近年来, 我国企业在各国开展基础设施合作, 据不完全统计, 2000~2010年, 中国企业在非洲建设电站装机容量超过350万kW^[1]。电站的快速发展, 给当地的环境带来了一定的影响, 尤其是燃煤电站配套煤码头对海洋环境保护所带来的挑战, 如何根据当地法律法规的要求, 减少煤码头对环境的影响, 是码头设计施工及运营中应着重考虑的问题。

燃煤电站配套码头主要进行煤炭装卸船作业, 根据装卸工艺的要求, 在码头面设置转运站和开敞或封闭式的廊道, 煤废水包括转运站、廊道和码头面的冲洗含煤废水以及含煤径流雨污水, 其中含煤径流雨污水占绝大部分。煤污水的主要成分是煤渣和煤粉, 其主要特性是悬浮物浓度高、细小颗粒含量高、表面带有较强负电荷、黏度大、过滤性能差等, 是一种稳定的胶体体系, 留置不沉, 难于处理^[2]。

国内规范《火力发电厂水工设计规范》 (DL/T5339-2006) 14.3.1条文说明“火电厂宜设置煤场雨水沉淀池, 收集煤场受污染的初期雨水。其集雨时间可按0.5h~1.0h考虑, 设计重现期的取值宜与全厂协调一致”^[3], 因此境内煤码头通常采取“初期雨污水收集, 后期雨水溢流排放”的措施。对于初期雨污水量的计算, 目前有按暴雨强度取前5min、10min、20min降雨视为初期雨污水, 有按照项目所在地平均降雨量或日最大降雨量的10%来估算, 也有按照地面降水深度3~30 mm计算^[4], 其计算应依据项目背景资料或环境影响评价报告来确定。

境外项目一般对海域环境保护要求比较严格, 煤码头区域所有的雨污水均需收集处理, 不能设置溢流装置, 应充分满足“零”排放的要求, 其雨污水量的计算, 在项目背景资料或环境影响评价报告的基础上, 可依据最大日降雨量、最大时降雨量或者最大某分钟降雨量来确定。

通过对境内外燃煤电站配套码头煤废水收集量的对比可知:境内煤码头集污池容积依据所需收集的废水量来确定, 其潜污泵和管网系统规模设置可相对偏小, 总体投资相对较小;境外煤码头集污池容积、潜污泵参数和管网系统规模需与降雨强度相匹配, 集污池容积无明显变化, 潜污泵和管网系统规模设置应相应增大, 总体投资略高。

本工程位于菲律宾吕宋岛巴丹省, 马利万斯镇东南约5km, 海上毗邻马尼拉湾口北航道。该燃煤电站将建设2×660 MW燃煤发电机组2台, 电站项目陆上占地约60km², 配套码头将建设2个70 000t卸煤泊位 (泊位总长可以满足1艘160 000t散货船靠泊或者1艘110 000t散货船和1艘50 000t散货船同时靠泊) 。

码头相关的配套设施有引桥、C1栈桥、T1转运站、C2廊道、综合楼和门卫。C1栈桥位于码头上, 为全开敞式;C2廊道位于引桥上, 为封闭式;T1转运站位于码头上, 在C1栈桥和C2廊道相接处;C1栈桥和C2廊道均设有2条带式输送机。码头和引桥分别设置有明沟和集污池, 集污池内设置2台潜污泵 (1用1备) , 通过潜污泵将废水送至后方电厂生产废水处理站。煤废水系统原理如图1所示。

(1) 含煤雨污水。全开敞式C1栈桥位于码头上, 因此码头径流雨水含煤颗粒。码头含煤雨污水经码头明沟收集后汇入码头集污池。

(2) 冲洗煤废水。码头、C1栈桥和T1转运站冲洗煤废水经码头明沟收集后汇入码头集污池;C2廊道冲洗煤废水经地漏和引桥明沟收集后汇至引桥集污池。

(1) 码头煤废水量。根据业主技术规格书的要求, 本工程码头含煤雨污水均需收集处理, 无排放。表1为马尼拉地区降雨量资料。

以最大日降雨量考虑, 码头最大日雨污水量如式 (1) 所示。

式中V_max1———码头最大日雨污水量, m³;

A———码头面面积, m²;

L———码头长度, 510m;

B———码头宽度, 26m。

(2) 引桥煤废水量。引桥上C2廊道为封闭式结构, 因此引桥上煤废水来自C2廊道冲洗煤废水。廊道生产环保用水量, 最大日用水量为21m³/d, 最大小时用水量为7.2m³/h, 因此引桥上最大日煤废水量V_max2=20m³/d (径流系数按0.95考虑) 。

根据码头结构, 码头共设置3个集污池, 每个集污池内设置2台潜污泵 (1用1备) 。每个集污池容积为228 m³, 因此码头集污池总容积为V_J=684m³。

以码头最大日雨污水量考虑, 每台潜污泵的流量如式 (2) 所示。

结合潜污泵样本参数, 码头上潜污泵的流量为:Q_J=98m³/ (h·台) 。

根据引桥结构, 引桥共设置2个集污池, 每个集污池内设置2台潜污泵 (1用1备) 。每个集污池容积为52m³, 因此引桥集污池总容积为V_AB=104 m³。由于V_AB>V_max2, 因此引桥集污池设置合理。

考虑2.5h能够把1个池子抽完, 每台潜污泵的流量如式 (3) 所示。

结合潜污泵样本参数, 引桥上潜污泵的流量为Q_AB=21m³/ (h·台) 。

管道流速公式如式 (4) 所示。

式中v———管道流速, m/s;

Q———设计流量, m³/h;

A———管道截面积, m²;

D———管道直径, m。

根据图1, 设置为Q_0-1和v_0-1分别为泵出口到主管的流量和流速;Q_1-2和v_1-2分别为1#集污池到2#集污池的流量和流速;Q_2-3和v_2-3分别为2#集污池到3#集污池的流量和流速;Q_3-4和v_3-4分别为3#集污池到4#集污池的流量和流速;Q_4-5和v_4-5分别为4#集污池到5#集污池的流量和流速;Q_5-6和v_5-6分别为5#集污池到交接点的流量和流速。

因此, 由式 (4) 可知, 管道流量和流速如表2所示。

国内规范《室外排水设计规范》 (GB 50014-2006, 2016年版) 4.2.9条“排水管道采用压力流时, 压力管道的设计流速宜采用0.7m/s~2.0m/s。”^[5], 因此管径设计合理。

潜污泵扬程计算见式 (5) 。

式中H_PS———潜污泵扬程, mH₂O;

H_A———水头损失, mH₂O;

H_B———泵流出水头, 国内规范《建筑给水排水设计规范》 (GB 50015-2003, 2009年版) 4.7.7条的第4点“水泵扬程应按提升高度、管路系统水头损失、另附加2m~3 m流出水头计算”^[6], 本工程按4mH₂O考虑;

H_C———静扬程, mH₂O。

水头损失计算公式如式 (6) 所示。

式中H_a———沿程水头损失, mH₂O;

H_b———局部水头损失, 按沿程水头损失的0.3倍考虑, mH₂O;

C———海澄-威廉系数, 本工程采用HDPE管, C=120;

D———管道直径, m;

L———管道长度, m。

静扬程计算公式如式 (7) 所示。

式中H_C1———集污池最低水位, 8.54m;

H_C2———最不利点处管道中心标高, 26.9m。

将数据代入式 (5) ~式 (7) 可知, 所需潜污泵扬程如表3所示。

综上所述, 为保证系统的安全并结合潜污泵样本参数, 码头上每台潜污泵参数为:Q=98m³/h, H=42.3m;引桥上每台潜污泵参数为:Q=21m³/h, H=39m。

(1) 境内外燃煤电站配套码头煤废水收集量的确定需要由设计人员根据项目特点, 结合项目背景资料或环境影响评价报告等资料确定。

(2) 境内燃煤电站配套码头煤废水系统总体投资相对较小;与之相对, 境外煤码头潜污泵和管网系统规模设置相对较大, 总体投资略高。

(3) 建议在进行项目方案设计前, 应获得当地环保部门的环境影响评价报告, 以作为设计的重要依据。