放量及《污水排海管道工程技术规范》和《污水海洋处置工程污染控制标准》的有关规定，在保证扩散器第一个孔口排出的污水在到达海水表面时发生羽流边缘不触及海岸并适当留有余地，放流管末端的水深应大于7m。
　　1.1.2扩散器的作用
　　扩散器的作用是将污水分散成许多小流体，并要求扩散器的喷口间距以各喷口排出污水在初始稀释过程中相互不重叠为限，在较大面积内扩散，本质上是扩散器将点源排放改变为线源排放，使排放水流与受水体充分混合形成稀释水流。在一定水深下，当污水通过扩散器孔口排放到周围海水时，则受到正比于污水和周围海水密度差的浮力作用，同时，污水喷射和海水的相对运动产生剪力，使污水和海水之间又产生了紊流混合，从而使靠近排放口的排出污水获得有效稀释。当污水排入受纳水域后，按掺混稀释特点可划分为近、远两个区域。在分析计算中，常将排放口附近污水出口的起始动量和浮力起主导作用的区域称为近区；远区是指距排放口较远的区域，掺混稀释以紊流扩散为主。由于近区内的污水稀释作用的大小和扩散器的设计又有直接关系，因此，扩散器长度和孔口的设计是否合理，是人为控制环境影响的关键内容之一。
　　扩散器的长度直接影响到近区的稀释效果，影响扩散器的长度的主要因素包括污水排放量、稀释倍数的要求、水深、密度及水动力条件等。扩散器的长度和孔口的设计应满足规定的起始使稀释倍数要求（在海水静态情况从海底到海面国际要求稀释80-100倍）。扩散器由管径逐渐变小的几段，多个排水孔口组成，孔口的间距以各孔口排出的污水在初始稀释扩散的过程中互不重叠为原则。
　　1.1.3混合区的作用
　　（1）污水排海混合区选划原则
　　1）应根据海洋功能区划及海水自净能力选定混合区
　　2）混合区和排污点的选择，除根据海洋功能区划外，还应考虑该海域水动力条件和路由地质地貌的状况，应选择在海底稳定，海域开阔，水动力活跃，水深大于7m，生物资源相对缺乏，海底面积状况单一、易于管道施工的水域。
　　3）由排污点排放污水形成的混合区，不应影响鱼类的回游和临近海洋功能区的功能。
　　4）混合区范围外沿应根据排海污水混合稀释后与所受纳水体的COD背景值之和不超过混合区外功能区《海水水质标准》（GB3097）规定的海水水质标准的要求来确定，混合区范围规定按《污水海洋处置工程污染控制标准》（GB18486）中的有关规定执行。
　　5）进行混合区范围计算时，应针对其地形、地貌及水文特征和扩散器的结构、排放形式及通过对COD、石油类、总氮和总磷四类污染物的浓度预测而采用不同的计算公式。
　　6）混合区允许超过规定的水质标准，但是不能形成油膜、难闻的气味和可见浑浊云斑。
　　(2)混合区选划依据
　　1）当地的海洋功能区划
　　2）排污总量
　　3）污水处理厂经二级处理后主要水污染排放浓度值
　　4）污水排海管道路由调查勘察报告
　　5）污水排海管道设计
　　6）海底管道环评资料
　　7）对排污混合区进行水动力模型计算和排海管道投入使用后混合区水质预测
　　（3）混合区的使用
　　排污混合区需要申请海域使用权，海域使用是指使用某一固定海域连续三个月以上的排他性开发利用活动；海域使用的对象是从海底到海面所构成的海域空间，包括水面、水体、海床和底土；海域使用具有排他性，即对一定范围的海域只能对某一海域使用者确定一次使用权。排污混合区海域使用符合以上三层含义。排污混合区一旦申请确权海域使用就必有排他性。
　　2污水排海管道各参数的确定
　　2.1放流管长度计算
　　根据污水排放海域的地质地貌及海流的方向，排海管道的方向与海流的方向垂直，即SW-NE向，也与芝罘岛海岸线垂直，这样可以获得理想的混合效果。在保证扩散器第一个孔口排出的污水在到达海水表面时发生羽流边缘不触及海岸，并适当留有余地；另根据《污水排海管道工程技术规范》和《污水海洋处置工程污染控制标准》有关规定，放流管末端的水深应大于7m，通过计算确定，套子湾污水处理厂排海管道的放流管水平长度为280m,近期规划污水日排放量为21万m³，放流管直径为1.6m。
　　2.2扩散器设计计算
　　在一定水深下，当污水通过扩散器孔口排放到周围海水时，则受到正比于污水和周围海水密度差的浮力作用。同时，污水喷射和海水的相对运动产生剪力，使污水和海水之间又产生了紊流混合，从而使靠近排放口的排出污水获得有效稀释。当污水排入受纳水域后，按掺混稀释特点可划分为近、远两个区域。在分析计算中，常将排放口附近污水出口的起始动量和浮力起主导作用的区域称为近区；远区是距排放口较远的区域，掺混稀释以紊动扩散为主，由于近区内的污水稀释作用很强，而稀释作用的大小和扩散器的设计又有直接关系，因此，扩散器长度和孔口的设计是否合理，是人为控制环境影响的关键内容之一。
　　影响扩散器长度的主要因素包括污水排放量、稀释倍数的要求、水深、密度及水动力条件等。目前，国内外还没有关于扩散器长度设计的统一规范，我国在这方面还缺乏成熟的经验和系统的技术。N.H.Brooks建议，当周围流体是均匀、静止时，扩散器的长度由设定的初始稀释倍数来确定，其表达式为：=0.38
　　（2.2-1）
　　式中：
　　—起始稀释倍数；
　　Y—污水的最大浮升高度，m
　　—扩散器单位长度的污水排放量，m³/s
　　—折减重力加速度，㎡/s
　　=（2.2-2）
　　—海水密度，t/m³；
　　—污水密度，t/m³；
　　g—重力加速度，㎡/s。
　　由式（2.2-1）将扩散器单位长度的排放量：=Q/带入后简化，就可以得到扩散器长度计算公式：
　　=4.27Q（2.2-3）
　　式中：
　　—扩散器长度，m；
　　Q—污水排放量，m³/s；
　　根据现场调查，该海域以盐度为指标利用汉森（Honsen）和雷特莱（Rattrag）公式计算分析该海域为强混合区，即为非分层海域。本排海工程应按非分层海域设计：海水现场密度为1.02210t/m³；城市污水密度0.99800t/m³；污水排放量是21万m³/d，即为2.43m³/s；扩散器的水深为12-18m，平均15m；根据我国《污水海洋处置工程污染控制标准》GB18486的规定，初始稀释浓度在一年90%的时间保证率下，对于排放海域并且水质类别为第三类的水域，初始稀释度应≥45，对于排放海域并且水质类别为第四类的水域，初始稀释度应≥35。
　　（1）扩散器长度
　　经计算，扩散器长度为370m，扩散器要变径，分成四段，管径分别为1.6m，1.3m，1.0m，0.72m。
　　（2）扩散器孔口间距
　　对于密度均匀的海水，污水从扩散器孔口喷出后，最终可达到海面，在水面形成相互不重叠的污水团，其直径（羽流宽度）约等于辐射流轴线轨迹长的1/3。一般在设计中，常以1/3的水深来代替。
　　孔口的间距以各孔口排出的污水在初始稀释扩散过程中相互不重叠为原则，只要扩散器孔口的间距大于1/3水深，则孔口排出的污水在到达海水表面时，就不会发生羽流相互重叠的现象。
　　考虑海域涨潮时海水面的变化，为安全起见，孔口间距大于10m。
　　（3）扩散器孔口直径
　　当扩散器长度一定时，喷口的个数多少是保证一定排污流量下污水能达到某种稀释度的必要条件，孔口数N可根据下式确定：
　　N=（为孔口间距）
　　而对水深大海域开阔的水体，可利用少孔、大直径，可节省一些施工工作量和经费，本设计喷口个数根据扩散器具有变径的特点，目前国内外喷口采用鸭嘴阀（只排不进，鸭嘴阀造价高）。本设计喷口个数为15个。
　　孔口直径d的确定：根据孔口的出流流速3m/s，及污水排放量Q，确定孔口直径d。
　　孔口直径d由下式计算得：
　　d==0.26m；
　　总之，扩散器的孔口直径与个数的最终确定，应当考虑以下因素：
　　（1）满足污水稀释扩散的要求；
　　（2）孔口直径应足够大，以保证污水中大尺寸的悬浮物能顺利通过而不造成堵塞；
　　（3）孔口处具有足够大的流速。
　　2.3混合区面积
　　根据混合区选划的原则和方法，套子湾污水排海混合区面积为34.0h㎡。其界址点坐标为：E121˚21′08″，N37˚37′43.5″；E121˚23′26.5″，N37˚36′40″；E121˚23′56″，N37˚37′21.5″；E121˚21′34″，N37˚38′22″。
　　2.4调压井高程
　　通过水力计算，调压井出水控制水位为12.0m（黄海平均海平面为基点起算）。
　　3、污水排海管道防腐
　　（1）排海管道采用阴极保护和重防腐涂料二种形式防腐。
　　（2）阴极保护法：在钢管内壁封镜，布三条镁带，外壁每10m安装一块锌块，镁带长10m，宽2cm，高1cm，锌块20cm×20cm×20cm，重量为19.5kg，分别连接件固定，然后用检测线连接，检测被保护阴极的电位，以-0.85伏以下为合格。
　　（3）重防腐涂料防腐蚀处理：在钢管内外壁采用喷砂处理，使其表面达到sa3级，然后在内壁做ZF101环氧砂浆重防腐涂料六道，&=2mm，外壁做环氧煤沥青玻璃钢六布，&=2mm。
　　4、污水排海管道试压
　　（1）建成后的管道系统应进行水压试验，埋没或覆盖管道水压试验应在管道敷设完成后进行。
　　（2）试验压力应为设计内压的1.25倍，压力稳压时间不小于24h，在其时间内允许±0.2%的变化。
　　（3）如试验管段出现破裂或泄漏，事故部位应予以修补甚至更换，对修补或更换的管道应重新进行水压试验。
　　（4）对建成的管道系统应进行最终检验，以确定该系统是否达到工程和有关技术标准的要求。
　　5、污水排海管道路由选择和污水排海混合区选划
　　污水排海管道是污水处理厂的配套工程，污水经处理后通过海底管道的放流管和扩散器以辐射流形式排入海洋。制约特定海域污染物输运与浓度分布的重要因素是潮流、余流的平流输运作用。海水的混合程度受到地形结构、气象、海水物理性质、潮汐、波浪、海流、湍流、径流等物理因素的影响。因此在污水处理厂立项后必须进行污水处理厂工程可行性研究，在铺设污水排海管道之前必须进行路由调查、污水排海管道设计和污水排海管道混合区的海域使用论证及环境影响评价。
　　5.1烟台市城市污水排海管道路由选择
　　污水排海工程可行性研究是一项复杂的系统性工程，经过多部门、多学科的紧密配合，调查了烟台市城市自然、社会环境及工业污染物的排放现状；分析了烟台排污海域的气象、水色透明度、水温、盐度、波浪、潮汐、海流、水深、地质地貌、工程地质等自然条件；进行了罗丹明B示踪联合试验；运用流体动力学数值模拟方法对烟台近海的潮流、拉格朗日余流、入海污染物质的运动轨迹、迁移途径等进行了计算；用平流-扩散模型进行了水质预测；完成了烟台近海生态调查；对烟台市污水进行了综合分析，对污水处理系统进行了优化规划方案探讨。依据烟台市的城市发展规划和社会经济发展特征，结合烟台市的自然环境条件分析及排污海域的污染物的稀释扩散能力和输运路径，最后选定的排放口位于芝罘岛外海域。排海工程的总体规划是，在确保海洋生态和水体质量的前提下，在对有毒有害物质进行电源治理的基础上，将烟台市芝罘区、福山区及开发区的工业废水和生活污水截流汇集到套子湾污水处理厂，经过二级处理后，经过两级泵房加压和转输管道输送到芝罘岛岸边调压井，然后通过污水排海管道输送到水体活跃、交换能力强的深海区。
　　5.2烟台市套子湾污水处理厂污水排海混合区的选划
　　在完成污水排海工程可行性研究和路由调查的基础上进行了污水排海管道设计，然后进行了污水排污混合区的海域使用论证和环境影响评价。根据混合区选划的原则和方法，套子湾污水处理厂排海混合区面积为34.0h㎡。
　　6结论
　　综上所述，烟台市套子湾污水处理工程自1998年10月运行至今每年都对排污海域进行跟踪调查，并对排污混合区进行了后评估，实践证明污水排海管道路由选择、管道设计和排污混合区的选划是科学、合理的。
　　参考文献
　　【1】丁玉兰、张瑞安，烟台市海底污水排海管道有关参数的确定，海岸工程第14卷第4期，1995年。
　　【2】同济大学、烟台中心海洋站等，烟台市城市污水排海工程可行性研究，1987年。
　　【3】张瑞安、董以芝，烟台排污海域的自然环境条件分析和污染物输运路径研究，海岸工程第9卷第2期，1990年。
　　【4】国家海洋局北海监测中心、烟台中心海洋站，烟台市污水处理工程排海管道路由调查勘测报告，1995年。
　　【5】天津大学，烟台市城市污水尾水排海管道稀释扩散能力研究，1991年。
　　【6】韦鹤平、张瑞安，烟台市城市污水排海管道设计探讨，海洋通报第9卷第6期，1990年。
　　
　　搜论文知识网致力于为需要刊登论文的人士提供相关服务,提供迅速快捷的论文发表、写作指导等服务。具体发表流程为：客户咨询→确定合作，客户支付定金→文章发送并发表→客户接收录用通知，支付余款→杂志出版并寄送客户→客户确认收到。鸣网系学术网站，对所投稿件无稿酬支付，谢绝非学术类稿件的投递！