岸邊集裝箱起重機(jī)吊具切換平臺油水收集再分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳 杰 詹立浩

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

1 引言

隨著集裝箱運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，對于集裝箱港口作業(yè)效率的要求越來越高，雙吊具岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡稱岸橋)的應(yīng)用也隨之越來越廣泛。在配置分離式上架的雙吊具岸橋上，必須配置切換單雙吊具的平臺。在切換吊具以及吊具日常維護(hù)過程中，會(huì)有油污滲漏在平臺上，油污水通常直接進(jìn)入碼頭排水系統(tǒng)，最終會(huì)對周邊水環(huán)境造成污染。

為了滿足各國碼頭日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，根據(jù)岸橋吊具的實(shí)際工況設(shè)計(jì)新型的油水收集再分離系統(tǒng)，將含油雨水處理后排入排水系統(tǒng)，有效減少初期含油雨水對碼頭市政水管網(wǎng)絡(luò)的污染，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境。以某岸橋項(xiàng)目油水收集再分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)闡述該方案油水分離器的選擇、油水分離器設(shè)計(jì)容量計(jì)算、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比選，為集裝箱碼頭岸橋設(shè)備吊具平臺油水收集再分離系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)提供參考。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在岸橋吊具切換平臺周圍合適位置考慮設(shè)置一套由排水槽以及排水管路(油污水搜集系統(tǒng))、油水分離器構(gòu)成的油水收集分離系統(tǒng)。在吊具切換平臺上設(shè)置排水槽及排水管路，油水通過排水管路到達(dá)油水分離器，分離系統(tǒng)將油污過濾并將雨水排到地面碼頭排水系統(tǒng)。

2.1 岸橋油水收集分離器設(shè)備選擇

岸橋吊具切換平臺區(qū)域的油污主要包括潤滑油、液壓油等。潤滑油和液壓油主要為高分子烴類和非烴混合物，一般由烷烴、環(huán)烷烴、芳烴、環(huán)烷基芳烴以及有機(jī)化合物和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等非烴類化合物等物質(zhì)組成[1]。吊具平臺區(qū)域下雨時(shí)需要處理的油污水流量大，負(fù)荷峰值高，根據(jù)油污水一級處理標(biāo)準(zhǔn)，處理后污水含油量應(yīng)控制在30 mg/L以下，另外對岸橋吊具切換平臺區(qū)域的日常狀態(tài)監(jiān)控及維護(hù)難度較大。因此，在設(shè)計(jì)岸橋油水分離系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)上述特點(diǎn)選取合適的油水收集分離設(shè)備。

傳統(tǒng)的重力油水分離器,利用重力原理將油滴上浮，通過排油管道排出。該油水分離器適用于油污水流速不大于0.01 m/s的區(qū)域，下雨時(shí)岸橋吊具切換平臺上的雨水流速一般為1～2 m/s,遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)重力分離器的流速要求。此外,吊具切換平臺上經(jīng)過雨水沖刷的油污,會(huì)分解成小油滴，如采用重力作用分離，需要長時(shí)間的靜止?fàn)顟B(tài),才能使油滴聚集上浮達(dá)到分離效果。所以傳統(tǒng)重力油水分離器除油效率較低,出口污水含油量不能達(dá)到油污水處理一級標(biāo)準(zhǔn)，而且占地面積大，在岸橋設(shè)備上難以布置，因此并不適用于吊具切換平臺的油水分離系統(tǒng)。

第二種是非過濾網(wǎng),帶內(nèi)置油箱的油水分離器。其工作原理是利用油污水在分離器中的流動(dòng)，由于小油滴和水分子之間本身具有排它性，使油分子相互吸引從而凝聚在一起達(dá)到分離的作用。這種油水分離器除油效率相對重力油水分離器要高，通?？梢赃_(dá)到一級處理效果；無需配置外力，操作也相對簡便；配備內(nèi)置油箱,無漏油風(fēng)險(xiǎn),安全性較高。但缺點(diǎn)是內(nèi)置油箱需要人工手動(dòng)清理，可能會(huì)造成二次污染。

第三種是聚結(jié)構(gòu)件油水分離器。這種類型的分離器將分散的小油滴吸附在親油性材料的聚結(jié)構(gòu)件上,由于聚結(jié)作用可增加小油滴的粒徑，小油滴逐漸轉(zhuǎn)化成大油滴，大油滴受重力作用脫離聚結(jié)構(gòu)件上浮至液面表面,加快沉降速度，因而提高了油水分離效果，是一種新型高效的油水分離技術(shù)。此種油水分離器能達(dá)到一級處理效果。相較前兩種油水分離器，采用聚結(jié)構(gòu)件的油水分離器除油分離效果最好，出水含油量可以小于10 mg/L。此油水分離器結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，在岸橋設(shè)備上便于安裝；設(shè)備運(yùn)行可靠性高，便于操作和清潔；設(shè)計(jì)模塊化便于日常維護(hù)保養(yǎng)，保養(yǎng)時(shí)也無需岸橋設(shè)備停止作業(yè)。該分離器配備自鎖裝置，有效避免分離油污從出水口溢出，無二次污染風(fēng)險(xiǎn)。綜合上述幾種油水分離器優(yōu)缺點(diǎn),岸橋油液高污染區(qū)域吊具切換平臺的油水聚集分離系統(tǒng)宜選擇帶有聚結(jié)構(gòu)件的油水分離器。

2.2 油水分離器的計(jì)算

2.2.1 雨水量計(jì)算

油水分離收集系統(tǒng)計(jì)算雨水量應(yīng)采用當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度，公式為:

(1)

式中，q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/s·ha；t為降雨歷時(shí)，min；P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期。跟據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500015降水排水管道的排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期應(yīng)依據(jù)建筑的重要性、集水區(qū)的屬性、地理環(huán)境特征、氣候特征等因素確定，另外各集水區(qū)域間的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期不宜小于表1中的額定值。

表1 設(shè)計(jì)重現(xiàn)區(qū)取值區(qū)間

故本項(xiàng)目岸橋吊具切換平臺降雨重現(xiàn)期為5 a，吊具切換平臺匯水總面積約0.003 9 ha,估算其設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度為：401.11 L/ s·ha

根據(jù)雨水設(shè)計(jì)流量公式：

QS=qψF

(2)

式中，QS為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；Ψ為吊具切換平臺徑流系數(shù)，取0.6；F為吊具切換平臺匯水面積，ha。故系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為QS約為0.938 L/s。

2.2.2 水分離器處理能力計(jì)算

根據(jù)需要處理的雨水量計(jì)算油水分離器處理能力,有兩種算法，一種是5 min徑流量計(jì)算法,另一種是根據(jù)截流倍數(shù)計(jì)算法。

5 min徑流量計(jì)算法首先計(jì)算吊具切換平臺油污水的匯流時(shí)間,公式為：

(3)

式中，t1為吊具切換平臺斜坡的總體匯流時(shí)間，min；LP為吊具切換平臺斜坡長度，m，此項(xiàng)目斜坡長度為6 m；IP為吊具切換平臺的坡度，此項(xiàng)目平臺坡度為10%；s為吊具切換平臺的粗糙系數(shù)，吊具切換平臺底面由花紋板構(gòu)成，通常系數(shù)取0.015。計(jì)算得吊具切換平臺斜坡的總體匯流時(shí)間為0.8 min。

油污水經(jīng)過吊具平臺到達(dá)下方集水槽，集水槽長度約為6.5 m，與整個(gè)吊具切換平臺長度一致。集水槽設(shè)4個(gè)下水管道最終與油水分離器相連。假設(shè)油污水在集水槽和排水管內(nèi)流速為3 m/min,則油污水通過集水槽、排水管到達(dá)油水分離器進(jìn)水口所需時(shí)間約為t2=0.9 min。

吊具切換平臺最遠(yuǎn)處到達(dá)油水分離器的時(shí)間t=t1+t2=0.8+0.9=1.7 min,即吊具切換平臺區(qū)域的降水都可以在1.7 min內(nèi)通過平臺、集水槽、排水管最終到達(dá)油水分離器。根據(jù)之前計(jì)算的雨水設(shè)計(jì)峰值流量QS為0.938 L/s，假設(shè)5 min的降水可以將大部分吊具切換平臺上的油污沖刷干凈,則累計(jì)6.7 min的雨水量為329.3 L,進(jìn)入油水分離器的雨水量也可以按照此容量來設(shè)定。

截流倍數(shù)法根據(jù)GB50014-2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算油水分離器設(shè)計(jì)容積，公式為:

V=10DFΨβ

(4)

式中，V為油水分離器容積，m3；D為當(dāng)?shù)赜晁{(diào)蓄量，mm；F為吊具切換平臺匯水面積，ha；Ψ為吊具切換平臺的徑流系數(shù),取0.6；β為設(shè)計(jì)安全系數(shù),通常取1.1～1.5。

截留倍數(shù)計(jì)算法是假設(shè)當(dāng)?shù)亟邓凑找粋€(gè)平均降水量進(jìn)行估算的公式，然而在實(shí)際條件下這種情況是不太可能達(dá)到的。故通過此方法估算出來的油水分離器容積并不準(zhǔn)確，為了保證設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中的處理能力，需要乘以一定的安全系數(shù)β。本項(xiàng)目安全系數(shù)取規(guī)范中安全系數(shù)上限1.5。國外有研究認(rèn)為，1 h雨量達(dá)到12.7 mm的降水能沖刷掉90%以上的地表污染物。國內(nèi)對上海等地區(qū)的雨水地面徑流研究表明，當(dāng)降雨量達(dá)到9 mm時(shí)，徑流水質(zhì)已基本穩(wěn)定。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，D調(diào)蓄量取9 mm。

通過截流倍數(shù)法計(jì)算公式可得油水分離器設(shè)計(jì)容積為315.9 L。

通過兩種方法計(jì)算比較,設(shè)計(jì)選取油水分離器容積大約為330 L。

2.3 隔油方案的設(shè)計(jì)

根據(jù)該項(xiàng)目吊具切換平臺的實(shí)際布置，可采取兩種隔油設(shè)計(jì)方案。

(1)分散隔油，根據(jù)吊具切換平臺海陸側(cè)吊具的不同位置，各設(shè)置1條排污管道，分別進(jìn)入相應(yīng)的油水分離器中。該方案排污水管排布較多，隔油設(shè)施需多配備1套，由于設(shè)備安裝在海陸兩側(cè)不便于日常維護(hù)保養(yǎng)管理，也增加了投資和運(yùn)行成本，但處理的效率更高。

(2)集中隔油，為收集整個(gè)吊具平臺上滲漏的污水，吊具切換平臺需要設(shè)計(jì)成傾斜面，將污水整體導(dǎo)入到低側(cè)，集中收集。該方案對岸橋吊具切換平臺的空間要求較少，且節(jié)省投資便于維護(hù)。

兩個(gè)方案都是可行的，需根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇合適的方式。本項(xiàng)目油水分離器的安裝位置在大車錨定位置，由于周圍空間有限，故采用集中隔油的方式。將平臺上表面設(shè)計(jì)成1∶10的坡度，并在低側(cè)使用鏤空的格柵板以便將污水收集到下方的連貫的集水槽中(見圖1)。

1.集水槽圖1 傾斜平臺單側(cè)格柵網(wǎng)設(shè)計(jì)

集水槽下方設(shè)計(jì)連通管路將污水匯總到油水分離器中(見圖2)。本項(xiàng)目油水分離系統(tǒng)配置了安全報(bào)警系統(tǒng)與設(shè)備上的PLC相連，可持續(xù)監(jiān)控油水分離器的實(shí)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)分離器內(nèi)的油達(dá)到最大收集標(biāo)準(zhǔn)，出水口自動(dòng)關(guān)閉，避免油液泄漏。

1.集水槽 2.油水收集管路 3.油水分離器圖2 油水分離系統(tǒng)管路圖

3 結(jié)語

目前，岸邊集裝箱起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中未見油水收集再分離設(shè)備的設(shè)置要求。從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，在岸邊集裝箱起重機(jī)油液污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置油水分離系統(tǒng)，可以有效地避免含油污水未經(jīng)處理流入附近水域造成的生態(tài)破壞。