摘要：为降低成本，曹妃甸煤炭码头三期工程采用价格低廉的市政源水进行环保除尘。由于市政源水存在水压不足、水质较差等问题，制约了它的推广使用。文章研究了港口现有煤污水处理系统随降雨变化的运行规律，利用污水处理间歇期，对市政源水进行处理净化，解决市政源水的水压、水质问题，进而提高了污水处理设备的利用率，节约了市政源水净化设施的投资，降低了生产成本，实现了水资源的综合利用和港口生产节能减排的双重价值，取得了较好的经济效益。
0 引言
我国煤炭已经形成了“西煤东调”、“北煤南运”的基本格局。曹妃甸得天独厚的地理位置优势，使其成为连接“西煤东调”、“北煤南运”的重要节点。根据预测到2020年，曹妃甸港区煤炭码头年通过能力将达到5亿t[1]。
曹妃甸港地处沿海贫水区，受各种条件限制，其供水只能依靠陡河水库的长距离输送[2]。曹妃甸港煤码头的相继投产，逐步加大了当地的水资源消耗。在曹妃甸港大力推广水资源综合利用技术，对提高用水效率和效益，促进水资源的可持续利用，促进港口生产节能减排，具有重要意义。
1 项目概述
唐山港曹妃甸港区煤码头三期工程(以下简称“曹煤三期”)位于唐山港曹妃甸港区一港池西侧。本工程共建设5个泊位，包括2个10万吨级、2个7万吨级和1个5万吨级泊位，码头岸线长度为1 470 m，堆场设计面积为69.29万m2，堆场容量为378.6万t。设计吞吐量5 000万t/a，总投资52.71亿元[3]。曹煤三期工艺流程见图1。
图1 曹煤三期工艺流程图
本工程设置除尘泵站2座，主要功能为满足港口生产环保、绿化、消防的用水要求。泵站水源有2种，分别为市政自来水和市政源水，均来自陡河水库。市政自来水单价为5.5元/m3，市政源水为未经处理的陡河水库水源，单价为4.5元/m3。受成本节约压力影响，本工程采用市政源水作为主要的除尘水源，以降低用水成本。
本工程市政源水由陡河水库直接供给，因水库水质不断恶化，富营养化问题突出[4]，在曹妃甸其他港口项目使用过程中，水中微生物大量滋生，出现堵塞水管、卫浴产品、洒水喷枪等问题，影响使用;并且水压过低，不满足供水设计压力。因此，做好市政源水在曹煤三期的推广应用，首要解决的就是它的水质与水压问题。
2 市政源水处理方案比选
2.1 方案一：新建净水厂
1)处理工艺
在除尘泵站就近设置净化厂，净化加压源水，满足用水需求。净水工艺详见图2。
2)投资概算
新建净水厂设施主要包括机械混合池、机械絮凝池、斜管沉淀池、消毒清水池等构筑物，以及配套的净水设备[5]。投资概算为300万元，加大了建设期的投入。
图2 净水厂工艺流程图
2.2 方案二：利用已有煤污水处理系统处理市政源水
1)污水处理设备利用率分析
煤炭港区产生的大量含煤污水主要包括码头、廊道、转运站冲洗废水，堆场防尘喷洒产生的废水，含煤径流雨水[6]。其中含煤径流雨水占绝大部分比例。煤污水含大量煤颗粒，直接排放会造成污染;同时，煤污水含有大量悬浮物，若直接用于港区喷洒，极易堵塞喷枪等设备。因此，无论是排放还是回用，均需对煤污水进行达标处理。
曹妃甸降雨主要集中在每年6—9月，约占全年降水量的74%。因此，煤污水处理厂主要在每年6—9月运行，集中处理夏季降雨形成的煤污水;其余季节主要接收喷洒、冲洗水，水量很小，可以忽略。据统计，煤污水处理厂全年累计运行仅1个月，设备利用率很低。
2)处理能力分析
曹煤三期通过加药沉淀工艺实现对煤污水的处理，设计污水再生回用能力为4 320 m3/d。本工程生产及环保除尘用水量为4 312.2 m3/d，详见表1。据此分析，煤污水处理厂的污水再生能力与本工程生产及环保除尘所需的水量基本匹配。
表1 生产用水及环保除尘用水量表
用水项目最高日用水量/(m3˙d-1)备注生产用水33.6车辆冲洗环保用水3 559.9堆场喷洒+翻车机冲洗+单机冲洗除尘+转运站冲洗+绿化未预见水量718.7前两项的20%合计4 312.2(157.4万t/a)不包括消防用水
3)处理工艺分析
对港区煤污水采用加药絮凝+过滤沉淀的物理化学处理工艺，详见图3。该工艺包含对水中杂质的加压絮凝沉淀，以及消毒的过程。并且在消毒清水池中设置了加压水泵。
图3 煤污水处理工艺流程图
据此分析，煤污水处理包括净化及加压流程，工艺上可满足市政源水的净化与加压处理需要。
4)效益分析
本方案无需新建净水设施，节约投资约300万元。同时，市政源水相比市政自来水经济实惠，由此带来的成本节约为126万元/a。
式中：Q为生产及环保除尘用水，t/a;P1为当地市政自来水单价，元/t;P2为当地市政源水单价，元/t;C为市政源水处理成本，元/t。
2.3 方案对比
上述2个方案的对比详见表2。
表2 方案对比
方案优点缺点方案一系统独立设计，完全适应市政源水水质，工艺可靠度高。占地面积大，投资预算高，增加生产成本。方案二与现有污水处理系统共用，不增加投资，且可产生经济效益，不需要重新占地。系统不独立，灵活性欠佳。
对比得出方案二技术上可行，在投资上远优于方案一。
通过上述分析得出，利用港口现有煤污水处理设备，可以实现对市政源水的净化与加压处理，达到环保除尘用水要求，不但在技术上可行，并有可观的经济效益。
3 市政源水与煤污水综合处理系统的设计
3.1 系统工艺设计
1)市政源水进水口与出水口的设计
市政源水微生物含量高，但杂质及悬浮物含量远小于煤污水，不需要进入预沉调节池进行沉淀处理。因此，选定在预沉调节池之后的吸水井作为市政源水进口，进水管道上设置电动阀，控制启闭。为防冻，管道埋地敷设，进口标高设定为-0.8 m。
第二处市政源水进口设置在污水处理系统末端的消毒清水池，进水管道上设置电动阀，控制启闭。为防冻，管道埋地敷设，进口标高设定为-0.8 m。以上市政源水进水位置详见图4。
图4 市政源水进口示意图
2)系统运行设计
在曹妃甸雨季(6—9月)，雨水冲刷煤堆场及码头形成大量煤污水，会使污水处理厂满负荷运行。此时，煤污水处理厂会有充足的回用水供给除尘水池。在此期间源水可以不供给。
降雨以外的时间，污水处理厂接收的污水量极小。此时，打开第一处(吸水井)市政源水进口电动阀，关闭第二处(消毒清水池)市政源水进口电动阀，水经提升进入一体化净化器、全自动过滤器，再经絮凝剂、凝聚剂加药处理后，进入消毒清水池消毒加压后，通过煤污水回用管道，回用至除尘水池。市政源水与煤污水综合处理系统流程图详见图5。
当污水处理设备检修时，主要设备无法运行。此时，关闭第一处(吸水井)市政源水进口电动阀，打开第二处(消毒清水池)市政源水进口电动阀，将水引入消毒清水池，经过消毒处理，并加压回用至除尘水池。
3.2 水质监测
在市政源水出口管道上设置水质监测装置。并定期按照GB 18920—2002《城市污水再生利用城市杂用水水质》中城市绿化、冲厕、道路喷洒、消防要求监测水质，保证用水安全。
图5 市政源水与煤污水综合处理系统工艺
4 结语
在曹妃甸煤炭码头三期工程中利用煤污水处理系统净化市政源水，能够有效解决市政源水水压与水质问题，能够保证生产用水安全，可以降低生产成本，提高设备利用率，实现水资源的综合利用。
参考文献：
[1]李玲.曹妃甸港区煤炭码头物流发展策略与方案设计[D].天津：河北工业大学，2014.
[2]王继忠.唐山市曹妃甸港供水工程水源分析[J].水科学与工程技术，2005(1)：22-23.
[3]姜岚.充分利用施工等待期加强施工准备工作——曹妃甸煤码头三期工程施工准备工作的思考[J].企业改革与管理，2015(10)：220-221.
[4]徐伟伟.陡河水库水质季节性变化分析及防治措施[J].水科学与工程技术，2014(4)：70-73.
[5]GB 50013—2006，室外给水设计规范[J].
[6]李兵.港区煤污水处理工艺研究[J].工程建设与设计，2014(5)：134-136.
原标题：煤炭港区市政源水与煤污水综合处理系统的研究与应用
