1 污水海洋处置工程存在的泥沙问题及研究现状.docVIP

污水海洋处置工程存在的泥沙问题及研究现状 摘要： 本文就污水海洋处置工程中存在的泥沙问题及其危害进行了分析，综述了国内外研究现状，结合作者所参与的多项科研成果中喷口射流对环境泥沙的冲淤、扩散器内泥沙淤积及泥沙入侵扩散器等方面的研究，提出了相关的经验公式及解决途径。 关键词： 污水海洋处置 泥沙 排放口 扩散器 随着我国经济的发展，环境保护问题日益为国家所重视。其中，城市污水的处理已成为一个非常迫切需要解决的问题。污水海洋处置工程为沿海城市污水的出路提供了一条较佳的途径。 污水海洋处置工程已有百年历史，为了使工程设计和运行更为经济、合理，并满足水域环境容量的要求，国内外很多科研和工程界人士对此进行了大量研究，与工程有关的研究成果大多已较为成熟，可以直接应用于工程设计与环境影响评价。但是，与海洋处置工程有关的泥沙问题虽在实际工程中时有发现，而研究却鲜有报道。本文根据所收集的资料，对污水海洋处置工程中的泥沙问题作一概述。 1. 污水海洋处置工程中存在的泥沙问题及其危害 1.1 污水海洋处置工程中存在的泥沙问题 污水海洋处置工程中存在的泥沙问题可分为三大类： ① 环境泥沙淤埋扩散器喷口 海洋中的泥沙，特别是在海岸附近和河口水域的泥沙主要来源于河流沙、海岸侵蚀沙、生物碎屑沙、围垦或倾废等陆地沙，其中，河流沙是近海和河口水域的主要来源 [1] 。这些泥沙在波浪、潮汐和水流的作用下，可能会在排放口扩散器附近产生泥沙淤积。在风暴潮等极端水流条件作用下，可能会使海床上的底沙掀起，或发生大量泥沙短时间的搬运，泥沙短期内淤埋于扩散器上的海床，当扩散器喷口处的水压力不能冲开泥沙淤积时，则造成排放口排水不畅。在正常的波浪、潮汐和水流作用下，海床上一般也存在不断的冲刷和淤积，如果在扩散器处存在不断的泥沙淤积过程，而排放口处于建设期、运行中因故停止运行或小流量运行一个时期，不断淤厚的泥沙可能也会淤埋扩散器喷口。 ② 扩散器内部的泥沙淤积 排放的污水中所含的悬浮固体颗粒 ( 本文统称为泥沙 ) 随排水管道类型 ( 污水管、合流污水管及雨水管 ) 、汇水区所处地区以及排放前的处理程度等不同变化很大，污水中既有重度较小、以生活污水中的有机颗粒为主的泥沙，也有重度较大、以雨水径流挟带的无机颗粒为主的泥沙。泥沙颗粒的直径范围很广，从小到 0.1 m m 至有的甚至超过 3cm 之间不等 [2] 。这些泥沙在排放前如经过污水处理厂处理，大部分能被去除。但在实际工程中，相当一部分海洋处置系统并未包括传统的二级污水处理厂，多数工程往往是在运行数年后才增建污水处理厂，有时仅设有格栅作为预处理设施，因此，当挟带泥沙的污水进入扩散器后，如果污水流量达不到设计流量、或设计中没有充分考虑未经处理的污水中泥沙问题时，泥沙可能会在扩散器远岸端流速较小处沉积，从而缩小了过水断面，沙床甚至是沙波的出现会增加水力粗糙度，因此进一步降低了扩散器特别是远岸端的输沙能力。在一定条件下，泥沙淤积会充满管道，造成部分管段淤堵。 ③ 海水入侵挟带环境泥沙在扩散器内淤积 海水与排放的污水间存在一定的密度差，当污水排放量较小时，由于喷口射流速度减小，此密度差将会引起海水入侵扩散器 [3] ；在排放口初次运行或停止使用一段时间后使用时，扩散器内充满了海水，当污水冲洗流量逐渐增加时，污水一般是先从近岸第一根上升管排出，远岸上升管则会发生海水倒灌而形成扩散器内的海水循环现象，只有当污水排放量达到一定的值时，上升管才逐渐开始全部排放污水，并清除扩散器内海水 [4] 。这两种海水入侵现象都会将海底环境泥沙带入扩散器，泥沙在扩散器管底淤积，严重时会影响扩散器的水力性能 [5] 。 世界各地的污水海洋处置工程的运行实践表明，不少排放口的故障是泥沙问题造成的。根据英国排放口的数据库资料， J.A. Charlton 和 P. Neville-Jones 指出英国 15% 的排放口存在完全或部分堵塞问题 [6] 。 R.M. Powell 和 R.E. Van Heni 报道了美国洛杉矶 (Los Angeles)2 号和 3 号排放口扩散器中发现大量的油脂、漂浮物、泥沙和砂砾等物 [7] ， R.N. Galloway 谈及了 Orange 排放口扩散器管内存在大量泥沙淤积 [8] ，这几项工程采用了如利用机械改变扩散器坡度、大流量冲洗、甚至用剖开的飞机轮胎等方法清除管内泥沙，耗资巨大。 R.A. Grace 对美国四处排放口存在的问题和修复工作进行了详细报道，表明排放口的故障均与泥沙问题有关，见表 1 [9] 表 1 美国四处排放口与泥沙相关的问题 排放口 名称 位置 总长 (m) 扩散管长 (m) 末端水深 (m) 管内径 (m) 设计流量 (m 3 /s) 上升管高 (