新概念污水处理厂设计说明.docx

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新概念污水处理厂设计说明

新概念水厂设计

说明书

姓名邹亚男/高冰丽

年级2011级

专业环境工程

学校南开大学

二〇一五年一月

目录：

1、概述:

2、国外典型案例介绍：

3、国外污水厂新概念介绍：

4、中国污水处理现状：

5、概念厂设计方向：

资源回收、能源利用、水质提升

6、主体设计：

7、辅助设计：

8、创新点：

9、个人见解：

第一章：

概述

1．1背景：

为未来水资源的可持续考虑，荷兰、美国、新加坡等国家相继提出了新世纪未来水厂的概念，为与国际发展接轨，弥补国内的空白，由国内环境领域著名的六位专家提出“建设面向未来的中国污水处理概念厂的理念”。

第二章：

国外污水厂典型案例介绍

2.1美国---21世纪水厂

在水工业行业，美国加州橙县水管区（OCWD）建设并运营的“21世纪水厂”的水净化项目在世界范围内得到广泛认可并备受推崇。

该水厂是加州第一个将废水净化到饮用水的项目，作用是回灌地下水，防止海水入侵。

原工艺是“石灰澄清+反渗透+紫外”，后期改造采用处理工艺为“微滤+反渗透+紫外+双氧水”。

这是全球地下水回灌的标志性项目。

2.2新加坡---Newater项目

新加坡NEWater水厂使用污水做原水，经过一般的污水处理过程后进行深度净化处理，其中包括超滤（UF）、反渗透（RO）和紫外消毒（UV）。

超滤过程将污水中的粒状物和细菌等体积较大的杂质去除，然后用高压将污水透过反渗透膜，将溶解的盐分、药物、化学物质和病毒等较小杂质与水分离，最后再经过紫外线消毒，就得到了可循环利用的再生水。

新加坡Newater项目开启了污水回用的新篇章，其项目中的膜工艺和污水集中系统尤其值得借鉴和研究。

探索和研发低成本的膜，直接替换现用的常规工艺，将是未来污水处理的一大里程碑

第三章：

国外未来污水厂新方向介绍

3.1美国：

碳中和

美国水环境研究基金（WERF）制定了至2030年所有污水处理厂均要实现碳中和运行的目标，2030年未来水厂均要实现走能耗自给之路。

以希博伊根（Sheboygan）污水处理厂为例介绍美国的污水处理厂发展方向：

希博伊根（Sheboygan）污水处理厂的能耗自给路线主要分为两部分：

一是开源，而是节流。

开源：

利用热电联产（CHP）技术充分利用污泥厌氧消化产生的生物气体（CH4）产电、产热。

同时，通过向剩余污泥中投加高浓度食品废物（HSW）实现厌氧共消化，以加大生物气体产出量。

节流：

更新水泵变频机组（节能20%）、鼓风机系统（节能13%）、气流控制阀（节能17%）、加热设备以及相关的自控系统（PLC和SCADA），最大限度降低污水处理关键设备的能耗。

不是一味的推到重来，而是因地制宜地对现有的污水处理厂进行提效改造，可行性高且节约成本。

同时，投加外源有机物增大厌氧效率也是一大亮点。

3.2荷兰:

News技术路线

荷兰将可持续水发展理念，高度概括为News框架，NEWs是英文Nutrient（营养物）+Energy（能源）+Water（水）factories（工厂）词组的缩写，表示可持续理念下的污水处理厂其实是营养物、能源和再生水三位一体的生产工厂。

荷兰清晰提出来未来水厂发展三个方向：

营养物、能源、水质，为全球污水处理提供了很好的参照。

同时，荷兰也注重因地制宜，在原有的污水处理设施的基础上进行提升改造。

3.3新加坡：

绿色水厂

新加坡水务局PUB制定出3个关键评价标准：

出水水质、能源可持续性、环境可持续性。

新加坡追求污水水厂的能耗自给率能达到100%，但新加坡的改造是分为三个阶段：

①近期目标（2017年）——改造棕色水厂（Brownfield）。

②短期目标（2022年）——关闭部分棕色水厂，新建绿色水厂（Greenfield）。

③长期目标——未来绿色水厂（Greenfield）。

利用目前实验室中试技术（或建议技术），使能源自给率超过100%，并降低剩余污泥产量。

新加坡的水厂建是循序渐进的，客观可行性高，三个彼此独立而又互相衔接的三个目标，使其未来建设之路清晰且有迹可循。

第四章：

中国污水处理厂现状

4.1总体现状

中国城镇污水处理厂在数量迅速增长的同时，也面临着一系列的问题。

从顶层设计的理念缺失，到具体实施建设过程中的缺乏制度和标准，当前水处理行业面临着粗放、混乱的局面。

如何使国内污水处理在质量上得到提升，如何应对未来的资源和能源危机是当前中国急需考虑的重中之重。

4.2当前污水厂的一些问题小结：

4.2.1严重缺乏可持续发展发展理念

当前国内的污水处理厂基本面临着以能耗换污染物处理的尴尬局面。

一方面有效抑制污染扩散的同时，以极大的加剧了能源的消耗。

大部分污水厂采用高能耗的工艺如曝气等，采用厌氧消化利用能源的设施少之又少。

总之，能源利用上在国际环境中基本属于菜鸟级别。

而在资源回收上可以说是空白，对氮磷的回收、微生物的利用等部分都还没有具体的行动。

4.2.2缺失水厂可持续发展的指导标准

当前国内的水厂基本处于盲人摸象阶段，各地区各水厂各自为战，没有一套行之有效的标准将诸多资源利用起来。

同时，中国水厂基本采用一刀切的方式，不考虑地区差异性、忽视污水的来源等因素，不会因地制宜。

4.2.3缺失激励机制

当前污水处理厂属于埋头苦干类型，达到标准就是最终目标，缺乏进取心和积极面对的态度。

更深的原因是没有一套可实现的奖惩机制，调动水行业的积极性。

4.2.4缺失民众中的正面形象

污水厂在广大的用户当中没有正面积极的形象，更多的报道属于污水厂与居民用户的矛盾纠纷，受到埋怨和投诉。

社会公众只能看到污水厂的负面部分，很难也很少去关注水厂所取得了正面作用。

扭转这样的场面，可以更多的得到社会的认同和帮助。

第五章:

新概念污水厂设计方向

5.1资源回收：

5.1.1污泥提取蛋白技术

技术原理：

该技术以城镇污水处理厂和工业废水处理设施产生的活性污泥为处理对象，通过理化作用对微生物进行水解破壁处理，经固液分离后得到含蛋白液体和污泥残渣。

污泥残渣因病原菌破壁失活而无害化、因水分的分离而减量2/3，因蛋白等的分离实现有机物消减50%以上，最终可作为覆土、绿化土、土壤改良剂和建筑材料被利用。

分离出的含蛋白液体可作为污水处理厂的碳源、蛋白发泡剂和有机肥等利用。

社会和环境意义：

解决污泥处理难题的同时，对新型资源—污泥微生物蛋白进行高附加值利用。

采用该技术每处理10万吨污泥（300吨污泥/日），相对于填埋处置可节约土地150亩，节约污泥运送耗油40000升（距填埋场20公里计）；相对于干化焚烧，可节约燃煤7000吨，直接减排二氧化硫24吨、二氧化碳14000吨。

5.1.2回收磷

荷兰专家预测50年后世界磷矿将枯竭，从污泥中提取磷将是新方向，同时这也是一条巨大的产业链。

生活和工业污水中含有丰富的含磷物质，其中90%集中在污泥里，对污泥进行处理，可以提取出磷酸盐，可用作肥料等用途。

未来提取磷技术主要有三个大方向：

沉淀结晶、吸附和解析、湿式氧化法。

日本、荷兰等国家都在为未来磷回收做好技术储备，离子交换、重金属沉淀都是未来可以去探索的磷回收新方向。

5.1.3重金属回收

当前对重金属含量高的污废水，仍处于无害化处理阶段，如何利用重金属仍未提上议程。

未来面临更多的资源危机，利用废水中的重金属也是可以探索的方向。

5.2能源利用：

5.2.1太阳能利用

污水厂有大量的空地，且污水厂周围通常无高大建筑物，采光好，对太阳能板的利用，都提供了先决条件。

探索方向：

计算采用太阳能板的投入产出比，增加水厂的能耗自给率。

5.2.2节流—提效改造

当前污水厂通常采取以能耗换减排的方式，曝气装置、泵站等都需要消耗大量能源，改变当前的粗放状态，将效率的提高做精做活。

5.2.3厌氧消化装置

主流的ANAMMOX工艺，考虑热电联产（CHP）技术

5.2.4燃料电池

污水中存在大量的有机物，其中蕴含着大量的能源。

将污水处理的部分系统视为一个巨大的燃料电池装置进行发电。

5.2.4热泵热源技术

5.3水质提升

5.3.1末端分离机制：

在污水处理的过程中将水量按照需求分为三类。

大致为：

排出水、回用水、再生水。

可有效降低设备的损耗，能源的消耗。

可以在现有的水厂基础上进行改造。

可以作为实现源分离理念的过渡，在现有水厂的基础上提升改造。

第六章：

主体设计

6.1设计要求

水量要求：

5万吨

进水水质：

普通生活污水

以天津高新区污水处理厂进行未来概念厂的设计原型。

工艺流程图：

主体设计思路：

格栅---

第七章：

辅助设计

1、太阳能板设计：

污水处理厂设计占地63000m2，以约在4275m2的区域内布置光伏发电板。

以14W/m2计算，共59850W。

达到下面污水处理，上面光伏发电的设计效果。

年发电约为52.4万千瓦时，每年可节约电费约25万元。

2、污泥处理装置：

5万吨的污水处理厂，采用蛋白提取技术，按照8吨干污泥/万吨污水经验计算，每天产生40吨干污泥，相对于填埋处置可节约土地20亩，节约污泥运送耗油约5300升（距填埋场20公里计）；相对于干化焚烧，可节约燃煤900吨，直接减排二氧化硫3.2吨、二氧化碳1800吨。

3、热电联产