摘要：煙臺市套子灣污水處理廠1998年10月建成正式投入運轉，日處理能力為25萬m³/d，污水排海管道工程是煙臺市套子灣污水處理廠的重要組成部分，沿海地區利用海洋處置城市污水是一種合理利用海洋水體的環境容量和自凈能力，同時又使環境質量得到保證的可行方法。
　　關鍵詞：污水處理;排海管道;排污混合區
　　1、煙臺市污水處理工程概況
　　煙臺市市區污水處理工程現已正式投入運轉的有三個污水處理廠，分別是套子灣、辛安河、古現污水處理廠。套子灣污水處理廠是將煙臺市區的芝罘區、福山區、開發區東區的工業廢水和生活污水截流匯集到套子灣污水處理廠，經二級處理后排海；部分污水經深度處理后用于城市低質用水。套子灣污水處理工程包括：①污水截流系統；②污水處理廠（近期工程日處理能力為25萬m³，21萬m³排海，）；③污水輸送系統；④污水排海管道；⑤污水排海混合區；⑥中水回用系統。
　　1.1污水排海管道的作用
　　1.11放流管的作用
　　放流管的作用是將污水輸送到離海岸較遠、水深流大的海域。放流管的設計一般根據污水排放海域的地質、地貌及海流的方向，排海管道方向與海流方向垂直，也考慮與海岸線的方向垂直。放流管的長度和管徑根據處理后的污水排放量及《污水排海管道工程技術規范》和《污水海洋處置工程污染控制標準》的有關規定，在保證擴散器第一個孔口排出的污水在到達海水表面時發生羽流邊緣不觸及海岸并適當留有余地，放流管末端的水深應大于7m。
　　1.1.2擴散器的作用
　　擴散器的作用是將污水分散成許多小流體，并要求擴散器的噴口間距以各噴口排出污水在初始稀釋過程中相互不重疊為限，在較大面積內擴散，本質上是擴散器將點源排放改變為線源排放，使排放水流與受水體充分混合形成稀釋水流。在一定水深下，當污水通過擴散器孔口排放到周圍海水時，則受到正比于污水和周圍海水密度差的浮力作用，同時，污水噴射和海水的相對運動產生剪力，使污水和海水之間又產生了紊流混合，從而使靠近排放口的排出污水獲得有效稀釋。當污水排入受納水域后，按摻混稀釋特點可劃分為近、遠兩個區域。在分析計算中，常將排放口附近污水出口的起始動量和浮力起主導作用的區域稱為近區；遠區是指距排放口較遠的區域，摻混稀釋以紊流擴散為主。由于近區內的污水稀釋作用的大小和擴散器的設計又有直接關系，因此，擴散器長度和孔口的設計是否合理，是人為控制環境影響的關鍵內容之一。
　　擴散器的長度直接影響到近區的稀釋效果，影響擴散器的長度的主要因素包括污水排放量、稀釋倍數的要求、水深、密度及水動力條件等。擴散器的長度和孔口的設計應滿足規定的起始使稀釋倍數要求（在海水靜態情況從海底到海面國際要求稀釋80-100倍）。擴散器由管徑逐漸變小的幾段，多個排水孔口組成，孔口的間距以各孔口排出的污水在初始稀釋擴散的過程中互不重疊為原則。
　　1.1.3混合區的作用
　　（1）污水排海混合區選劃原則
　　1）應根據海洋功能區劃及海水自凈能力選定混合區
　　2）混合區和排污點的選擇，除根據海洋功能區劃外，還應考慮該海域水動力條件和路由地質地貌的狀況，應選擇在海底穩定，海域開闊，水動力活躍，水深大于7m，生物資源相對缺乏，海底面積狀況單一、易于管道施工的水域。
　　3）由排污點排放污水形成的混合區，不應影響魚類的回游和臨近海洋功能區的功能。
　　4）混合區范圍外沿應根據排海污水混合稀釋后與所受納水體的COD背景值之和不超過混合區外功能區《海水水質標準》（GB3097）規定的海水水質標準的要求來確定，混合區范圍規定按《污水海洋處置工程污染控制標準》（GB18486）中的有關規定執行。
　　5）進行混合區范圍計算時，應針對其地形、地貌及水文特征和擴散器的結構、排放形式及通過對COD、石油類、總氮和總磷四類污染物的濃度預測而采用不同的計算公式。
　　6）混合區允許超過規定的水質標準，但是不能形成油膜、難聞的氣味和可見渾濁云斑。
　　(2)混合區選劃依據
　　1）當地的海洋功能區劃
　　2）排污總量
　　3）污水處理廠經二級處理后主要水污染排放濃度值
　　4）污水排海管道路由調查勘察報告
　　5）污水排海管道設計
　　6）海底管道環評資料
　　7）對排污混合區進行水動力模型計算和排海管道投入使用后混合區水質預測
　　（3）混合區的使用
　　排污混合區需要申請海域使用權，海域使用是指使用某一固定海域連續三個月以上的排他性開發利用活動；海域使用的對象是從海底到海面所構成的海域空間，包括水面、水體、海床和底土；海域使用具有排他性，即對一定范圍的海域只能對某一海域使用者確定一次使用權。排污混合區海域使用符合以上三層含義。排污混合區一旦申請確權海域使用就必有排他性。
　　2污水排海管道各參數的確定
　　2.1放流管長度計算
　　根據污水排放海域的地質地貌及海流的方向，排海管道的方向與海流的方向垂直，即SW-NE向，也與芝罘島海岸線垂直，這樣可以獲得理想的混合效果。在保證擴散器第一個孔口排出的污水在到達海水表面時發生羽流邊緣不觸及海岸，并適當留有余地；另根據《污水排海管道工程技術規范》和《污水海洋處置工程污染控制標準》有關規定，放流管末端的水深應大于7m，通過計算確定，套子灣污水處理廠排海管道的放流管水平長度為280m,近期規劃污水日排放量為21萬m³，放流管直徑為1.6m。
　　2.2擴散器設計計算
　　在一定水深下，當污水通過擴散器孔口排放到周圍海水時，則受到正比于污水和周圍海水密度差的浮力作用。同時，污水噴射和海水的相對運動產生剪力，使污水和海水之間又產生了紊流混合，從而使靠近排放口的排出污水獲得有效稀釋。當污水排入受納水域后，按摻混稀釋特點可劃分為近、遠兩個區域。在分析計算中，常將排放口附近污水出口的起始動量和浮力起主導作用的區域稱為近區；遠區是距排放口較遠的區域，摻混稀釋以紊動擴散為主，由于近區內的污水稀釋作用很強，而稀釋作用的大小和擴散器的設計又有直接關系，因此，擴散器長度和孔口的設計是否合理，是人為控制環境影響的關鍵內容之一。
　　影響擴散器長度的主要因素包括污水排放量、稀釋倍數的要求、水深、密度及水動力條件等。目前，國內外還沒有關于擴散器長度設計的統一規范，我國在這方面還缺乏成熟的經驗和系統的技術。N.H.Brooks建議，當周圍流體是均勻、靜止時，擴散器的長度由設定的初始稀釋倍數來確定，其表達式為：=0.38
　　（2.2-1）
　　式中：
　　—起始稀釋倍數；
　　Y—污水的最大浮升高度，m
　　—擴散器單位長度的污水排放量，m³/s
　　—折減重力加速度，㎡/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）將擴散器單位長度的排放量：=Q/帶入后簡化，就可以得到擴散器長度計算公式：
　　=4.27Q（2.2-3）
　　式中：
　　—擴散器長度，m；
　　Q—污水排放量，m³/s；
　　根據現場調查，該海域以鹽度為指標利用漢森（Honsen）和雷特萊（Rattrag）公式計算分析該海域為強混合區，即為非分層海域。本排海工程應按非分層海域設計：海水現場密度為1.02210t/m³；城市污水密度0.99800t/m³；污水排放量是21萬m³/d，即為2.43m³/s；擴散器的水深為12-18m，平均15m；根據我國《污水海洋處置工程污染控制標準》GB18486的規定，初始稀釋濃度在一年90%的時間保證率下，對于排放海域并且水質類別為第三類的水域，初始稀釋度應≥45，對于排放海域并且水質類別為第四類的水域，初始稀釋度應≥35。
　　（1）擴散器長度
　　經計算，擴散器長度為370m，擴散器要變徑，分成四段，管徑分別為1.6m，1.3m，1.0m，0.72m。
　　（2）擴散器孔口間距
　　對于密度均勻的海水，污水從擴散器孔口噴出后，最終可達到海面，在水面形成相互不重疊的污水團，其直徑（羽流寬度）約等于輻射流軸線軌跡長的1/3。一般在設計中，常以1/3的水深來代替。
　　孔口的間距以各孔口排出的污水在初始稀釋擴散過程中相互不重疊為原則，只要擴散器孔口的間距大于1/3水深，則孔口排出的污水在到達海水表面時，就不會發生羽流相互重疊的現象。
　　考慮海域漲潮時海水面的變化，為安全起見，孔口間距大于10m。
　　（3）擴散器孔口直徑
　　當擴散器長度一定時，噴口的個數多少是保證一定排污流量下污水能達到某種稀釋度的必要條件，孔口數N可根據下式確定：
　　N=（為孔口間距）
　　而對水深大海域開闊的水體，可利用少孔、大直徑，可節省一些施工工作量和經費，本設計噴口個數根據擴散器具有變徑的特點，目前國內外噴口采用鴨嘴閥（只排不進，鴨嘴閥造價高）。本設計噴口個數為15個。
　　孔口直徑d的確定：根據孔口的出流流速3m/s，及污水排放量Q，確定孔口直徑d。
　　孔口直徑d由下式計算得：
　　d==0.26m；
　　總之，擴散器的孔口直徑與個數的最終確定，應當考慮以下因素：
　　（1）滿足污水稀釋擴散的要求；
　　（2）孔口直徑應足夠大，以保證污水中大尺寸的懸浮物能順利通過而不造成堵塞；
　　（3）孔口處具有足夠大的流速。
　　2.3混合區面積
　　根據混合區選劃的原則和方法，套子灣污水排海混合區面積為34.0h㎡。其界址點坐標為：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調壓井高程
　　通過水力計算，調壓井出水控制水位為12.0m（黃海平均海平面為基點起算）。
　　3、污水排海管道防腐
　　（1）排海管道采用陰極保護和重防腐涂料二種形式防腐。
　　（2）陰極保護法：在鋼管內壁封鏡，布三條鎂帶，外壁每10m安裝一塊鋅塊，鎂帶長10m，寬2cm，高1cm，鋅塊20cm×20cm×20cm，重量為19.5kg，分別連接件固定，然后用檢測線連接，檢測被保護陰極的電位，以-0.85伏以下為合格。
　　（3）重防腐涂料防腐蝕處理：在鋼管內外壁采用噴砂處理，使其表面達到sa3級，然后在內壁做ZF101環氧砂漿重防腐涂料六道，&=2mm，外壁做環氧煤瀝青玻璃鋼六布，&=2mm。
　　4、污水排海管道試壓
　　（1）建成后的管道系統應進行水壓試驗，埋沒或覆蓋管道水壓試驗應在管道敷設完成后進行。
　　（2）試驗壓力應為設計內壓的1.25倍，壓力穩壓時間不小于24h，在其時間內允許±0.2%的變化。
　　（3）如試驗管段出現破裂或泄漏，事故部位應予以修補甚至更換，對修補或更換的管道應重新進行水壓試驗。
　　（4）對建成的管道系統應進行最終檢驗，以確定該系統是否達到工程和有關技術標準的要求。
　　5、污水排海管道路由選擇和污水排海混合區選劃
　　污水排海管道是污水處理廠的配套工程，污水經處理后通過海底管道的放流管和擴散器以輻射流形式排入海洋。制約特定海域污染物輸運與濃度分布的重要因素是潮流、余流的平流輸運作用。海水的混合程度受到地形結構、氣象、海水物理性質、潮汐、波浪、海流、湍流、徑流等物理因素的影響。因此在污水處理廠立項后必須進行污水處理廠工程可行性研究，在鋪設污水排海管道之前必須進行路由調查、污水排海管道設計和污水排海管道混合區的海域使用論證及環境影響評價。
　　5.1煙臺市城市污水排海管道路由選擇
　　污水排海工程可行性研究是一項復雜的系統性工程，經過多部門、多學科的緊密配合，調查了煙臺市城市自然、社會環境及工業污染物的排放現狀；分析了煙臺排污海域的氣象、水色透明度、水溫、鹽度、波浪、潮汐、海流、水深、地質地貌、工程地質等自然條件；進行了羅丹明B示蹤聯合試驗；運用流體動力學數值模擬方法對煙臺近海的潮流、拉格朗日余流、入海污染物質的運動軌跡、遷移途徑等進行了計算；用平流-擴散模型進行了水質預測；完成了煙臺近海生態調查；對煙臺市污水進行了綜合分析，對污水處理系統進行了優化規劃方案探討。依據煙臺市的城市發展規劃和社會經濟發展特征，結合煙臺市的自然環境條件分析及排污海域的污染物的稀釋擴散能力和輸運路徑，最后選定的排放口位于芝罘島外海域。排海工程的總體規劃是，在確保海洋生態和水體質量的前提下，在對有毒有害物質進行電源治理的基礎上，將煙臺市芝罘區、福山區及開發區的工業廢水和生活污水截流匯集到套子灣污水處理廠，經過二級處理后，經過兩級泵房加壓和轉輸管道輸送到芝罘島岸邊調壓井，然后通過污水排海管道輸送到水體活躍、交換能力強的深海區。
　　5.2煙臺市套子灣污水處理廠污水排海混合區的選劃
　　在完成污水排海工程可行性研究和路由調查的基礎上進行了污水排海管道設計，然后進行了污水排污混合區的海域使用論證和環境影響評價。根據混合區選劃的原則和方法，套子灣污水處理廠排海混合區面積為34.0h㎡。
　　6結論
　　綜上所述，煙臺市套子灣污水處理工程自1998年10月運行至今每年都對排污海域進行跟蹤調查，并對排污混合區進行了后評估，實踐證明污水排海管道路由選擇、管道設計和排污混合區的選劃是科學、合理的。
　　參考文獻
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　　【6】韋鶴平、張瑞安，煙臺市城市污水排海管道設計探討，海洋通報第9卷第6期，1990年。
　　
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