某污水处理厂尾水排海工程设计探讨

石晓东，郑超，王玮

（杭州市市政工程集团有限公司，杭州 310014）

1 引言

排海管道是沿海污水厂的重要组成部分，排海管的设计方案要求技术先进、经济合理、安全可靠。伴随城区面积不断扩大，产业不断升级，污水量随之增大。为更好地保护陆域水环境，充分利用海洋的环境功能，某污水厂实施扩建的同时新建污水排海管。目前该工程正在开展施工相关工作，通过对设计方案的优化，为施工的顺利推进提供了技术支撑。

2 排海管工程设计

2.1 排放方案比选

排放方案需要结合排水流量、水泵能耗、排水安全性等因素进行综合分析，管径的选择既应保证管道流速不可过低，又要保证管道沿程损失适中[1]。本工程排海管按远期处理规模5.25 万m3/d 设计，并按近期处理规模3.25 万m3/d 校核。不同管径下的管道流速比较见表1。

表1 不同管径管道流速

排水管道采用压力流时，压力管道的设计流速宜采用0.7～2.0 m/s，同时扩散器中流速需达到自净流速，即不小于0.6 m/s，一般可取0.8～1.0 m/s[2]。由表1 可知，若采用单管道，则管径DN900 最优；若采用双管道则管径DN700 最优。

由于单管道海域用海面积小，工程造价低，近期泵站水头损失小，本次尾水达到地表水准四类标准，管道出现故障时，可通过中水回用管排放至河道，本次工程设计推荐采用单管道排放方案。

2.2 扩散器设计

扩散器一般分为3 种类型Ⅰ、T、Y。在强流区，当水流速度大于1.5 m/s 时，扩散器走向不应与流向垂直，相反在弱流区，当流速小于0.5 m/s 时，扩散器走向应尽量与流向垂直[3]。污水排海能力不仅与深度相关，还和扩散器的喷口数有着密切的关系。而喷口数主要由扩散器长度和污水排放深度确定[4]。

受限于排放口水深，结合排放口处潮流流向、流速，为达到良好的稀释效果，本次设计扩散器创造性的采用了I 型+T型组合形式，可避免排海管进入航道，减少海域的使用面积。

本工程设计扩散器包括放流管、扩散管、上升管、喷头、鸭嘴阀等。

1）放流管：放流管采用DN900 钢管，壁厚14 mm。

2）扩散管：采用DN250 钢管，壁厚6 mm，每段长度15 m，共10 段，总长150 m。

3）上升管：采用DN125 不锈钢钢管，壁厚6 mm，共30 根，各上升管间距6.0 m，每根上升管长度2.5 m，露出海底约0.5 m。上升管顶部安装口径125 mm 的不锈钢盲板（采用不锈钢螺丝）。

4）喷口及鸭嘴阀：上升管顶部开4 个DN50 喷口管，共计120 个喷口，喷口末端装设DN50 鸭嘴阀一支，采用15°仰角射流，喷口面积开口比为0.64。近期处理规模3.25 万m3/d 条件下，每个喷头流速约为2.25 m3/s。远期处理规模5.25 万m3/d条件下，每个喷头流速约为3.44 m3/s。

5）末端：为防止海水倒灌，扩散器最末端采用45°弯管伸出海底，并安装口径900 mm 的不锈钢盲板（采用不锈钢螺丝），平时关闭，需要检修冲洗时由潜水员潜水打开。

扩散器示意图见图1，扩散管剖面图见图2，上升管及喷口示意图见图3。

图1 扩散器示意图（单位：m）

图2 扩散管剖面图

图3 上升管及喷口示意图（单位：mm）

2.3 尾水泵房（高位水池）设计

尾水优先进行厂内回用和中水（河道）回用后，剩余尾水排海。在低潮位时，高位水池水自流排海；高潮位时，泵提升至高水位，依靠水位差排海。

高位水池控制水位（总水头）包括排放管水头损失、扩散器外海水密度与扩散器内污水密度差引起的压差、设计最高潮位、剩余水头、浪高[5]。根据计算，在远期规划流量时高位水池控制水位为+9.1 m。

本工程将尾水泵房和高位水池合建，以节省占地，控制工程费用。尾水泵房分配水区、回用区、高位水池，回用区包括厂内回用、中水（河道）回用。尾水泵房和高位水池的土建按远期流量设计，尾水泵房按近期安装2 台潜水排污泵，1 用1 备，水泵流量Q=1 815 m3//h，扬程H=3.0 m，功率P=37 kW，远期增加同型号潜水排污泵1 台。

2.4 警戒装置及标识

排海管道起点高位水池侧壁上设置警告牌。排放管由陆地入海处，设置警示牌（1#警示牌）。排海管设计终点戒桩标1之上设置警示牌（2#警示牌）。

排海管末端扩散器前端及左右两侧7 m 处设置5 座警戒桩标，5 座警戒桩标之间采用两排铁链串接，以防船只进入。警戒桩标2～警戒桩标4 顶标高高于10 年一遇高潮位（2.74 m）。警戒桩标顶部设置标识牌，标识“禁止抛锚”，设置警示灯闪烁。

3 管材选择及防腐

3.1 排海管道管材选择

排海管是压力输送管，可选用PE 实壁管、钢管、玻璃钢夹砂管等管材。以下对几种管材性能进行比较，详见表2。

表2 管材性能比较

考虑到海域地形复杂，而钢管在承受工作压力、耐腐蚀、抗震、保证运行安全及可加工性等主要指标方面均可满足本项目对输水管材的要求；并且钢管的设计、施工、运行、检测检验等方面都已有成熟经验，完全能够保证输水的安全性；且现状污水处理厂排海管道多采用钢管，目前运行良好，故本次新建厂区排海管道推荐采用DN900 钢管，焊接连接。

3.2 排海管防腐设计

为保证结构的耐久性，采用的钢管壁厚为14 mm，管道及配件内防腐采用环氧煤沥青涂料，加强级防腐，一底两面，涂层干膜总厚度不少于300 μm。外防腐采用3PE 防腐涂层，防腐要求等级为加强级，环氧涂层不小于120 μm，胶黏剂不小于170 μm，防腐涂层不小于3.7 mm。

排海管采用阴极保护后，一方面可有效防止由于管道涂层老化及破损引起的钢管腐蚀穿孔、泄漏，另一方面可使钢管的使用寿命得到成倍延长，服役期安全性得到较大提高[6]。排海管每间距一定距离设置牺牲阳极，设置间距≤50 m，每组4 块（40 kg/块）。采用阳极块为锌-铝-镉合金牺牲阳极，型号Z1ⅠS-8，材质及规格见GB/T 4950—2021《锌合金牺牲阳极》中相关要求。

4 管道施工工艺

根据本项目的工程地质勘探资料可知，排海管线位主要为层淤泥质粉质黏土，呈流塑状，排海管陆域段施工采用开挖放坡法+顶管施工法（穿越老海塘处），海域段施工采用沉管法施工。

海域段由于地基稳定性差，同时需进行抗浮设计，施工时对管道基础采用块石换填，管道每隔2.5 m 设置混凝土压块配重。沉管施工需由具有相关资质的专业施工单位进行施工。施工步骤为：挖泥船水下开挖沟槽→沟槽平整及基础处理→管道试压和沉放→稳管和回填。

5 结语

本次污水排海管采用DN900 钢管，管道及配件内防腐采用环氧煤沥青涂料，外防腐采用3PE 防腐涂层加阴极保护（牺牲阳极法），同时增加管道壁厚（壁厚14 mm），理论上使用年限可以达到50 年。排海管陆域段施工采用开挖放坡法+顶管施工法，海域段施工采用沉管法施工。扩散器前端及左右两侧设置警戒桩标，桩标顶部设置标识牌及警示灯。通过排海管，尾水输移、稀释和扩散至海域中，对保护环境起到重要作用，也可为类似工程设计提供借鉴。