1绪论
1.1研究背景和意义
1.1.1研究背景
我国港口规模和吞吐量连续多年位居世界*位。2023年全国港口货运量完成169.73亿t，这表明港口不仅是我国综合交通运输的枢纽，也是推动经济社会发展的重要战略资源。尤其是煤炭、矿石等散货港口，更是能源安全保供的关键环节和重要支撑，关系国家能源供应链稳定和国内国际“双循环”构建。我国形成了北煤南运、西煤东运、铁海联运的基本格局，考虑到地理环境因素的影响，与铁路相连接的水上运输枢纽港口主要集中在沿海城市，如秦皇岛、天津、青岛、上海、深圳等，这21个主要枢纽港口处理的煤炭、矿石等货运量占整个沿海地区的95%以上。然而，由于物料特性和港口转运工艺的局限，以煤炭和矿石为代表的干散货在港口生产作业中产生的环境影响不容忽视。统计数据显示，大型散货港口生产作业过程年污水产生量超500万t，若未经有效处理直接排放，将严重污染周边水体，破坏生态平衡，并威胁人类健康。
散货港口水污染防治一直以来受到交通运输和生态环境主管部门的高度关注。通过建设污水处理站、雨污水管网等环境基础设施，全国多数大型散货港口已基本具备雨污水收集处理能力。[1]近年来，随着“美丽中国”“绿色转型”等国家重大战略实施，我国生态环境保护工作已经从主要解决污染问题，进入污染物资源化循环利用的发展新阶段。2019年9月，中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，要求“绿色发展节约集约、低碳环保”，“严格执行国家和地方污染物控制标准及船舶排放区要求，推进船舶、港口污染防治”。2021年1月，国家发展改革委联合九部门印发《关于推进污水资源化利用的指导意见》(发改环资〔2021〕13号)，明确提出“推动将污水资源化关键技术攻关纳入国家中长期科技发展规划、‘十四五’生态环境科技创新专项规划，部署相关重点专项开展污水资源化科技创新”。2021年11月，中共中央、国务院印发《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》提出了“注重综合治理、系统治理、源头治理”的指示要求。2022年3月，国务院办公厅印发了《关于加强入河入海排污口监督管理工作的实施意见》(国办函〔2022〕17号)，进一步提出了“坚持精准治污、科学治污、依法治污”的要求。因此，在国家生态环境保护进入生态环境多目标协同治理及资源化循环利用阶段的背景下，进一步研究提升散货港口雨污水智能处理和资源化利用水平尤为重要。[3]
1.1.2研究意义
本书面向美丽中国建设、世界一流港口、全面节约、绿色智慧转型等国家和行业重大战略，以提升散货港口环境保护及雨污水资源化利用水平，建设可持续发展港口为总体目标，提出了散货港口雨污水产生源强及多途径资源化利用理论，研发形成了多类异质雨污水高效处理及智能调控技术、资源化利用智能监控及优化调度技术等关键技术，并构建了基于三维可视化交互层的“来水—净水—储水—调水—用水”一体化智慧管控平台，以期实现多元监测信息全覆盖、跨部门协同联动的散货港口雨污水资源化高效利用智能动态管控，提升我国散货港口雨污水资源化利用水平，为促进港口高质量发展、加快经济社会发展全面绿色转型提供有力支撑。本书预期研究目的如下：
(1)贯彻美丽中国建设，引领生态环境治理“新浪潮”。
党的十九大提出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”，并*次将“建设美丽中国”作为社会主义现代化强国的目标之一，生态文明建设进入了快车道。2023年12月27日发布的《中共中央国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》(国务院公报2024年第3号)，明确提出“持续深入推进污染防治攻坚”等目标任务。2024年7月，党的二十届三中全会审议通过的《中共中央关于进一步全面深化改革推进中国式现代化的决定》为深化生态文明体制改革、全面推进美丽中国建设进一步指明了前进方向，提出了：“聚焦建设美丽中国，加快经济社会发展全面绿色转型，健全生态环境治理体系，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展，促进人与自然和谐共生。”生态环境等部门将持续深化水环境治理，稳定改善水生态环境质量，推进生态环境监测向数智化转型。加强散货港口水污染防治，对提升港口码头生态环境治理水平，维护港口水域生态环境，促进行业绿色发展具有重要战略意义，也为实现美丽中国建设目标提供了有力支撑。
(2)贯彻世界一流港口建设，谱写交通强国绿色“新篇章”。
一直以来，港口发展都得到了党和国家的高度重视。2019年1月17日，习近平总书记视察天津港时强调：“经济要发展，国家要强大，交通特别是海运*先要强起来。要志在万里，努力打造世界一流的智慧港口、绿色港口，更好服务京津冀协同发展和共建‘一带一路’。”①2019年11月交通运输部联合国家发展改革委、财政部、自然资源部、生态环境部、应急部、**总署、市场监管总局和国家铁路集团印发《关于建设世界一流港口的指导意见》(交水发〔2019〕141号)，提出“推进港区生产生活污水、雨污水循环利用”的具体要求。港口污水资源化利用将显著降低新水取用量，节约港口用水成本的同时，缓解我国资源型缺水现状，提升绿色港口建设水平。加强散货港口水资源利用，持续推进港口水资源总量管理、高效处理及智能调控，正是贯彻落实世界一流港口建设的生动体现，对推动新时期港口高质量发展、谱写交通强国建设港口篇章具有深刻的现实意义。
(3)贯彻全面节约战略，打造水资源高水平保护“新名片”。
实施全面节约战略，这就要求加快形成节水型生产生活方式，建设节水型社会，推进生态文明建设，促进高质量发展。2023年9月，国家发展改革委等部门印发的《关于进一步加强水资源节约集约利用的意见》(发改环资〔2023〕1193号)中明确提出“落实‘节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力’治水思路”“推进水资源总量管理、科学配置、全面节约、循环利用，大力推动农业、工业、城镇等重点领域节水，加强非常规水源利用，发展节水产业，促进经济社会发展全面绿色转型，加快建设美丽中国”“推动海水、矿井水、雨水等非常规水源利用”。加强散货港口污水资源化利用智能监控及优化调度，是进一步提升水资源节约、集约及安全利用水平的关键举措。这不仅有助于同步推进港口高[4]质量发展及水资源的高水平保护，也为加快推进人与自然和谐共生的现代化提供了重要支撑。
(4)贯彻绿色智慧转型，实现行业环保治理“新跨越”。
《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国环境保护税法》以及相关顶层规划等均指出企业应压实治污责任、守法责任和社会责任，走绿色发展之路。2021年1月，国家发展改革委联合九部门印发《关于推进污水资源化利用的指导意见》(发改环资〔2021〕13号)，提出“推进企业内部工业用水循环利用，提高重复利用率”的总体要求。港口企业不仅是水运市场经济的主体，更是行业环境保护的关键参与者。特别是对于在卸、转、堆、取等生产环节均会产生环境污染的散货港口而言，进一步加强技术改造和升级，主动承担起环境治理的主体责任显得尤为重要。聚焦行业企业绿色智慧转型，开展针对散货港口雨污水智能处理与资源化高效利用的技术研究至关重要。通过综合运用数字建模、现代传感、动态反馈、感知联动、智能决策等技术，研发了港口雨污水资源化利用精细化调配及一体化管控平台。该平台实现了港口“来水—净水—储水—调水—用水”的全过程管控，为企业履行环保社会责任、推进清洁改造、实现节能减排和降本增效提供重要基础性支撑，为行业构建现代化绿色治理能力发挥示范引领效应。
1.2国内外研究现状
1.2.1散货港口雨污水来源与分类
散货港口污水主要来源于停靠在港口的船舶、码头设施的日常维护清洗，以及港区内的工业生产活动等，涉及多种类型的污水，包括煤/矿石污水、生活污水、含油污水、化学品废水以及港区内的雨水等[1]。各类港口污水中含有大量的粉尘、油污、重金属、有机物和其他有害物质，若未经处理直接排放，将影响水域生态环境质量。
1.煤污水和矿石污水
港口煤污水和矿石污水主要来源于船舶运输和煤码头、矿石码头等散货码头装卸过程中堆场的径流雨水、码头面的初期雨水、码头面和输运设备的冲洗水、坑道集水，以及码头面、翻车机房、转接机房等地面冲洗废水[2]。其中Pb、Zn、Cu、Hg、S、Fe等污染物含量一般低于国家污水综合排放标准，但悬浮物超标。较大颗粒沉入水底导致水底栖生生物缺氧窒息，较小颗粒悬浮降低水体的自净能力，水体的浑浊度使透明度下降，阻碍浮游生物的细胞分裂和生长[3]。
煤污水和矿石污水通常先通过带钢格板排水明沟进行收集。针对煤(矿石)污染发生的地点不同，排水沟的设计也有所不同。码头面产生的煤污水和矿石污水一般在码头面平行于纵梁方向设置排水沟，根据总平面的高程确定收水方向和排水沟数量。根据码头水工结构特点，重力式码头可预埋较深的排水沟，故可设置通长的排水沟汇入集污池后通过潜污泵加压后输送至含煤(矿石)污水处理站，高梁板码头由于面层较薄，排水沟无法做太深，因此通常设置多条排水沟和多个集污池，通过多个污水泵抽送至污水排水主管后输送至含煤(矿石)污水处理站。堆场产生的煤污水和矿石污水一般根据总平面高程，在堆场四周设置带钢格板的排水明沟和污水收集池。堆场及其附近的高程应当合理设计，避免煤堆场以外的未受污染的雨水也汇入排水沟而导致初期雨污水量过大。输送机廊道和转运站产生的煤污水和矿石污水通过皮带机等工具运输、经转运站转换运输方向时，在输送机廊道、转运站地面都会产生散煤和矿石的散落，是冲洗污水和含煤(矿石)初期雨污水产生的场所。输送机廊道和转运站都是架空设置的，一般在廊道及转运站地面的低点处设置若干排水地漏进行收水，之后污水通过相应的排水立管排放至地面排水沟。为防止排水沟过深，不便于清理，设置污水收集池汇集排水明沟的含煤(矿石)污水，并设置污水泵加压后通过排水主管输送至含煤(矿石)污水处理站。
2.含油污水
港口含油污水主要是在油船运输、油码头装卸储运过程中产生的污水，来源于港口油码头到港油轮的压舱水、洗舱水、扫线洗水、泵房地面水、港口油库区油罐中的底层污水、油罐清洗废水、工业含油废水等[4]。港口含油污水成分复杂，含有高浓度的盐离子(如Cl–、SO42–、Na+、Ca2+等)和复杂的污染物成分。含油污水中的有毒成分会破坏水域生物的生活环境，造成生物机能障碍。另外对兼作饮水源的内河港口危害尤其大，石油中所含的苯并芘是公认的强致癌物质[5]。
在对港口含油污水进行收集时，为了保证收集效果，*先要了解港口含油污水的具体产生原因、水质以及污水量等，将其预处理至满足当地政府规定的污水管网接收水质标准之后，才能够排入当地污水处理厂或者港口周围的污水处理站进行相关处理。
收集方式通常包括集中收集和分散收集两种方式。集中收集是通过污水收集管网收集港口的所有含油污水，并对所有的含油污水进行相应处理，这种方式有利于后期的集中处理，管理起来也比较方便，但是污水收集管网所需要的经济成本往往较大。分散收集是把港口产生的含油污水直接在排放场地附近进行收集，之后通过一些小型的污水处理设备对其进行处理。这种方式的优势是能够实现现场处理，无需铺设距离较长的输送管道，且后期处理时可采用的处理设备也比较丰富。然而这种方式在监管方面比较烦琐。
船舶含油污水的收集时，主要分为水上收集以及岸边收集两部分。水上收集是指借助别的船舶到需要进行含油污水收集的船舶进行污水收集。岸边收集是指在船舶停靠在港口时通过设计专门的船舶含油污水收集设备对其进行含油污水的收集，这部分工作通常是由专门的清污公司完成的，这样不但容易达到海事部门的污水收集标准，而且更加简单方便[6]。
维修车间含油污水的收集时，先需要结合场地情况进行标高，之后在场地周围设计有钢格板的明渠进行含油污水的收集，之后统一排放到港口的含油污水处理站。如果场地规模很小，含油污水的污染浓度很低且污水量较少时，在进
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