海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程可行性研究报告 工程编号:2011HN02-KY00PS 咨询证书(甲级)编号10120070044 北京市市政工程设计研究总院 2012年2月 设计文件扉页 工 程 名 称 海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程 第 卷(篇) 第 册 院 长 刘桂生 (院长、教授级高工) 院总工程师 李 艺 (院总、教授级高工) 审 定 人 黄 鸥 (院副总、教授级高工) 审 核 人 崔 健 (副所长、高级工程师) 项目总负责人 邓振东 (分院院长、高级工程师) 项目负责人 徐浩宇 (高级工程师) 副项目负责人 工艺专业负责人 田志为 (工程师) 结构专业负责人 曹 军 (高级工程师) 电气专业负责人 李子萌 (工程师) 自控仪表专业负责人 潘正义 (工程师) 暖通专业负责人 马宪国 (工程师) 机械专业负责人 卜曦洪 (高级工程师) 技经专业负责人 周 泉 (高级工程师) 编 制 参 与 人 符日智 (工程师) 注:签署原件归档,报出时装订打印件。 目 录 1. 前 言 6 2. 总 论 8 2.1. 项目名称 8 2.2. 工程规模 8 2.3. 建设单位 8 2.4. 编制单位 8 2.5. 编制依据 8 2.6. 编制范围 14 2.7. 编制原则 14 2.8. 主要经济技术指标 15 3. 城市概况 16 3.1. 城市概况 16 3.2. 气候 16 3.3. 海洋水文 18 3.4. 水文 19 3.5. 地形地质 21 3.6. 工程地质评价 22 3.7. 地震 28 4. 城市供水与排水 29 4.1. 城市供水 29 4.2. 城市排水 30 5. 项目建设的必要性 33 5.1. 尽快完善污水处理设施,早日建成绿色国际性城市的战略需要 33 5.2. 配套完善江东组团水环境保护的需要 33 5.3. 地区经济发展的需要 34 5.4. 构建和谐社会的需要 34 6. 建设规模与处理程度 35 6.1. 建设规模 35 6.2. 处理程度 42 6.3. 处理厂尾闾排放 43 6.4. 污泥出路 43 7. 污水可生化性分析 44 7.1. 污水可生化性分析的判别指标 44 7.2. 拟建污水处理厂设计进水水质可生化性分析 45 7.3. 结论 45 8. 污水处理厂工艺方案确定 46 8.1. 二级生化处理工艺方案 46 8.2. 二级生化处理方案比选 51 8.3. 二级生化处理工艺确定 52 8.4. 污水深度处理方案比选 53 8.5. 污水消毒工艺比选 59 8.6. 鼓风曝气方式及鼓风曝气设备比选 60 8.7. 污泥处理工艺比选 65 8.8. 除臭工艺比选 99 9. 污水处理厂总体设计 102 9.1. 厂址 102 9.2. 处理工艺选择 102 9.3. 工艺路线确定 116 9.4. 总平面布置 116 9.5. 厂区竖向设计 117 9.6. 水力流程设计 118 9.7. 厂区管线设计 118 9.8. 厂区道路设计 121 9.9. 污水处理厂主要处理构筑物 121 10. 建筑结构设计 129 10.1. 建筑设计 129 10.2. 结构设计 131 11. 电气设计 135 11.1. 设计内容 135 11.2. 设计依据 135 11.3. 供电电源 135 11.4. 供电系统 135 11.5. 继电保护 136 11.6. 计量与测量 136 11.7. 接地 136 11.8. 电缆敷设 136 11.9. 照明设计 137 11.10. 电气节能措施 137 11.11. 电话通讯 138 11.12. 公用电视天线 138 11.13. 综合布线 138 11.14. 主要电气设备选型 138 12. 自控仪表设计 139 12.1. 设计内容 139 12.2. 过程检测仪表 139 12.3. 计算机控制系统 139 12.4. 工业电视系统 141 12.5. 电缆敷设 142 12.6. 防雷与接地 142 13. 建筑给排水及暖通设计 143 13.1. 设计依据 143 13.2. 室内卫生和消防设计要点 143 13.3. 厂区建筑物通风和空调设计要点 143 13.4. 处理厂供暖通风及建筑给排水设计 144 14. 厂外配套污水管网工程 145 14.1. 概述 145 14.2. 技术论证 145 14.3. 工程方案设计 147 15. 组织机构及人员编制 157 15.1. 组织机构 157 15.2. 人员编制 157 16. 项目管理及项目实施计划 159 16.1. 实施原则 159 16.2. 主要履行单位的选择 159 16.3. 调试与试运转 159 16.4. 项目管理 160 16.5. 项目实施计划 160 17. 环境保护及施工安全 162 17.1. 项目建设的环境意义 162 17.2. 环境保护 162 17.3. 施工安全 164 18. 劳动保护、消防与节能 166 18.1. 劳动保护主要措施 166 18.2. 消防 166 18.3. 节约能源 167 19. 工程投资估算与资金筹措 168 19.1. 编制依据 168 19.2. 总投资估算 168 19.3. 资金筹措 169 19.4. 价格确定 169 19.5. 工程其他费 169 19.6. 附表 170 20. 财务评价(污水处理厂) 171 20.1. 编制依据 171 20.2. 基础数据 171 20.3. 成本及水价计算 172 20.4. 财务分析报表及评价结果 172 20.5. 结论 175 附图: 附图1――拟建江东污水处理厂地理位置图 附图2――拟建江东污水处理厂平面布置图 附图3――拟建江东污水处理厂水力流程图 附图4――拟建江东污水处理厂配套污水管网汇水面积划分图 附图5――拟建江东污水处理厂配套污水管网平面布置图 附件: 附件1――《海南省发展和改革委员会关于海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程项目建议书的批复》(琼发改审批〔2001〕2052号),海南省发展和改革委员会,2011年10月24日 1. 前 言 海口市是海南省省会,位于琼州海峡南岸,因地处南渡江入海口而得名。区域位于北纬19˚57′04″~20˚05′11″,东经110˚10′18″~110˚23′05″之间,处于热带海洋性季风气候区,全年平均温度23.8℃,年平均降雨量1639毫米。 海口具有悠久的历史。元封元年(前110)汉王朝在海口驻军,海南岛正式纳入中国版图。此后,历代封建王朝都在海口驻军,明洪武二十八年(1395)筑海口所城,城市形成。驻军开发港口发展交通促进经济发展,海口成为中国东南沿海重要的海上贸易港口。古今中外传颂的海上丝绸之路,北起江浙,经琼州海峡、过马六甲海峡、波斯湾、孟加拉湾、大西洋达非洲大陆。海口是海上丝绸之路的中枢,对外经济、文化交流频繁。1926年12月,海口从琼山县分出独立设市(县级);1931年2月撤市,隶于琼山县;1939年2月日军侵占海口,1942年恢复设海口市;1945年日本投降后,海口市重隶琼山县;1949年恢复独立设市(县级);1950年4月23日海口市解放;1988年海南建省,海口市为省会。在中共海口市委、市人民政府的领导下,经济建设跨越性发展,城市面貌发生巨大而深刻的变化。 纵观海口社会历史总情,这座城市是古今军事重镇,古今重要商埠,琼崖革命策源地,新兴旅游城市,改革开放造就的现代城市。1990~1996年,获得中国优秀旅游城市、全国环境综合整治模范城市、全国优秀卫生城市、全国园林城市、全国造林绿化优秀城市、全国双拥模范城、中国城市综合实力“五十强”、全国大中城市投资硬环境“四十优”等多项殊荣,被联合国确定为世界健康城市试点城市。 海口市江东组团位于海口市东北部,是海口城市复合职能的重要补充和延伸。组团由办公居住片区、水城片区、桂林洋滨海片区、桂林洋综合片区、灵山片区组成。其中滨海办公居住片区以办公居住为主,并配套相应的商业服务设施;滨海片区及桂林洋滨海片区是以旅游度假为主的片区;桂林洋综合片区是以教育科研、高新技术和无污染工业为主的综合型片区;灵山片区是以航空物流和居住为主的综合型片区。目前江东片区的已建成区零星设有少量的污水管道,其它地段均无污水处理设施,污水就近排入附近水体或海洋,造成较严重污染,致使海洋沿岸一带原为一类水体,现逐渐已变成二类水体,如不及时建设污水处理设施,情况会更加恶化。 2008年5月,经设计招投标工作,我院作为中标单位,进行江东污水处理厂工程项目前期咨询及设计工作。2008年7月我院正式报出了《江东污水处理厂工程可行性研究报告》,后因项目选址、征地等问题,业主单位通知我院暂停本项目前期工作。2010年11月23日,收到业主单位《关于重新启动江东污水处理厂工程前期工作的函》,要求我院重新启动江东污水处理厂工程前期工作,我院于2010年5月报出了《海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程项目建议书》,并于2010年10月24日得到海南省发展和改革委员会批复(《海南省发展和改革委员会关于海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程项目建议书的批复》(琼发改审批〔2001〕2052号),海南省发展和改革委员会,2011年10月24日),目前进行《海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程可行性研究报告》的编制工作,在工作中得到了海口市水务局等相关部门的大力协助,在此表示衷心感谢。 2. 总 论 2.1. 项目名称 海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程 2.2. 工程规模 拟建江东污水处理厂工程建设规模:一期(2015年)工程规模为:2.5万m3/d,二期(2020年)工程规模为:5.0万m3/d,远期(2025年)工程规模为:10.0万m3/d。 江东污水处理厂厂外配套污水管网55.8km,污水管管径D=400~D=1350,污水检查井约1860座。污水提升泵站1座,泵站设计规模2.5万m3/d,其中一期工程(本工程)污水处理厂配套污水管网22.3km,污水管管径D=400~D=1350,污水检查井约745座。污水提升泵站1座,泵站设计规模2.5万m3/d。 2.3. 建设单位 海口市水务局 2.4. 编制单位 北京市市政工程设计研究总院 2.5. 编制依据 2.5.1. 编制依据 《关于重新启动江东污水处理厂工程前期工作的函》,海口市水务局,2010年11月23日; 《海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程项目建议书》,北京市市政工程设计研究总院,2010年5月; 《海南省发展和改革委员会关于海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程项目建议书的批复》(琼发改审批〔2001〕2052号),海南省发展和改革委员会,2011年10月24日 《海口市江东组团片区控制性详细规划》,海口市城市规划设计研究院、雅克设计机构,2008年5月; 《海口市排水规划(2007~2020年)》,中国市政工程中南设计研究院,2008年11月。 2.5.2. 采用的主要规范及标准 工艺专业 《室外排水设计规范》 (GB 50014-2006) 《室外给水设计规范》 (GB 50013-2006) 《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) 《污水排入城市下水道水质标准》 (CJ 343-2010) 《污水综合排放标准》 (GB 8978-1996) 《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (CB 18918-2002) 《城市污水处理厂污水污泥排放标准》 (CJ 3025-93) 《农用污泥中污染物控制标准》 (GB 4284-1984) 《城镇污水处理厂污泥处置——分类》 (CJ/T 239-2007) 《城镇污水处理厂污泥泥质》 (CJ 247-2007) 《城镇污水处理厂污泥处置—园林绿化用泥质》 (CJ 248-2007) 《城市污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》(CJJ 31-89) 《泵站设计规范》 (GB 50265-2010) 《压缩空气站设计规范》 (GB 50029-2003) 《城市给排水紫外线消毒设备》 (GB/T 19837-2005) 《城市污水处理厂工程项目建设标准(修订)》 建标[2001]77号 《城市污水处理厂运行、维护及其安全技术规程》(CJJ 60-94) 《城市污水处理厂工程质量验收规范》 (GB 50334-2002) 《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》 (GB 50275-98) 《给水排水管道工程施工及验收规范》 (GB 50268-2008) 《工业金属管道工程施工及验收规范》 (GB 50235-97) 建筑专业 《建筑设计防火规范》 (GB 50016-2006) 《民用建筑设计通则》 (GB 50352-2005) 《建筑模数协调统一标准》 (GBJ 2-86) 《厂房建筑模数协调标准》 (GBJ/T50006-2010) 《建筑采光设计标准》 (GB/T 50033-2001) 《建筑地面设计规范》 (GB 50037-96) 《公共建筑节能设计标准》 (DB11/687-2009) 《地下工程防水技术规范》 (GB 50108-2008) 《建筑内部装修设计防火规范》(2010年版)(GB 50222-95) 《建筑玻璃应用技术规程》 (JGJ 113-2003) 《工业建筑防腐蚀设计规范》 (GB 50046-2008) 《屋面工程质量验收规范》 (GB 50207-2002) 《地下防水工程质量验收规范》 (GB 50208-2002) 《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》 (GB 50046-2008) 结构专业 《建筑结构可靠度设计统一标准》 (GB 50068-2001) 《建筑结构荷载规范》 (GB 50009-2001) 《建筑抗震设计规范》 (GB 50011-2010) 《混凝土结构设计规范》 (GB 50010-2010) 《砌体结构设计规范》 (GB 50003-2001) 《钢结构设计规范》 (GB 50017-2003) 《建筑地基基础设计规范》 (GB 50007-2002) 《建筑桩基技术规范》 (JGJ 94-2008) 《建筑地基处理技术规范》 (JGJ 79-2002) 《建筑工程抗震设防分类标准》 (GB 50223-2008) 《给水排水工程构筑物结构设计规范》 (GB 50069-2002) 《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS 138:2002) 《给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规程》(CECS 117:2000) 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 (CECS 102:2002) 《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》(GB50032-2003) 《给水排水工程管道结构设计规范》 (GB50332-2002) 《给水排水构筑物施工及验收规程》 (GBJ 141-90) 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 (GB 50202-2002) 《砌体工程施工质量验收规范》 (GB 50203-2002) 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 (GB 50204-2002) 《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB 50205-2001) 电气专业 《民用建筑电气设计规范》 (JGJ 16-2008) 《供配电系统设计规范》 (GB 50052-2009) 《建筑照明设计标准》 (GB 50034-2004) 《低压配电设计规范》 (GB 50054-95) 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 (GB 50058-92) 《3-110KV高压配电装置设计规范》 (GB 50060-2008) 《10KV及以下变电所设计规范》 (GB 50053-94) 《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB 50062-2008) 《电力装置的电气测量仪表装置设计规范》 (GBJ 63-1990) 《工业与民用电力装置的接地设计规范》 (GBJ 65-83) 《建筑物防雷设计规范》 (GB 50057-2010) 《电力工程电缆设计规范》 (GB 50217-2007) 《钢制电缆桥架工程设计规范》 (CECS 31:2006) 《建筑电气工程施工质量验收规范》 (GB 50303-2002) 《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》(GB 50254-96) 自控仪表专业 《过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号》(GB 2625-81) 《自动化仪表选型设计规定》 (HG/T 20507-2000) 《仪表系统接地设计规定》 (HG/T 20513-2000) 《控制室设计规定》 (HG/T 20508-2000) 《仪表供电设计规定》 (HG/T 20509-2000) 《仪表配管配线设计规定》 (HG/T 20512-2000) 《信号报警、联锁系统计规定》 (HG/T 20511-2000) 《工业企业通信设计规范》 (GBJ 42-81) 《电子计算机机房设计规范》 (GB 50174-93) 《计算机软件开发规范》 (GB 8566-88) 《分散型控制系统工程设计规定》 (HG/T 20573-95) 《工业电视系统工程设计规范》 (GB50115-2009) 《民用闭路监控电视系统工程设计规范》 (GB50198-94) 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》 (GB50093-2002) 暖通及建筑给排水专业 《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB 50019-2003) 《建筑给水排水设计规范》 (GB 50015-2003) 《工业企业设计卫生标准》 (GBZ1-2010) 《建筑灭火器配置设计规范》 (GB 50140-2005) 《工业设备及管道绝热工程设计规范》 (GB 50264-97) 《建筑给水聚丙烯管道工程技术规范》 (GB/T 50349-2005) 《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》 (CECS 164:2004) 《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》 (CJJ 101-2004) 《给水用聚乙烯(PE)管材》 (GB/T 13663-2000) 《混凝土和钢筋混凝土排水管》 (GBT 11836-2009) 《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》(GB 50185-93) 《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242-2002) 《通风与空调工程施工质量验收规范》 (GB 50243-2002) 机械专业 《供水排水用铸铁闸门》 (CJ/T 3006-1992) 《阀门-球墨铸铁技术条件》 (GB/T 12227-2005) 《通用阀门 法兰和对夹连接蝶阀》 (GB/T 12238-1989) 《污水处理设备通用技术条件》 (JB/T 8938-1999) 《起重机设计规范》 (GB/T 3811-2008) 《平面钢闸门-技术条件》 (GB/T 14173-1993) 《螺杆式启闭机》 (JB/T9019.2-1999) 《一般用途轴流通风机技术条件》 (GB/T 13274-91) 《一般用途离心通风机技术条件》 (JBT10563-2006) 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》 (GB 50231-2009) 《连续输送设备安装工程施工及验收规范》 (GB 50270-98) 《起重设备安装工程施工及验收规范》 (GB 50278-2010) 《现场设备、工业管道焊接施工及验收规范》(GBJ 50236-98) 《起重机试验规范和程序》 (GB/T 5905-86) 《通用阀门压力试验》 (GB/T 13927-92) 《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》 (GB/T 2888-2008) 环保专业 《城市区域环境噪声适用区划分技术规范》 (GB/T 15190-94) 《城市区域环境噪声标准》 (GB 3096-2008) 《工业企业厂界噪声标准》 (GB 12348-2008) 《声屏障学设计和测量规范》 (HJ/T 90-2004) 《环境空气质量标准》 (GB3095-1996) 《室内空气质量标准》 (GB18883-2002) 《大气污染物综合排放标准》 (GB 16297-1996) 《恶臭污染物排放标准》 (GB 14554-93) 2.6. 编制范围 本可行性研究报告的编制范围包括江东污水处理厂工程及厂外配套污水管网两部分内容。 江东污水处理厂占地5.60ha(84.0亩),本工程主要为新建处理规模为2.5万m3/d污水处理构筑物,工程内容包括污水处理厂厂区内的工艺、土建、管道、设备、电气、自控仪表、厂区绿化设计等,以及工程经济估算、经济评价等内容。 江东污水处理厂厂外配套污水管网55.8km,污水管管径D=400~D=1350,污水检查井约1860座。污水提升泵站1座,泵站设计规模2.5万m3/d,其中一期工程(本工程)污水处理厂配套污水管网22.3km,污水管管径D=400~D=1350,污水检查井约745座。污水提升泵站1座,泵站设计规模2.5万m3/d。 2.7. 编制原则 根据处理程度的要求,采用技术可靠、运行安全的处理工艺,既保证出水水质,又便于统一管理。 采用技术先进、运转可靠、管理方便的污水处理设备。 采用适合国情的监测仪表及自动化技术,便于操作和管理。 节约能耗,降低处理成本,以保证项目建成后能够正常、有效运行,充分发挥项目的社会、经济和环境效益。 节省占地、减少投资、降低运转成本。 2.8. 主要经济技术指标 拟建海口市江东污水处理厂及配套污水管网一期工程总投资为16157.94万元,其中工程费用13394.57万元,工程建设其他费用1464.83万元,预备费1188.75万元,铺底流动资金109.79万元。 3. 城市概况 3.1. 城市概况 海口市城区位于海南岛北端,南渡江口,地处东经110°10′18″~110°23′05″,北纬19°57′04″~20°05′11″。北面隔琼州海峡与雷州半岛相望,相距18海里,东北距香港324海里。 海口市是我国最大的经济特区海南省的省会,是全省的政治、经济、文化和交通中心。海口主城区空间布局结构为滨海带状组团式,主要由三个组团组成:中心城区组团、及其以西长流组团和以东的江东组团,其中后两个组团为功能组团。中心城区组团和两个功能组团在空间上由西向东沿海岸线一字排开,根据具体所负担的发展职能,在规划空间布局和规模结构上各有不同。 主城区是海口市的核心部分,是一期建设的重点,是省市机关和外省驻琼办事机构所在地,是全省的中枢。它的建设对全市乃至整个海南大特区的发展起着不可估量的积极推动作用。 江东组团重点拓展面向岛外的综合服务功能,包括旅游度假、休闲体育、科研文教、办公居住与工业等。 3.2. 气候 3.2.1. 温度 海南属热带岛屿气候,夏长冬短,午热夜凉,历年未见霜雪,冬春多雾多旱,夏秋多雷暴雨,并有台风。年平均气温23.8ºC。绝对最低气温2.8ºC,最高温度38.8ºC,太阳辐射强,年平均太阳辐射总量为120千卡∕平方厘米,年平均日照2210小时。每年秋、冬季节盛吹偏北季风,频率为18%,春、夏季节盛吹偏南风,频率为21%。年平均风速为3~4米/秒。瞬间最大风速为41.0米/秒。 3.2.2. 降水量 海口市年平均降水量为1639毫米,雨日(日降雨量0.1毫米)150天。5~10月为雨季,6个月的降雨量占全年的78.1%,9月为降雨高峰期,平均雨量为300.7毫米,占全年的17.8%;1月只有23.9毫米,尤其12月至次年2月,平均月降雨量小于50毫米;11月至次年4月为旱季,降雨量仅占全年的21.9%。年平均雨量及平均降雨变差系数CVX值在海口地区分布上变化差异不大,一般在0.22~0.23之间。 3.2.3. 蒸发量 年平均蒸发量为1847.7毫米,平均年中5~7月蒸发量最大,尤以高温强光最大的7月,为216毫米;其次为5月,211毫米;最小以低温阴雨的2月,为96毫米。蒸发量大于降水量,干燥度为1.08,属半温润型气候区。 3.2.4. 相对湿度 年平均相对湿度为85%,平均最大2、3、9月为96%,平均最小7月为83%。因相对湿度年变化与气候有关,2~3月低温雨天气出现时间较长,云量多,阳光少,气温低;9月降雨量大,雨天多,湿度大;7月阳光强,日照多,温度高,湿度小。另外,一天最小的相对湿度为17%(1955年12年10日),主要由于受冷高压控制所致。 3.2.5. 风向、风速 海口市北部临海,地势平坦,风向基本一致。冬半年(10月至次年2月),北方冷空气入侵频繁,劲吹东北季风为主;夏半年(4~8月),受低纬度暖气流的影响,盛行东风;3月和9月,是东北和东南风的转换季节,风向不定。年平均风速3.3米/秒。4月风速较大,为3.7米/秒。8月较小,为2.7米/秒;冬半年比夏半年风速大。 3.2.6. 台风 海南岛属太平洋台风区。海口市北部临海,是台风频繁侵袭的地区之一。年平均受影响的台风5.5个(次),年平均大于8级大风12天,年平均12级以上台风2~4个(次)。每年4~10月是台风活跃季节,台风盛季平均个(次)占平均年个(次)数的81%,以8、9月下旬为台风高峰期。在台风影响下,台风带来暴雨和暴潮,暴雨一般持续3~4天,最长的达9天(1958年5月27日~6月4日)。台风常伴有过程雨出现,致使海潮顶托,潮位高涨。年平均最高潮位3.03米。年最高潮位4.25米(1948年8月2日强台风时),年最低潮位2.47米(1940年、1945年)。 3.2.7. 雾 12~3月,由于受大陆冷高压和入海变性高压脊影响,海口市沿海常有含盐分的海雾危害蔬菜和农作物。 3.3. 海洋水文 3.3.1. 潮汐 海口市海域位于琼州海峡南部,潮汐受西太平洋潮波和北部湾的共同影响,潮汐类型变得很复杂,海口湾为不正规日潮混合潮,铺前湾为不正规半日潮,澄迈湾为正规日潮。 海口湾的秀英港,平均海平面为1.5米(榆林基面,下同),平均高潮位2.10米,平均低潮位0.9米,多年平均潮差1.11米,8007号台风暴潮增水2.41米,导致潮差高达3.60米。大约24年出现一次≥4.0米的高潮位,最高潮位5.04米。 澄迈湾西边(新海湾)平均海平面为1.90米,平均高潮位2.56米,平均低潮位1.12米,平均潮差1.42米,最大潮差3.15米,1990年7月21日最高潮位达3.54米。 3.3.2. 波浪 海口湾东南侧是强浪和常浪的影响区,海口湾5米水深处的重现期波高,10年一遇为5.0米,25年一遇是5.3米。 3.3.3. 滩涂 海口市现有0~10米等深线浅海滩涂面积6.7平方公里,0~0.5米等深线浅海滩涂面积4.4平方公里。主要分布在秀英港以东的海口湾东部、海甸岛西部和北部、新埠岛北部和万绿园北侧。滩涂地势平坦,底质为泥沙土。 秀英港以西至荣山寮村,沿海沙滩坡地为近代浅海沉积物,宽约600米,由一些大小不等的粗、中、细沙和贝壳残体碎片组成,面积约29平方公里。 3.4. 水文 3.4.1. 地表水 流经海口市的主要河道有南渡江、美舍河、龙昆沟(崩潭水)、荣山河、东营河、五源河等。其中单独流入海的有南渡江、五源河、东营河、荣山河。除南渡江外,其余河道流域集水面积均在100平方公里以下。 3.4.1.1. 南渡江 南渡江发源于白沙县的南峰山,从儋州、琼中、屯昌、澄迈、定安、琼山流入海口,经海口东北部的新埠岛流入琼州海峡。流域面积7176平方公里,干流总长334公里。它的上游建有大型水库——松涛水库,截去集雨面积1440平方公里,中游各县建有多座水利枢纽工程,下游的琼山境内也建有龙塘水轮泵站。海口境内流域长度19公里(包括支流),流域集雨面积48.26平方公里(含美舍河)。 南渡江上游雨量充沛,涨陡落缓,洪枯悬差大,流域常年平均降雨量为1935毫米,年径流量70.69亿立方米,年平均流量193.9立方米/秒,干流平均宽度为150米。最大流量为1958年的7550立方米/秒,最枯流量为1976年的1.4立方米/秒。最大含沙量0.3公斤/立方米,平均含沙量0.06公斤/立方米,年平均输沙量34万吨。 由于山洪爆发,南渡江沿岸和北部平原农田和村庄都不同程度受浸。1974~1976年,在南渡江两岸先后建起沿江防洪堤12.75公里,其中海口市境内9.5公里(包括新埠岛部分)。 3.4.1.2. 水库 海口市主要水库有沙坡、永庄、美崖、那卜水库。其中,永庄、那卜水库同松涛水库渠道沟通。 表3-1 海口市主要水库基本情况表 水库名称 所在地 外接河流 积水面积 (Km2) 容量 (万m3) 平均水深 (m) 主要功用 沙坡水库 海秀 美舍河 27.46 676.50 16.00 景观 永庄水库 海秀 五源河 9.40 56.50 12.65 灌溉 美崖水库 长流 美崖水 2.77 73.50 7.91 灌溉 那卜水库 长流 那卜水 6.55 157.50 5.00 灌溉 3.4.2. 地下水 海口市地处南渡江下游河口,地下水资源丰富。包括潜水和承压水。 3.4.2.1. 潜水 由于雨量充沛,地势低平,地处河网地带,雨水和河水有利于潜水的补给。潜水在海口市分布广泛。 表3-2 海口地区潜水表 序号 含水层岩性 单位涌水量 (L/s•m) 水位埋深 (m) 含水层厚度 (m) 分布 地区 水化学类型 1 滨海沙砾亚砂土孔隙潜水 0.04~4.67 0.60~0.30 1.00~6.00 东北部海联乡 CI•HCO3—Na•Ca CI—Na 2 滨海中粗砂砂孔隙潜水 0.20~5.70 0.40~3.60 3.30~11.00 西北部新海乡 HCO3—CI CI—HCO3及CI HCO3CI—Na•Mg•Ca 3 河流冲积砂砾亚砂土孔隙水 0.03~14.60 1.50~4.00 4.00~10.00 东北部白龙乡、市区 HCO3CI—Na•Ca 4 河流积含砾中粗砂孔隙潜水 0.49~4.67 0.10~1.37 2.11~9.00 西北部荣山乡 CIHCO3—CaNa 5 海蚀交台地砂砾及含砾亚砂土孔隙潜水 0.24~2.00 0.85~2.00 0.65~19.50 HCO3CI—NaCa SO4—CaNa HCO3CICIHD3及CI 6 玄武岩孔隙裂隙潜水 金牛岭 7 橄榄玄武岩孔隙潜水 0.46~1.19 0.60~3.50 4.70~11.60 西北部长流、荣山一带 HCO3CI及CIHCD3 3.4.2.2. 承压水 主要为深层承压水。第二、第三、第四层承压水共计许可采储量271114立方米/昼夜(即可采量为0.99亿立方米)。 海口市地处雷琼自流盆地东南翼。由于新构造运动,盆地逐渐下沉。上第三纪频繁选置的松散岩类,形成良好的储水构造。含水层之间为粘土等透水性差的良好隔水层组成。市南、西南面的琼山区羊山地区,火山熔岩遍布,岩性破碎,为地下水广阔的补给区。深层承压水,特别是第三层承压水,在全市范围广泛分布,含水层厚度大,且层位稳定,富水性好。 3.5. 地形地质 海口市属于海滨岗地,由于海蚀及构造作用,形成台阶式地形,市辖区范围内最高为第四级阶地上的群山岭、高程69.8米,一级阶地分布于沿海,标高5米以下,宽约0.3~0.4公里,地势平坦,城区大部分建筑均在这阶地上。二级阶地标高为18米至25米之间,宽度达2.8公里,地形平坦,三级阶地标高为30~40米,宽度大0.4~0.3公里,切割剧烈,为宽敞平顶低岗地。四级阶地为本市地形较高之洪积层,标高在80米以内,地形破碎,起伏较土系园状岗地,总体来讲,海口地势平缓,东部自南向北略有倾斜西部自北向南倾斜,西北部和东南部高,中部南渡江沿岸低平,东和东北部为沿海小平原,境内最高处为马鞍岭,海拔222.2米,最低点为南渡江入海口,海拔0.4米。 3.6. 工程地质评价 海口市地处海南岛北部,北临琼州海峡,南邻南渡江河谷,地势南高北低,稍微向海倾斜。地貌主要为新构造运动、特别是火山活动和江河海水长期作用的结果,形成以火山台地为主要台地的平原地貌。海口市位于雷琼拗陷的次一级构造单元海口隆起的西部,属雷琼拗陷的南缘,海口隆起的基底为燕山期侵入的花岗岩体,第三纪以后琼北地壳下沉,使其上沉积了一套不同年代的冲洪积、湖积、浅海积、滨海积及三角洲沉积等地层。由于沿断裂带附近的火山活动,期间有多期喷发物沉积于上述不同年代地层之间,海口的地质格局就建立在这个区域地质背景上。 3.6.1. 地基环境 海口市自西边的马村到东边的东营,从地基利用角度出发可以分为四大单元。按自西向东排列,单元的界线大致以断裂为界,界线为:长流-仙沟断裂(其西简称马村地基单元,其东至下一界线间简称长流地基单元);长流、秀英中间的西北向琼华-永庄断裂(其东至下一界线间简称秀英与府城地基单元),以及南渡江西岸美舍河、龙歧洋一线的陡坎(其东简称东营地基单元)。 马村地基单元:属于浅埋火成岩区,东部广泛分布凝灰岩等喷出岩系,近地表凝灰岩强烈风化,西部为浅埋坚硬玄武岩,单元中遍布火山岩风化后形成的残坡积坚硬红色粘土、亚粘土层,是具有良好的地基持力层。 长流地基单元:属玄武岩浅埋和直接出露区,玄武岩为第四纪火山活动的产物,长流附近直接出露的玄武岩为晚更新世沿长流—仙沟断裂喷溢形成,其下为中更新统的北海组冲洪积地层。 秀英-府城地基单元:主要为承载力较高的冲洪积地层,金牛岭一带出露的玄武岩形成年代较早,属第四纪早期火山活动的产物,府城南出露的玄武岩则形成于晚更新世。 东营地基单元:主要为松散的全新世河流阶地、河漫滩、河口三角洲及海漫滩沉积物,土地的地基承载力与工程特性为各单元中最差者。 在各单元的海陆沉积交界部分,或多或少沉积了断续分布的滨海相沙堤、沙坝。总的说来,浅部地层的强度和地基稳定性以马村地基单元、长流地基单元最好,秀英和府城地基单元次之,东营地基单元最差。 3.6.2. 地质构造 地质构造特征:本地区的地质构造格架由近东西向、南北向、北东向和北西向的断裂构造组成。近东西向断裂控制着断陷盆地的形成和发展,北东向、北西向断裂控制着内部次级构造的形成。四组断裂明显具有多期次活动性,控制着新生代多次火山活动。琼北新生代断陷盆地的基底主要由古生界寒武系抱板群变质岩、上白垩统报万群和中生代中酸性侵入岩体组成。盆地中堆积了大厚度的新生代碎屑岩和火山岩;盆地内沉积岩层近水平状延伸,仅部分地段出现一些陡角度的断层,大多未发生褶皱作用。 活动性断裂构造:海口地区属雷琼凹陷地带,位于王五-文教大断裂北侧约35公里,地壳稳定性受活动断裂控制,据卫星影像、测视雷达及实地考察,海口地区具有活动性断裂主要有:琼洲海峡断裂、马袅-铺前断裂、长流-仙沟断裂、海口-云龙断裂。 琼洲海峡断裂:呈东西走向,分布于雷琼断陷区内呈阶梯状跌落幅度最大的部位,该断裂东断于1871年曾发生过5.5级地震,表明其活动性极强; 马袅-铺前断裂:据论证,其中的琼山至铺前段断裂和东寨港一带北北西向的铺前---清澜断裂的交汇点为1605年琼山7.5级强震的震中。对海口而言,受影响最严重的是府城以东至东营一带地区,主要受马袅-铺前断裂琼山铺前段的断裂的较强地震效应影响; 长流-仙沟断裂:该断裂的南段石山附近为未来的6.00~6.75级强震危险震中区。1605年琼山的7.5级地震曾使本断裂的老城、荣山一带地形破坏严重,西北滨海滩地产生大规模震陷、砂土液化,断裂带附近的地震破坏效应极为明显; 海口-云龙断裂:该断裂虽在未来地震危险分析中为小于6级的中等强度发震震中,但由于其北段延伸进海口市中心区的形迹不清,证据不足,1605年琼山地震,也未发现此断裂带的地震烈度异常,故该断裂带的地震效应不显著。 海口地区次要的断裂有三条:一是长流、秀英之间的北北西向小规模的琼华-永庄断裂,另两条是金牛岭一带的弧形小断层,这些小断层在历史地震中均无异常反应。东营一带及老城、荣山之间的地震断裂在历史地震中地震效应最为显著,东营地区主要灾害为大规模震陷和地震液化,原因在于东营一带浅层为第四纪最新的未固结松软沉积。老城荣山之间的震陷及地震液化不及东营,但地形破坏很严重。因此,东营一带和老城至荣山之间,是城市应重点设防的不稳定地段。 活动性断裂灾害评价:海口地区地震断裂有延伸上百公里、延深长度大于30公里、切割莫霍面延深至上地幔的深大断裂(如近东西向的马袅-铺前断裂);有延伸长度达几十公里、延深长度大于10公里的基底断裂(如北西向的海口-云龙断裂、长流-仙沟断裂)。它们的共同特点是活动的时间晚且强烈,共同特征为正断层。近东西向的马袅-铺前断裂带上(或与北西向断裂的交汇处)一旦发生破坏性地震,其震级可能达到7级,沿断裂带及其两侧数十米范围内,由于断裂面发生错动,引起地面位移、沉降或抬升。北西向的海口-云龙断裂、长流-仙沟断裂一般只会发生5级左右地震,但与马袅-铺前断裂的交汇处,强震时会发生严重震害,尤其是海口-云龙断裂北段的海府地区,将会发生严重的砂土液化、软土震陷等震害。 海口、老城潜在震源区震级上限为7级;邻区的铺前潜在震源区震级上限为7.5级,其他稍远的潜在震源区震级上限也有6级以上。因此,海口地区均有产生地震断裂灾害的可能性。 3.6.3. 稳定性分区 根据区域地质构造的稳定性,海口地区稳定性分为两个区,基本上以铺前-马袅断裂为界,以南为次稳定区,以北为不稳定区,考虑到岩土体稳定性和地面稳定性将两个区域划分为四个地段,分叙如下: 表3-3 海口地区区域稳定性分区表 分区等级 相 对 稳 定 程 度 一 级 次稳定区(A) 不稳定区(B) 二 级 稳定地段(A1) 较稳定地段(A2) 基本不稳定地段(B1) 不稳定地段(B2) (1)次稳定区(A) 主要分布于文明村、府城薛村、灵山、道殿村一带 火山岩台地稳定地段(A1)岩土体稳定性:该地段为火山岩台地,岩性为褐红色粘土(玄武岩残坡积土),局部有玄武岩裸露,土体呈可塑-硬塑状,承载力特征值230~660kpa,岩体稳定性较好。 地面稳定性:除局部红土较厚和台地坡度较陡地段出现有冲沟、水土流失较严重外,就整个火山岩台地来说,地形起伏不大,水系不发育,地面稳定性较好。 海积三级阶地较稳定地段(A2)土体稳定性:以可塑-硬塑含砾粘土、粉质粘土为主,承载力特征值180~660kpa,稳定性一般。 地面稳定性:该地段地形波状起伏,冲沟发育,地表遭受侵蚀切割,常引起崩塌、水土流失严重,地面稳定性差。 (2)不稳定区(B) 主要分布于长流、秀英、海口、桂林洋一带 长流-秀英海积阶地基本不稳定区(B1)土体稳定性:主要为可塑状粉土、粉质粘土,承载力特征值140~270kpa,稳定性一般;局部分布膨胀土,具有湿胀干缩特征,常对建筑物造成破坏,土体稳定性差;沿海一带为沙堤沙地和淤泥,土体结构松散,具流变性、触变性,稳定性很差;金牛岭一带为玄武岩,稳定性相对较好。 地面稳定性:本地段为沿海地带,地势低平,常受洪潮侵袭,地下水埋深小,局部地段地下水对混凝土具腐蚀性,地面稳定性较差。 海口、桂林洋三角洲平原不稳定地段(B2)土体稳定性:主要为含砂粉质粘土、淤泥质粉质粘土和膨胀土。含砂粉质粘土为可塑状,承载力特征值50~240kpa;淤泥质粉质粘土具有高压缩性、流变性和触变性,强度低;膨胀土具有湿胀干缩特征,常对建筑物造成破坏。沿海为海湾、海滩沉积,呈松散状,土体稳定性差。 地面稳定性:该地段地形低平,易受台风、洪潮侵袭,土体具流变性,常引起地基不均匀沉降或挤出。南渡江沿岸,由于河流侵蚀,常出现崩塌,而沿海出现海岸淤积。地下水埋深浅,局部地下水对混凝土具侵蚀性,地面稳定性差。 3.6.4. 建设用地适宜性评价 (1)建设用地不适宜区 主要指东营地区和主要地震断裂带周边地区。 东营地区邻近Ⅶ级及以上的潜在强震危险震中区,50年超越概率为0.1的水平加速度峰值在200伽以上,是未来防范地震灾害的重点区域,同时在历史地震中的地震效应也最为显著,曾经发生整个村落沉陷海底的重大灾情。东营一带浅层为第四纪最新的未固结松软沉积,属于严重地震液化区和重度震陷区,地震时产生大规模地形破坏的可能性极大,且工程开发中的费用高。诸多不利因素决定了必须严格控制该地区的开发建设,做好相应的防范体系。 建议在该区域内不做大规模、高强度的开发,已建或确须建设的工程项目应严格保障各项抗震标准的实施和建设质量。 (2)建设用地适宜性差区 主要是海甸岛和新埠岛范围内的危险区域。 该区域接近未来的潜在震源区,浅部地层主要为滨海相软土,在地震作用下易形成震陷及场地地面变形,属于稳定性分区中的不稳定地段,地震液化和震陷比较严重的区域以及工程开发高费用区。该地区的土质对于中高层建筑无法选择费用低的处理方法,加之地下水高水位因素,开挖施工过程比较困难,此外,软土长周期的场地特征对同为长周期的高层建筑有易于诱发共振作用的不利影响。 由于海甸岛和新埠岛临近海口中心区,生态环境适宜,居住人口较多,历来为城市的重点开发区域,加之处于生态环境的敏感区域,因此更须加强对地质灾害的防范和对生态环境的保护措施,尤其是岛屿北端滨海地带的防范与保护。除了加强建筑施工过程中的防范措施以外,建议不作高密度开发,相应降低开发强度并提高建设质量。 (3)建设用地较适宜区 主要是老城至荣山之间的大片区域,以及北部滨海沿岸一带区域。 前者为未来的强震危险震中区,稳定性较差,是重要的地震滑坡危险带,西北滨海滩地属于严重地震液化区,地震灾害时地形破坏严重,历史地震中地震效应明显,但该区域因多期火山喷发作用,形成大片裸露或浅埋的玄武岩和凝灰岩,是建筑地基良好的高承载力区,工程开发中所需的地基处理费用较低,有利于城市建设。 建议该地区应对地震灾害威胁比较严重的滑坡区、滨海滩地和断裂带周边重点设防,尽可能弱化该区域的建设强度。 (4)建设用地适宜区 除以上控制区之外的其他规划建设用地为建设用地适宜区域,基本属于比较稳定地段,且地基条件较好,适宜建设高层或中层建筑用地。 3.7. 地震 海口市位于海南北部文教~王五,东西向断裂带附近,北东、北西 两条断裂带的交汇处。1605年的琼洲大地震,震中即在演丰-三江-灵山一带。自1605年至今,没有再发生过强震,据有关部门对东南沿海地震带历史周期性的分析表明,目前仍处于地震活动高潮期,存在着发生强震的地质构造背景。根据中国地震烈度区划图,海口市为8度地震烈度区。 4. 城市供水与排水 4.1. 城市供水 4.1.1. 供水现状; 江东组团现状没有市政供水厂,目前江东组团用水由桂林洋农场供水厂及米铺供水厂提供。 桂林洋地区水资源丰富,地下水属于琼雷地下水盆地南沿,水质良好,水量补充来源充足。该地区地下水为松散岩类孔隙水,地下水均匀分布,纵向分四层,允许开采量为3.2万m3/d。该地区地面水源取自南渡江。 现状米铺供水厂规模为:27万m3/d(最大设计供水能力为36万m3/d)。 目前,除了江东新区、滨海综合区、桂林洋临空港经济园区、旅游度假区敷设有市政供水管网外,其它地区均未修建市政供水管网,目前已修建的供水管管径偏小,供水管网布置不合理,管道陈旧老化,接配管道不合理,主要供水管网为枝状管网,供水能力低,可靠性差,从而导致供水量、水压不能满足实际需求,部分地势较高的居民住宅区时常出现停水现象,现况供水能力已远远满足不了建设发展的需要。 4.1.2. 供水规划 4.1.2.1. 规划原则 供水水源水质必须满足或者优于国家《地下水质量标准》(GB/T14848-93)规定的标准。 合理利用水资源,各水源能提供的水量必须稳定可靠,供水保证率必须达到95%以上。 供水系统必须安全可靠,管网事故率低,并具有一定的抗震、防洪能力。 4.1.2.2. 供水规划 根据《海口市总体规划规划》给水工程规划布局:一期将建设江东供水厂,其设计供水规模为15万m3/d,其中一期工程供水规模为6万m3/d,以满足江东新区用水需求,规划江东组团用水由江东城市供水厂提供。 4.2. 城市排水 4.2.1. 排水体制 为了江东新区居住环境质量以及避免城市污水对周边水体造成污染,根据《海口市江东组团片区控制性详细规划》,江东组团排水系统确定采用雨、污分流制排水体制。 4.2.2. 雨水排除与利用规划 4.2.2.1. 雨水排除现状 现有雨水管渠断面偏小,管渠淤积严重,排水不畅,且部分雨水管渠未在城镇道路修建时改造,目前部分管渠位于现况道路下,难以扩建修整。 4.2.2.2. 雨水排除规划 (1) 规划原则 充分利用地形地势,采用分区就近排入水体、水域低洼地。 局部雨量流量大的区位、地段可采用盖板边沟。 当道路宽度大于40m时,采用道路两侧布管。 雨水管尽量与实际地形、降坡相适应,以减少工程土方量。 (2) 规划雨水系统 根据江东规划布局及地形条件,规划将雨水排放分为多个排水系统,按照雨水就近排放原则将区域内雨水排至低洼处或水体。 雨水主要采用暗管排水,管线沿道路平行设置,雨水分片集中汇入干管中。没有敷设雨水管网的城市道路必须新敷设雨水管网,为了减少城市基础投资,原雨污合流的管网保留,用以排除雨水。 新敷设的雨水干管坡度走向同道路纵坡一致,雨水管网在铺设布置时,应充分利用现状市政基础设施,新旧雨水管网须控制好衔接以及同其他管网综合。新敷设雨水管道沿道路布置,雨水管渠的覆土深度应尽量控制在1.4m~2.0m之间。 4.2.3. 污水排除规划 4.2.3.1. 污水排除现状 江东行政居住区以及江东水域区区内现状未建设污水处理厂,生活污水及辖区内工业污水未经处理直接通过污水管网排入周边的水体及低洼处。因污水未经处理直接排放,对周边环境影响较大。市政排水系统设施建设滞后于城镇发展建设。 4.2.3.2. 污水排除规划 (1) 规划原则 污水经污水厂处理后出水达标后方可排放。江东行政居住区以及江东水域区排放的生活污水及工业企业排放的工业污水,应统一收集后送至污水处理厂处理,处理后出水水质达到相关标准后排放,部分处理后出水经深度处理后可用于农田灌溉,浇洒绿地或排入附近水体。 工业企业所产生的有毒、有害工业废水应在工业企业厂内自行处理,达到城市污水排放标准后方可排入市政污水管网。 医院等排放的带有病毒、细菌的废水必须先自行处理达到城市污水排放标准后方可排入市政污水管网。 (2) 规划污水系统 污水管网布置应结合地形、地势,尽量保证片区内污水都能靠重力流顺利排放,减少污水提升泵的建设数量及建设规模,污水管布置尽量满足以下原则: 污水管管径的计算按最高日最高时污水量计算。 市政污水管道的最小管径不得小于D300mm,管道敷设最小坡度不得小于0.3%。 污水管道在规划道路下,采用单线布置,污水干管应布置在水量较为集中一侧。 在竖向布置上,污水干管应布置于雨水管道以下。 根据规划地形地,同时为了避免污水干管的埋深过深,在规划区内设置6座污水提升泵站,污水经提升泵站送至拟建江东污水处理厂集中处理。 规划道路上敷设的污水管道每隔300m左右设一处过街管道,以满足支户线接入,避免重复开挖路面,规划道路每隔一定距离预留污水检查井及污水支管。 5. 项目建设的必要性 江东污水处理厂工程的实施对防治水污染、保护生态环境、保障区内居民身体健康、保持城市协调、稳定、持续发展等方面将发挥积极的作用;同时,该项目的建设也将具有长期、深远的意义;主要表现在以下几个方面。 5.1. 尽快完善污水处理设施,早日建成绿色国际性城市的战略需要 近几年来海口市的污水工程基础设施建设发展很快,但是总体来说,海口市的污水收集率、污水处理率、处理设施利用率和污泥稳定减量化率还很低,尚有很多需要完善和提高之处。 海南省和海口市政府相当重视环境保护。为海口早日建设成为我国生态环境一流、人居环境一流、创业环境一流、具有热带滨海特色的绿色国际性城市,就必须尽快完善污水收集和处理设施。为使海口市尽快成为“生态岛、绿色岛”,应尽快进行江东污水处理工程的准备和实施工作。 5.2. 配套完善江东组团水环境保护的需要 海口市江东片区是以居住为主,并包括旅游、度假、工业及高等教育园区的综合性区域。该片区的南渡江沿岸地区是海口市新区建设的重点。江东片区是海口城市复合功能的重要补充和延伸。江东组团由办公居住片区、水城片区、桂林洋滨海片区、桂林洋综合片区、灵山片区组成。目前,江东片区已建成区零星设有少量的污水管道,辖区内大部分地段均无污水收集管网,污水就近排入附近水体或者海洋,已对周围环境造成了比较严重的污染。 城市的环境保护是城市发展必不可少的组成部分,随着城市的发展,环境保护的地位也将日趋重要,水环境保护是环境保护中的重要组成部分。随着江东新区的开发和建设,这一区域内的排污量必将大大增加,如不及时建设污水管网收集系统及污水处理厂,水环境状况将逐步恶化,水体修复将花费大量的时间及资金。 江东组团是重点拓展面向岛外的综合服务功能区域,其中包括旅游度假、休闲体育、科研文教、办公居住与工业等。本项目的实施可以大大提高海口市,尤其江东组团的污水收集率、处理设施利用率及污泥稳定减量化率,从而进一步提高整个地区的生态环境质量,因此尽快建设江东污水处理厂是十分必要的。 5.3. 地区经济发展的需要 旅游业是海口市的支柱产业之一,本项目的实施必将更好的促进海口市旅游业的发展。另外,城市排水是城市基础设施的重要组成部分,直接影响到城市的各种功能发挥。海口市江东污水处理厂工程的实施将进一步改善海口市的投资环境,进一步提升海口市的对外形象,有利于对外招商引资,促进海口市经济的可持续发展。 5.4. 构建和谐社会的需要 良好的生态环境是构建和谐社会的一个重要组成方面。目前,海口的大气环境、绿化、水质总体来说是比较好的。但如果污水处理率不进一步提高,任由污水直接进入城市附近地表水体和海洋,则海口的整体生态环境将受到影响甚至恶化。因此,本项目的实施也是构建和谐社会的具体举措。 江东组团的开发建设是已经落实的城市发展建设计划,目前正在按计划实施,刚刚建成的部分设施已经对附近水体造成了污染,因此该片区的污水处理设施的建设是非常必要且迫在眉睫。 6. 建设规模与处理程度 6.1. 建设规模 6.1.1. 流域范围 根据《海口市排水规划(2007~2020年)》(中国市政工程中南设计研究院、海口市水务局,2008年11月)及《海口市江东组团片区控制性详细规划》,拟建江东污水处理厂流域范围包括东营片区及沿江生活片区两大区域。江东污水处理厂流域南起海瑞大桥南侧南渡江大道,北至鲁能开发区和皇冠假日酒店西南侧临海地区,西起南渡江大堤,东至规划区东边线,总流域面积为2134.39公顷。 6.1.2. 流域范围内人口规模 6.1.2.1. 规划年限 由于目前海口市及江东片区最新规划尚在编制阶段,原《海口市排水规划(2007~2020年)(中国市政工程中南设计研究院,海口市水务局,2008年11月)》及《海口市江东组团片区控制性详细规划》中一期年限为2010年,远期年限为2020年,由于辖区发展滞后于上述规划,因此本工程特将上述规划年限进行了调整,并考虑江东片区发展情况及污水处理厂建设情况,对拟建江东污水处理厂工程采取分期实施原则,拟建江东污水处理厂一期工程自2011年5月开始进入实施阶段,计划建设期为2年,由此预测,拟建江东污水处理厂于2013年5月投入实际运行,根据辖区发展情况,预测污水处理厂一期工程于2015年达到满负荷运行,届时应着手进行二期工程建设,二期工程建设期仍按照2年考虑,拟建江东污水处理厂二期工程于2017年5月正式投入运行,并于2020年达到满负荷运行,根据拟建江东污水处理厂服务范围内人口及片区规划,拟建江东污水处理厂于2020年进行远期工程建设,并于2022年投产运行,以达到规划服务区全部污水可进入厂内处置。 由此,确定拟建江东污水处理厂建设年限为:一期工程建设年限2015年,二期工程建设年限2020年,远期工程建设年限2025年。 6.1.2.2. 现况人口规模 根据《海口市江东组团片区控制性详细规划》,江东片区规划辖区范围内包括一个桂林洋农场和136个自然村,现状总人口为72832人,现状人口以农村居民为主,其经济来源主要以外出打工、捕捞和种植。 表6-1 江东片区现状人口一览表 名称 数量(人) 名称 数量(人) 名称 数量(人) 外坪村 3109 鹿上村 150 拾桂村 1558 麻锡村 794 外村 403 田上村 119 西村 1344 后良村 437 东阳村 248 东村 1087 北麻村 426 北排 60 麻余外村 325 小西村 864 南排村 1894 林舟村 1642 潭览村 2230 北排村 1457 鸭子村 256 洋上村 546 坡永村 86 儒房村 927 外宅村 1434 榕树村 500 外田村 96 福田村 637 溪边村 697 北扶村 196 田边村 768 昌萝村 1028 坡上村 942 方雅村 523 大统村 491 俊雅村 336 道本村 225 美玉大村 242 电白村 617 北侃村 70 美炎内村 597 下岛本村 991 新秀村 181 美炎外村 618 大宋村 1016 咏塘村 1167 抚怃村 1435 仔教村 442 大陈村 1306 洋珍队 366 后洋村 227 大甘村 251 潭吓村 280 涌潭村 440 新市村 909 博约村 104 潭掘村 555 家园村 236 潭屋村 517 长发村 487 大至村 420 吴宅 282 柯宅 210 新城 240 大洋村 965 昌圆村 146 晚胆村 1263 洋田村 774 大洋田村 382 美跃村 196 西边村 486 东边村 240 儒林村 82 用创村 150 陈村 431 美焕村 153 木吟村 216 美大村 241 仙月仙村 771 道仁村 347 北拱村 244 田连村 128 用献村 174 文雅村 257 张吴村 288 门口村 1041 井上村 143 东头村 728 迈雅村 677 外堆村 1012 双坡村 569 道南村 344 陶沙村 187 溪尾村 317 东坡村 110 东圆村 334 龙古村 362 沙湖村 245 后排村 257 用本村 163 后尾村 327 坡尾村 191 大炳村 280 忠东村 605 沙头村 569 用本上村 255 永东村 698 儒偶村 598 长侃村 252 长丰村 510 原东营镇区 676 南调村 303 民兴村 442 罗同村 618 加乐村 100 炳庄队 504 兰美村 372 大群村 111 昌后队 425 东头村 366 群尚村 491 林青队 514 后洋村 101 官本村 210 合山队 354 家园村 180 溪头村 207 五一队 584 陶朗村 576 洋上村 318 迈进队 750 罗列村 618 瑶山村 265 新群队 322 罗山村 638 冯道村 337 振家队 953 本利村 216 合计 72832人 由于目前江东污水处理厂服务区域内现况人口无实测调查数据,根据江东污水处理厂服务面积占辖区面积比例推算,拟建江东污水处理厂辖区内现况人口规模约为12500人。(江东片区总规划面积12359公顷,拟建江东污水处理厂服务面积2134.39公顷,约占辖区规划面积17.3%,由此推算拟建江东污水处理厂辖区现况人口约为72832×17.3=12500人) 6.1.2.3. 规划人口规模 根据《海口市江东组团片区控制性详细规划》及拟建江东污水处理厂流域范围划分,拟建江东污水处理厂服务范围主要包括江东片区东营片区及沿江生活片区两大片区,根据上述规划,东营片区远期(2025年)规划人口为5.5万人,沿江生活片区远期(2025年)规划人口15万人。即拟建江东污水处理厂远期(2025年)规划人口规模为20.5万人。 6.1.3. 用水量指标及用水量、污水量预测 6.1.3.1. 用水量指标 根据《海口市排水规划(2007~2020年)(中国市政工程中南设计研究院,海口市水务局,2008年11月)》,江东片区综合单位用地用水指标为:一期江东行政居住区80.0 m3/ha•d,远期江东行政居住区110.0 m3/ha•d。 《海口市城市总体规划》(2005~2020)中指出:主城区远期(2020年)生活综合用水指标为500升/日•人,由于本污水厂流域范围内基本上没有工业,同时缺乏目前人均生活用水指标,因此用水量暂按该指标预测。 6.1.3.2. 用水量预测 (一) 地块法 拟建江东污水处理厂总服务面积2134.39公顷,根据《海口市江东组团片区控制性详细规划》,东营片区规划用地指标如表6-2所示。 表6-2 东营片区用地指标一览表 序号 用地代码 用地性质 用地面积(公顷) 1 R 居住用地 298.09 其 R1 一类居住用地 240.53 中 R2 二类居住用地 57.56 2 C 公共设施用地 148.16 C1 行政办公用地 1.64 C2 商业金融用地 24.94 其 C25 旅馆业用地 84.14 中 C3 文化娱乐用地 0 C4 体育用地 0 C5 医疗卫生用地 4.25 C6 教育科研用地 33.19 3 T 对外交通用地 49.28 其中 T4 河港用地 49.28 4 S 道路广场用地 137.68 其 S1 道路用地 116.45 中 S2 广场用地 19.49 S3 社会停车场库用地 1.74 5 U 市政公用设施用地 10.35 合计 643.56
沿江生活片区用地指标如表6-3所示。 表6-3 沿江生活片区用地指标一览表 序号 用地代码 用地性质 用地面积(公顷) 1 R 居住用地 740.98 其中 R2 二类居住用地 740.98 2 C 公共设施用地 337.99 其中 C1 行政办公用地 21.56 C2/R2 商业居住混合用地 50.14 C2 商业金融业用地 31.06 C4 体育用地 152.04 C5 医疗卫生用地 15.67 C25/R11 旅游度假居住混合用地 67.52 3 S 道路广场用地 396.42 其中 S1 道路用地 391.57 S2 广场用地 2.91 S3 社会停车场库用地 1.94 4 U 市政公用设施用地 15.44 合计 1490.83 根据上述用地指标及江东片区综合单位用地用水指标,江东片区用水量预测如表6-4所示。 表6-4 江东片区用水量预测一览表 项目 东营片区 沿江生活片区 开发用地比例 一期行政居住区用地面积(ha) 95.56 214.66 0.25 一期综合单位用地用水指标(m3/ha.d) 80 80 一期用水量(万m3) 0.76 1.72 一期流域范围总用水量(万m3) 2.48 二期行政居住区用地面积(ha) 191.12 429.32 0.5 二期综合单位用地用水指标(m3/ha.d) 90 90 二期用水量(万m3) 1.72 3.86 二期流域范围总用水量(万m3) 5.58 远期行政居住区用地面积(ha) 382.23 858.64 1 远期综合单位用地用水指标(m3/ha.d) 110 110 远期用水量(万m3) 4.20 9.45 远期流域范围总用水量(万m3) 13.65 (二) 人口法 拟建江东污水处理厂服务范围现况人口约为1.25万人,根据《海口市江东组团片区控制性详细规划》,江东污水处理厂远期(2025年)规划人口规模为20.5万人,根据现况人口及远期规划人口,参照国内城市人口增长率,对辖区内人口规模及用水量预测如下表所示: 表6-5 拟建江东污水处理厂范围范围内人口及用水量预测表 年限 人口(万人) 增长率 用水量指标(l/d.人) 用水量预测(万吨) 2011 1.25 41.00% 500 0.6 2012 1.76 36.90% 500 0.9 2013 2.41 33.21% 500 1.2 2014 3.21 29.89% 500 1.6 2015 4.17 26.90% 500 2.1 2016 5.30 24.21% 500 2.6 2017 6.58 21.79% 500 3.3 2018 8.01 19.61% 500 4.0 2019 9.59 17.65% 500 4.8 2020 11.28 15.88% 500 5.6 2021 13.07 14.30% 500 6.5 2022 14.94 12.87% 500 7.5 2023 16.86 11.58% 500 8.4 2024 18.81 9.00% 500 9.4 2025 20.50 500 10.3 6.1.3.3. 污水量预测 根据上述地块预测法及人口预测法对拟建江东污水处理厂流域范围内用水量预测结果,对辖区污水量预测如下表所示: 表6-6 拟建江东污水处理厂污水量预测表 序号 项目 单位 2015年 2020年 2025年 一 地块法 1.1 综合用水量 万m3/d 2.48 5.58 13.65 1.2 不可预见用水量 综合用水量×10% 0.25 0.56 1.37 1.3 工业用水量 万m3/d 0 0 0 1.4 总用水量 万m3/d 2.73 6.14 15.02 1.5 污水量 用水量×85% 2.32 5.22 12.76 二 人口法 2.1 规划人口 万人 4.17 11.28 20.5 2.2 生活综合用水量标准 升/人•日 500 500 500 2.3 综合用水量 万m3/d 2.09 5.64 10.25 2.4 不可预见用水量 综合用水量×10% 0.21 0.56 1.03 2.5 工业用水量 万m3/d 0 0 0 2.6 总用水量 万m3/d 2.29 6.20 11.28 2.7 污水量 用水量×85% 1.95 5.27 9.58 6.1.4. 污水处理厂建设规模 根据上述污水量预测结果,并参照《海口市排水规划(2007~2020年)(中国市政工程中南设计研究院,海口市水务局,2008年11月)》及《海口市江东组团片区控制性详细规划》,考虑江东片区发展情况,最终确定拟建江东污水处理厂工程采取分期实施原则,拟建江东污水处理厂一期工程(2015年)建设规模为2.5万m3/d,二期工程(2020年)建设规模为5.0万m3/d,远期工程(2025年)建设规模为10.0万m3/d。 6.2. 处理程度 6.2.1. 设计进水水质 由于拟建江东污水处理厂流域范围内的污水缺乏监测资料,因此按照海口市已建白沙门污水处理厂工程实际进水水质情况,并考虑江东片区区域性质确定拟建江东污水处理厂工程进水水质标准。 海口市白沙门污水处理厂2004年至2006年平均进水水质见表6-7: 表6-7 2004年~2006年白沙门污水厂平均进水水质(单位mg/l) COD BOD5 SS TP NH3-N 237.13 88.40 214.22 4.40 14.38 海口市白沙门污水处理厂扩建工程设计进水水质如表6-8: 表6-8 海口市白沙门污水处理厂扩建工程设计进水水质(单位mg/l) COD BOD5 SS TP NH3-N 350 150 220 4 22 海口市白沙门污水处理厂主要收集城市生活污水及少量处理后生产废水。主城区是海口市的核心部分,是一期建设的重点,是省市机关和外省驻琼办事机构所在地,是全省的中枢。 拟建江东污水处理厂服务范围为江东行政居住区及江东水域区两大区域,主要包括旅游度假、休闲体育、科研文教、办公居住等,辖区内基本没有工业。结合海口市白沙门污水处理厂年平均进水水质及海口市白沙门污水处理厂扩建工程设计进水水质,并考虑城市发展及区域性质、分流制排水体制的建设、以及居民生活水平不断提高和污水水质普遍上升的趋势,拟建海口市江东污水处理厂设计进水水质参照白沙门污水处理厂工程设计进水水质标准,即表6-9所示水质标准: 表6-9 拟建江东污水处理厂设计进水水质(单位mg/l) BOD5 COD SS NH3-N TN TP 150 350 220 22 40 4 6.2.2. 设计出水水质 《海口市排水规划(2007~2020)》(中国市政工程中南设计研究院,海口市水务局,2008年11月)中确定拟建江东污水处理厂工程出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级B类标准,由于《海口市排水规划(2007~2020)》编制时间较早,考虑海口市将建设成为“绿色旅游岛、生态岛”的发展目标,并结合“十二五”规划中所提出的对城市污水处理厂处理程度提标的规划要求,确定本工程污水处理厂处理后出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A类标准,即: 表6-10 拟建江东污水处理厂设计出水水质(单位mg/l) 项目 BOD5 COD SS TN NH+3-N TP PH 设计进水水质 10 50 10 15 5(8) 0.5 6~9 注:括号外数值为水温>12℃时的控制指标,括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。 6.3. 处理厂尾闾排放 拟建江东污水处理厂处理后出水排至厂区东侧东营河。 6.4. 污泥出路 拟建海口市江东污水处理厂工程所产生的剩余污泥,送至污泥浓缩脱水机房进行机械浓缩脱水处理,经机械浓缩脱水后,采用生物沥浸法,将污泥含水率控制在60%以下,以满足城市垃圾卫生填埋场接纳要求,脱水后污泥将送至城市垃圾卫生填埋场填埋处理。 7. 污水可生化性分析 7.1. 污水可生化性分析的判别指标 根据第6章中所确定的拟建江东污水处理厂进、出水水质,拟建污水处理厂去除的主要污染物质为BOD5、COD、SS、TP、NH3-N,因此江东污水处理厂工程所推荐二级生化处理工艺应具有除磷脱氮功能。 目前城市污水处理厂最常采用的除磷除氮方法是生物处理方法,生物除磷除氮工艺具有运行费用低、管理方便等优点,在运行正常的情况下,均能满足处理要求。 能否很好地采用生化处理工艺对城市污水进行处理,主要取决于生物处理过程中自身营养能否平衡,相关的指标能否达到要求,主要判别指标如下: (1) BOD5/COD 该指标是鉴定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法,一般认为BOD5/COD>0.45可生化性较好,BOD5/COD<0.3较难生化,BOD5/COD<0.25不易生化。 (2) BOD5/TN 该指标是鉴别能否采用生物脱氮的主要指标,生物脱氮是缺氧阶段反硝化菌利用在好氧阶段产生的、由混合液回流带入的硝酸盐作为最终电子受体,氧化进水中的有机物,同时自身被还原为氮气从水中逸出,从而达到脱氮的目的。由于生物脱氮系统主要利用原污水中的基质作为反硝化的氢供体,该比值越大,反硝化进行越快,理论上BOD5/TN>2.86时反硝化过程才能进行,实际运行资料表明BOD5/TN>3才能使反硝化过程正常进行。 (3) BOD5/TP 该指标是鉴别能否采用生物除磷的主要指标,生物除磷是活性污泥中的兼性和好氧聚磷菌在厌氧条件下消耗细胞内贮存的聚磷产生能量,用于维持生命和吸收来自进水的溶解性有机物,把有机物转化为PHB储存起来,随着聚磷的分解,进行磷的释放。进入好氧阶段后,聚磷菌群降解体内的PHB产生能量,大量吸收液相中的磷,转化为聚磷,进入污泥细胞,经沉淀分离,把富含磷的剩余污泥排除,达到除磷的目的。进水中的BOD5是作为营养物供聚磷菌活动的基质,故BOD5/TP是衡量能否达到除磷的重要指标,一般认为该值>20,比值越大,除磷效果越明显。 7.2. 拟建污水处理厂设计进水水质可生化性分析 根据第6章对拟建江东污水处理厂设计进水水质分析,拟建江东污水处理厂设计进水水质可生化性分析如下: (1) BOD5/COD BOD5/COD=0.43(150/350),污水可生化性能较好。 (2) BOD5/TN BOD5/TN=3.75(150/40),具有较好的生化脱氮效果。 (3) BOD5/TP BOD5/TP=37.50(150/4),具有较好的生化除磷效果。 7.3. 结论 通过上述对拟建江东处理厂设计进水污染物浓度的可生化性分析可见,拟建江东污水处理厂工程污水处理工艺采用具有除磷脱氮功能的二级生化处理工艺是可行的。 8. 污水处理厂工艺方案确定 8.1. 二级生化处理工艺方案 根据第7章对拟建海口市江东污水处理厂进出水水质分析,拟建江东污水处理厂处理工艺应选用具有除磷脱氮功能的二级生化处理工艺,目前可以满足生物除磷脱氮要求二级生化处理工艺主要有以下几种常用工艺,分述如下: 8.1.1. 普通活性污泥法处理工艺(A2/O) A2/O(Anaerobic-厌氧、Anoxic-缺氧、Oxic-好氧)工艺是城市污水处理厂除磷脱氮常用的工艺,有成熟的运转经验。工艺流程示意图如图8-1所示。 图8-1 A2O工艺流程图 本工艺生物处理部分由厌氧池、缺氧池、好氧池组成。污水和外回流污泥首先进入厌氧池,兼性厌氧发酵细菌将污水中可生物降解的有机物转化为VFA(挥发性脂肪酸类)这类低分子发酵中间产物,而聚磷菌可将其体内存储的聚磷酸盐分解,所释放的能量可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存,另一部分能量还可供聚磷菌主动吸收环境中的VFA类低分子有机物,并以PHB(聚β羟丁酸)的形式在其体内存储起来,为防止污水产生沉淀,在此段设水下搅拌器;随后污水进入缺氧池,反硝化菌利用在好氧池产生的、由混合液回流带入的硝酸盐作为最终电子受体,氧化进水中的有机物,同时自身被还原为氮气从水中逸出,达到同时降低BOD5与脱氮的目的,此段可设水下搅拌器或一定数量的曝气器;接着污水进入曝气的好氧池,聚磷菌在吸收、利用污水中残余可生物降解有机物的同时,主要通过分解体内存储的PHB释放能量来维持其生长繁殖,同时过量的摄取周围环境中的溶解磷,并以聚磷的形式在体内存积起来,使出水中溶解磷浓度达到最低;而BOD5经厌氧池、缺氧池分别被聚磷菌和反硝化菌利用后,到达设有曝气装置的好氧池时浓度已有所降低,并在好氧池内被好氧微生物大幅度降解,BOD5浓度的降低利于自养型硝化菌的生长繁殖,并通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐。排放的剩余污泥中,由于含有大量能超量存积聚磷的聚磷菌,污泥含磷量可达6%(干重)以上。 A2O工艺工艺成熟、运行稳定、应用广泛,可作为必选方案之一。 8.1.2. 微曝氧化沟工艺 微曝氧化沟工艺是结合氧化沟的池型及微孔曝气方式而产生的,目前已有许多微曝氧化沟投入运行,都取得了满意的效果。 微曝氧化沟工艺流程简图8-2所示: 图8-2 微曝氧化沟工艺流程图 微孔曝气氧化沟就是采用高效节能的微孔曝气装置代替曝气机、转刷、转碟等曝气装置的氧化沟,利用水下推流器造成水力环流,这种氧化沟不仅保持氧化沟的耐冲击负荷,而且还具有无须设置初沉池、污泥稳定,产泥量少等诸多特点,采用微孔曝气,具有节能,水深可深于传统盘式氧化沟,节约占地等优点。在氧化沟前加选择池(厌/缺氧池),可保证高效的除磷脱氮效果。 单沟式微孔曝气氧化沟推流器和曝气头布置方式如下: 图8-3 单沟式微孔曝气氧化沟推流器和曝气头布置方式图 如上图箭头所示,泥水混合液进入池中以V≥0.3m/s的速度水平前进,此时DO浓度低,进入曝气头布置区后,随着曝气的进行,DO浓度不断上升,进入非曝气区后,由于微生物的作用,溶解氧不断被耗掉,DO浓度越来越低,进而进入下一个曝气区后,DO浓度又曝气的进行不断上升。周而复始,整个氧化沟形成如下的循环: 按曝气头布置区循环为: 不 曝区 曝气区 不曝区 曝气区 再循环 按DO变化则为: DO降 DO升 DO降 DO升 再循环 这就很好的造成缺氧、好氧相互交替的状况,再加上氧化沟前面设置缺氧池和厌氧池,是典型的A2O除磷脱氮工艺,可作为比选方案之一。 8.1.3. 曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池(简称BAF)是在生物接触氧化工艺的基础上,引入给水净化过滤机制而形成的一种新型的污水生物处理工艺。曝气生物滤池集生物氧化、生物絮凝、过滤、反冲洗更新等处理功能于一体(滤池后不设二沉淀池),通过滤料上生长的高浓度生物膜对污染物的生物降解以及滤层的机械拦截和生物絮凝对悬浮物的综合截留作用,实现对污水中污染物的有效去除。 BAF的池形类似于给水处理的V型滤池。滤板均匀安装布水(兼冲洗布气)滤头,装填比重略大于水的“下沉式”生物滤料;在滤料底层设置以曝气头曝气的布气系统,向上依次装填垫层和生物滤料;在滤池底部设置污水进水管、滤池冲洗水管和冲洗空气管。 BAF的运行方式采用水、气同向的上流式。经沉淀预处理后的污水由BAF下部进入池内,通过滤头均匀布水,同时通过曝气头曝气,水、气自下而上穿过滤层,实现对污水中含碳有机物(BOD)的降解、硝化氨氮、截留随污水进入的SS和脱落的生物膜,使最终出水满足排放或回用要求。 BAF的冲洗,采用先下向水洗(速降),继而气、水上向冲洗的方式,冲洗时滤料呈向上膨胀状态,冲洗(污)出水通过污水回收池和回收泵送入预处理单元。 曝气生物滤池工艺不仅具有污水除磷脱氮功能,且出水水质优于普通二级生化处理工艺,可作为比选方案之一。 8.1.4. MBR工艺 MBR是生化反应器和膜分离相结合的高效废水处理系统,用膜分离(通常为超滤)替代了常规生化工艺的二沉池。与传统活性污泥法相比,MBR对有机物的去除率要高得多。因为在传统活性污泥法中,由于受二沉池对污泥沉降特性要求的影响,当生物处理达到一定程度时,要继续提高系统的去除效率很困难,往往是延长很长的水力停留时间也只能少量提高总的去除效率。而在膜生化反应器中,由于分离效率大大提高,生化反应器内微生物浓度可从常规法的3~5g/l提高到15~25g/l,可以在比传统活性污泥法更短的水力停留时间内达到更好的去除效果,减小了生化反应器体积,提高了生化反应效率,而且出水无菌体和悬浮物。因此在提高系统处理能力和提高出水水质方面表现出很大的优势。 与传统工艺相比,MBR用膜分离技术代替了传统的泥水分离技术,也就决定了MBR有如下优势: 1. 膜技术可以全部截留水中的微生物,实现了水力停留时间和污泥龄的完全分离,使运行控制更加灵活,使延长污泥龄成为可能,这有利于增殖缓慢的硝化细菌的生长和繁殖,脱氮效率得到很大提高。同时由于系统具有很长的泥龄,产生的剩余污泥量很小; 2. 膜技术不但可以截留水中的微生物,还可以截留部分大分子的难溶性污染物,延长污染物在反应器内的停留时间,增加难降解污染物的去除率; 3. 由于MBR对COD、BOD、氨氮等主要污染指标去除率很高,加上出水基本不含SS,所以MBR的出水水质要好于传统工艺; 4. 由于膜系统的高截留率,使得反应器内可以保持高浓度的污泥浓度,通常是传统活性污泥法的3~5倍,高污泥浓度使得反应器容积较传统工艺小很多,加上高效率的深水供氧形式,生化部分占地面积要远小于传统工艺; 5. 膜技术相对传统的澄清、沉淀、气浮等泥水分离工艺来说可操控性强,受外界因素影响小,易于实现自控,整个MBR系统可以实现很高的自动化程度。 虽然MBR工艺对污染物的去除率较高,但其此工艺设备昂贵,日常运行维护费用高,因此不推荐该工艺方案作为本工程比选方案。 8.1.5. 循环式SBR工艺 间歇式活性污泥法或序批式活性污泥法简称SBR工艺,是近几十年来活性污泥处理系统中较引人注目的一种废水处理工艺。该工艺集缺氧、曝气、沉淀、出水于同一生物池中,通过控制系统在该生物池内交替完成不同的反应过程。其生物碳氧化硝化原理与推流式活性污泥法相同,具有成熟的运转经验和节省占地和构筑物的显著特点。近年来通过工程实践发展的SBR变型工艺有CASS法、UNTANK法、ICEAS法、循环式SBR工艺等。 循环式SBR工艺是SBR的一个种变型工艺,它与ICEAS法非常近似。其主体构筑物由预反应池(选择池)和SBR池串联组成,厌氧池中设曝气搅拌装置,在SBR池中充氧曝气设备、滗水器和污泥泵,污泥泵用于回流污泥至厌氧池和排放剩余污泥。与传统的SBR工艺相比,循环式SBR运行方式为连续进水(沉淀期和排水期仍保持进水),间歇排水,没有明显的反应阶段和闲置阶段。这种系统在处理市政污水和工业废水方面比传统的SBR工艺费用更省、占地更少。该工艺通常水力停留时间较长,工艺设施简单,目前在国内外已得到广泛应用。循环式SBR处理工艺流程详见图8-4。 图8-4 循环式SBR工艺工艺流程图 循环式SBR处理工艺节省占地、处理设施简单,但生物池时序控制较为复杂,因此不作为比选方案。 8.2. 二级生化处理方案比选 上述三种污水二级生化处理工艺参选方案的技术性能比较情况详见表8-1。 表8-1 污水二级生化处理参选方案技术性能比较表 方案 优点 缺点 A2O 处 理 工 艺 • 工艺成熟,运行稳定,应用广泛 • 功能划分清晰,便于操作管理 • 水下曝气,充氧效率高,成本低 • 处理效果,除磷稳定 • 工艺流程较复杂 • 工程投资偏高 • 设备数量多,操作运转复杂,难度增大,管理维修工作量及费用增大; • 构筑物多、占地面积大 氧 化 沟 工 艺 • 使用广泛、经验成熟、运行稳定。 • 厌氧、缺氧和好氧段功能划分清晰,除磷脱氮效果稳定。 • 采用水下曝气,充氧效率高,运行成本较低。 • 设备利用率高。 • 机械设备简单,便于管理操作 • 适应水量、水质变化能力较强。 • 需设置鼓风机和水下曝气系统,建鼓风机房。 • 水力停留时间长,电耗较高。 • 占地面积较大 BAF 工 艺 • 自动化程度高,运行管理简单。 • 构筑物少,占地面积小。 • 处理设施初期启动极为简单。 • 对间歇运行适应性强。 • 能较好的适应污水量逐步增加的要求。 • 抗冲洗负荷强。 • 设备简单 • 出水水质优于其他二级生化处理工艺 • 需设置初沉池。 • 需辅助化学除磷设施,加药量较大。 • 生物池需进行反冲洗。 8.3. 二级生化处理工艺确定 通过上述比较可看出:曝气生物滤池(BAF)工艺优点比较突出:占地小;出水水质效果好;运行稳定、可靠;运行管理方便,可减轻后续污水深度处理负担,因此本工程推荐采用曝气生物滤池工艺作为江东污水处理厂工程二级生化处理工艺方案。 8.4. 污水深度处理方案比选 按照我国城市污水二级处理出水的水质情况和污水再生发展现状,参考《污水再生利用工程设计规范》,中水处理厂通常采用下列基本工艺:城市污水经二级生物处理后,投加化学药剂,进行混凝、沉淀(澄清)、过滤和消毒。当作为回用水进水水源的水质净化厂二级出水水质较好时,上述基本工艺可适当简化,即中水源水加药絮凝后直接过滤、消毒,便可投入使用。 当回用水水质有特殊使用要求时,也可增加其它深度处理工艺。对于水质要求更高的回用水项目,可在处理流程中增加活性炭吸附、电渗析、离子交换、臭氧氧化、微滤、反渗透等单元技术中的一种或几种组合,通常基本工艺(混凝-沉淀-过滤工艺)仍可作为这些深度处理工艺的预处理手段。 例如,为了去除色度、氯离子等,确保出水水质,可在工艺流程中增加活性炭吸附单元;为了给高浓度含盐水(大于500mg/l)除盐,可采用电渗析技术,但由于电渗析处理工程投资较高,一般只用于小规模的水处理项目;当给低压锅炉补水时,采用钠树脂软化处理(进水总硬度应小于5mmol/l),出水残余硬度小于0.03mmol/l,满足低压锅炉补给水要求;当生产饮用纯水、工业纯水或超纯水时,可采用反渗透除盐处理,如对出水的电导率要求较高时(如小于0.1μS/cm),需增加离子交换树脂混合床,出水电导率约为0.06μS/cm,等等。 本项目出水对水质要求相对于再生水回用标准不是很严格,采用再生水处理的基本工艺(混凝-沉淀-过滤工艺)基本可以满足要求。因此,本项目以混凝-沉淀-过滤工艺为基础进行工艺比选。 方案的初选以混凝-沉淀-过滤工艺为基础进行,主要进行投加的混凝剂和反应池的池型进行组合对比。以下对二个方案进行比较。 8.4.1. 方案一 ——纤维转盘滤池过滤工艺 选用纤维转盘滤池过滤工艺。污水厂二级生化处理出水经管道混合器将水与投加的无机高分子混凝剂(碱式氯化铝)混合后直接接入集微絮凝、过滤为一体的纤维转盘滤池过滤,滤后水经消毒后排放。纤维转盘过滤工艺流程图见图8-5。 图8-5 纤维转盘过滤工艺流程图 纤维转盘滤池结构如下图所示: 图8-6 纤维转盘滤池结构图 纤维转盘的作用在于去除污水中以悬浮状态存在的各种杂质,提高污水处理厂出水水质,使处理水SS达标。 纤维转盘滤池结构如图所示,它由用于支撑纤维转盘的垂直安装于中央集水管的平行过滤转盘串联起来组成。一套装置过滤转盘数量一般为2~20个,每个过滤转盘是由6小块扇形组合而成。过滤转盘由防腐材料组成,每片过滤转盘外包有纤维转盘。反冲洗装置由反洗水泵、反抽吸装置及阀门组成,排泥装置由排泥管、排泥泵及阀门组成,排泥泵与反洗水泵为同一水泵。 纤维转盘滤池的运行状态包括:过滤、反冲洗、排泥状态。 (1)过滤:污水重力流进入滤池,滤池中设有布水堰。污水通过纤维转盘过滤,过滤液通过中空管收集,重力流通过出水堰排出滤池。整个过程为连续。 (2)清洗:过滤中部分污泥吸附于纤维转盘外侧,逐渐形成污泥层。随着纤维转盘上污泥的积聚,纤维转盘过滤阻力增加,滤池水位逐渐升高。通过液位计监测池内液位变化。当该池内液位到达清洗设定值(高水位)时,PLC即可启动反洗泵,开始清洗过程。纤维转盘上的污泥通过反抽吸装置,经由反洗水泵,排出滤池体外。清洗时,滤池可连续过滤。 过滤期间,过滤转盘处于静态,有利于污泥的池底沉积。清洗期间,过滤转盘以1转/分钟的速度旋转。反洗水泵负压抽吸纤维转盘表面,吸除纤维转盘上积聚的污泥颗粒,过滤转盘内的水自里向外被同时抽吸,并对纤维转盘起清洗作用。瞬时冲洗面积仅占全过滤转盘面积的1%左右。反冲洗过程为间歇。 清洗时,2个过滤转盘为一组,通过电动阀控制。 (3)排泥:纤维转盘滤池的过滤转盘下设有斗形池底,有利于池底污泥的收集。污泥池底沉积减少了纤维转盘上的污泥量,可延长过滤时间,减少反洗水量。经过一设定的时间段,PLC启动排泥泵,通过池底穿孔排泥管将污泥回流至厂区排水系统。其中,排泥间隔时间及排泥历时可予以调整。 纤维转盘滤池的池体有混凝土池体和钢池体两种,可根据具体情况分别选用。 现有的纤维转盘结构及反冲洗频率和强度使得本过滤设备的运行基本不受藻类滋生问题的影响,首先,纤维转盘结构为大孔隙支撑层及纤维毛层,反抽吸时,在反抽吸口处纤维毛会完全直立起来,清洗比较彻底,残留很难累积。再次,本过滤设备的反冲洗频率为40min-60min一次,比较密集,且反冲洗强度较大,为27m3/m2.min,使得藻类滋生非常困难。 另一方面从我们的工程应用经验来看,目前使用的纤维转盘运行很难受藻类滋生问题的影响。 纤维转盘滤池的独特设计使其具有诸多优点: 出水水质好,耐冲击负荷 纤维转盘滤池截留效果好,在进水SS不大于20mg/l的情况下,出水SS可小于10mg/l。进水堰设计独特,可消能防止扰动。过滤与反冲洗同时进行,瞬时只有池内单盘的1%面积在进行反冲洗,过滤是连续的,抗冲击负荷能力强。 占地面积小 与传统的过滤设备不同的是:传统过滤设备内水流一般从上至下,或从下至上流动,属于平面方向过滤,纤维转盘滤池则将过滤面竖直起来,水流从左至右流动,因此很多过滤面可以并排布置,可以在保证过滤面积足够大的前提下大大减少占地面积。另外,设备简单紧凑,附属设备少,根据布置情况,附属设备只需占用少量地方。 设备闲置率低,总装机功率低 一般情况下,反冲洗间隔时间为60分钟,每个滤盘的冲洗时间为1分钟。所有滤盘几乎总处于过滤状态,设备闲置率低。处理量为1万m3/d及以上的纤维转盘滤池总装机功率仅略大于5Kw。 运行自动化 整个过程由计算机控制,可根据液位或时间来控制反冲洗过程及排泥过程的间隔时间及过程历时。 维护简单、方便 纤维转盘滤池机械设备较少,泵及电机均间隙运行,过滤时滤盘是静止的,只有反冲洗或排泥时,泵或电机才运转。纤维转盘磨损较小,滤盘易于更换,更换一个盘仅需10分钟。 滤前处理系统的事故对滤池的影响较小,并且恢复较快。 在工程运行当中,滤前的生化处理系统难免会出现一些事故,导致生化池内的污泥排放至滤池内。对于纤维转盘滤池而言,污泥污染的只是滤盘的外侧,而对接触滤后水的滤盘内侧没有污染,所以影响很小,并且滤池内的污泥可以通过排泥管迅速清除,恢复较快。 设计周期和施工周期短 纤维转盘滤池为模块化设计,与外部的接口较少,设计周期短。其安装简便,施工周期也短。 8.4.2. 方案二——隔板絮凝沉淀+均质滤料滤池工艺 采用隔板絮凝沉淀+均质滤料滤池工艺。水质净化厂二级出水由泵提升后经列管式混合器将絮凝剂与进水混合,流入隔板絮凝池,在沉淀池沉淀后,出水经均粒滤料滤池过滤,滤后水经消毒后排放。方案二工艺流程图见图8-7。 图8-7 隔板絮凝沉淀+均质滤料滤池工艺流程图 隔板絮凝沉淀池以混合和絮凝过程有效控制设备形式,利用湍流涡旋控制原理和边界层理论,可使混合效率高、药剂利用充分、絮凝形成的矾花粒度好、尺度合适、密度大。沉淀既利用了浅池沉淀原理,又增加和强化了接触絮凝过滤网捕作用,小颗粒泄漏少、沉淀后出水浊度低。沉淀后出水自流入均质滤料滤池,经滤料层进一步截留细小的悬浮物,使出水水质达标。 8.4.3. 深度处理方案选择 参选方案技术性能比较,详见表8-2。 表8-2 工艺方案技术性能比较表 方案 优 点 缺 点 方案一 • 处理工艺流程最为简洁,处理构筑物少; • 设备较少,运行维护量简单,成本低; • 采用的单元操作方式,易于二期扩建; • 出水水质好,耐冲击负荷; • 占地面积最少; • 运行自动化,事故影响小; • 过滤连续,冲洗时过滤不间断; • 设备部分需要进口,设备费用较高,但土建费用低于方案二,总投资相差不多; • 自动化程度较高,需要较高自控水平; 方案二 • 混合、絮凝、沉淀功能划分清晰,运行管理经验丰富; • 没有污泥产生,后续处理工作量较小; • 进水水质的波动,对出水水质影响较大。 • 构筑物多,占地面积较大; • 增加气水反冲段工序,设备数量多,管理工作量大; • 运行成本较方案二大。 方案一,纤维转盘滤池集混凝、过滤一体,运行自动化,控制管理方便,虽设备费用高于方案二,但其占地最少,水力流程简单,水头损失小,能耗低;构筑物少,从而减少了土建投资,因而工程费用与方案二基本相同,且其设备自动化程度高,管理方便,运行成本最低。方案二,增加混凝沉淀构筑物,占地较大,处理单元较多,反冲阶段管理较方案一复杂,运行成本较方案一高。 综合以上分析,推荐方案一——纤维转盘滤池工艺为本工程的推荐深度处理工艺方案。 8.5. 污水消毒工艺比选 消毒是污水处理工艺流程中必不可少的工序,为保证公共卫生安全,防治传染性疾病传播,根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB l8918-2002)一级A标准的要求,出水中粪大肠菌群数必须≤1000个/l,因此,污水处理厂的设计中必须考虑设置消毒设施。 消毒方式大体上可分为物理法和化学法二种。物理方法有加热、冷冻、γ或Χ射线照射、紫外线和微波消毒等;化学法主要采用化学药剂进行消毒,如氯气、二氧化氯、臭氧、高锰酸钾、次氯酸钠、过氧化氢、过乙酸、重金属及其化合物等。目前,在国内外污水处理厂中,常用的消毒方法有液氯(及其附属产品)和紫外线消毒。 液氯消毒使用比较普遍,消毒效果可靠,有成熟的运行使用经验。但是,液氯泄漏会引起爆炸和人员中毒,有危险性,且不易购买运输;液氯(及其附属产品)的消毒方式需要足够的接触时间,因此,占地面积大,土建工程投资费用高;近年来,发现氯氧易与水中有机物发生反应,对消毒效果产生影响,另外其反应产生的卤化物(二氯甲烷、三氯甲烷、卤代烷烃等)、对人、畜有毒害,许多还是致癌、致畸、致突变物质。 紫外线消毒技术具有高效、广谱、无二次污染、占地少、无噪音、一次性投资及运行维护费用低、安全及操作运行维修简单等诸多优点。近年来,国内外许多污水处理厂已采用该技术作为最终出水的消毒方式。在主要技术参数上,紫外消毒技术明显优于其它我国目前的主流污水消毒技术。在相同的消毒效果情况下,紫外技术消毒所需的剂量最少。 从经济方面分析,由于液氯消毒方案需设置加氯间、药库等生产附属用房,因此其土建费用高,而紫外线消毒方案只需设置一条消毒渠道和一间控制室,土建内容较液氯消毒方案少,因此从一次性投资分析,紫外线消毒方案具有较大优势。在实际运行时,液氯消毒每日需投加药剂,而紫外线消毒方式只需用少量电源即可达到理想消毒效果,因此从运行成本分析紫外线消毒方案亦优于液氯消毒方案。 通过经济、技术等多方面综合比较,液氯消毒虽然杀菌效果很好,工艺较为成熟,但是占地面积大,会产生有毒有害的消毒副产物,存在着运行安全的隐患;紫外线消毒工艺运行安全可靠,操作方便,占地面积小,不产生消毒副产物,不会对环境造成任何影响,对排放水体中的生物没有危害,用于本项目是适当的、可行的。根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)要求,“城镇污水处理厂宜采用紫外线或二氧化氯消毒,也可用液氯消毒”,因此,确定本工程污水处理厂消毒方案采用紫外线消毒方案。 8.6. 鼓风曝气方式及鼓风曝气设备比选 8.6.1. 鼓风曝气方式比选 污水处理的供氧方式一般分为表面曝气和水下鼓风曝气两种。 表面曝气方式多用于氧化沟工艺,也可用于MSBR工艺。主要设备为倒伞形表曝机、转刷、转碟、浮筒表曝机等。这些设备直接利用室外空气向水中供氧,由于是在污水表面进行曝气,因此氧利用率低,且设备散热量较大,不能将设备所散发热量充分传至污水,不利于污水温度的保持。此种曝气方式不需单独设置鼓风机房,节省土建投资。 水下鼓风曝气是通过鼓风机、曝气管路、水下曝气头将空气送入污水中,以实现向水中充氧的目的。以微孔曝气为代表的鼓风曝气系统具有充氧效率高(一般在25%以上)、节能效果显著的优点,充氧效率随水深增加而提高,对于5.0~6.0m以上的深池,系统总动力效率(清水)一般均在3.5kgO2/kw•h以上。空气通过鼓风机时,由于增压作用,温度会有所升高,鼓风机出口气温通常可达70~120℃,对防止污水热量散失、保持水温具有一定的积极作用,从而更有利于污水中各种生化反应的进行。综合考虑两种曝气方式优缺点,本工程生物反应池(微曝氧化沟)采用水下鼓风曝气充氧方式。 8.6.2. 鼓风设备比选 目前常用鼓风设备主要有离心式鼓风机、罗茨鼓风机、空气悬浮鼓风机、磁悬浮鼓风机等,由于本工程所选用二级生化处理工艺对于风量及风压要求较高,罗茨鼓风机及磁悬浮鼓风机单台风量较小,如选用此两种形式的鼓风设备,需选用较多台数,势必增加工程投资及日常运行成本,因此只对离心式鼓风机及空气悬浮鼓风机进行技术性能比较,选择其中技术性能优越者作为本工程推荐鼓风设备。 8.6.2.1. 主要技术性能指标比较 表8-3 空气悬浮鼓风机、单级高速离心鼓风机主要技术指标比较表 比较项目 空气悬浮式鼓风机 单级高速离心鼓风机 大小 体积小,建筑面积仅需后者的1/3,可建设于曝气池上部,节约占地 体积大,鼓风机房建筑面积大,需配置大型起重设备 重量 轻,重量仅为后者的1/5,不需要特别建设基础 重,需要特别设计建设设备基础 结构 简单 复杂 附属系统 无 油箱,齿轮箱,油冷却系统, 振动 无振动 振动大,需要减震措施 安装 安装非常简便 重量大,安装工程复杂 噪音 本机噪音在80分贝以下(无需隔音罩) 噪音在95分贝以上(一般加隔音罩) 机器效率 高 高 8.6.2.2. 轴承比较 表8-4 空气悬浮鼓风机、单级高速离心鼓风机轴承比较表 空气悬浮鼓风机轴承 单级高速离心鼓风机轴承 比较项目 空气悬浮鼓风机轴承 单级高速离心鼓风机轴承 轴承类型 空气悬浮轴承 滑动轴承 润滑油 不需要 需要特别的润滑系统保障机器的正常运行,有严格的操作程序 使用寿命 半永久性 10,000小时,需要更换 维护保养 不需要 每年需进行两次保养,保养费用高 故障率 低 60%以上的风机故障是由于它产生的 使用转速 30,000~40,000转/分钟 12,000~16,000转/分钟 8.6.2.3. 叶轮比较 表8-5 空气悬浮鼓风机、单级高速离心鼓风机叶轮比较表 空气悬浮鼓风机叶轮 单级高速离心鼓风机叶轮及入口导叶 比较项目 空气悬浮鼓风机叶轮 单级高速离心鼓风机叶轮 材质 SUS630高强度不锈钢 铸铝合金 制造工艺 失蜡法精密铸造,规模化生产,保证产品的稳定性、精确性 五轴数控加工中心 寿命 30年 10年 运行性能 材质强度高,耐磨耐腐蚀能力强,长时间高速运转磨损很少,效率不会下降,性能稳定 高速运转时,随着素材的磨损,性能的减少比较大,对进风过滤精度要求高 叶轮效率 材料抗变形力强, 采用最合适的效率角度及叶轮半径设计, 效率高, 动作范围广,效率非常高 高 抗变形能力 强 一般 对空气质量要求 低 高 空气力学性能 因抗变形力余地充分, 并且采用最合适的效率角度设计, 所以效率高, 动作范围广 根本上不是依据材质而是依据设计为了少受压力, 不得不把效率角制造得低 所以效率低, 动作范围减少 8.6.2.4. 风量风压调节系统比较
表8-6 空气悬浮鼓风机、单级高速离心鼓风机风量风压调节系统比较表 比较项目 空气悬浮鼓风机调速系统 单级高速离心鼓风机叶轮调速系统 类型 通过智能化直流调速系统改变轴的回转数来调节风压风量 通过改变进出口导叶的开度来调节风量 效率 通过电子方式可以频繁的调节风压风量,调节速度快,效率高 通过机械方式调节,反应速度慢,范围小,操作难度大 工作范围 工作范围广,压力调节幅度大,自动根据管网情况调整压力输出,有效地节约电费 压力调整范围小,对SBR工艺电费浪费严重 8.6.2.5. 电机比较 表8-7 空气悬浮鼓风机、单级高速离心鼓风机电机比较表 比较项目 空气悬浮鼓风机电机 单级高速离心鼓风机电机 马达 永磁无刷高速直流电机+调速系统 高效交流电动机 效率分析 电机效率高,可达97% 在低负荷状态下效率下降1~2% 电机效率在满负荷时效率高,可达96% 在低负荷状态下效率下降10~30% 大小 体积小,重量轻 体积大 寿命 电机发热量小,寿命长 发热量大,寿命短 控制转数 可以,调速精度非常高 不 能 8.6.2.6. 风机控制系统比较 表8-8 空气悬浮鼓风机、单级高速离心鼓风机风机控制系统比较表 比较项目 空气悬浮鼓风机控制面板 单级高速离心鼓风机控制盘 控制面板 有启停按钮,液晶面板上面即时反馈进出口温度,压差,功率,转速和流量等参数 启停按钮,流量,温度等参数 控制方式 就地,远程 就地,远程 运行方式 启动,停止,无负荷运转 启动,停止 操作 操作简单,可根据压力或溶解氧信号进行随时进行调节 可进行简单的调节,调控难度大 配套设备 不需要 需配套流量计、压力计、温度计等投资高 8.6.2.7. 鼓风曝气设备的确定 通过上述技术经济性能比较可见,空气悬浮鼓风机无论在技术性能或价格上均由于单级高速离心鼓风机,因此本工程选用空气悬浮鼓风机作为鼓风曝气设备。 8.7. 污泥处理工艺比选 8.7.1. 污泥处理要求 污水生化处理过程中将产生大量的生化污泥(剩余污泥),剩余污泥的有机物含量较高且不稳定,易腐化,并含有寄生虫卵,若不妥善处理和处置,将造成二次污染。 污泥处理要求如下: 减少污泥中的有机物,使污泥稳定化。 减少污泥体积,降低污泥后续处置费用。 减少污泥中有毒物质。 利用污泥中可用物质,化害为利。 因选用生物脱氮除磷工艺,尽量避免磷的二次污染。 8.7.2. 污泥处理工艺 8.7.2.1. 影响污泥处理处置的主要因素 目前,我国城市污水处理厂及各工业企业污水处理厂所产生的污泥处理及最终处置方式,已普遍成为制约城市发展、提升城市形象和改善城市环境的重点难题之一。国内大多数污水处理厂现阶段仍采用机械浓缩脱水方式处理厂内污泥,脱水后泥饼(含水率80%左右)基本均运至城市垃圾卫生填埋场进行填埋处置,占用大量填埋场库容和城市土地资源,且卫生条件较差,对大气、土壤、水体等自然环境存在二次污染的风险。污泥处理处置之所以成为棘手问题,除受经济条件与政策方面因素影响外,在很大程度上是由于污泥的不良性质所造成,影响污泥进一步处理处置的主要障碍因素有: 机械脱水后污泥含水率高,造成污泥产量大(体积大);热干化成本高;用于填埋时,填埋体存在易变形引起滑坡等潜在安全隐患,不适宜碾压作业;二次污染风险使土地利用受限制。 部分污水厂污泥存在重金属超标等情况,严重影响污泥利用效果,并危及食物链安全等问题。 恶臭和病源微生物等问题难解决,限制污泥干化后的再利用,特别是土地利用等。 污泥处理处置成本高,由于经济条件所限,国外热干化技术对现状国内大部分城市及工业企业污水处理厂不适用。 由上分析,实现污泥高效浓缩以减少污泥体积、实现污泥高干度脱水,大幅度降低脱水后污泥产量和实现污泥无害化,对降低污泥处理成本和推进后续最终处置及资源化利用具有十分重要的意义,是目前我国污泥处理厂污泥处理处置所面临和亟待解决的问题。 8.7.2.2. 参选方案的确定 为实现污水处理厂排出污泥含水率稳定达标(≤60%),关键是需要确定适合当地实际情况的污泥处理处置工艺路线和工艺流程。目前国内外应用于工程实践并取得成功的经验的工艺路线较多,但大部分是在污泥厌氧消化、好氧堆肥、石灰稳定、热干化、焚烧、微生物降解六类基本处理处置工艺上发展、衍生而来的,且均考虑了工程投资、运行成本、工程运行安全可靠及可持续性、与污水处理厂运行的结合、实现污泥资源化的前景等多种因素,因地制宜的确定最终污泥处理处置方式。 1. 污泥厌氧消化 污泥厌氧消化也称为污泥厌氧生物稳定,它的主要目的是减少原污泥中以碳水化合物、蛋白质、脂肪形式存在的高能量物质的含量,即通过降解使高分子物质转变为低分子有机物。在实现这一主要目的的同时,改善了污泥脱水性质、减少病源菌和减少产生异味物质的含量。 污泥厌氧消化是指在厌氧的条件下,由兼性菌和专性厌氧菌降解污泥中的有机物,最终转化为水、二氧化碳和甲烷的过程,它是目前国际上最为常用的污泥生物处理方法,同时也是大型污水处理厂最为经济的污泥处理方法。污泥厌氧消化工艺的主要构筑物是厌氧消化池,通过厌氧消化,污泥中的有机物被分解,可使污泥稳定化,其中大部分病源菌或蛔虫卵被杀灭,使污泥达到无害化,同时,该方法能够产生大量高热值的沼气,作为能源被利用,实现了污泥的资源化。但是,污泥厌氧消化工艺系统复杂、工艺流程长、系统设备多、沼气利用系统安全运行要求高,且系统投资规模大、运行维护工作量大、关键设备需采用进口产品,同时厌氧消化后污泥仍需调质并使用专用深度脱水设备,方能达到本项目排出污泥含水率的要求。鉴于上述因素,污泥厌氧消化工艺不做为本工程污泥处理处置参选方案。 2. 污泥好氧堆肥 污泥好氧堆肥也称好氧发酵,通常是指在高温好氧条件下,通过好氧微生物的生物代谢作用,使污泥中的有机物转化成稳定的腐殖质的过程。代谢过程中同时产生热量,可使堆料层温度升高至55℃以上,能够有效杀灭病源菌、寄生虫卵和杂草种籽,并使水分蒸发,实现污泥稳定化、无害化、减量化。经过好氧发酵的污泥其含水率可降至40%左右,对脱水后污泥可实现达60%左右的减量。在污泥中重金属等有毒、有害物质不超标的前提下,一般可做为有机农肥使用,目前在国内外已有较多成功运行的工程案例。 污泥好氧发酵通常包括前处理、好氧发酵、后处理和贮存等过程。前处理包括破碎、混合、含水率和碳氮比的调整、进料;后处理主要包括破碎和筛分,发酵产物加工(干燥和造粒)和存储等。发酵反应系统是污泥好氧发酵工艺的核心,可根据工艺类型、物料运行方式、供氧方式的适用条件,进行合理的选择使用,灵活搭配构成各种不同的工艺流程。按好氧发酵工艺类型分为一步发酵工艺和二步发酵工艺;按物料在发酵过程中运行方式分为静态发酵,动态发酵,间歇动态发酵;按发酵堆体结构形式主要分为条垛式和发酵池式。污泥好氧发酵的供氧方式有自然通风、强制通风、强制抽风、翻堆、强制通风加翻堆。好氧发酵的主要工艺设备包括:混合—破碎设备、输送—铺料设备、翻抛设备、出料设备、供氧设备、监测仪表、自控系统等,新型好氧发酵工艺还包括膜覆盖系统。 污泥好氧发酵过程中会产生恶臭气体、粉尘及渗滤液等二次污染物质,必需对此进行控制和处置,同时,翻抛设备噪声、室内高温、高湿和蚊蝇等,也对工作环境和运行设备使用寿命产生不利影响,且好氧发酵工艺较其它污泥处理处置工艺占地面积大。 根据海口市江东污水处理厂工程总平面布置,并综合考虑近远期工程结合等因素,分析认为:好氧发酵工艺占地较大,不适用于本工程项目,故不做为本工程污泥处理处置参选方案。 3. 污泥石灰稳定 污泥石灰稳定工艺系通过向污泥中(脱水前或脱水后污泥)投加一定比例的生石灰(某些工艺需伴投部分调理药剂)并均匀混掺,生石灰和调理剂与污泥中的水分发生化学反应,生成氢氧化钙和碳酸钙等固态稳定化合物,并释放热量。石灰稳定工艺对污泥可产生以下作用: 灭菌和抑制腐化。温度的提高和pH的升高可以起到灭菌和抑制污泥腐化的作用,尤其在pH≥12的情况下效果更为明显,大量降低脱水后污泥恶臭气体排放量,从而可以保证在利用或处置过程中的卫生安全性。 脱水。根据石灰投加比例(占湿污泥的比例)的不同(5%~30%),并配合后续污泥脱水工艺,可使含水率降至60%~45%。通过后续反应和一定时间的堆置,含水率可进一步降低。 钝化重金属离子。投加一定量的生石灰(CaO)使污泥成碱性,可以结合污泥中的部分金属离子,钝化重金属,抑制其不利影响。 污泥改性、颗粒化。可改善储存和运输条件,避免二次飞灰、渗滤液泄漏。 可实现污泥液中总磷去除。在污泥中投加生石灰,可与污泥液中溶解性总磷发生化学反应,生成Ca3(PO4)2等固态稳定化合物,实现除磷目标,可减少泥区化学除磷设施规模及投资。 经石灰稳定工艺处理后的污泥可以做为建材利用、水泥厂协同焚烧、酸性土壤改良、垃圾卫生填埋场覆盖土等使用。采用石灰稳定技术需考虑使用地石灰来源的稳定性、经济性和质量方面的可靠性。 石灰稳定工艺按生石灰投加点可分为脱水前投加和脱水后投加两种方式。 石灰稳定工艺系统主要由输送系统(包括湿泥和成品污泥输送)、石灰仓储与计量给药系统(含其它调理剂)、污泥脱水系统、混合反应系统、废气收集及处理系统、监测仪表、自控系统等组成。 由于污泥石灰稳定工艺占地面积小、工程投资及运行成本相对较低,适用于本项目污泥处理条件要求,因此将该工艺做为本项目污泥处理参选方案之一。 4. 污泥热干化 污泥热干化技术是指通过污泥与热媒之间的传热作用,脱除污泥中水分的工艺过程。该工艺可使污泥含水率降至10%~30%,是除污泥焚烧外,可使污泥最大减量化的污泥处理工艺。 工程实际应用时,一般应根据污泥处理处置的需要和实际条件选择干化的类型和工艺技术。污泥热干化工艺应与余热利用相结合,不宜单独设置热干化工艺,可充分利用污泥厌氧消化处理过程中产生的沼气热能、垃圾和污泥焚烧余热、热电厂余热或其他余热干化污泥。 污泥热干化系统一般包括储运系统、干化系统、尾气净化与处理、电气系统。自控仪表系统、消防与防爆系统、其辅助系统等。储运系统主要包括污泥料仓、污泥泵、污泥输送机等;干化系统以各种类型的干化工艺设备为核心;尾气净化与处理包括干化后尾气的冷凝和处理系统;电气、自控仪表系统包括满足系统监测控制要求的电气和控制设备;消防、防爆和辅助系统包括压缩空气系统、给排水系统、通风采暖、消防、防爆系统等。 污泥干化设备系污泥热干化系统的核心装置,分为直接加热和间接加热两种方式,考虑到系统的安全性和防止二次污染,一般工程中均采用间接加热的方式。目前,国内外污水(污泥)处理厂应用较多的污泥干化工艺设备包括流化床干化、带式干化、桨叶式干化、卧式转盘式干化、立式圆盘式干化和喷雾干化等六种工艺设备。可用于污泥热干化的热源主要有:天然气、燃油、蒸汽、烟气、燃煤、沼气等,热媒主要有:导热油、热水、蒸汽、热气体(空气、氮气、过热蒸汽或烟气)。 污泥热干化工艺占地面积小、集约化程度高,但工艺流程较长、系统相对复杂、各系统工艺设备繁琐、运行管理水平及系统安全要求高、工程投资及运行成本高,且目前拟建江东污水处理厂厂区周边无稳定可靠热源和热媒,因此污泥热干化工艺现阶段尚不适用于本工程,故此工艺不做为本工程污泥处理处置项目参选方案。 5. 污泥焚烧 污泥焚烧是指在一定温度和有氧条件下,污泥分别经蒸发、热解、气化和燃烧等阶段,其有机组分发生氧化(燃烧)反应生成CO2和H2O等气相物质,无机组分形成炉灰、渣等固相惰性物质的过程,即利用污泥中的热量(热值)和外加辅助燃料,通过燃烧实现污泥彻底无害化处置的过程。污泥焚烧类型包括单独焚烧,以及与工业窑炉的协同焚烧。单独焚烧是指单独建设焚烧设施对污泥进行的焚烧。与工业窑炉的协同焚烧是指利用已有的工业窑炉焚烧污泥。污泥焚烧技术是污泥最终处置方式之一。 污泥焚烧系统主要由污泥接收、贮存及给料系统、热干化系统、焚烧系统(包括辅助燃料添加系统)、热能回收和利用系统、烟气净化系统、灰/渣收集和处理系统、电气和自控仪表系统及其他公共系统等组成。污泥接收、储运系统主要包括料仓、污泥泵、污泥输送机等;烟气净化及灰/渣收集和处理系统主要包括脱硫塔、自动喷雾系统、活性炭仓、除尘器、碱液系统等;电气和自控仪表系统包括能满足系统监测控制要求的电气和控制设备;其他公共系统包括压缩空气系统、给排水系统、通风采暖、消防系统等。污泥干化系统和焚烧系统是整个系统的核心,国内外污泥焚烧工程一般均同步实施污泥热干化前处理工艺(半干化或全干化),以降低污泥含水率,提高污泥热值,降低运输和贮存成本,减少燃料和其他物料的消耗。 单独焚烧技术是指在专用污泥焚烧炉内单独处置污泥,焚烧炉主要包括流化床焚烧炉、回转窑式焚烧炉和立式多膛焚烧炉。流化床焚烧炉是目前单独焚烧技术中应用最多的焚烧装置,主要有鼓泡式和循环式两种,其中尤以鼓泡流化床焚烧炉应用较多。 协同焚烧技术主要包括以下几种形式: 污泥与生活垃圾混烧。在生活垃圾焚烧厂的机械炉排炉、流化床炉、回转窑等焚烧设备中,污泥可以直接进料或混合进料的方式与生活垃圾混合焚烧。但是,污泥与生活垃圾直接混合焚烧时会增加烟气和飞灰产生量,降低灰渣燃烬率,增加烟气净化系统的投资和运行成本,降低生活垃圾发电厂的发电效率和垃圾处理能力。 污泥的水泥窑协同处置。该技术是污泥经水泥窑产生的高温烟气干化后,进入水泥窑煅烧,可替代部分黏土作为水泥原料,达到协同处置污泥的目的。干化后的污泥可在窑尾烟室(块状燃料)或上升烟道、预分解炉、分解炉喂料管(适用于块状燃料)等处喂料。利用水泥窑系统处置污泥时必须控制进料污泥中的硫、氯和碱等有害元素含量,以保证出窑水泥的质量。 污泥的燃煤电厂协同处置。该技术是利用燃煤电厂的循环流化床锅炉、煤粉锅炉和链条炉等焚烧炉,将污泥与燃煤混合焚烧。一般为提高污泥处置的经济性,通常优先利用电厂余热干化污泥后再进行混烧。直接掺烧污泥会降低焚烧炉内温度和焚烧灰的软化点,增加飞灰产生量,增加除尘和烟气净化负荷,降低系统热效率,并引起低温腐蚀等问题。 污泥焚烧过程中会产生恶臭气体、烟气、灰渣、飞灰和废水等二次污染物质,必需对此进行控制和处置。 污泥焚烧工艺技术先进、处置污泥效果佳,能够完全实现污泥的“减量化、稳定化、无害化、资源化”要求和污水厂污泥的零排放,但该工艺流程较长、处置系统极为复杂、各系统工艺设备繁多、关键系统技术和设备需进口、运行管理水平及系统安全要求高、工程投资及运行成本最高,且目前海口市江东污水处理厂尚不具备实施污泥焚烧技术条件,因此该工艺现阶段不适用于本工程,故此工艺不做为本工程污泥处理处置项目参选方案。 6. 污泥生物降解 为解决污水处理厂污泥排出存在的诸多问题,目前,国内部分高校和环境工程公司开发研制了多种污泥生物降解工艺和技术,并已逐步在工程实践中得以验证和应用。污泥生物降解工艺大多是利用先进的生物工程技术,创建和利用特有微生物生态系统环境及食物链,实现污泥改性和大幅度消减污泥量。 污泥生物降解工艺通常是在生物反应器内为不同类型的微生物提供适宜的生长环境,构成细菌→原生动物→后生动物→高级微型动物的食物链生态系统,在反应器内,较高级的微生物可大量捕食以细菌等低级微生物为主体的剩余活性污泥。大部分污泥生物降解工艺均具有好氧反应段(充氧曝气),部分工艺尚需向反应器内投加营养药剂,以维持专有微生物(降解污泥微生物)生长和繁殖,保证系统持续、稳定运转。目前,国内已在实际工程中得到应用的污泥生物降解工艺主要有:生物沥浸污泥干化技术、水蚯蚓原位消解技术(水蚯蚓—微生物共生泥水同步降解工艺)、多级接触氧化生物污泥降解技术等,上述工艺、技术已取得较好的工程实践效果。 经生物降解后的污泥配合机械脱水设备进行处理后,可使排出污泥含水率降至60%以下,减量50%以上,经1~2d堆放后,含水率可降至40%~50%,实现污泥减量化;可去除、消减污泥中重金属含量,减少恶臭气体排放量,灭活病源菌,实现污泥无害化;可维持污泥中有机质含量,保持污泥热值不变,利于后续焚烧和土地利用等最终处置工艺,为实现污泥资源化创造有利条件。 污泥生物降解工艺属国内自主创新先进技术,其占地面积小、满足本工程污泥减量要求、工艺流程简捷、系统设备简单(大多可采用国产优质产品)、运行维护便利、可实现连续自控运转、工作环境安全可靠、工艺过程的副产物较少、处理后污泥资源化利用范围广、工程投资及运行成本较低、可与现况污水处理厂总平面布置及污水处理工艺相适应,特别是生物沥浸污泥干化工艺已在国内大型污水处理厂取得污泥处理成功运行经验,鉴于上述因素,本设计方案将污泥生物降解工艺中的“生物沥浸污泥干化工艺”做为本项目污泥处理参选方案之一。 8.7.2.3. 参选方案描述 根据上述章节分析,确定污泥石灰稳定工艺和污泥生物降解工艺—生物沥浸污泥干化工艺做为海口市江东污水处理厂污泥处理项目设计参选方案,并根据石灰及调理剂投加点位置的不同选定具体参选方案为:方案一:调理—压榨污泥干化工艺(前加石灰),方案二:污泥加钙稳定干化工艺(后加石灰),方案三:生物沥浸污泥干化工艺。 1. 方案一:调理—压榨污泥干化工艺 调理—压榨干化污泥处理工艺技术路线是国内自行研发专有技术,使用该工艺对污水厂剩余进行处理后,出料污泥含水率可降低至60%以下,并使经处理后的污泥泥质(pH、重金属、有机污染物含量等指标)满足《城镇污水处理厂污泥处置:混合填埋用泥质》(GB/T23485-2009)标准的泥质要求。 污泥调理—压榨干化工艺系通过向剩余污泥中投加石灰和专用污泥调理剂,并与污泥充分搅拌、混合,经过一系列的物理和化学反应,可改善污泥性质,使之更易脱水;调整pH,降低污染物的活性,杀灭细菌、病毒等有毒有害微生物;固化/稳定重金属,使其浸出率降低。调理后污泥经专用板框压滤机脱水,排出污泥含水率可降至60%以下。由于剩余污泥中的TP在调理过程中已与投加的石灰发生化学反应,并沉降为稳定的固态化合物,因此,脱水机滤液中TP已被去除,可减少泥区化学除磷设施处理规模。 污泥调理—压榨干化工艺流程:污水厂剩余由污泥泵送至综合调理池;按污泥量投加石灰和调理剂至综合调理池,进行混合搅拌;充分混匀后经污泥泵将调理后污泥送至板框压滤机进行压榨脱水,压榨干化后的污泥外运进行后续处置,污泥脱水滤液排入污水处理厂处理。工艺流程详见图8-8。 图8-8 污泥调理-压榨工艺流程图 (1) 系统特点及优势 调理剂配方多样,可根据当地自然资源条件,选择适当配方,保证材料易得,地区适用性广。 可根据后续处理处置方式的不同,如填埋、焚烧、土地利用等灵活调整调理剂配方,工艺适用性强。 调理剂最小投加量小于5%,污泥增容小、成本低。 污泥脱水系统工作压力小,进料压力为0.6~0.8MPa,压榨压力为1.3~1.5 MPa,系统安全性高。 系统处理流程周期短,最小工作周期小于2小时,系统工作效率高。 可根据污泥特性,改善板框压滤机滤板流道设计,提高过滤速度。 可根据污泥特性,选择适宜的板框压滤机滤布,在保证处理效果的前提下,有效延长滤布使用寿命。 脱水后泥饼与滤布分离效果好,无需人工或机械辅助卸料,劳动强度低、运行操作及管理便利,可最大限度保持滤布清洁,延长滤布清洗周期,减少冲洗水用量。 板框压滤机设备采用机械自动清洗,免去滤布拆装工作,可最大限度保证连续生产。 调理、进料、压榨均采用在线监测、自动控制,全流程系统可实现智能控制。 (2) 工艺系统设计 进泥系统 剩余污泥由污泥泵输送至综合调理池进行调理。 石灰及调理剂存储系统 石灰及调理剂料仓采用碳钢防腐结构。料仓设有料位计,底部均配气动刀闸门。每个料仓配置1套计量输送装置。调理剂采用槽罐车运送至调理剂料仓内。 污泥综合调理系统 污泥脱水处理首先需要进行化学调理。在化学调理过程中投加石灰等调理药剂,改善污泥脱水性能;调整pH值,降低有机污染物的活性;杀灭细菌、病毒等有毒有害微生物;固化/稳定重金属,使其浸出率降低。调理剂和污泥在综合调理池中充分搅拌、混合。该段工作方式为间歇进料、连续搅拌。 污泥压榨脱水系统 污泥压榨系统进泥泵,将经调理池调理后的污泥输送至板框压滤机,流量扬程满足压榨机使用工况。 (3) 电气及自控系统设计 主要用电负荷 调理—压榨污泥干化系统设备主要由输送设备、搅拌设备、压滤设备、照明设备和其它设备组成。 电气控制及继电保护 调理—压榨污泥干化系统机电设备使用集中配电方式,设总配电柜于系统区域内独立的配电房。为防止区域内供配电系统因事故发生短路、接地、过电压、过负荷等故障,保证电力系统正常运行,设置一下方式的继电保护。 电源进线柜设延时电流速断和过电流保护。 电动机柜设电流速断、过负荷和低电压保护。 变压器柜设电流速断和过负荷保护。 自控系统 自控系统由“就地按钮箱+下位PLC控制柜+上位监控系统”三部份组成。就地按钮箱柜为污泥处理系统中的设备提供就地控制界面,并设就地/远程两种工作模式,同时向下位PLC控制柜输送信号和接收指令。下位PLC控制柜通过控制总配电柜,以及采集就地按钮箱的信号,完成对污泥处理系统的联动运行控制,并预留以太网接口,用于和全厂自控系统连接。上位组态软件用于提供操作界面,供厂区操作人员对污泥处置系统进行监控。 (4) 运行控制与技术指标 运行控制 控制系统 控制系统由微机控制、变频调速,实现全过程监控,智能化管理。操作系统采用人机对话操作模式,能够根据进泥性质的快速对材料配比、添加量以及搅拌强度等参数进行调整。 运行方式 设备的运行方式为连续型,各个处理环节中的响应时间如下: 系统启动时间<40秒。 污泥进入综合调理池的响应时间<30秒。 控制精度 原泥输送量精度:原泥输送量每小时误差允许范围为±4%。 调理剂投加比例精度:材料添加比例精度受控于其输送量的精度,每小时误差允许范围也为±4%。 技术指标 噪声控制 调理—压榨污泥干化系统设备区域内的噪声控制执行《工业企业设计卫生标准》(GBZ1-2010),接触时间按照8小时计算,控制设备区域内噪声值不超过85db(A)。 粉尘控制 调理—压榨污泥干化系统设备区域内粉尘控制执行《工业企业设计卫生标准》(GBZ1-2010)中关于车间中有害物质最高容许浓度中关于“生产性粉尘”规定。 臭气控制 恶臭气体排放控制执行《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中的三级标准。本项目考虑系统排出臭气统一进入原污水处理厂除臭系统进行处理。 污水控制 在污泥脱水处理过程中产生的滤液及区域内生活、生产污(废)水,一并排入厂区污水管道,最终由污水厂污水处理系统进行处理。 公用工程 给水工程 本项目的给水工程主要为生活、设备冲洗等提供服务。 辅助设备 检验设备:用于进、出厂污泥泥质关键指标检测。主要设备包括:红外水分测定仪、无侧限抗压强度仪、pH 测定仪、烘箱、电子天平等。 维修、维护设备:用于系统内处理设备的日常维护和检修。 (5) 工程案例 山东省济宁市污水处理厂采用调理—压榨污泥干化工艺对污水处理厂剩余污泥进行处理。该项目设计处理规模为200m3/d(以含水率80%湿污泥计),于2010年10月开工建设,2010年底投产运行。
图8-9 贮泥池-接收浓缩后剩余污泥 图8-10 调理池—对浓缩后剩余污泥进行化学调理 图8-11 进料泵—将调理后污泥输送至板框压滤机 图8-12 板框压滤机—对调理后污泥进行压榨脱水 图8-13 污泥压榨脱水车间 图8-14 压榨脱水后污泥饼—含水率≤60% 2. 方案二:污泥加钙稳定干化工艺 污泥加钙稳定干化工艺技术路线是国内自行研发专有技术,该工艺对脱水后污泥(含水率80%左右)进行进一步处理后,出料污泥含水率可降低至60%以下,经处理后的污泥泥质(pH、重金属、有机污染物含量、细菌和病毒等指标)满足与城市垃圾混合填埋或进行制砖、水泥填料及路基填料等资源化利用要求,可进一步实现污泥的资源化综合利用。 (1) 技术简介 基本原理 污泥加钙稳定干化技术系指将生石灰(CaO)等添加剂与机械脱水后污泥进行充分混合,利用生石灰在环境温度下在水中溶解所释放出的化学反应热量,蒸发污泥中的水分,从而达到降低污泥含水率的目的;此外,通过生石灰与水反应产生的热量以及污泥pH值的提高,对混合器中的全部污泥进行消毒杀菌。主化学反应如下: 1kgCaO+0.32kgH2O→1.32kgCa(OH)2+1177kJ 按上化学反应式分析,每投加1kg的氧化钙将使0.32kg的水被结合成为氢氧化钙,反应所生成的热量可蒸发约0.5kg水,即向污泥中投加1kg的氧化钙,可以消耗约0.82kg的水,从而可大大降低污泥的含水率。生石灰与水反应生成的氢氧化钙,在常态下将继续与空气中CO2以及污泥中的其他物质——如重金属离子、无机离子、有机酸、脂肪等发生反应。通过以上一系列的化学反应,污泥中产生恶臭气体的有机物得到分解。 同时,生石灰与脱水后污泥反应后形成碱性环境,可以大量杀灭细菌、病毒等微生物,并可将NH4+转化为氨气由污泥中释放。从污泥中释放出的含NH3气体必须进行处理,否则会造成二次污染。 处理效果 采用污泥加钙稳定干化处理工艺可实现如下效果: 污泥减量化。污泥含水率可进一步降低,由80%降低至60%以下(需根据生石灰最终投加量确定出料含水率)。由于石灰的投加,虽然使出料污泥中干物质量有所增加,但随着水分的蒸发与结合,污泥含水率显著降低,总体积会略有下降,干化后污泥体积约为原体积的85%~95%左右,可实现污泥减量。 污泥无害化。生石灰与水反应所释放的反应热可形成高温和较高pH环境,在此环境内,大量的病源菌,如沙门氏菌和大肠杆菌将被杀灭,使出料的卫生学指标满足后续各种污泥资源化利用的要求。 污泥稳定化。并改善污泥机械性能。污泥中不稳定的有机物通过分解反应、置换反应、复分解反应转化为稳定的无机物,有效地实现了污泥的稳定化。同时,生石灰与污泥混合反应后,由于形成较高pH环境,污泥中微生物的细胞壁被大量破碎(“碱溶”),促进了污泥中非自由水向自由水的转化,有利于水分的蒸发及后续处理;随着污泥含水率的降低,还可促进污泥颗粒化的形成,从而改善储存和运输条件,避免二次飞灰、渗滤液泄漏。 固化/稳定(钝化)部分重金属离子。在特定碱性条件下,污泥中部分重金属离子(如锌、铬、汞、铅等)将与生石灰及其衍生物发生化学反应,形成无害的稳定化合物,达到钝化重金属离子的效果。 除臭作用。加钙稳定干化污泥处理工艺利用强碱、高温环境,破坏并分解了污泥中产生恶臭气体的有机物,使处理后的污泥臭味大幅度下降,生产现场无明显恶臭气味。 降低二次污染风险。投加的生石灰可与污泥中溶解性TP发生化学反应,形成Ca3(PO4)2等固态稳定化合物,极大降低对污泥最终处置地的水体二次污染风险。 污泥加钙稳定干化处理技术作为污泥最终处置的强化预处理工艺,主要适用于进一步降低污泥的含水率,改善卫生性状等情况。该工艺可以灵活的与其他多种工艺进行衔接,加钙稳定干化后的污泥可用于卫生填埋、垃圾填埋场覆盖土、酸性土壤改良、水泥熟料制备、建材利用等,其应用范围较广。 (2) 工艺流程 脱水后污泥(含水率80%左右)经无轴螺旋输送机送至称重装置;经计量称重后进入快速混合反应器,在此与来自精密投加器的生石灰均匀混合;生石灰与污泥混合物由混合器排出送至旋转式干燥器,污泥与生石灰在干燥器内充分接触、反应,释放热量、蒸发水分、杀灭病菌、钝化重金属离子、促进污泥颗粒化,实现污泥的稳定干化;干燥器出料经链板输送机排出后场内堆放,或外运处置利用。本工艺流程详见下图: 图8-15 污泥加钙稳定干化工艺流程图 (3) 工艺系统设计 污泥加钙稳定干化系统由以下子系统组成:湿污泥输送及计量系统、石灰储存与计量给料系统、混合反应系统、旋转式干燥系统、成品污泥输送系统、成品污泥堆放及运输系统、废气收集处理系统。 (4) 电气自控系统 本方案机电设备动力电源设计采用380V电源供电,取自脱水机房内低压柜母连两端的备用回路。本方案机电设备均为低压380VAC/200VAC用电设备。污泥干化系统用电设备总装机功率为94.7kW,照明、检修及通风设备等用电设备的容量约为10.0kW,污泥干化系统计算负荷约为65.54KVA。 污泥加钙稳定干化处理系统采用PLC控制系统和计算机集中监控。控制系统对工艺处理过程和系统设备进行集中监控和管理。设计控制室位于污泥加钙干化处理现场附近的配电控制室中。控制室的监控计算机可在线实时显示工艺过程的运行状态和运行参数。通过监控设备可对工艺设备和检测仪表进行集中监控管理、控制、显示、报警、对采集数据进行处理和存储等。通过监控计算机可远程控制工艺设备的启/停和运行工况。 (5) 加钙稳定干化污泥资源化利用 污泥加钙稳定干化后含水率大大降低、性能得到改善,经检测一般可满足《城镇污水处理厂污泥处置-混合填埋用泥质》(GB/T23485-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置-制砖泥质》(GB/T25031-2010)、《城镇污水处理厂污泥处置-水泥熟料生产用泥质》(CJ/T314-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置—土地改良用泥质》(GB/T24600-2009)的相关要求。 根据海口市目前实际情况,干化后污泥可以进行卫生填埋处置,或用于垃圾填埋场覆盖土,并在工艺流程中预留接口,为将来进行制砖、路基填料、水泥熟料、土地改良等利用方向提供有利的条件,也可做为后续焚烧、填埋等处置工艺的前处理。 (6) 工程案例 河北省廊坊市凯发新泉污水处理厂采用加钙稳定污泥干化工艺对污水处理厂脱水后污泥进行处理。该项目设计处理规模为80m3/d(以含水率80%湿污泥计),进泥含水率80%,加钙稳定干化后出料含水率≤60%,工程于2010年8月开工建设,2010年10月投产运行。 图8-16 石灰料仓—储存石灰药剂 图8-17 加钙稳定干化车间—旋转式干燥器 图8-18 进泥—含水率86% 图8-19 进料—含水率<60%,颗粒化,Ф10mm比例≥60%,杀菌率>99.9% 3. 方案三:生物沥浸污泥干化工艺 生物沥浸污泥干化处理工艺技术路线是国内自行研发专有技术,使用该工艺对污水厂浓缩污泥(含水率98%左右)进行处理后,出料污泥含水率可降低至60%以下,并使经处理后的污泥泥质(pH、重金属、有机污染物含量、细菌和病毒等指标)满足与城市垃圾混合填埋、园林绿化、土地改良、单独焚烧、水泥熟料生产等资源化利用要求,可进一步实现污泥的资源化综合利用。 (1) 技术简介 生物沥浸污泥干化处理工艺是国内自主研发、首次成功实现工程化应用的新型微生物污泥处理技术。该工艺利用特殊的专有微生物菌群对市政污泥及工业污水产生的污泥进行生物降解、改性,改变污泥絮凝结构,改善污泥的沉降和脱水性能,配合后续深度脱水工艺,降低污泥含水率(≤60%),实现污泥减量化、稳定化、无害化处理,尤其对污泥中的重金属离子去除效果明显,解决了污泥资源化利用受限难题,使出料污泥进一步资源化利用前景更为广泛。 生物沥浸污泥干化处理系技术利用微生物菌群直接作用于浓缩液态污泥或经稀释的脱水污泥,使污泥中的间隙水和部分细胞液得以释放,能够大幅度提高污泥的沉淀性能和脱水性能,从而可在不外加任何絮凝剂(PAM等)的情况下,实现经板框式压滤机脱水后的污泥含水率降至60%以下。对重金属超标污泥,可通过强化专有微生物菌群的作用,溶出污泥中的重金属,使重金属以离子态进入污泥上清液中,再通过安全经济有效的化学方法将重金属由上清液中分离,达到去除和回收重金属的目的。在生物沥浸污泥处理过程中,需要向反应池内充氧曝气,并投加适量营养药剂(含N、P、K、Fe等微量元素的有机药剂),以维持专有微生物活性和其生长繁衍所需。 技术特点 实现深度脱水:生物沥浸处理后的污泥,在不添加任何絮凝剂情况下,经板框压滤机脱水很容易使含水率降至60%以下,成为半干化污泥。 可去除重金属:污泥中的重金属去除率或回收率达80%以上。 卫生无害化:消除污泥恶臭、病源菌灭活率99%以上。 外观改善:外观呈无臭的土黄色饼状。 处理时间短:反应迅速,处理时间30~48小时/周期。 有机质热值高:处理后污泥干基热值和有机质含量不受影响。 多途径资源化:可用于焚烧发电、土壤改良、建筑材料、园林绿化有机肥、水泥熟料生产、卫生填埋等。 运行环境安全:处理过程中无二次污染风险,操作处理环境安全; 经济高效:投资运行费用低,仅为常规处置方法的1/21/3。 节省脱水药剂费用:脱水过程中无需外加PAM等絮凝剂,也无需添加石灰等干燥剂。 操作简便:系统设备模块化,运行稳定、可靠,可全过程自动化控制。 适用范围 市政污水处理厂污泥。 制革、毛纺与印染行业污泥。 制药、造纸、化工行业污泥。 食品加工、酿造业等污泥。 养殖类行业污泥。 电镀、IT、机械加工,冶炼等行业含金属污泥。 其他行业难脱水生化有机污泥。 (2) 工艺流程及技术优势分析 工艺流程 生物沥浸污泥干化工艺是一种专用于污泥深度脱水处理的新型生物技术,重点解决以往常规污泥处理中离心机和带式机污泥脱水效果差、污泥含水率高、产量大等问题,通过该技术可以实现污泥处理减量化、稳定化、无害化、和资源再利用。通过在污水处理厂的浓缩污泥中接种特殊专有的微生物菌群,在供应少量专用营养剂条件下,进行污泥改性处理,改性后的污泥恶臭消除,病源微生物被杀灭,污泥沉降性和脱水性大大增强。在不投加任何絮凝剂情况下,可使压滤脱水后污泥含水率降至60%以下,处理后污泥体积大幅减小(相对于80%含水率污泥体积减小50%~60%),从而获得高干度的“洁净”污泥。生物沥浸污泥干化处理基本工艺流程如下:
图8-20 生物沥浸污泥干化工艺流程图 技术优势分析 生物沥浸污泥干化技术系统运行灵活,可根据不同处理规模和污泥性质采用更为适合的运行处理参数。污泥处理效果好、具备安全性、稳定性、可靠性。生物沥浸污泥干化处理系统是国内自主创新工艺,成功利用先进的生物工程技术对污泥进行“无害化、稳定化、减量化”处理。经生物沥浸干化处理后污泥可以通过自持焚烧进行最终处置,是目前较为经济可行、彻底的污泥处置方式。也可以用于城市园林绿化,做为绿植培植栽种的底肥使用等,该技术优势如下: 污泥恶臭消除迅速,处理区安全性能高,无二次污染问题。具有恶臭的浓缩污泥进入生物沥浸反应器后,经过微生物对污泥进行改性处理后,恶臭气味明显消减。由于该技术属于好氧微生物处理,在整个污泥处理区内均无明显臭味产生,且不产生沼气、氨、硫化氢等可燃或有毒有害气体。整个处理流程不外排废水和废气,获得的高干度污泥为“洁净”污泥,可资源化再利用。 污泥由黑腐颜色转变为土黄色,其中病源微生物被大幅杀灭。通过本技术处理后,污泥感观大为改善;同时,污泥中大量病源微生物被杀灭。主要原因是:通过外加“有益”专有微生物菌群和营养药剂,对污泥进行改性处理,形成专有微生物生长繁衍环境,使其在环境营养物竞争中占据优势,改变污泥中微生物菌群比例,从而有效抑制和阻止病源微生物的生长繁殖,以达到杀灭病源微生物目的。 生物沥浸处理后污泥进一步高效浓缩,液态污泥体积大幅减少。生物沥浸反应池排出的液态污泥(土黄色)凝聚性能极好,“泥”、“水”分层明显,在后续沉淀池中,“泥”几乎全部沉淀,污泥层体积仅为浓缩池排泥体积的90%~95%左右,大幅降低了污泥脱水成本。 污泥可实现高干度脱水。生物沥浸处理后污泥在不投加任何絮凝剂情况下,经板框压滤机压榨脱水,压滤后泥饼含水率在50%~60%,泥饼能维持自持燃烧(大幅度降低热干和焚烧成本),污泥饼的抗剪切力强,可直接单独或混合填埋、绿化有机农肥。 处理后污泥减量化效果明显,可实现污泥减量1/2~2/3。对于日处理10万m3污水的城市污水处理厂,现行机械脱水污泥量约为100t/d(含水率80~85%),采用本技术后污泥产量仅为40~50t/d左右,且污泥干度高,土力学性质好。 干化后污泥可直接焚烧(实现自持燃烧)。经生物沥浸干化处理后污泥含水率低(≤60%),污泥中有机成分含量高(除病源微生物大量减少外,其余有机成分基本未损失),干基热值高(城市污水厂污泥约为3000kcal/kg),无需添加辅助燃料即可实现自持燃烧,与一般机械浓缩脱水后污泥热干化-焚烧相比,工程投资及运行成本可大幅度降低。经本工艺处理后污泥也可直接送至垃圾焚烧发电厂焚烧,使污泥自身热值得以利用,是实现污泥 “四化”较简单、较彻底的处理处置方式。 节省污泥运输费用,节省絮凝剂消耗费用。经生物沥浸干化处理后污泥含水率低(≤60%),污泥体积、重量比常规机械浓缩脱水处理出泥量减少50%以上,可以节约60%以上的运输费用。另外该技术不需要添加任何絮凝剂,可省去原污泥处理过程中高昂的絮凝剂(PAM)费用。 (3) 生物沥浸干化污泥资源化利用方向分析 对污水厂污泥进行资源化利用,符合国家“十二五”规划中的低碳经济相关扶持政策,能够为污水处理厂带来环保及经济上的双重利益。采用生物沥浸干化工艺处理后的污泥含水率在60%以下,出料污泥指标满足《城镇污水处理厂污泥处置—混合填埋用泥质》(GB/T23485-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置—园林绿化用泥质》(CB/T23486-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置—土地改良用泥质》(GB/T24600-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置—单独焚烧用泥质》(GB/T24602-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置—水泥熟料生产用泥质》(CJ/T314-2009)的相关要求,可直接为城市园林绿化有机肥料,或直接送至锅炉燃烧供热发电。经生物沥浸法处理后的污泥干物质热值较高,在不依靠助燃剂的情况下,利用自身热值即可实现自持燃烧,可以节省污泥后续处置费用,彻底解决污泥二次污染问题。也可以与城市生活垃圾混合填埋、用做碱性土壤改良剂,用于水泥熟料生产,资源化应用前景十分广阔。 (4) 工程案例 江苏省无锡市太湖新城污水处理厂建设规模为日处理污水15万m3,污水处理采用改良A/A/O工艺。原污水厂污泥采用重力浓缩、机械脱水后外运至城市垃圾填埋场进行卫生填埋。2008年后,由于城市垃圾填埋场库容所限,以及国家和当地环保部门对污水厂污泥处理处置标准的提高,促使运行管理单位加快了对污水厂原有污泥处理工艺流程的改造建设。目前,该厂采用生物沥浸污泥干化工艺对污水处理厂一期工程(5.0万m3/d)浓缩后剩余污泥进行处理。该项目设计处理规模为25m3/d(以含水率80%湿污泥计)。污泥干化系统进泥含水率98%,经生物沥浸干化工艺处理后出料含水率≤60%,工程于2009年12月批复立项,2010年8月投产运行。干化后污泥减量明显,部分用于城市园林绿化农肥,其余部分与城市垃圾混合填埋。2011年3月,该厂启动建设“生物沥浸污泥干化+高温沸腾式”处置系统,对干化后污泥进行焚烧处置。现已进入设备单机及系统联动调试阶段,计划于2011年底前将投产运行,预计项目运行后可实现污水厂污泥“零排放”,其污泥处理处置技术达到国内领先水平。 图8-21 生物沥浸反应池及沉淀池 图8-22 生物沥浸反应池 图8-23 生物沥浸反应池出泥 图8-24 生物沥浸反应池出泥 图8-25 沉淀池 图8-26 板框压滤机 图8-27 板框压滤机出泥
图8-28 板框压滤机出泥 图8-29 调试中的污泥焚烧装置—生物沥浸干化后污泥可自持燃烧 图8-30 生物沥浸干化处理后污泥进行土地利用试验 8.7.2.4. 工艺方案比选及确定 本节对海口市江东污水处理厂污泥处理工艺三个参选工艺方案进行技术性能、经济指标等多方面综合比较,并推荐最佳实施工艺方案。 表8-9 海口市江东污水处理厂工程污泥处理工艺参选工艺方案技术性能比较表 项 目 方案一:调理—压榨污泥干化 方案二:污泥加钙稳定干化 方案三:生物沥浸污泥干化 结 论 干化段进料含水率 99.3% 80.0%左右 99.3% 三个参选方案均可满足出料污泥含水率及减量要求。方案一、方案三为污泥干化脱水联合系统,系统进料为污水厂剩余污泥;方案二为脱水、干化独立系统,干化段仅可处理80%左右含水率的常规脱水后污泥,可能影响全系统投资和运行费用较高。 处理后出料含水率 50%~60% 50%~60% 50%~60% 量化分值 3.0 1.0 3.0 减量化分析—出料污泥体积(与含水率80%原污泥体积比,本项目原污泥体积为30m3/d) ≤10.0m3/d,减少1/3~1/2 ≤25.0m3/d,减少5%~15% ≤15.0m3/d,减少1/2~2/3 由于方案一、方案二在污泥干化过程中投加石灰等调理药剂,且调理药剂在反应过程中未消耗,使出料中绝干物质总质量有所增加。方案三虽然在生物沥浸反应池投加专用营养药剂,但药剂在反应过程中基本被微生物全部消耗,不会增加出料干物质总质量。因此,在相同进料条件下,方案三处理后的污泥体积最小、减量显著,外运处置费用最低。 量化分值 2.0 1.0 3.0 反应机理 对浓缩后污泥投加生石灰及无机盐进行化学调理,改善污泥机械性能,配套板框压滤机脱水系统,脱水过程无需再次投加其他絮凝药剂。 对常规机械脱水后污泥投加生石灰—加钙稳定干化,通过热蒸发、化学反应等方式降低出料污泥含水率。干化工段前需配置常规污泥脱水系统,脱水过程需根据污泥性质投加有机絮凝药剂。 对浓缩后污泥投加专有微生物菌群(一次性)和专用营养药剂,脱水过程无需再次投加其他絮凝药剂。 三个参选方案均稳定、可靠,均有工程实际应用业绩,均属自主创新技术;方案三利用生物工程原理和技术,在国内外属于先进工艺。各方案添加物均为易得、市场化产品,方案三添加物虽为专用药剂,但投配率最低,相对可节省药剂运输、存储、投加能耗及费用。 添加物及投配率(按污泥中干物质比率计) 污泥化学调理阶段投加生石灰、三氯化铁等无机化合物,总投配率25%~40%。 污泥脱水工段投加PAM有机絮凝剂,投配率0.2%~0.5%;加钙稳定干化段投加生石灰,投配率75%~125%。 生物沥浸反应阶段投加专用营养药剂,维持专有微生物菌群生长繁殖,投配率8%~15%。 量化分值 2.0 1.0 3.0 污泥处理过程中的环境影响风险 投加生石灰有粉尘污染风险,需考虑除尘措施;调理反应阶段有生石灰的刺激性气味散发,工作环境稍差;板框压滤机滤液为强碱性,pH高,对设备、输送管路的防腐性能要求较高。板框压滤机滤液有机污染物浓度低,污泥调理过程可去除浓缩后污泥中的TP含量,减小泥区化学除磷设施规模,脱水阶段无臭气散发。 污泥脱水阶段有臭气散发,加钙稳定干化阶段投加生石灰有粉尘污染风险,并有生石灰的刺激性气味散发,需考虑除尘措施,工作环境稍差;采用常规机械脱水工艺,脱水机滤液为中性,对设备、输送管路的防腐性能要求不高,但滤液中有机污染物浓度较高,TP含量高,需进行后续化学除磷处理。 全流程中无粉尘污染风险,生物沥浸反应、沉淀及脱水工段有微量酸腐气味散发,工作环境相对较好;反应池、沉淀池排泥及板框压滤机滤液为中等酸性,pH值4.5~6.0,对构筑物、设备、输送管路的防腐性能要求较高。板框压滤机滤液有机污染物浓度低,但滤液中TP含量较高,需进行后续化学除磷处理。 方案一、方案二在污泥处理过程中均存在粉尘和气味环境影响风险;方案二、方案三需对脱水机滤液进行化学除磷处理,以保证污水厂污水处理工段的正常稳定运行,相对造成工程量、工程投资、运行费的增加。方案一、方案二处理后污泥的环境影响风险较小,方案三的环境影响风险略高。 无害化分析—出料污泥的环境影响风险 原污泥中99%以上的病源菌被有效杀灭,泥饼为黑灰色,呈强碱性,污泥中的重金属离子被固化/稳定(钝化),大量有机物被“破坏”和“覆盖”,无臭气散发,泥饼中含水量对水体的污染风险低。 原污泥中99%以上的病源菌被有效杀灭,泥饼为黑灰色,呈强碱性,污泥中的重金属离子被固化/稳定(钝化),大量有机物被“破坏”和“覆盖”,无臭气散发,泥饼中含水量对水体的污染风险低。 原污泥中99%左右的病源菌被有效杀灭;泥饼为土黄色,呈弱酸性;污泥中80%左右的重金属离子被去除;有机物基本未被破坏,泥饼中有机物含量高;泥饼有微量臭气散发;脱水后污泥中的含水量对水体有潜在污染风险。 量化分值 3.0 2.0 2.0 处理单位污泥电耗(按含水率80%污泥量计)(kW•h/m3) 12.92 28.24 23.63 方案一处理工艺电耗最低,其次为方案三,方案二处理工艺电耗最高。 量化分值 3.0 1.0 2.0 处理后污泥混合填埋适用性 适用 适用 适用 方案三处理后污泥可用于城市垃圾场混合填埋、园林绿化、好氧堆肥、单独焚烧、混合焚烧及水泥熟料生产,并可用于西北地区盐碱土壤改良,其污泥热值高,在不添加任何助燃剂的情况下可实现自持燃烧,后续处置及资源化利用前景最为广泛。 处理后污泥园林绿化适用性 不适用 不适用 适用 处理后污泥好氧堆肥适用性 不适用 不适用 适用 处理后污泥单独焚烧适用性 不适用,需添加助燃剂 不适用,需添加助燃剂 适用,可实现自持燃烧 处理后污泥混合焚烧适用性 不适用 不适用 适用 处理后污泥土壤改良适用性 适用于酸性土壤改良 适用于酸性土壤改良 适用于碱性土壤改良 处理后污泥制砖适用性 适用 适用 不适用 处理后污泥水泥熟料生产适用性 适用 适用 适用 处理后污泥热值(kcal/kg) 含水率55%污泥热值约500,绝干污泥热值约1300~1500。 含水率55%污泥热值约500,绝干污泥热值约1300~1500。 含水率55%污泥热值约1000,绝干污泥热值约2500~3000。 量化分值 1.0 1.0 3.0 系统操作难易程度 工艺流程简单,处理系统设备常规化,理论可实现全流程自控运行,但生石灰、三氯化铁等药剂上料需人工辅助,板框压滤机卸料需少量人工辅助。 污泥脱水系统流程较复杂,设备较多,运行操作要求较高。理论可实现全流程自控运行,但生石灰、PAM等药剂上料需人工辅助,脱水机卸料无需人工辅助。污泥 工艺流程简单,处理系统设备常规化,理论可实现全流程自控运行,但专用营养药剂上料及板框压滤机卸料需少量人工辅助。 方案三运行操作环境较好,人工辅助工作量及系统维修维护工作量正常。 系统运行环境 污泥调理系统有粉尘、有刺激性气味。 污泥干化系统有粉尘、有刺激性气味,污泥脱水系统有臭味和噪音影响。 生物沥浸反应区(反应池、沉淀池)有微量酸腐气味。 系统维修维护工作量 一般 脱水系统维修维护工作量大 一般 量化分值 2.0 1.0 3.0 量化分值合计 18.0 11.0 20.0 通过上述比较,生物沥浸污泥干化工艺有点较为明显,因此拟建江东污水处理厂工程污泥处理工艺拟采用生物沥浸污泥干化处理工艺。 8.8. 除臭工艺比选 在污水处理厂内,主要污水、污泥处理构筑物在运行过程中会产生一定量的异臭气体,其主要成分为硫化氢、有机氨和硫醇、硫醚等,异臭散发的区域以进水泵房、格栅间、洗砂车间及脱水机房等为主。为了改善厂区工作、生活环境,并减少污水处理厂臭气对厂区周边环境的影响,本工程拟对厂内产生臭气的主要建构筑物进行除臭处理。 目前常用的除臭工艺主要有生物过滤除臭法、双离子除臭法及化学洗涤除臭法等,现对三种除臭工艺进行技术性能比较。 8.8.1. 除臭方案技术比较 (1) 生物过滤除臭法 生物过滤除臭法主要是利用填充层内附着生长的微生物对臭气的吸收和生物降解过程实现自然除臭的方法,主要有三个步骤:1)水溶渗透,2)生物吸收,3)生物氧化。 生物过滤脱臭是在适宜条件下,利用载体填料比表面积上微生物的作用脱臭。臭气物质先被填料吸收,然后被填料上附着的微生物氧化分解,从而完成臭气的除臭过程。为了使微生物保持高的活性,必须为之创造一个良好的生存环境,比如:适宜的湿度、pH值、氧气含量、温度和营养成分等。 该方法的优点是: 1、除臭效果好,对致臭物质的去除率高; 2、采用自然的生物降解方法,无二次污染; 3、操作简单、运行稳定,系统维护管理工作简单; 4、处理单元采用模块组装形式,便于运输、安装和维护; 5、系统总压降小,能耗少,运行费用低。 (2) 双离子除臭法 双离子除臭法主要是利用高压静电装置(离子发射电极)使双离子管产生正、负离子,在常温常压下将臭气分解成CO2、H2O或是部分氧化的化合物的方法。它能有效地清除空气中的细菌、可吸入颗粒物、硫化合物等有害物质。它的核心装置是高能离子空气净化系统,其工作原理是利用置于设备内的离子发生装置,发射出高能正、负离子,它可以与空气当中的有机挥发性气体分子(VOC)接触,打开VOC分子化学键,使其分解成二氧化碳和水;对硫化氢、氨同样具有分解作用;离子发生装置发射离子与空气中尘埃粒子及固体颗粒碰撞,使颗粒荷电产生聚合作用,形成较大颗粒靠自身重力沉降下来,达到净化目的;发射离子还可以与室内静电、异味等相互发生作用,同时有效地破坏空气中细菌生存的环境,降低室内细菌浓度,并将其完全消除。 该方法的优点是对臭气和挥发性有机化合物效果明显,设备占地小,可以对新风和回风同时进行处理。该方法的缺点是不适合对高浓度的臭气进行处理,设备购置费相对较高,日常运行费用较高等。 (3) 化学洗涤法除臭 化学洗涤法的除臭原理主要是利用化学制剂和臭气气体经过化学反应,生成没有臭味或臭味较低的化学产物来消除臭气。其中常用的是酸碱中和、加氯消毒除臭、双氧水控制恶臭。该方法的优点是改变了臭气的成分,降低了臭气对人畜、设备和环境等的损害程度;缺点是仍然缺乏实际应用的定量分析数据报告,投资大,运营成本相对较高,特别是化学反应后的产物有造成新的环境污染的可能性和倾向,需要对洗涤之后的化学产物进行严格处理。 目前,此种除臭方式在国内大型污水厂或垃圾处理场并无工程实例。 8.8.2. 除臭方案的确定 通过上述对现有各种除臭工艺的技术性能比较可见,生物法不但具有除臭效率高、无二次污染、装置简单等优点,而且还拥有投资少、能耗低、运行费用低等工程经济优势,因此推荐生物除臭法作为本工程的除臭方案。 9. 污水处理厂总体设计 9.1. 厂址 拟建江东污水处理厂厂址位于蓝美村的以东,海南科技职业学院西南侧。 9.2. 处理工艺选择 9.2.1. 污水处理厂处理程度 本工程处理后出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准,由此确定拟建江东污水处理厂工程处理后出水水质控制指标如表9-1所示。 表9-1 江东污水处理厂水质控制指标 项目 设计进水水质(mg/l) 设计出水水质(mg/l) 去除率(%) BOD5 150 10 ≥93 COD 350 50 ≥86 SS 220 10 ≥95 TN 40 15 ≥63 NH4—N 22 5 ≥77 TP 4 0.5 ≥88 9.2.2. 污水处理厂设计进出水水质分析 污水处理厂处理工艺的选择应根据进厂污水水质标准、设计处理后出水水质标准、处理厂建设规模、污泥处置方案以及当地气温、工程地质条件、环境等因素来确定选择。其中进厂污水水质及设计处理后出水水质标准对处理工艺的选择起着及其重要和决定性的作用。污水处理厂主要以去除污水中的悬浮固体(SS)及BOD5、COD、TN、TP等有机污染物为目的,使处理后出水水质达标。目前,国内城市污水处理厂大多采用二级生化处理工艺,即活性污泥法及其变形工艺,这类工艺应用广泛、运行稳定可靠、管理经验丰富,并且其部分变形工艺对TN、TP的去除效果很高。因此,分析设计进厂污水水质及设计出水水质标准对工艺选择即工艺方案的确定有着重要意义。 9.2.2.1. 大颗粒固体及砂砾的去除 目前,国内外城市污水处理厂通常在预处理阶段,采用物理方法——主要通过格栅拦截、设置沉砂池等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质。这一处理工艺在国内外应用十分广泛、技术成熟,同样适用于本工程。 9.2.2.2. 进水悬浮物(SS)的去除 进厂污水中的SS主要靠沉淀作用去除。污水中的无机颗粒和大直径的有机颗粒靠自然沉淀作用就可去除,小直径的有机颗粒靠微生物的降解作用去除,而小直径的无机颗粒(包括尺寸大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒)则要靠活性污泥絮体的吸附、网络作用,与活性污泥絮体同时沉淀后去除。 污水处理厂出水中悬浮物浓度不仅涉及到出水SS指标,出水的BOD5、COD等指标也与之有关。这是因为出水悬浮物中的主要组份——活性污泥絮体,其自身的有机成份很高,因此较高的出水悬浮物含量会使得出水的BOD5、COD值增加。因此,控制污水厂出水的SS指标是最基本的,也是非常重要的。 为了降低出水中的悬浮物浓度,应在工程中采取适当的措施,例如采用适当的污泥负荷以保持活性污泥的凝聚及沉降性能,采用较小的二次沉淀池表面负荷,采用较低的出水堰负荷,充分利用活性污泥悬浮层的吸附网捕作用等。在常规二级污水处理工艺方案选用合理、工艺参数取值适当和单体设计优化的条件下,沉淀池出水SS可将至20mg/l以下。同时,在沉淀池后续增加深度处理工艺,进一步优化水质。完全能够使出水SS指标达到10mg/l以下。 拟建江东污水处理厂工程设计进水SS平均浓度为220mg/l,出水SS要求为10mg/l,该SS进出水指标与目前国内多数城市污水处理厂进出水指标大致相同,因此,在污水处理工艺设计时,只要采用表面负荷较低的沉淀池,或能够提供必要沉淀时间的构筑物,同时增加深度处理工艺,完全可以达到出水SS≤10mg/l的要求。 9.2.2.3. 进水BOD5的去除 进厂污水中BOD5主要是靠微生物的吸附作用和代谢作用形成活性污泥,最终通过对污泥与水进行分离来实现BOD5的去除。 活性污泥中的微生物在有氧条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞,将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量,其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。在这种合成代谢与分解代谢过程中,溶解性有机物(如低分子有机酸等易降解有机物)直接进入细胞内部被利用,而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面,然后被酶水解后进入细胞内部被利用。由此可见,微生物的好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用,并且代谢产物是无害的稳定物质。因此,可以使处理后污水中的残余BOD5浓度很低。根据国内外城市污水处理厂实际运行经验及有关设计资料分析,在生物池内污泥负荷为0.3kgBOD5/kgMLSS•d以下时,就很容易使出水BOD5保持在12mg/l以下。同时后续深度处理工艺对BOD5有25~50%的去除率,可保证出水BOD5保持在10mg/l以下。 拟建江东污水处理厂工程设计进水BOD5平均浓度为150mg/l,设计出水BOD5要求为10mg/l,在污水处理厂工艺设计时,只要采用污泥负荷较低的生物池,同时保证提供足够的充氧量(供气量),使活性污泥(活性微生物)充分吸附、代谢;同时确保后续深度处理工艺正常运转,完全可以达到出水BOD5≤10mg/l的要求。 9.2.2.4. 进水COD的去除及污水可生化性分析 进厂污水中COD去除的原理与BOD5去除原理基本相同。 污水处理厂处理后出水中的剩余COD,即COD的去除率,取决于原污水的可生化性,它与城市污水的成分有关。 对于那些主要以生活污水及其成分与生活污水相近的工业废水组成的城市污水,这种城市污水的BOD5/COD比值往往接近0.5甚至大于0.5,其污水的可生化性较好,无需进行特殊处理或设置单独处理构筑物,其出水COD值即可控制在较低的水平。而成分主要以工业废水为主的城市污水,或BOD5/COD比值较小的城市污水,其污水的可生化性较差,处理后污水中剩余的COD会较高,要满足出水COD≤50mg/l有一定的难度。BOD/COD值是鉴定污水可生化的最简便易行和最常用的方法,一般认为BOD5/COD>0.45可生化性较好,BOD5/COD<0.3较难生化,BOD5/COD<0.25不易生化。 拟建江东污水处理厂工程所收集的污水绝大部分为生活污水。COD设计进水指标为350mg/l,设计出水COD要求为50mg/l,同目前国内多数城市污水处理厂设计进水指标相当,其BOD5/COD比值为0.43,污水具有较好的可生化性。同时后续深度处理工艺对COD有35~45%的去除率,可保证出水COD保持在50mg/l以下。 9.2.2.5. 生物除磷脱氮 污水脱氮除磷可供选择的处理方法通常有生物处理法及物理化学法两大类。国外从六十年代开始曾系统地进行了脱氮除磷的物化处理方法研究,结果认为物化法耗药量大、污泥产量多、运行费用高,因此,城市污水处理厂一般不推荐采用。从七十年代以来,国外开始研究并逐步采用活性污泥法生物脱氮除磷。我国从八十年代初开始研究生物脱氮除磷技术,在八十年代后期逐步实现工业化流程,目前,国内新建及改扩建的污水处理厂大多数都采用活性污泥法生物脱氮除磷工艺。 (1) 生物脱氮基本原理 污水中的有机氮、蛋白氮等在好氧条件下首先被氨化菌转化为氨氮,而后在硝化菌的作用下变成硝酸盐氮,此阶段称为好氧硝化。随后在缺氧条件下,由反硝化菌作用,使硝酸盐氮还原成氮气从污水中逸出,此阶段称为缺氧反硝化。 在硝化与反硝化过程中,影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、PH值以及反硝化碳源。生物脱氮系统中,硝化菌增长速度较缓慢,所以,要有足够的污泥龄。反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行,并且要有充足的碳源提供能量,才可促使反硝化作用的顺利进行。 按照上述原理,要进行污水的生物脱氮,必须具有缺氧/好氧过程,可组成缺氧池和好氧池;也可在一座生物池的不同阶段制造缺氧、好氧环境;即都需要有所谓缺氧/好氧(A/O)系统。(A/O)系统设计中需要控制的几个主要参数就是足够长的污泥龄和进水的碳氮比。 (2) 生物除磷基本原理 生物除磷是利用污水中的聚磷菌在厌氧条件下,受到压抑而释放出体内的磷酸盐,产生能量用以吸收快速降解有机物,并转化为PHB(聚B羟丁酸)储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件时就降解体内储存的PHB产生能量,用于细胞的合成和过量吸收污水中溶解的磷,形成含磷量高的污泥,随剩余污泥一起排出系统,从而达到除磷的目的。 影响生物除磷的因素是要有厌氧条件(混合液中既无溶解氧DO=0,也无结合氧-如硝酸盐),同时要有可快速降解的有机物,即BOD5/P比值恰当。同时,希望含磷污泥尽快排出系统,以免污泥回流至厌氧阶段,污泥中的磷又重新释放至水中。 生物除磷工艺的前提条件是聚磷菌必须在完全的厌氧环境下进行磷的释放,而后进入好氧阶段才能增大磷的吸收量。因此,污水除磷的处理工艺必须在生化处理池前设置厌氧段。厌氧磷释放和缺氧反硝化与好氧段进行的有机物降解、硝化、磷的吸收相结合,即形成了目前国内外广泛应用的A2O及各种变形工艺。 (3) 本工程生物脱氮除磷的可行性 BOD5:N:P的比值是影响生物脱氮除磷的重要因素,氮和磷和去除率随着BOD5/N和BOD5/P比值的增加而增加。 BOD5/TN值是鉴别能否采用生物硝化工艺进行脱氮处理的主要指标。因为,只有经过生物硝化以后,将污水中的有机氮通过生物硝化反应转化为无机氮(硝酸盐),才能进行后续的生物反硝化(脱氮)反应。对于活性污泥系统,由于硝化菌的比增长速率低,世代周期长,如果泥龄短,将使硝化菌来不及大量增殖,就从系统中排出,从而影响系统的脱氮效果,为使活性污泥系统得到良好的硝化效果,就必须有较长的泥龄。活性污泥中硝化菌的比例与污水的BOD5/TN值有关,这是因为在活性污泥系统中异养菌与硝化菌竞争底物和溶解氧至使硝化菌的生长受到抑制。理论上BOD5/TN值在0.5~9.0时硝化反应均可进行,实际运行资料表明BOD5/TN>2时硝化过程能够正常进行。 从理论上讲,BOD5/TN>2.86才能有效地进行生物脱氮,实际运行资料表明,只有当BOD5/TN>3时才能使反硝化正常运行。当BOD5/TN=4~5时,氮的去除率大于60%,磷的去除率也可达60%左右。 对于生物除磷工艺,要求BOD5/P=33~100,同时要求BOD5/TN≥4。 根据江东污水处理厂工程设计进水水质指标,进厂污水BOD5/TN=3.75,BOD5/TP=37.50,能满足生物硝化反应、生物脱氮除磷工艺对碳源的要求。因此,本工程采用生物脱氮除磷工艺是可行的。 由于本工程出水中磷要求≤0.5mg/l,而生物除磷只部分去除污水中的磷,因此本工程除采用生物除磷外,同时考虑辅助化学除磷措施。 9.2.3. 污水生物处理工艺的选择 根据以上对江东污水处理厂工程的设计进水水质及要求达到的出水水质标准的分析,参考国内已建及在建的同规模污水处理厂所采用的污水处理工艺,确定最合适本工程的污水处理工艺是具有生物脱氮除磷功能的二级生化工艺+过滤处理工艺。该工艺可在满足生物脱氮除磷要求的前提下,同时去除污水中的BOD5、COD和SS,使污水处理厂出水完全可以满足排放标准要求。 (1) 污水预处理工艺方案确定 污水预处理主要是应用物理方法(如筛滤、沉淀等)去除污水中不溶解的悬浮物体和漂浮物质,为污水后续的生化处理创造有利条件。通常污水首先经过粗格栅去除水中较大悬浮物、漂浮物后进入污水提升泵房,经加压提升后进入细格栅间,去除水中较小悬浮物,随后再进入沉砂池,去除污水中砂砾。一般情况下,每座城市污水处理厂预处理构筑中进水泵房、粗格栅间及细格栅间做法及形式大致相同,但根据不同需要,可设置不同形式的沉砂池。 沉砂池主要去除污水中密度为2.5t/m3、粒径大于0.2mm的砂粒,使无机砂粒与有机物分离开来,便于后续生化处理构筑物的运行。 沉砂池分为平流式、竖流式、曝气式和旋流式四种形式。平流式沉砂池具有构造简单,处理效果较好的优点;竖流式沉砂池处理效果一般较差;曝气沉砂池通过向池中鼓入空气而产生旋流,使砂粒间产生磨擦作用,可使砂粒与悬浮性有机物得以分离,且不使细小悬浮物沉淀,便于砂粒和有机物的分别处理和处置,曝气沉砂池并具有除油功能,适合于有工业污水汇入的城市污水处理厂;旋流沉砂池(钟氏沉砂池)是通过机械搅拌产生水力涡流,使泥砂和有机物分离,以达到除砂目的。四种形式沉砂池有各自不同的适用条件,其选型应视具体情况而定。从效果看,曝气式和旋流式要优于平流式和竖流式,由于本工程流域内污水基本均为城市生活污水,因此本工程预处理构筑物沉砂池选用旋流沉砂池。 (2) 二级生化处理工艺方案确定 根据江东污水处理厂工程的设计进水水质和要求达到的出水水质标准,确定本工程二级生化处理工艺采用曝气生物滤池(BAF)工艺。 曝气生物滤池(简称BAF池)是在生物接触氧化工艺的基础上,引入给水净化过滤机制而形成的一种新型的污水生物处理工艺。曝气生物滤池集生物氧化、生物絮凝、过滤、反冲洗更新等处理功能于一体(滤池后不设二沉淀池),通过滤料上生长的高浓度生物膜对污染物的生物降解以及滤层的机械拦截和生物絮凝对悬浮物的综合截留作用,实现对污水中污染物的有效去除。 BAF的池形类似于给水处理的V型滤池。滤板均匀安装布水(兼冲洗布气)滤头,装填比重略大于水的“下沉式”生物滤料;在滤料底层设置以曝气头曝气的曝气系统,向上依次装填垫层和生物滤料;在滤池底部设置污水进水管、滤池冲洗水管和冲洗空气管。 BAF的运行方式采用水、气同向的上流式。经沉淀预处理后的污水由BAF下部进入池内,通过滤头均匀布水,同时通过曝气头曝气,水、气自下而上穿过滤层,实现对污水中含碳有机物(BOD)的降解、硝化氨氮、截留随污水进入的SS和脱落的生物膜,使最终出水满足排放或回用要求。 BAF的冲洗,采用先下向水洗(速降),继而气、水上向冲洗的方式,冲洗时滤料呈向上膨胀状态,冲洗(污)出水通过污水回收池和回收泵送入预处理单元。 曝气生物滤池以其独特的结构特征和运行特点,在对城市污水及其它多种工业废水处理工程的实践过程中,取得了优异的效果,显示出其独特的优越性,主要表现在: 处理构筑物容积小,占地面积省 BAF所采用的高比表面积和粗糙多孔的粒状生物填料,使其可积聚多达10~15g/L的微生物量,高浓度的生物量导致BAF可承受相当高的容积负荷,其BOD5的填料容积负荷,几乎是常规活性污泥法的5~10倍,大大减小了池容和占地面积。 出水水质优越、运行稳定,抗冲击负荷能力强 BAF滤料层中存在的高浓度微生物菌群,具有较高的生化反应速率,处理系统的出水水质十分优越;同时BAF属于微生物固定生长体系,高浓度的微生物以生物膜的形式固定在滤料上,无污泥膨胀之患,亦不会因受有机负荷或水力负荷的冲击而造成微生物流失,因此,BAF不仅具有较强的耐冲击负荷能力,而且运行十分稳定。有关资料指出,BAF可在比正常负荷高2~3倍的短期冲击负荷下运行,而其出水水质变化很小。 氧利用率高,节省空气量和电耗 BAF所采用的专用曝气系统以及在曝气过程中,藉助于粒状滤料对微小气泡的阻挡和反复切割作用,空气泡在滤层中进一步被切碎,增加了滤层内的微生物与空气的接触面积和时间,强化了气、液传质效应,从而使得BAF的综合氧利用率高达25%以上,大大高于常规曝气系统。 BAF工艺采用化学除磷,除磷效果可靠 BAF工艺采用化学预处理除磷,其除磷程度可根据实际水质,通过调整混凝剂的投加量进行控制。运行方便,效果可靠; 化学除磷不会与生物脱氮条件发生冲突,因而除磷效果稳定。 生物除磷、脱氮工艺(如A2O、CASS等工艺),虽然在理论上可同时具有除磷、脱氮效果,但在实际运行中,由于脱氮、除磷的运行条件难以协调,结果却很难如愿。我国一些以除磷、脱氮工艺运行的污水处理厂,普遍存着脱氮和除磷效果难以兼顾的问题,往往是当脱氮效果好时除磷效果差,而当除磷效果较好时,脱氮效果又难以满足要求。因此,对于原污水含磷浓度较高或要求出水含磷浓度较低(如本污水厂要求出水磷≤0.5mg/L)情况下的工程设计,即使采用生物除磷、脱氮工艺,也往往需要采取补充化学除磷措施。 BAF具有一定的同程反硝化(脱氮)功能 BAF运行过程中,存在同程硝化、反硝化作用,这是由于在BAF滤池布满微生物的滤料凹面孔间隙内部,存在一定的缺氧环境,为反硝化细菌的脱氮提供了条件。在适宜的水力负荷、供氧量等运行条件下,其脱氮效果可达50%左右。 由于上述同程反硝化(脱氮)的效果有一定限度,因此,在进水总氮浓度较高,导致要求取得较高脱氮效果的情况下,尚需通过设置不同功能的单元组合(如设置前置缺氧池)来满足较高程度的脱氮要求。 对环境影响小 BAF系统采用了封闭的上流式流程,原污水通过管道从BAF底部进入,原污水的臭味被封闭在BAF系统之中,待污水通过滤料层上升至BAF上层水面时,已是经过充分净化、无臭无味、清澈透明、无任何厌恶感的清水层,对外界环境的影响甚微。 自动化程度高,运行管理简单 随着相关工业技术的发展,一些先进的自动化设备如传感器、各种在线测定仪表、定时器、变频器及微电脑等产品的普及,使BAF系统的自动化得以顺利实现。通过对处理系统水质、水量及相关工艺参数的在线检测,自控系统可方便地对相关设备和工艺运行参数进行调整和优化,使BAF处理系统始终处于最佳运行状态。如此,BAF的运行管理变得简单易行,可最大限度地减少处理厂定员和降低运行成本。对较大规模的污水处理厂,此举的优越性更显突出。 处理设施初期启动极其方便、容易 由于BAF属于生物膜处理工艺,当处理设施建成后,不需采取任何“接种”措施,只要按设计要求连续进(污)水并曝气,连续运行一个月左右生物膜即可培养成功,此时的BAF出水已能基本达到排放标准。整个培养过程极其简单方便,不需给予任何特殊维护,实可称其为“傻瓜系统”。 对间歇运行的适应性强 由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孔的内部和表面,微生物不易流失;如果需要在一段时间内停止运行或间歇运行,只要使滤料处于水浸没状态,就能保持其微生物的活性,可随时恢复运行,且在几小时内即可取得良好的出水水质;如在较长时间停止不用后再恢复运行,亦可在进水、供气后的几天之内恢复正常运行。也正是由于滤池所持有的高微生物量、鼓风曝气的方式以及池体大部分处于地下的型式,使得BAF对低气温以及气温变化的适应性较强。 BAF的构造形式,能较好地适应污水量逐步增加的要求 新建的城市污水处理厂,建成初期的污水量往往不能达到设计的处理规模,而曝气生物滤池的单元式构造,却能较好地适应这种初期污水量不足的情况,只需运行BAF的部分单元,既能满足处理较少污水量的要求,不致浪费能耗。 BAF可立足于国内生产的设备和器材 随着我国的技术进步,曝气生物滤池所需的主要设备和器材,国内目前均可配套生产,基本不需进口。只有少量自控检测仪表和执行机构可能需要进口或采用合资企业的产品。 BAF的不足之处,一是设备装机容量较大,主要是由于滤池冲洗系统的设备(反冲洗鼓风机、反冲洗水泵、反冲洗污水回收泵等)容量较大(约占总装机容量的30%),但这些设备每日运行的时间很短,并不导致耗电相应增大;二是BAF滤池对施工要求较高,需精心施工,确保施工质量,但已建成的BAF污水厂工程证明,国内现有市政工程专业施工单位的技术水平,均能满足BAF污水厂工程的施工技术要求。 (3) 污水深度处理方案确定 根据第8章节相关分析论证,确定本项目深度处理工艺拟采用纤维转盘滤池过滤工艺。 污水厂二级生化处理出水接入集微絮凝、过滤为一体的纤维转盘滤池过滤,滤后水经消毒后排放。 纤维转盘的作用在于去除污水中以悬浮状态存在的各种杂质,提高污水处理厂出水水质,使处理水SS达标。 纤维转盘滤池由用于支撑纤维转盘的垂直安装于中央集水管的平行过滤转盘串联起来组成。一套装置过滤转盘数量一般为6~20个,每个过滤转盘是由6小块扇形组合而成。过滤转盘由防腐材料组成,每片过滤转盘外包有纤维转盘。反冲洗装置由反洗水泵、反抽吸装置及阀门组成,排泥装置由排泥管、排泥泵及阀门组成,排泥泵与反洗水泵为同一水泵。 纤维转盘滤池结构如下图所示: 图9-1 纤维转盘滤池结构示意图 纤维转盘滤池的运行状态包括:过滤、反冲洗、排泥状态。 1)过滤:污水重力流进入滤池,滤池中设有布水堰。污水通过纤维转盘过滤,过滤液通过中空管收集,重力流通过出水堰排出滤池。整个过程为连续。 2)清洗:过滤中部分污泥吸附于纤维转盘外侧,逐渐形成污泥层。随着纤维转盘上污泥的积聚,纤维转盘过滤阻力增加,滤池水位逐渐升高。通过液位计监测池内液位变化。当该池内液位到达清洗设定值(高水位)时,PLC即可启动反洗泵,开始清洗过程。纤维转盘上的污泥通过反抽吸装置,经由反洗水泵,排出滤池体外。清洗时,滤池可连续过滤。 过滤期间,过滤转盘处于静态,有利于污泥的池底沉积。清洗期间,过滤转盘以1转/分钟的速度旋转。反洗水泵负压抽吸纤维转盘表面,吸除纤维转盘上积聚的污泥颗粒,过滤转盘内的水自里向外被同时抽吸,并对纤维转盘起清洗作用。瞬时冲洗面积仅占全过滤转盘面积的1%左右。反冲洗过程为间歇。 清洗时,2个过滤转盘为一组,通过电动阀控制。 3)排泥:纤维转盘滤池的过滤转盘下设有斗形池底,有利于池底污泥的收集。污泥池底沉积减少了纤维转盘上的污泥量,可延长过滤时间,减少反洗水量。经过一设定的时间段,PLC启动排泥泵,通过池底穿孔排泥管将污泥回流至厂区排水系统。其中,排泥间隔时间及排泥历时可予以调整。 9.2.4. 污水消毒处理工艺确定 根据第8章节相关论证分析,确定本工程污水消毒处理工艺拟采用紫外线消毒处理工艺。 9.2.5. 鼓风曝气工艺确定 根据第8章节相关论证分析,本工程曝气工艺拟采用水下鼓风曝气充氧方式。 9.2.6. 污泥处理工艺确定 根据第8章节相关论证分析,本处理厂污泥处理工艺拟采用生物沥浸污泥干化处理工艺。 9.2.7. 污泥出路 《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》中要求污水处理厂剩余污泥填埋含水率应≤60%,因此需对本工程机械浓缩脱水后剩余污泥采取干化处理。本工程所产生的剩余污泥采用生物沥浸污泥干化工艺进行干化处理,使含水率降至60%以下,送至垃圾填埋场集中处理。 9.2.8. 除臭工艺选择 根据第8章节相关论证分析,本工程除臭工艺拟采用生物除臭法作为本工程的除臭方案。 9.2.8.1. 除臭方案设计 对于污水处理厂项目,除臭工艺主要用于臭气浓度较高、且人为活动较频繁的区域。本工程考虑在格栅间、洗砂间和脱水机房三处设置封闭空间,进行除臭处理。由于脱水机房与另两处需除臭建筑物相距较远,臭气不易集中在一起进行处理,故全厂设置两处除臭处理间:格栅间和洗砂间的臭气集中后统一处理,脱水机房的臭气单独处理。 图9-2 生物除臭工艺原理图 9.3. 工艺路线确定 通过以上章节对江东污水处理厂工程污水预处理、污水二级生化处理方案、污水消毒处理工艺方案、污水处理厂鼓风曝气方案、污水处理厂污泥处置方案及污水处理厂除臭方案的选择,最终确定本工程所选择的工艺路线为: 污水提升泵房-旋流沉砂池-厌氧池-缺氧池-好氧池-沉淀池-曝气生物滤池(BAF)-纤维转盘滤池-紫外线消毒-出水 为保证污水处理厂能够达到理想的处理效果,并使处理厂能够有一个良好环境,对于辅助生产措施采取以下工艺: 为保证生物池正常运行,并能够达到设计标准,好氧池鼓风曝气装置采用空气悬浮式鼓风机对系统供氧; 污水厂剩余污泥采用生物沥浸污泥干化处理工艺进行干化处理; 为保证处理厂能有一个良好工作环境,并将处理厂对周边环境影响减小到最低程度,对全厂臭气散发点采用生物除臭方式进行处理。 9.4. 总平面布置 江东污水处理厂一期工程(本工程)占地面积约为2.51ha(37.65亩),一期工程绿化面积0.89ha(13.35亩),绿化率35..5%。 厂区总平面布置是根据厂区地形、厂区周围环境和处理工艺以及进、出水位置等条件,将全厂的管理及处理建、构筑物合理、有机地联系起来,在保证污水、污泥处理工艺布局合理、生产管理方便、联接管线简洁的基本原则下,综合考虑将建、构筑物分区、分类,在空间和外立面设计上协调统一,做到美观、实用、经济。 根据厂内各部分用地的功能将其划分为以下几个主要区域:生产管理区、污水预处理区、污水处理区、污泥处理区;各区相对独立,便于维护和管理。在各区之间有道路相隔,并设计了绿化带,种植树木花草,较好地进行隔离。厂区平面布置详见附图。 生产管理区总体布置在厂区的西南部,位于主导风向下风向。生产管理区主要包括办公楼、总变电室、餐厅食堂、车库、传达室、自行车棚等。 办公楼内设办公室、会议室、化验室、值班宿舍、中控室等。 总变电室被安排在厂区西侧,靠近进水泵房、鼓风机房及污泥浓缩脱水机房,基本处于用电负荷中心。 污水预处理区位于厂区西北侧,处于缺氧池、好氧池以西、机修间仓库以北。进水管由西侧进入厂区。 污水处理区(包括缺氧池、好氧池、沉淀池、曝气生物滤池、鼓风机房、纤维转盘滤池、紫外线消毒渠道及巴氏计量槽、)设在厂区的中部。 污泥处理区设在厂区东南侧。 厂外进水管从厂区的西部进入污水预处理区,预处理区由南向北依次排列着粗格栅间、提升泵房、细格栅间、旋流沉砂池等。进水进入粗格栅间,经过粗格栅后,入进水泵房,经泵提升后进入配水井,再经细格栅、旋流沉砂池后入后续处理设施。 污水处理区是厂区主要处理部分。该区内设有缺氧池、好氧池、沉淀池、曝气生物滤池、污泥泵房等。缺氧池、好氧池、沉淀池、曝气生物滤池共分为2系列,总处理规模为2.5万m3/d。污水预处理区的出水先进入缺氧池,再依次进入好氧池、沉淀池、曝气生物滤池、纤维转盘滤池,出水经紫外线消毒渠道消毒后经巴氏计量槽计量后排放。鼓风机房设置在沉淀池以东,为污水生物处理系统提供空气。 污泥处理区自北向南依次为生物沥浸池、沉淀池、加药间、贮泥池、污泥脱水机房、污泥储运间。 9.5. 厂区竖向设计 厂址所在地位于东营河西岸,拟建污水处理厂厂区现况地面标高约为2.0~3.0m,现况地面较为平缓。东营河常水位约为1.5m。厂区地面高程参照附近的地面高程予以确定,以保证厂区的防洪和排水。 根据污水处理厂进、出水干管标高,结合厂区设计地面标高,考虑厂区主要处理构筑物的埋深合理等因素,同时满足各构筑物水头损失的要求,在保证处理后出水不需提升即可自流排入东营河的前提下确定该厂的竖向高程。 在保持厂区地面基本平坦的原则下尽量减少水处理前段构筑物露出地面过高而水处理后段构筑物埋入地下过深的情况,同时可使厂区道路有3‰以上的纵坡有利于道路排水。 9.6. 水力流程设计 根据厂区竖向设计并按照构筑物尽量低矮,减小对景观影响的原则,确定进水泵房、旋流沉砂池、厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、曝气生物滤池等处理构筑物内水位的合理高程。整个处理流程总水头损失(从细格栅渠道进水井至紫外线消毒渠道出水井水面)约为7.1m。水力流程图详见附图。 9.7. 厂区管线设计 9.7.1. 范围与原则 管网设计范围包括污水、污泥处理构筑物之间的连接管道(厂区工艺管线)、厂内给水管道、雨水管道、污水管道、电力管沟、通讯、自控光缆管沟等。管线的走向、交叉错综复杂,其布置原则在满足功能要求的同时,以达到经济实用的目的。各构筑物之间的连接管道,尽量以直线形式连接,以减小管道距离,减少交叉;充分利用地形坡度敷设重力污水管道和雨水管道;当交叉点上各管道高程发生矛盾时,按照压力管道避让重力管道的原则解决。 9.7.2. 构筑物连接管 构筑物连接管包括:进水泵房~旋流沉砂池~缺氧池~好氧池~沉淀池~曝气生物滤池~纤维转盘滤池~紫外线消毒渠道及巴氏计量槽等污水工艺管线;构筑物连接管均埋于地下,位于厂区道路两侧,管径DN600~DN1000,管材选用钢制管道。 9.7.3. 污泥管道 厂区污泥管线包括:沉淀池~污泥泵房的污泥管线,污泥泵房~缺氧池的回流污泥管线、污泥泵房~生物沥浸池池的剩余污泥管线等。上述污泥管线管径较小,大多为压力输送管道,均敷设于地下,埋深较浅,位于厂区道路两侧。污泥管道设计管径DN200~DN600,管材选用钢制管道。 9.7.4. 空气管线 厂区空气管线由鼓风机房接出,引至2座好氧池。空气管线均为压力管道,敷设于地下,管径较大,埋深较浅,沿好氧池边布设。空气管道设计管径DN500,管材选用钢制管道。 9.7.5. 供水与消防管线设计 厂区供水主要用于职工生活、化验、溶药、消防等方面。上水管道在厂区内按环形设计,供水干管管道直径为dn200mm。厂内消防采用低压制,按同一时间内火灾次数一次计,最大用水量为15ls,厂内各处按规范设消火栓。上水管拟选用PE或球墨铸铁管材。 9.7.6. 厂区污水管道设计 厂区污水管道用于厂内生活污水的排放及各构筑物的放空。污水管道按照道路坡度敷设,最终接入污水提升泵房,厂内污水管道管径为D=300~600mm。厂区污水管道负担各构筑物放空污水以及收集辅助生产区、厂前区及污泥浓缩脱水机房等建筑物污水。污水管拟选用钢筋混凝土管。 9.7.7. 厂区雨水管道设计 根据厂区竖向设计,顺地势沿厂区道路敷设雨水管,全厂雨水收集后,最终排入东营河。设计雨水管直径D400~500mm。雨水管拟采用钢筋混凝土管。 9.7.8. 退水管道设计 污水处理厂处理后出水经总退水管排至厂区东侧东营河。退水管拟采用钢筋混凝土管,总退水管管径D=1200mm。 9.7.9. 厂区超越管设计 在进水泵房进水井、出水井及旋流沉砂池出水井处设置超越管,以防厂内发生事故时,进厂污水可顺利排除。总退水管道接至东营河。超越管管径为DN1200mm,管材采用钢制管道。 9.7.10. 电缆管沟设计 厂区电力管沟采用盖板方沟形式,由总变电室引出,分别向鼓风机房、缺氧池、好氧池及进水泵房处辐射,方沟断面净尺寸为W×H=1.1×1.1m,其余各建构筑物用电采用电缆铺设。 9.7.11. 其它管线 本工程污水处理厂内管线还包括通讯、通信等管线设计。 9.7.12. 管道防腐 除钢筋混凝土管、不锈钢管(板)、镀锌钢管和工程塑料管等特殊管材外,其余所有钢制管道及钢制管件(含焊接接缝处)均需施做内、外防腐处理。埋地钢制管道及钢制管件防腐作法及要求如下:涂底漆前防腐管道表面应清除油垢、灰尘、铁锈等,其质量标准应达Sa2.5级;管道外防腐采用环氧煤沥青“四油二布”加强等级防腐,即底漆一道、面漆一道、玻璃布一道、面漆二道、玻璃布二道、面漆三道、面漆四道;内表面防腐作法采用底漆一道,H87或881防腐涂料二道,或采用同等质量的防腐涂料,涂料厚度不得低于200μ。所有水下及外露钢制管道和钢制管件(包括管道支架、托架、支座)防腐作法及要求如下:涂底漆前防腐管道表面应清除油垢、灰尘、铁锈等,其质量标准应达Sa2.5级;内、外表面防腐作法均采用底漆一道,H87或881防腐涂料二道,或采用同等质量的防腐涂料。涂料不得低于200μ。 9.8. 厂区道路设计 厂区设2座大门,大门均朝西;主大门位于处理厂管理区西部,宽度10m,主要用于厂内员工上下班及车辆出入,大门旁设传达室。为便于生产运泥不影响管理区卫生,主大门北侧修建旁门1座,宽度7m,用于生产性车辆进出使用。 厂区道路干道宽度为5m,次干道宽度4.0m。厂区道路采用沥青混凝土路面。 厂内管理区的综合楼南端设铺装广场,广场、停车场等处的地面铺装可与路面采用相同材料或采用混凝土方砖。 9.9. 污水处理厂主要处理构筑物 本期工程的设计规模为:QAV=25000m3/d(0.289m3/s),变化系数Kz=1.47,最大设计规模Qmax=36750m3/d(0.425m3/s)。 9.9.1. 进水泵房 结构尺寸:L×W=15.3×9.6m(土建按二期工程规模5.0万m3/d设计,设备按一期工程规模2.5万m3/d配置,一期工程(本期)总变化系数1.47,二期工程总变化系数1.37)。 主要设备:W×H=1300×1300mm手电动闸门4台 W×H=1500×1500mm手电动闸门1台 粗格栅(格栅栅条间隙20mm,宽1.3m)2台 潜污泵(流量0.43m3/s•台,扬程H=14.0m)4台(2用4备,其中2台变频,一期工程2台,二期工程2台) 皮带输送机(宽度0.8m,带速0.8m/s,长度4.5m)1套 9.9.2. 旋流沉砂池 结构尺寸:D×H=3.5×2.2(土建按二期工程规模5.0万m3/d设计,设备按一期工程规模2.5万m3/d配置,一期工程(本期)总变化系数1.47,二期工程总变化系数1.37)。 主要设备:细格栅(栅条间隙5mm,W×H=1500×2200)2台 无轴螺旋输送机(D=300mm,L=7m)1台 栅渣压榨机1台 气提除砂装置1套 9.9.3. 砂水分离间 建筑轴线尺寸: L×W=27.0×6.0m,房屋梁底高度H=5.0m。 主要设备: 罗茨鼓风机,风量5.0m3/min,功率15.0kw,3台(2用1备) 砂水分离器,流量5~15 l/s,功率0.37kw,2台 屋顶风机(Q=750m3/h),4台 9.9.4. 厌氧池 本污水厂设计厌氧池为半地下式钢筋混凝土构筑物。 数 量: 2座 单池设计流量: Qav=12500m3/d=0.145m3/s 厌氧池单池工艺尺寸:L×W×H=21.0×60.0×8.5m(有效水深8.0m) 主要工艺设计参数: 停留时间:1.94h 主要设备 潜水搅拌机、手电动铸铁闸门等。 9.9.5. 缺氧池 本污水厂设计缺氧池为半地下式钢筋混凝土构筑物。 数 量: 2座 单池设计流量: Qav=12500m3/d=0.145m3/s 缺氧池单池工艺尺寸:L×W×H=21.0×10.0×8.5m(有效水深8.0m) 主要工艺设计参数: 停留时间:3.23h。 主要设备 潜水搅拌机、手电动铸铁闸门等。 9.9.6. 好氧池 本污水厂设计好氧池为半地下式钢筋混凝土构筑物。 数 量: 2座 单池设计流量: Qav=12500m3/d=0.145m3/s 好氧池单池工艺尺寸:L×W×H=21.0×20.0×8.5m(有效水深8.0m) 主要工艺设计参数: 停留时间: 6.45h 污泥浓度:3500mg/l 硝化污泥负荷:1.43mgNH4/(mg MLVSS.d) 碳化污泥负荷:0.40 mgBOD/(mg MLVSS.d) 总污泥负荷:0.03 mgBOD/(mg MLSS.d) 泥龄:5.28d 剩余污泥量:4.58t/d 剩余污泥含水率:99.3% 主要设备 潜水搅拌机、曝气装置、手电动铸铁闸门等。 9.9.7. 沉淀池 型式:平流式沉淀池 数量:4座 平均流量表面负荷:0.766m3/m2.hr 平均流量停留时间:3.91h 结构尺寸:L×W×H=40.0×8.5×3.5m(有效水深3.0m) 主要设备:刮泥机、手电动铸铁闸门、转子泵、阀门等 9.9.8. 曝气生物滤池(BAF滤池) 超细格栅作为进入BAF池前的最后一道工艺,起到进一步降低进入BAF池中SS的作用,以此来实现延长反冲洗周期,提高运行效率,减少运行费用的目的。超细格栅的出水经提升进入BAF池。BAF池为本工程的核心处理构筑物,在此,通过微生物的新陈代谢、吸附、降解作用,水中污染物得到有效的去除,从而使污水得到净化。 BAF工艺由于其占地面积小、出水水质高的突出特点,在国内外均有大量工程实例。本污水厂设计BAF池为半地下式钢筋混凝土构筑物。 数 量: 8座 单池处理水量: Qav=3125m3/d=0.036m3/s BAF单池工艺尺寸:L×W×H=10.0×7.5×7.0m(有效水深6.3m) 主要工艺设计参数: 有机物负荷:1.3KgBOD/m3滤料•d 滤料总体积:2400m3 滤料高度:4.0m 滤池数量:8座 配水室高度:1.2m 承托层高度:0.3m 清水区高度:0.8m 超 高:0.7m 滤池总高度:7.0m 单座滤池尺寸:10×7.5×7.0m 主要设备 滤料数量:2400m3 滤板数量:648 单块滤板尺寸:960×960×100mm 长柄滤头数量:24000套 单孔膜片曝气器数量:25200套 9.9.9. 反冲洗水池 数 量: 1座 工艺尺寸:L×W×H=10.0×10.0×4.5m(有效水深4.0m) 有效容积:400m3 主要设备 反冲洗水泵3台,两用一备 硝化液回流泵3台,两用一备 9.9.10. 反冲洗回水池 数 量: 1座 工艺尺寸:L×W×H=10.0×10.0×4.5m(有效水深4.0m) 有效容积:400m3 主要设备 反冲洗回水泵3台,两用一备 9.9.11. 污泥泵房 结构尺寸:L×W×H=9.55×8.35×6.85m(一期1座,远期4座) 主要设备:回流污泥泵3台,两用一备 剩余污泥泵3台,两用一备 9.9.12. 生物沥浸池 生物沥浸池的主要作用就是通过专用生物菌群对污泥进行改性处理,使原有污泥中持水能力较强的以异养型微生物为主的活性污泥菌体胶团逐渐死亡,把更多的毛细管水释放成间隙水或自由水,同时污泥pH的下降,使原先带有大量负电荷的污泥颗粒的电性逐渐被中和,处理后污泥由于不再存在同性电荷互相排斥作用而能自我聚沉,促进了污泥的沉降性。 工艺尺寸:L×W×H=4.5m×4.5m×6.5m×6格 停留时间:HRT=48h 主要设备: 菌群生长控制系统24套 温度在线仪2台 污泥回流系统控制器1套 9.9.13. 污泥沉淀池 污泥沉淀池的作用在此主要是使生物固体从液相中有效分离出来,满足沉降与浓缩功能的要求。 工艺尺寸:D×H=φ6.0m×4.5m 停留时间:HRT=8h 主要设备:污泥沉降系统1套 9.9.14. 贮泥池 贮泥池的作用主要是将污泥沉淀池排出的含水率95%左右的污泥进行均质,便于后续压滤机脱水效率稳定。同时可以兼作事故检修池。 工艺尺寸:L×W×H=8.0m×4.0m×4.5m 主要设备:潜水搅拌器1台 9.9.15. 污泥脱水机房 脱水机房主要用于放置本项目中所需板框式压滤机,用于将均质池中改性完成的污泥进行深度脱水处理。同时包括脱水泵房、压榨泵房、中控室及配电室等,主要放置污泥进料泵、污泥压榨泵、清洗泵、压榨水箱、清洗水箱、配电柜、综合控制系统等。 建筑轴线尺寸:L×W=24.0×12.0m 主要设备:厢式隔膜板框压滤机2台(1用1备) 水平螺旋输送机3台 倾斜螺旋输送机1台 电动泥斗1台 低压进料泵2台(1用1备) 高压进料泵2台(1用1备) 压榨泵2台(1用1备) 冲洗水泵1台 罗茨鼓风机2台(1用1备) 9.9.16. 加药间 主要用于在室内设置加药池和加药系统及存放在生物沥浸池中所需投加的营养剂。 建筑轴线尺寸:L×W=15.0×6.0m 主要设备: 潜水搅拌器1台 加药泵2台(1用1备) 9.9.17. 鼓风机房 结构尺寸:L×W=22.5×8.1m (土建按二期工程规模,设备按一期工程规模安装) 主要设备: 近期空气悬浮式鼓风机3台(2用1备) 消音器3套(鼓风机配套) 自动卷绕式空气过滤器1套 电动单梁悬挂起重机,起重量2t, 1套 9.9.18. 紫外线消毒渠道及巴氏计量槽 工艺尺寸:L×W×H =33.6×3.4×2.0m(土建按二期工程规模,设备按一期工程规模安装) 紫外C透光率:≥60 % 出水粪大肠杆菌:≤10000个/L 辐射剂量:19500μWs/cm2 主要设备:低压高强汞灯,含镇流器、化学清洗、控制、电动设备。 10. 建筑结构设计 10.1. 建筑设计 10.1.1. 建筑设计依据 满足污水处理厂工艺流程及其相关专业的技术要求,根据各单体建、构筑物的使用功能和特点进行优化合理设计。 建筑设计主要适用规范和技术标准 10.1.2. 建筑设计标准 根据《建筑工程抗震设防分类标准》,本工程的建、构筑物均属丙类建筑,按照《建筑抗震设计规范》的要求,均按抗震设防烈度7度考虑地震作用,并实施抗震措施。 建筑耐火等级均按二级设计。 10.1.3. 建筑设计内容 本次江东污水处理厂一期工程设计是按照25000m3/d的规模进行污水污泥处理。本工程的设计和实施是充分体现江东片区的市政建设以及社会效益的工程。随着城市建设不断发展,水资源日益紧缺,节约及开发资源成为城市发展的主要任务,因此也是一项造福人类的工程。所以本工程设计不仅要体现出先进的处理工艺,并且在满足工艺要求的同时,还要为美化城市创造条件。 本设计在满足污水处理厂工艺流程和操作控制的前提下,尽量减少地下管线的敷设长度,对厂区建筑进行合理地划块分区,并且结合场地地形、地貌、主导风向等因素,进行建筑总体布局和厂区竖向设计,使整个污水处理厂建筑群体效果与周边环境相互协调。同时考虑合理地利用土地,提高厂区环境质量,减少对周围生态环境的影响。 本设计考虑到其工业建筑的特点,在满足工艺流程的基础上,尽量做到平面布局合理:把厂前区布置在全厂的西南角,处于全年主导风向的上风向。在沉淀池的西侧、综合楼东侧,沿厂区道路设置绿化隔离带,将厂前区与生产区分隔,使其相互独立。同时将厂前区设置在远离厂区污水提升泵房和曝气沉砂池的地方,尽量避免不良气味的影响。综合楼与食堂、浴室、车库等建筑围合成一个绿色生活区。本设计把全厂作为一个整体建筑群体考虑,使生产与非生产建筑具有统一的建筑形式,所有形体不同、高低错落的建筑物被有机地融合在一起,力求能创造一个良好的环境空间。 建筑单体设计力求造型新颖、简洁、明快,注重建筑的艺术性、生动性及群体效果,和谐地融入所处环境之中。在建筑造型处理上,注意因地制宜地创造出简洁明快,新颖别致的建筑造型,。并且注重规整几何形体的运用,追求空间与体型的立体构成的组合形象与虚实关系。生产建筑物打破以往工业建筑呆板、单一模式,使污水处理厂成为花园式厂区,使厂区内每一建筑物成为厂区内的一个景点。 本设计注重提高工业建筑内部与外部的环境质量,针对污水处理厂所处地区炎热的地域气候特点,注意采取隔热、降噪等措施。办公楼按节能设计考虑,屋顶采用带有保温、防水、隔热做法的屋面,对有噪音污染的鼓风机房采用双层隔音窗、隔声门、吸音墙面等。对于具有污染源的建筑在总平面布置中给予合理、有效的安置。在提高建筑内部的环境质量的同时,减少了对厂区及外界的不利影响。 按照各单体建筑的使用功能分类,本工程划分为附属建筑物、生产建筑物和生产构筑物三类。 10.1.4. 建筑装修及材料 室外装修 建筑物外墙一般采用暖色涂料,做出凹凸的点喷效果;构筑物外表面装修使用浅色涂料,池壁混凝土要求平整光洁;构筑物上做铝合金栏杆,钢格板(钢盖板)及钢梯等均做热浸镀锌处理,有防腐要求的特殊功能盖板采用玻璃钢盖板。 室内装修 所有建筑均按中级标准做室内装修。一般办公用房采用铺地砖楼地面,控制室内做防静电架空地板,其它生产建、构筑物地面做法应满足功能要求;一般建筑内墙刷白色乳胶漆,厨、浴、厕等房间墙面满贴瓷砖,鼓风机房内墙做矿棉吸音板墙面,脱水机房贴2.0m高釉面砖墙裙;楼梯栏杆扶手采用不锈钢扶手。 屋面 屋顶为平屋面,平屋顶做加气砼砌块保温,SBS改性沥青防水层,二级防水。 门窗 一般情况下,外门宽度W≥2.4m采用彩板夹芯平开大门,W<2.4m采用铝合金喷塑门,内门做木门,窗材质为铝合金喷塑;有特殊功能要求的门窗除外,如鼓风机房采用隔音密闭门窗,车库为彩板翻板门,配电室做外开防火门等。 10.2. 结构设计 10.2.1. 设计依据 根据工艺、建筑及其相关专业提供的设计条件,对各单体建、构筑物按照国家规范和相关标准的要求进行结构安全设计。 结构设计主要适用规范和技术标准 10.2.2. 结构设计标准 本工程设计建筑结构的安全等级按二级。 本工程各建、构筑物主体结构的设计使用年限按50年。 本工程混凝土结构的环境类别属三类;建筑物对钢筋混凝土结构构件的裂 缝控制等级按三级,构筑物对混凝土结构构件的最大裂缝控制为0.2mm。 本场区建筑抗震设防烈度为7º,设计基本地震加速度值为0.10g(第一组)。场地土的类型/建筑的场地类别不详。 本工程一般建筑结构的地基基础设计等级按丙级。 受力钢筋的混凝土保护层厚度 盛水构筑物内侧 40mm 盛水构筑物外侧 35mm 非盛水构筑物 30mm 建筑结构梁,板 30mm,20mm 独立柱,框架柱 40mm 10.2.3. 结构设计内容 (一) 本工程结构设计主要荷载(标准值) 一般建筑楼面均布活荷载 2.0kN/m2 建筑屋面均布活荷载(上人) 2.0kN/m2 建筑屋面均布活荷载(不上人) 0.5kN/m2 楼梯活荷载 2.5kN/m2 建、构筑物平台活荷载按功能取 2.0~4.0 kN/m2 地面堆积荷载 10.0 kN/m2 基本风压 0.80kN/m2(50年一遇) 回填土的重力密度 18.0 kN/m3 污水的重力密度 10.5 kN/m3 (二) 设计原则 结构设计根据建、构筑物的受力特点,遵循传力明确、受力合理、安全可靠、经济合理的原则,同时优先采用新技术、新材料。 盛水构筑物结构设计按承载力极限状态计算,并按正常使用极限状态验算。当水池结构构件处于受弯、大偏心受压或大偏心受拉时,严格控制混凝土裂缝开展宽度,最大裂缝宽度限值为0.2mm;当水池结构构件处于轴心受拉或小偏心受拉时,则进行抗裂度验算。 构筑物分别按满水、空池、正常使用以及考虑温(湿)度或地震作用的非正常使用等工况进行内力计算,并按其最不利荷载组合产生的内力进行结构配筋。 为改善大面积构筑物因混凝土收缩、温度应力等引起的砼开裂,采用设变形缝、诱导缝、后浇带及加强带等措施,并且在砼中掺适量的高效低掺量外加剂补偿施工过程中的砼收缩,并重点处理各种缝处的结构防水。 (三) 建筑结构及基础形式 本工程设计根据工艺流程要求及使用功能特点确定各建、构筑物的结构选型,并结合地基土质情况确定相应的基础形式。综合楼、食堂及浴室、机修间及仓库、鼓风机房、脱水机房、砂水分离间、及设备间上部结构等建筑物因跨度和高度均较大,设计采用框架结构,基础采用钢筋混凝土独立基础或利用其下部结构做为基础,其余建筑物的开间、进深、层高均较小,设计采用砖混结构,由于厂区大部分为海边高填方,因此基础采用钢筋混凝土伐板基础;构筑物均采用整体现浇结构,除沉淀池为无粘结预应力钢筋混凝土结构外,其余均为普通钢筋混凝土结构,相应的结构基础采用钢筋混凝土筏板基础。 (四) 变形缝的设置与要求 因部分构筑物的结构尺寸超长,设计考虑按照《给水排水工程构筑物结构设计规范》的要求设置变形缝,变形缝间距按20m一道设置。 变形缝的宽度,设计按30mm考虑。变形缝采用橡胶止水带(宽度330mm,厚度8mm),缝内填充闭孔型聚乙烯泡沫塑料板,底板变形缝下表面用遇水膨胀橡胶条填塞,其余部位以聚硫密封膏(30×20mm)嵌缝,同时应保证橡胶止水带、聚硫密封膏等能够结构交圈。 (五) 抗浮设计 厂区建筑物抗浮设防水位暂时无法确定。 (六) 基坑、肥槽回填 肥槽回填分两种情况处理:其一,肥槽内有构筑物时,构筑物基底以下部分的肥槽回填级配砂石,压实系数≥0.97;其二,一般部位肥槽回填素土并分层夯实,压实系数≥0.95。 (七) 主要结构材料 贮水构筑物混凝土 强度等级:C30(P.042.5普通水泥) 抗渗等级:S6 一般建构筑物混凝土 强度等级:C30 混凝土垫层 强度等级:C10、C15 伐板基础混凝土 强度等级:C30 砂 浆 强度等级:M10,M7.5 非粘土烧结砖 强度等级:MU10 多孔砖 强度等级:MU5 毛 石 强度等级:MU30 钢 筋 HPB235级钢(Q235) fy=210 N/mm2 HRB335级钢(20MnSi) fy=300 N/mm2 预应力钢绞线 fpy=1320 N/mm2 焊 条 E43型(用于Q235钢的焊接) E50型(用于20MnSi钢的焊接) 本工程构筑物及建筑物的结构混凝土所用水泥必须是低碱水泥 (即当量碱含量小于0.6%),并控制混凝土中碱的总含量不得超过3kg,且不得使用D种骨料(即高碱活性骨料,膨胀量大于10%)。 11. 电气设计 11.1. 设计内容 江东污水处理厂一期工程处理规模2.5万m3/d,二期工程处理规模为5.0万m3/d,远期工程处理规模10.0万m3/d。 电气设计界限:本设计以处理厂10KV变电室进线电缆终端头为界,终端头以下部分为本设计内容。电气设计范围包括:处理厂变电室、进水渠道、旋流沉沙池、缺氧池、好氧池、曝气生物滤池、鼓风机房,污泥泵房,沉淀池,脱水机房,纤维转盘滤池、紫外线消毒渠道,及其它附属建筑物的所有电气设计。 11.2. 设计依据 《供配电系统设计规范》 (GB 50052-2009) 《建筑照明设计标准》 (GB 50034-2004) 《低压配电设计规范》 (GB 50054- 95) 《10kV及以下变电所设计规范》 (GB 50053-94) 《工业与民用电力装置的接地设计规范》 (GBJ65-83) 《建筑物防雷设计规范》 (GB 50057-2010) 《电力工程电缆设计规范》 (GB 50217-2007) 《钢制电缆桥架工程设计规范》 (CECS 31:2006) 工艺、土建、暖通等专业设计条件 11.3. 供电电源 本厂是二级用电负荷,采用双路10kV电源供电。 11.4. 供电系统 处理厂总变10kV侧为单母线分段接线,设母联,两路10kV电源同时使用,也可一用一备,每路10kV电源按全部负荷计算。同时为分变提供两路10kV电源出线。 分变10kV侧均为单母线分段接线,不带母联开关。 低压380/220V系统均为单母线分段接线,带母联开关。平时两路电源及两台变压器同时工作,当一台变压器故障或检修时,另一台变压器可带70%以上的全部负荷。 11.5. 继电保护 10kV开关柜设置继电保护装置,继电保护功能主要如下: 总变10kV进线柜: 三相过流、速断、零序 变压器出线柜: 三相过流、速断、零序、温度 母联柜: 三相过流、速断 11.6. 计量与测量 采用10kV侧计量方式,低压侧照明集中出线处设置照明子表。 低压侧进线处设置综合智能仪表,负荷较大出线处设置电流及电能变送表,信号均传至计算机,便于厂内用电管理及节能分析。 11.7. 接地 低压接地采用TN-S方式。 变电室周围作环形接地装置,接地电阻要求小于1欧姆。其它构筑物作重复保护接地,重复接地电阻小于10欧姆。全厂接地干线与变电所接地系统连为一体。各建筑物电源进线处做过电压保护装置。所有建筑物需做防雷,防雷引下线与建筑接地系统相连。各建筑物做等电位联结。 11.8. 电缆敷设 变电室设电缆沟,在变电室、各设备车间内大部分电缆沿桥架敷设。在室外电缆较多处设电缆沟,局部采用穿保护钢管埋地敷设方式。室外照明电缆可采用铠装电缆直埋敷设。 11.9. 照明设计 对于办公室、值班室、配电室、控制室、休息室等构筑物内均采用荧光灯照明方式,局部加装墙上壁灯。对于各车间通常采用工厂配照型灯具,光源可采用节能灯。 室外照明分三种形式:高杆灯照明、普通单勺路灯照明及厂前区庭院灯照明。在厂内设置3根高杆灯,灯杆高为20米,光源为8个400W高压钠灯,主要为厂内缺氧池、好氧池、沉淀池及曝气生物滤池等构筑物照明。在高杆灯照射范围以外的道路采用普通单勺路灯,灯杆高6米,150W高压钠灯。灯杆平均间距25米。在厂前区综合楼处采用庭院灯照明,灯杆高3米,采用30W节能灯为光源,灯杆平均间距10米。室外照明由设置在变电室内的路灯控制箱统一控制。控制箱中装设有路灯控制仪,可实现人工及自动两种控制。 11.10. 电气节能措施 根据本工程实际情况,确定采用10kV电源引入厂内负荷中心,降压为380/220V为设备配电。变电所选择在负荷中心,共设置两处变电所,可以减少低压侧线路长度,降低线路损耗。 通过负荷计算,利用最佳负载系数确定变压器容量。力求使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷,提高变压器的技术经济效益,减少变压器能耗。 采用集中自动补偿方式提高功率因数,减少无功损耗。 采用高效节能的电气设备,选择自身功耗低的变配电设备。选用节能型变压器。节能型变压器要求空载、负载损耗相对较小。 对于运行中功率变化较大的设备采用变频控制。 以经济电流密度来选择电缆,合理选择电缆路径以降低线路的损耗。 照明设计满足<<建筑照明设计标准>>所对应的照度标准、照明均匀度、照明功率密度值、能效指标等相关标准的综合要求。通过选择合理的照度标准,选用合适的光源及高效节能灯具,采用合理的灯具安装方式及照明配电系统,并根据建筑的使用条件等采用合理有效的照明控制装置来实施。 本工程光源主要采用光效较高的荧光灯和节能灯,荧光灯采用电子镇流器,使其单灯功率因数不小于0.9。 11.11. 电话通讯 厂内行政通讯选用50门程控电话交换,总机设在综合办公用房内,总机的中继线为8路,设5部直通电话。 11.12. 公用电视天线 电视节目源取自当地有线电视,并在综合办公楼内设置一台有线电视前端箱。综合楼内的部分房间设置电视插座。 11.13. 综合布线 综合办公楼设计综合布线,机柜设置在中控室内。综合办公楼内的部分房间设置信息插座。 11.14. 主要电气设备选型 10kV设备 总变10kV采用金属铠装全封闭的中置式开关柜,真空断路器,弹簧储能机构,直流220V操作电源。分变采用10kV环网柜,真空负荷开关。 变压器 变压器选用环氧树脂浇注带外壳干式变压器,变压器带温控设备及强制风冷。 MCC低压柜(兼马达控制中心) MCC1、MCC3选用抽屉式低压开关柜。 MCC2选用固定式低压开关柜。 鼓风机、脱水系统及消毒系统等由设备厂家配套提供就地控制柜 12. 自控仪表设计 12.1. 设计内容 主要包含有以下部分设计的说明 在线过程检测仪表设计 计算机控制系统设计 工业电视系统设计 12.2. 过程检测仪表 在江东污水处理厂一期工程安装过程检测仪表的主要目的是:安全生产、实现科学管理,其主要作用有: 提高设备利用率,保证水处理质量 节省日常运行费用 使运行安全可靠 节省人力、减轻劳动强度 为实现计算机监控创造条件 由于检测仪表的地位的重要性,原则上我们选用在运行上有成功经验的仪表,并尽量作到运行稳定、维修量少、备件方便、修理简单。 12.3. 计算机控制系统 选用计算机过程控制系统可提高生产管理水平、减轻劳动强度、保证产品质量、节约生产能耗。 12.3.1. 系统描述 江东污水处理厂一期工程的计算机监控及数据采集系统(以下简称SCADA系统),由安装在污水处理厂中心控制室(CCR)内的上位监控工作站(MCS)、现场安装的下位控制站及厂家成套控制站组成。 12.3.2. 系统构成 上位监控计算机 在中心控制室设置一套监控系统,该监控系统的硬件设备包括有:监控计算机、投影仪、打印机等。 计算机监控系统的主要功能是显示由现场控制站传上来的现场仪表的监测信号、设备的运行状态信号、以及各个就地控制站的状态,可以在转换到手动操作状态时控制现场设备的运行、修改自动调节控制回路的设定值。按照设定生成报警、事件统计、生成运行报告等。计算机监控设备通过通讯设备连接到现场控制站,实现数据的交换功能。监控系统的电源来自安装在中控室的仪表配电箱。 现场控制站 现场控制站由 PLC可编程控制器、控制器柜及柜内附属设备组成。 可编程控制器用于采集现场检测仪表的测量值、设备的状态信号,控制现场设备,将处理后的数据送入通信网络并接收上位计算机及其他现场控制站通过通信网络传来的信息。 可编程序控制器由中央处理单元、存储单元、电源、通讯模板、输入输出模板等组成,控制器可根据需要完成检测报警、顺序控制、逻辑控制、PID控制等功能。该控制器安装在现场控制器柜内。 输入输出模板的作用是作为控制器与被监控设备及仪表之间的连接接口。输入输出信号类型有: DI -- 数字量输入 接点,24VDC DO -- 数字量输出 触点,24VDC AI -- 模拟量输入 电流信号,4~20mADC AO -- 模拟量输出 电流信号,4~20mADC 可编程序控制器的程序编制即可采用编程器完成也可通过上位机编程后以下装方式完成。当上位设备故障或不使用时,控制器仍可独立完成对工艺过程的监控工作。 现场控制器安装在一面控制柜中,控制柜带有相应的辅助装置,包括有:配电装置、接线端子、盘内配线、浪涌抑制装置、电源、通信电缆连接装置、UPS不间断电源等。 现场显示单元 在设计中现场控制站应带有显示单元。该显示器为10”触摸屏彩色显示器,安装在控制柜上。用来显示就地的设备状态、仪表测量参数等。操作人员可通过该显示装置来调整设定。 成套设备控制器 本工程中部分设备带有成套的控制器,控制器信号分别通讯至就近的现场控制站。 通信网络 生产管理网络:用来连接上位监控计算机,实现各个计算机的资源共享。使用以太网,通讯速率为100Mbps。 控制网络:用来实现各个现场控制器和中控室上位监控计算机的连接,传输检测和控制信号,控制整个工厂的生产过程;用来实现各个现场摄像机和中控室视频服务器的连接,传输视频和控制信号,监视工厂的重要生产过程。通讯介质为光纤网络,通讯速率为1000Mbps。 现场控制器与设备成套控制器的通讯连接应选用与控制器匹配的通讯专用线。 12.4. 工业电视系统 江东污水处理厂一期工程设有摄像机。所有摄像机的视频及控制信号均通过控制网络传入污水处理厂中心控制室。在中心控制室设置视频图像服务器,用来显示和记录与污水处理工程有关的生产情况画面,监视污水处理工程中的重要过程。 12.5. 电缆敷设 仪表电源电缆选用KVV-500控制电缆,仪表信号电缆选用DJYPVP模拟信号屏蔽电缆,设备状态信号电缆选用KVVP-500屏蔽控制电缆,设备控制电缆选用KVV-500控制电缆。信号电缆的多余芯线应接地。控制网通讯电缆采用四芯多膜光缆,管理网通讯电缆采用超五类屏蔽双绞线。 仪表配电箱采用下入下出线方式。 电缆穿管地下采用镀锌钢管。 电缆敷设方式为穿管、桥架和电缆沟内敷设。 仪表电缆在敷设过程中要保证与电力电缆及其它管道的距离,以防止干扰及影响。 12.6. 防雷与接地 现场仪表保护箱的外壳应在就地做保护接地处理。接地线颜色应符合国家有关标准。 仪表电缆的屏蔽层、多余芯数应连在统一的接地单元上。全厂仪表控制系统采用单点接地方式。屏蔽层及多余芯线不允许浮空或多点接地。 仪表自控设备的工作接地、保护接地与电气专业共用接地网,接地电阻要求不大于1,如不满足应补打接地极。 室外仪表安装在仪表保护箱内,并加装模拟信号浪涌保护器。 室外安装的摄像头要求做防雷。 13. 建筑给排水及暖通设计 13.1. 设计依据 《建筑设计防火规范》 GB50016-2006 《建筑灭火器配置设计规范》 GB50140—2005 《采暖通风与空气调节设计规范》 GB50019—2003 《建筑给水排水设计规范》 GB50015—2003 《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242—2002 《给水排水标准图集》 排水设备及卫生器具安装2004年合订本 13.2. 室内卫生和消防设计要点 厂区所有建筑物按建筑专业所选定的卫生器具配置节水型阀门和水暖部件。 厂内职工生活洗浴水由厂前区浴室内设全自动电浴水器解决,职工饮用开水由全自动电开水器提供。 各建筑给水入户管均要求装水表。 按各单体建筑物的设计体积,厂内的各建筑物可不设消火栓,各建筑物内均设置固定灭火器。 所有室内卫生器具和管道的安装、试压均以《给水排水标准图集》(排水设备及卫生器具安装2004年合订本)为准。 13.3. 厂区建筑物通风和空调设计要点 车间机械送风换气次数按6次/时,机械排风换气次数按8~12次/时,卫生间换气次数按6次/时,厂区建筑物均按自然补风考虑。 生产车间根据使用需要采取不同的通风型式:采取设置墙体安装低噪声轴流通风机或屋顶通风机进行机械通风。 空调设计室温按26~28℃考虑。 厂内建筑物均不设集中空调,各建筑物内均采用分体壁挂或立柜式空调机。 13.4. 处理厂供暖通风及建筑给排水设计 13.4.1. 供暖(冷) 由于海南当地的冬季气候相对较为温暖,室内无采暖要求。考虑到夏天气温较高,拟在综合办公楼、变配电室的值班室、鼓风机房值班室、脱水机房值班室及砂水分离间值班室等有人职守处,设置空调,改善员工的工作环境。 13.4.2. 通风设计 处理厂在运行过程中,部分车间内的设备会明显发热,而使设备的工作效率降低,甚至引发安全事故,为了保证设备正常、高效运行,员工安全生产,部分车间内安装通风设备。安装通风设备的车间有:砂水分离间、紫外线消毒车间、鼓风机房、污泥浓缩脱水机房等。 13.4.3. 室内上下水 污水处理厂建筑物内上水管均采用U-PVC给水管,接口粘结。建筑物内污水管采用U-PVC排水管,接口粘结。卫生器具采用陶瓷具。 13.4.4. 厂内饮用热水及洗浴热水 本工程需提供的生活热水包括饮用水、开水和洗浴热水,具体安排如下:饮用水、开水采用电开水器或饮水机;洗浴热水采用电热水器。 14. 厂外配套污水管网工程 14.1. 概述 本项目污水处理厂工程建成后,将承担海口市江东组团的北部及西部沿南渡江地区污水处理任务。但目前该片区基础设施建设尚未全面启动,配套的市政管网也属空白,需要配合本项目污水厂的实施进行污水管网的敷设,以提高污水收集率,满足污水处理厂的水量负荷,从而最终达到污染物削减的目的。 本片区污水管网的敷设,首先应符合城市的总体规划及排水的专项规划。根据城市总体规划所确定的片区用地性质,确定污水量的标准;根据市政道路网的规划布局及规划高程,确定污水管网的系统走向及纵断面设计。其次,管网的敷设还应与城市的基础设施建设的实施周期相协调,满足近期的功能需要及为今后发展预留空间。 本片区目前在北部局部区域已经进行了开发建设,系鲁能开发区,其主要为商住、酒店等。西部沿南渡江边区域的开发也即将启动,沿琼山大道两侧已有越来越多的单位和企业进驻,区域排水问题的解决迫在眉睫。本次配合江东污水处理厂的建设也将实施城市的污水主干线及部分次干线,为将来管网的全面建设及片区的开发打下坚实的基础。 本次设计主干管管径为D400~D1350,总长度约为22.3km,在鲁能开发区地块南侧靠近东营河附近规划泵站的位置,设污水中间提升泵站一座,总规模为2.5万 m3/d。 14.2. 技术论证 14.2.1. 排水体制论证 规划区各的排水体制应根据总体规划、环境保护的要求、污水利用处理情况、原有排水设施、水环境容量、地形、气候等条件,从全局出发,经综合分析比较后确定。 对一个现有的城市,要建设污水收集系统,采用的排水体制主要有三种类型。 (1)截流式合流制 在现有合流制排水系统的排污口处设置截流井,并建造一条截流干管,在晴天和初雨时,将所有污水和初期雨水都截流入污水处理厂,经处理后排入水体。当雨量增加,混合污水的流量超过截流干管的输水能力后,将有部分混合污水经溢流井溢出,直接排入水体。 这种排水体制的优点是污水收集系统的实施比较容易、工程上马快、投资省,能收集较脏的初期雨水,避免初期雨水对水体的污染,截流倍数较大时还能减少城市面源污染。缺点是截流倍数较小、雨量大时,有部分污水溢流入水体,对水体水质有一定的污染。截流式合流制多适用于老城区改造或雨量较小的情形。 (2)分流制 分设雨水和污水两个管渠系统。污水管渠汇集生活污水、工业废水,输送至污水处理厂,经处理后排放或利用。雨水管渠汇集雨水和部分工业废水(较洁净),就近排入水体。 分流制系统的优点是对水体的污染较小、卫生条件较好。缺点是工程投资大,仍有初期雨水污染问题,对现有老城区,工程实施较困难。分流制主要适应于新建的城市、工业区和开发区。 (3)混流制 所谓混流制,即既有合流制,也有分流制。混流制是与城市发展的不同时期相联系的。城市中由于各区域自然条件和建设情况不同,因地制宜地在各区域采用不同的排水体制,即混流制。这是城市排水系统中采用最多的一种排水体制。 由于江东组团为新建的规划区,规划区内除了现况琼山大道及延长线两侧有地块开发和学校以及厂房外,其余区域处于尚未开发区域,而现况江东片区基本没有已建现况雨污水管道,但位于琼山大道海师附属中学高中部附近现在存在管道合流沟渠,所以本次设计的排水体制为以分流制为主,截流式合流制为辅。 14.2.2. 排水系统论述 根据规划区内的道路规划标高和结合现况地形,规划区内的污水主要大体走向为:在江东组团南侧地块,由西向东和由南向北进行污水收集后,在通过主干管自流排放至污水处理厂;在江东组团北侧地块(包含鲁能开发区)则是由西往东由北往南进行污水收集后,排入规划的污水提升泵站,经过泵站提升后在自流排向污水处理厂。 规划区内各个管道的走向都是按照规划管道走向进行布置,但考虑到琼山大道为现况路,两侧有地块开发和学校以及厂房等用水用户存在,为了解决现况琼山大道两侧用户产生污水和对现况合流沟进行截流将产生的污水送至污水处理厂,以满足污水处理厂的近期处理要求,因此将琼山大道段的污水管进行局部调整后,使得琼山大道段的污水管也变成了江东组团南侧地块的污水主干管之一。 14.3. 工程方案设计 14.3.1. 基本原则 1、本次设计进行了近期污水主干管布置,同时还完成了远期污水支线的布置,以确保江东片区雨、污水全部分流排放,确保污水全部并网输送。 2、污水管按《海口市城市总体规划》江东片区路网布局布置管线,设计流量按各排水分区的汇水面积流量计算,以此确定管径。 3、在设计充满度条件下,重力流污水管道最小设计流速不小于0.6m/s。 4、仔细研究管道敷设坡度与地面坡度之间的关系。所确定的管道坡度,既能满足最小设计流速的要求,又尽量不使管道的埋深过大。 5、根据国内管材的情况,合理选用污水管的材质。 6、合理确定使用年限,本工程设计使用年限为50年。 14.3.2. 建设规模 根据《海南省城镇污水处理控制性规划》,海口市污水折算系数为0.85,同时污水管网工程与本工程配套建设,因此污水量按0.85的折算系数考虑, 2015年污水厂建设规模为2.50万m3/d,2020年污水厂建设规模为5.00万m3/d,2025年污水处理厂建设规模为10.00万m3/d。 14.3.3. 污水量标准 根据《海口市江东组团片区控制性详细规划》,江东片区污水量标准近期为每公顷平均污水量为80m3/d,远期为每公顷平均污水量为110m3/d。 14.3.4. 管网布局 江东污水处理厂其流域范围为江东西部靠近南渡江地区,流域南边在海瑞大桥南侧南渡江大道北附近,西为南渡江大堤,东为规划区东边线,北至鲁能开发区和皇冠假日酒店西南侧临海地区,总服务面积为2134.39公顷(包含整个江东片区行政居住用地、公共设施用地、对外交通用地、道路广场用地等)。 本次设计进行了近期和远期污水主干管结合布置,同时还完成了远期污水支线的布置,以确保江东片区雨、污水全部分流排放,确保污水全部并网输送,特别集中考虑即将要开工建设的省公务员小区污水排放问题,将原规划的部分污水管网做些微调,使现况的琼山大道变成污水管网主干管的一部分,这样就可将南渡江大堤以东琼山大道以西之间的居民区污水和即将开工建设的省公务员小区的污水收集排放至江东污水处理厂进行处理,这样也能够满足江东污水处理厂近期污水处理量的要求。 江东组团南侧地块污水主干管分为两条,其中一条主干线沿最东侧的规划道路敷设,由靠近南渡江大桥附近由南向北输送至海瑞大桥后,继续往北过海文高速公路联络线后进入污水处理厂,南侧地块的另一条主干管沿着琼山大道进行敷设,其主要目的是收集南渡江大堤以东琼山大道以西之间现况居民区的污水和即将开工建设的省公务员小区的污水;北侧地块主干管亦由鲁能开发区和皇冠假日酒店附近向南敷设接入规划提升泵站内,经过泵站的提升后,进入北侧段的主干管内通过自流形式进入污水处理厂。设计主干管管径为D300~D1350mm,支管管径为D300~D800mm。在鲁能开发区地块南侧靠近东营河附近,设污水中间提升泵站一座,位置与规划一致,泵站总规模为2.5万 m3/d。污水主干管布置及泵站位置见管网平面布置图。 14.3.5. 管道工程设计要点 (一) 设计参数及计算公式 设计参数及计算公式按《室外排水设计规范》(GB50014-2006)采用。 1、 流量公式 Q=V×A 式中:Q — 设计流量(m3/s) V — 设计流速(m/s) A — 过水断面面积(m2) 2、 流速公式 采用曼宁(Manning)公式 式中:n-粗糙系数 R — 水力半径(m) ρ — 湿周 I — 水力坡降 3、粗糙系数 污水管道的粗糙系数主要取决于管道结膜和管底沉积情况,这两者又取决于污水水质及其流动情况。 本设计方案管道粗糙系数取值如下: HDPE管采用n=0.009 ,钢筋砼管采用n=0.014 4、流速 管内流速较大,水流畅通,不会发生淤积。 污水管在设计充满度下,最小设计流速为0.6m/s。 最大设计流速:金属管道为10m/s,非金属管道为5 m/s。 5、最大设计充满度 污水管道按不满流设计。 表14-1 管道设计最大充满度一览表 管径(mm) 最大设计充满度 200~300 0.55 350~450 0.65 500~900 0.70 ≥1000 0.75 6、变化系数 居住区生活污水总变化系数Kz 我国自1972年起先后在北京、长春、广州等27个观测点进行1年观察,并对2000个数据进行分析,得出: 式中:Q -污水平均日流量(l/s) 表14-2 污水量总变化系数一览表 污水平均日流量(L/s) 5 15 40 70 100 200 500 ≥1000 总变化系数(Kz) 2.3 2.0 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 (二) 管材选择 在污水工程中,管道工程投资在工程总投资中占有很大的比例,而管道工程总投资中(一般条件下施工),管材费用约占50%左右。 污水管道属于城市地下永久性隐蔽工程设施,要求具有很高的安全可靠性。因此合理选择管材非常重要。 (三) 对管材的要求 排水管渠的材料必须满足一定要求,才能保证正常的排水功能。 1、排水管渠必须具有足够的强度,以承受外部的荷载和内部的水压。 2、排水管渠必须能抵抗污水中杂质冲刷和磨损;也应有抗腐蚀的功能,特别对有某些腐蚀性的工业废水。 3、排水管渠必须不透水,以防止污水渗出或地下水渗入,而污染地下水或腐蚀其它管线和建筑物基础。 4、排水管渠的内壁应平整光滑,使水流阻力尽量减小。 5、排水管渠应尽量就地取材,并考虑到预制管件及快速施工的可能,减少运输和施工费用。 (四) 排水管材的类型 目前,常用的排水管材有以下几种: 1、钢筋混凝土管 该管道制作方便,造价低,在排水管道中应用很广。但缺点是抗渗性能差、管节短、接口多和搬运不便等。其接口形式有承插式、企口式和平口式。 2、钢 管 钢管有较好的机械强度,耐高压,耐振动,重量较轻,单管长度大,接口方便,有较强的适应性,但耐腐蚀性差,防腐造价高。钢管一般多用于大口径(1.2m以上)、高压处、因地质、地形条件限制、穿越铁路、河谷和地震区时。一般在污水管道中钢管宜少用,以延长整个管网系统的耐久性。 3、铸铁排水管 铸铁排水管具有强度高、抗渗性好、内壁光滑、抗压、抗震性强,且管节长,接头少。但价格昂贵,耐酸碱腐蚀性差。现较少使用。 4、高密度聚乙烯双壁波纹排水管(HDPE) HDPE管内壁光滑、耐腐蚀性好、柔韧性好、重量轻, 采用弹性橡胶圈承插接口,特别适用于软土地质地区。 (五) 管材技术经济比较 本工程拟对HDPE管和钢筋砼管两种管材进行技术经济比较,详见表14-3。 表14-3常用管材性能比较表 管材性能 钢筋混凝土管 HDPE管 使用寿命 较长 长 抗渗性能 差 强 防腐能力 弱 强 承受外压 可深埋 能承受较大外压 受外压较差 易变形 施工难易 较难 方便 接口形式 钢丝网水泥砂浆抹带或承插接口 承插式橡胶圈止水 粗糙度 (n值) 水头损失 0.013~0.014 水头损失较大 0.009 水头损失较小 重量 管材运输 重量较大 运输较麻烦 重量较小 运输方便 价格(以1000mm为例,万元/Km) 便宜(16) 较贵(140) 对基础要求 较高 较低 1、技术比较 ⑴ 重量 HDPE管其比重在1.65~2.0,但其拉伸强度近似合金钢,其比强度是合金钢的2~3倍,可设计成满足各类承受内外压力要求的管道。对于相同管径的单重,HDPE管只有砼管的1/4左右。 ⑵ 耐腐蚀性能 HDPE管的耐腐蚀性能均很优良,尤其在市政及工业排污中,无需再另外防腐。而砼管在输送污水时耐腐蚀性较差,内壁需涂专门防腐剂;另外砼管穿越土壤腐蚀性较强的地方,管道外壁也需特殊防腐处理。 ⑶ 内壁光滑,粗糙度低 HDPE管管道粗糙度小,内壁光滑。不但新生态是光滑的,而且使用相当年后,内壁仍光滑如初,无海藻等水生衍生物附着。而砼管粗糙度大,内壁易结垢,使用过程中口径缩小、流阻变大、运行费用高。且管壁易附着水生衍生物,影响使用。 ⑷ 输送同等流量管径对比见表14-4。 表14-4输送同等流量HDPE管与砼管管径对比(内径) HDPE管 600 700 800 900 1000 1200 1300 1400 1600 1800 砼 管 700 800 900 1000 1100 1400 1500 1600 1800 2000 2、经济比较 ⑴ 运输、装卸、安装费用比较 HDPE管管长重量远轻于砼管,尤其是大管径管道,可有效节省运输油耗和装卸费用。 ⑵ 维护费用比较 HDPE管耐腐蚀性好,使用寿命长,内壁光滑不结垢,使用期间一般不需维修,即使维修也十分简单。砼管却因腐蚀、结垢、水生物附着等需定期维修,既增加了费用,又消耗人力,影响管网工作。 ⑶ 运行能耗比较 HDPE管内表面光滑,摩阻小,对于相同口径的管网,HDPE管可节省泵送费用30-40%。 ⑷ 价格比较 HDPE管和承插钢筋砼管的价格及综合造价比较见表14-5: 表14-5两种管材价格比较 单位:元/米 管径(内径) 钢砼管 管材价 钢砼管 综合造价 HDPE管 管材价 HDPE管 综合造价 300 50 310 236 520 400 57 415 391 854 500 67 550 647 1208 600 80 638 902 1573 800 130 896 1486 2405 1000 160 1188 2508 3835 1200 265 1451 4068 5491 从以上分析可以得出,HDPE管在技术性能上具有很大优势,而砼管在防腐性能、密闭性和配件上不占优势;在经济上,当d<600mm时,HDPE管与砼管相当(在海口三亚等一些地方已经得到充分证明,并已经普遍使用),而考虑相同过流量时砼管比HDPE管要大一号;但d≥600mm时,则砼管价格具有较大优势,可以减少工程投资。 本工程污水管道用量大、投资大,既要考虑节省投资,又要考虑管材性能、供货和施工方便、工程上马快等因素,因此,本工程推荐d<600mm污水干管采用HDPE管;d≥600mm,采用承插钢筋砼管。 14.3.6. 污水泵站的设计 (一) 设计原则 1、在管道覆土较深的干管管道上,以节省工程投资。 2、泵站位置应防止洪水侵袭,保证安全。 3、泵站应按永久性建筑物设计。 4、泵站蓄水池容积应满足规范要求。 5、泵站立面建筑应与周边环境相协调。 6、泵站应按最大污水量设计,近期大、小泵站搭配。 (二) 泵站位置 根据规划部门提供的江东组团控制性详细规划,拟初步确定污水泵站位置在鲁能开发区地块南侧靠近东营河附近,占地约6400m2。 (三) 泵站设计方案 1、泵站拟选用潜水排污泵。 2、泵站采用3用1备的布置形式,经过估算后,得出排污泵拟采用的型号为Q=350m3/d,H=10m。 3、泵站电气按二级负荷设计,若当地无两路电源,需设备用发电机。 4、泵站事故排水将排入雨水系统入河。 5、泵站内需设置消防通道。 14.3.7. 主要工程量 拟建江东污水处理厂配套污水管网工程主要工程数量详见表14-6。 表14-6 配套污水管网主要工程量一览表 项目 管径 管长 管材 备注 管网 de300 1102m HDPE 埋深2.5~3m de400 2127m 埋深3~3.5m de500 3033m 埋深3.5~4.5m DN600 3729m II钢筋混凝土管 埋深3.5~5.5m DN800 3214m 埋深4.5~6m DN1000 4419m 埋深5.5~6.5m DN1200 2639m 埋深6~7m DN1350 2006m 埋深6.5~7.5m 总计 22269m 污水提升泵站 一座 Q=350m3/d,H=10m 2.5万吨/日 15. 组织机构及人员编制 15.1. 组织机构 江东污水处理厂(本期工程2.5万m3/d)厂区拟设置生产管理科室、生产工段和辅助生产工段,具体机构设置如下: 生产管理科室:厂长、技术员、财务、档案。 生产工段班组:污水处理班组、污泥处理班组、中控室、动力配电班组、化验员。 辅助生产工段班组:维修人员、环卫、司机等。 15.2. 人员编制 处理厂厂区人员编制参照设计规范并结合运转实际,定员为38人,其中生产人员26人,占68%,辅助生产人员6人,占16%,生产管理人员6人,占16%。人员编制情况见表15-1。 污水管网及提升泵站人员编制为15人,其中巡视、管理人员为6人,污水提升泵站为9人。人员编制情况见表15-2。 表15-1 江东污水处理厂厂区人员编制表 分类 部门及岗位 班次 (班/日) 每班人数 (人/班) 班组人数 (人) 生产 厂长室 2 管理 技术科 2 财务 1 办公室、行政科、档案室 1 合计 6 预处理区 3 1 4 生物处理区 3 1 4 鼓风机房 3 1 4 生产 污泥区 2 2 4 班组 动力配电 3 1 3 中控室 3 1 3 化验室 2 2 4 合计 26 辅助 维修班 2 后勤、环卫 2 生产 车队 2 合计 6 总计 38
表15-2 污水管网及提升泵站人员编制表 部门及岗位 班次 (班/日) 每班人数 (人/班) 班组人数 (人) 管网巡视 管理 1 6 6 提升泵站 运转(1座泵站) 3 3 9 合计 15 16. 项目管理及项目实施计划 16.1. 实施原则 本工程项目的实施,首先应符合国内基本建设项目的建设和审批程序,同时积极配合有关单位为使用国家专项资金及银行贷款的顺利进行创造良好条件。 业主负责项目实施的组织、协调、管理工作。 招标文件与业主共同编制,其技术部分由买方的技术顾问(承担项目的设计单位)编制。 项目的设计、供货、施工安装等履行单位,应与本项目业主履行必要的法律手续,违约责任应按照国家有关法律法规执行。 16.2. 主要履行单位的选择 本工程实施过程中对参与履行项目的供货、设计、施工、安装等单位均要进行必要的资格审查,并应将审查程序与结果形成书面报告存档备案。 工程设计可由项目管理单位及项目执行单位通过邀请招标或公开招标的方式确定。 工程设备、材料供货单位应为国内具有实际生产经验及良好信誉的生产企业,并由项目执行单位进行资格审查后,通过招标方式确定。 土建施工应从具有城市给排水管线施工经验的单位中选择,由项目执行单位进行资格审查后,通过招标方式确定。 16.3. 调试与试运转 截污管线及设备的调试应根据国家有关的技术标准进行。 试运转工作应邀请设计单位、安装单位及设备供货单位共同参加,试运转操作人员上岗前必须通过专业技术培训。 有关设备调试、闭水试验、通水、试运转以及验收等项工作的技术文件必须存档备案。 16.4. 项目管理 16.4.1. 组织管理措施 应与整个污水处理厂的组织管理相协调,并针对处理构筑物的特殊性,建立相应的规章制度,组织必要的专业技术培训。 16.4.2. 技术管理措施 会同环保部门监测进水水质,监督工厂企业按照《污水排入城市下水管道水质标准》(CJ3082-1999)中的要求执行。 建立信息交流制度,定期总结运行经验。 协调水利及其它部门,以满足向下游水体排放的要求。 16.4.3. 运行维护措施 认真制订每个处理工序,车间和主要设备的技术操作与维护规程,操作人员必须严格执行。 配备专业齐全的管理和操作人员,明确职责,确保正常安全运行。 建立检修、保养制度,根据设备的性能要求,进行经常或定期的维护和检修工作,以提高设备的完好率,延长使用寿命。 运行费用的保障是维护管道、直至整个污水处理厂正常运行和设备维修的基础。 16.5. 项目实施计划 为使有关部门和单位了解项目的初步安排,现列出项目初步实施计划表,见表16-1。 表16-1 污水处理厂项目实施计划 序号 项目阶段 起始时间 完成时间 1 可研报告、环评及审批等前期工作 2011.11.05 2012.01.01 2 勘查招标 2012.01.02 2012.02.02 3 厂区及管网地形测量及勘察工作 2012.02.03 2012.04.03 4 配套管网初步设计 2012.04.04 2012.06.03 5 污水厂初步设计 2012.06.04 2012.08.03 6 初步设计文件评审工作 2012.08.04 2012.09.15 7 厂区设备招、投标 2012.09.16 2012.10.16 8 污水厂及配套污水管网施工图设计 2012.10.17 2013.01.20 9 管网及污水厂土建招、投标 2013.01.21 2013.02.21 10 厂区及配套管网土建施工 2013.02.22 2014.01.02 11 工程设备安装与管道安装 2014.01.03 2014.02.03 12 调试、试运转 2014.02.04 2014.03.04 13 正式运转 2014.03.05 2014.04.05 17. 环境保护及施工安全 17.1. 项目建设的环境意义 城市污水处理厂是治理水污染的重要措施,可使某一水系或某一河流的水质大大改善。但就局部环境而言,城市污水处理厂又是厂区附近的一个污染源,污染物主要有臭味或异味、噪声及固体废渣。污水厂的噪声及废渣排放情况比较容易防治,而臭味或异味露天排放,容易扩散,并且随气候和天气条件不同而变化。因此要采取措施进行防治。主要措施为:第一、加强绿化,在处理厂周边设防护林带;第二、对主要污染源进行除臭处理;第三、加强管理,污泥、栅渣等及时外运。 本期工程为二级处理,SS、 BOD5去除90%以上,COD去除85%以上。同时,氮磷达到一级排放标准,可大大减轻水体富营养化程度。 17.2. 环境保护 17.2.1. 施工期间噪声污染防治措施 施工场地噪声对周边环境的影响不大,但仍需防治,建议工程项目建设和施工单位应采取以下噪声防治措施,以最大限度地减少噪声对环境的影响。 1)合理安排施工时间 首先,制订施工计划时,应尽可能避免大量高噪声设备同时施工。除此之外,高噪声设备施工时间尽量安排在日间,减少夜间施工量。 2)合理布局施工现场 避免在同一地点安排大量动力机械设备,以避免局部声级过高。 3)降低设备声级 在运输及安装设备的选型上尽量采用低嗓声设备,如以液压机械代替燃油机械,振捣器应采用高频振捣器等。 4)降低人为噪音 按规定操作机械设备,在挡板、支架拆卸过程中,应遵守作业规定,减少碰撞噪音。 尽量少用哨子、钟、笛等指挥作业,而代以现代化设备。 5)建立临时声障 对位置相对固定的机械设备,能在棚内操作的尽量进入操作间,不能入棚的,可适当建立单面声障。 对施工场地噪声除采取以上减噪措施外,还应与沿线周围单位、居民(牧民)建立良好的社会关系,对受施工干扰的单位和居民应在作业前予以通知,并随时向他们汇报施工进度及施工中对降低噪音采取的措施,求得各受扰单位及居民的共同理解。对受施工影响较大的居民或单位,应给予适当补偿。此外,应对接受到的噪音扰民投诉情况进行积极处理。 17.2.2. 施工期间大气污染防治措施 管线工程施工期间对大气污染物采取以下对策: 在城区附近及经过人口聚居地段时,施工场地应尽可能设立围挡,用以阻挡施工扬尘。 在施工场地定期洒水,防止浮尘产生,污染空气;在大风日应加大洒水量及洒水次数。 尽量避免设备及材料运输车辆在城市主干道上行驶,应走施工专用道路;生产运输车辆必须通过城市道路时,应在通过后及时清扫、冲洗,以减少汽车行驶扬尘;运输车辆进入施工场地应低速行驶,或限速行驶,减少产尘量。 灰渣、水泥等建筑材料在运输时应采用密闭式槽车通过封闭系统运送到水泥临时堆料场中。 避免起尘原材料的露天堆放。 混凝土搅拌站应设于工棚内。 所有来往于施工场地的多尘物料均应用帆布覆盖。 17.2.3. 固体废弃物不利影响的减缓措施 每个工区工作面必须设立指定的渣土堆放点,堆放点要经环保监察机构认可,并设专人管理。防止渣土随意堆弃,防止扰民。 倒土过程中,工作面必须设置洒水、喷淋设施,并应将渣土压实。 土方阶段、铺路阶段、修整阶段抛洒、遗弃的沙石、建材、钢材、包装材料等应由专人管理回收,及时清洁工作面,不留后遗症。 每个工区设置流动车载卫生设备,并及时清理,以防施工人员粪便对厂区周边及施工现场环境造成污染。 17.3. 施工安全 工程施工时,各施工单位必须遵守国家及地方颁布的各项法律、法规及安全生产规程,还需实施以下安全措施和管理: 工程执行管理单位及各施工单位必须设立独立的安全保卫机构和安全保卫人员,并应对施工及管理人员经常进行劳动安全教育;施工期间,各单位安保员应经常在施工现场巡视,发现并消除安全事故隐患,保护设备和施工材料的安全,防止盗窃及其他各类刑事案件的发生。 管线施工开槽时,应保证基槽边坡及基坑安全,必要时可采用防护板桩;同时还应采取必要的施工排(降)水措施,保证干槽施工及管道基础的稳定性。 现场施工及管理人员均应佩带安全帽,各单位应配备有安全带、手套、口罩、防护眼镜等劳保用品及干粉式灭火器等消防设备。 各单位还应配备有必要的通风设备,在污水管线施工时应做好管道内通风换气,以保证施工人员的安全。 管道施工过程中,各种机械设备的危险部分,如传动带、明齿轮、砂轮等必须安装有防护隔离装置,以避免施工人员及运行管理人员直接接触。 所有外装电气设备均采用防潮式。 构筑物上设检修走廊及防护栏杆,以策检修安全。 除考虑一般水消防及避雷等安全设施外,对变电所、配电室、控制室等重要场所配备适当的化学灭火器。 18. 劳动保护、消防与节能 18.1. 劳动保护主要措施 各处理构筑物走道和临空天桥均设置保护栏杆,走道的宽度和栏杆的高度及其强度均符合国家劳动保护规定。 地下管道阀门均设阀门井,或采用操作杆接至地面,以便操作。 主要处理建筑物采用全室通风,产生有害气体的设备局部通风。 高压设备尽量远离操作人员并进行屏蔽。用电设备全部接地。 产生噪声的设备尽量置于密封室中,风管上装消音设施。鼓风机房为最大噪声源,设计考虑将其位于处理厂中部,并有隔音消震措施,基本不会对处理厂周围地区产生噪声污染。 18.2. 消防 新建建筑物为低层建筑物,火灾危险性类别为丁类,耐火等级为二级,变电站为丙类,耐火等级为一级。墙、柱、梁、板、楼梯等均采用非燃料体材料,在总图布置上各建筑物间按《建筑设计防火规范》要求,留有足够的防火间距。厂内设环状交通道路,厂门同厂外规划路连通,厂内外道路均满足消防车行驶要求。 按国家室外给水设计规范要求,厂内设置足够的室外消火栓。消防给水管道同生产、生活给水管道共用,呈环状布置。消防按同一时间内发生火灾一次考虑,室外消火栓用水量为15l/s,室内消防用水量按10l/s设计。 在综合楼、变电室等重点防火地区,按照《建筑灭火器配置设计规范》设置消防设施及其干粉灭火器。 污水处理厂平面布置按照《建筑设计防火规范》(GBJ16-87 1997版)中的关于建筑防火间距、消防与道路的设置要求进行设计。 控制和防止电缆火灾蔓延,采取以下措施: 主要动力电缆敷设在地下电缆沟内。 电缆刷防火涂料。 电缆孔洞以耐火材料封堵。 18.3. 节约能源 我国能源和水资源都十分紧张,而污水处理厂的运行需要消耗大量的电力能源和水资源,因此在工程设计中考虑如何节约和有效利用电力能源和水资源具有十分重要的意义。 处理厂中能耗最大的设备是进水提升泵、鼓风机。在处理厂设计中尽量使工艺布置及其管线连接简洁,可减少水力损失,降低水泵的扬程;采用变频技术可节省运行费用,在工艺设计中,在氧化池内安装溶解氧探头,可根据池中溶解氧的含量控制鼓风机的运行,以达到能量和供氧量的平衡。 污水泵效率一般均在80%以上,而污泥泵效率一般在60%以上。 采用水下曝气装置,与表曝方式相比节能约30%。 在污水处理厂最终出水井内设置回用水泵,将部分处理厂出水加压,送至污泥脱水机房外的冲洗水池,作为污泥浓缩脱水机冲洗用水,可节省自来水。 处理厂内绿化、冲刷道路、脱水机反冲等用水可考虑采用处理后出水,从而节省了大量自来水的消耗,节约了水资源。 供电设计中采用节能干式变压器及新型无功补偿装置,提高了功率因数,减少无功损耗。 污水处理厂厂区道路照明采用高压钠灯,工作照明采用分散开关控制。 在动力入口和设备动力联接点处,设计计量仪表,监督、控制能源消耗。 19. 工程投资估算与资金筹措 19.1. 编制依据 本投资估算根据本工程的工程量及建设部《市政工程投资估算指标》、《市政工程投资估算编制办法》建标[2007]164号、结合当地预算定额及工程实际情况编制。 本工程内容包括厂站内的各种构筑物、建筑物、管线、工艺安装、设备、电气、自控仪表及外部配套工程。 污水处理厂处理规模2.5万m3/d,厂外配套污水管线总长度为22.27km。 19.2. 总投资估算 本工程估算总投资为17751.52万元 其中: 工程费用: 14729.22万元 其中: 处理厂工程9656.95万元 厂外工程5072.27万元 其他费用: 1587.43万元 预备费: 1305.33万元 铺底流动资金:129.53万元 序号 工程或费用名称 估算值 各项费用所占比例(%) (万元) 1 工程费 14729.22 82.97% 1.1 厂站工程费用 9656.95 1.2 厂外工程 5072.27 2 工程建设其他费用 1587.43 8.94% 3 预备费 1305.33 7.35% 3.1 基本预备费 1305.33 3.2 涨价预备费 0.00 4 建设期贷款利息 0.00 0.00% 5 铺底流动资金 129.53 0.73% 6 建设项目总投资 17751.52 100.00% 19.3. 资金筹措 本项目所有资金为财政拨款。 19.4. 价格确定 (1) 设备备品备件费:按设备原价的1%计。 (2) 工器具及生产家具购置费:按设备预算费的1%计。 (3) 基本预备费费率按8%计。 (4) 安装工程费用均参照类似工程,按设备费比例计取。 (5) 建、构筑物单位指标参照类似工程技术经济指标。 19.5. 工程其他费 按国家及地方现行规定计取,具体见下表。 工程建设其他费用 1 征地费 2 环境影响评价费 计价格【2002】125号 3 设计费 根据2002年《建设工程勘察设计取费标准》 4 工程前期费 计价格【1999】1283号 5 联合试运转费 设备费*1% 6 勘查测绘费 工程费*1% 7 场地准备费及临时设施费 工程费*1% 8 工程建设监理费 发改价格【2007】670号 9 生产准备费 定员*60%*6个月*1667元 10 办公及生产家具购置费 定员*2000元 11 竣工图编制费 设计费*8% 12 施工图审查费 设计费*7% 13 工程招标代理服务费 计价格【2002】1980号 14 设备招标代理服务费 计价格【2002】1980号 15 建设单位管理费 财建【2002】394号 16 工程保险费 工程费*0.3% 17 招标交易服务费 工程费*0.11% 18 交通工具购置费 19.6. 附表 附表19-1、19-2:投资估算表。 20. 财务评价(污水处理厂) 20.1. 编制依据 建设项目经济评价方法与参数(第三版)》 《市政公用设施建设项目经济评价方法与参数》 财务分析仅为厂站工程。 20.2. 基础数据 生产规模:2.5万m3/d。 项目计算期:项目计算期按21年计算,其中建设期1年,运营期20年。 外购燃料动力费: 年电用量为417.85万KWH,单价0.58元/KWH; 年水用量为12000m3,单价1.50元/m3; 年0#柴油用量为15000L,单价为6.33元/L; 年90#汽油用量为3800L,单价为4.85元/L; 年93#柴油用量为1600L,单价为6.71元/L。 外购原材料费: 年PAC耗量为2500t,单价为1700元/t; 年PAM耗量为25t,单价为30000元/t; 职工薪酬:定员41,20000元/人.年。 将固定资产总投资中工程费用、其他费用(除生产准备费)、工程预备费全部计入固定资产原值,即11528.94万元。将生产准备费计入无形及递延资产,即24.60万元。 固定资产折旧:取残值率为4%,折旧期统一按排水工程取20年,即年综合折旧率为4.8%。 无形及其他资产摊销:无形及其他资产×8% 修理费:固定资产原值×2.0% 管理费用其它费用:[外购燃料动力费+外购原材料费+职工薪酬+修理费+折旧+摊销]×10% 流动资金贷款利息:流动资金分为铺底流动资金和流动资金借款两部分,铺底流动资金占30%,流动资金贷款占70%,年利率为6.56%。 营业税金及附加:按再生水水收入的5%计算。 所得税:按利润总额的25%计算。 20.3. 成本及水价计算 经计算,投产年年处理总成本为1879万元,单方水处理总成本为2.06元,投产年年经营成本为1304万元,单方水处理经营成本为1.43元。 本项目作为城市基础设施,根据保本微利的水价测算原则,经测算收费为2.60元/m3。 20.4. 财务分析报表及评价结果 1) 财务分析报表 附表20-1 项目总投资使用计划与资金筹措表 附表20-2 总成本费用估算表 附表20-3 项目投资现金流量表 附表20-4 项目资本金现金流量表 附表20-5 财务计划现金流量表 附表20-6 利润与利润分配表 附表20-7 资产负债表 2) 财务评价分析 a. 财务平衡及财务盈利性分析 现金流量表系将全部投资或资本金作为计算基础,用于计算全部投资所得税前后的财务内部收益率、财务净现值及投资回收期等评价指标,考察项目全部投资的盈利能力。 利润与利润分配表反映项目计算期内,各年利润额、所得税及税后利润的分配情况,用以计算投资利润率和资本金利润率等指标。 现金流量表及利润与利润分配表的各项经济指标汇总于以下附表。 财务经济指标汇总表 项 目 计算值 排水行业基准值 税前财务内部收益率(全部投资) 5.20% 4% 税前财务净现值(全部投资) 1299 >0 税前静态投资回收期(全部投资) 13.62 18年 本项目的财务内部收益率大于行业基准收益率4%,净现值大于0;全部投资的静态回收期小于行业基准值,说明项目投资能够在规定的时间内得到回收。据此判定项目在财务上可行。 b. 清偿能力分析 偿还期内资产负债率逐年降低,说明该项目风险程度不是很大,偿债能力较强。 c. 不确定分析 工程项目经济评价所采用的数据,除来源于现行的实际的资料外,尚存在一定程度的不确定性。为分析不确定因素对财务评价指标的影响程度,需进行敏感性分析。 d. 敏感性分析 敏感性分析的目的是找出项目的敏感因素,并确定其敏感程度,以预测项目承担的风险。结合本项目的具体情况,确定固定资产投资、水价及经营成本三个要素,变化幅度为±20%、±15%、±10%和±5%,结果见下表。敏感性分析图及表见下。 财务内部收益率(%) 变动因素 -20% -15%0% -10% -5% 基本值 5% 10% 15% 20% 固定资产投资 8.65 7.68 6.79 5.96 5.20 4.49 3.83 3.20 2.61 水价 -0.85 0.84 2.39 3.83 5.20 6.50 7.76 8.96 10.14 经营成本 8.17 7.45 6.72 5.97 5.20 4.41 3.60 2.77 1.90
通过敏感性分析,两个主要因素都有抗风险能力,两者对内部收益率影响的敏感度相差不大,因此合理确定水价以及严格控制工程投资都将直接影响项目的收入。 e. 盈亏平衡分析 盈亏平衡分析是在一定的市场生产能力条件下,研究拟建项目成本与收益率的平衡关系的方法。项目的盈利与亏损有转折点,称为盈亏平衡点。本项目(BEP)=69.7%,在该点上,销售收入等于生产成本,项目刚好盈亏平衡。盈亏平衡分析即要找出该点。该平衡点越低,项目盈利的可能性就越大,造成亏损的可能性就越小。排水项目通常采用以生产能力利用率表示的盈亏平衡点。盈亏平衡图见图2。 20.5. 结论 通过财务各项综合分析,本工程税前财务内部收益率5.20%,高于行业基准收益率4%,静态税前投资回收期13.62年小于行业基准值18年,在计算期内能够收回投资,因此项目在财务上可行。 |