石家庄综合保税区污水处理厂可行性研究报告.docx
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石家庄综合保税区污水处理厂可行性研究报告
石家庄综合保税区污水处理厂可行性研究报告
简介
石家庄综合保税区污水处理厂（一期）工程位于石家庄综合保税区中南部，规划占地面积约4.8公顷（72亩），流域范围内规划建设用地5平方公里。
经测算，本期（一期）工程处理规模10000m3/d，远期工程总处理规模达50000m3/d，处理厂出水排入木刀沟，作为木刀沟及滹沱河河道的补充水源。
设计进、出水水质见下表，其中出水水质执行建设部颁发的《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》中的一级A标准。
表1-1处理厂进、出水水质一览表
编号
项目
单位
进水水质
出水水质
1
生化需氧量BOD5
mg/l
200
≤10
2
化学需氧量CODcr
mg/l
350
≤50
3
悬浮物SS
mg/l
250
≤10
4
NH4+-N
mg/l
-
≤5
5
TN
mg/l
40
≤15
6
总磷TP
mg/l
5
≤0.5
7
PH值
6.5～7.5
6～9
8
粪大肠菌群数
≤103个/L
结合本工程的实际情况，通过对多种工艺的技术及经济综合比较，推荐采用循环式SBR工艺+压力过滤工艺处理污水，污泥处理采用污泥浓缩脱水一体化设备。
主要经济指标见下表。
表1-2处理厂主要经济指标一览表
序号
名称
单位
数量
备注
1
厂区占地面积
公顷
1.144
一期工程
2
绿化用地面积
公顷
0.40
一期工程
绿地率
％
35
3
总建筑面积
m2
2030
全厂生产性建筑面积
m2
986
全厂非生产性建筑面积
m2
1044
4
全厂定员
人
18
5
工程总投资
万元
4047
工程费用
万元
2373
6
单位水量工程费用
元/立方米
1187
7
总成本
万元/年
698
单位处理总成本
元/立方米
0.96
8
经营成本
万元/年
387
单位经营成本
元/立方米
0.53
9
年耗电量
万度
197.1
单位水量电耗
度/立方米
0.27
通过财务各项综合分析，本工程税前财务内部收益率7.21％，高于行业基准收益率4％，静态税前投资回收期13.37年小于行业基准值18年，因此项目在财务上可行。
本次可行性研究工作对项目在技术和经济可行性方面进行了充分的研究和论证，证明此项目的实施是可行的，并且是必要的，项目建成后将产生良好的社会、经济和环境效益。
1
项目概述
1.1项目名称
石家庄综合保税区污水处理厂（一期）工程
1.2编制单位
中交远洲交通科技集团有限公司
1.3设计依据、原则和范围
1.3.1设计依据
《石家庄空港工业园概念规划（2010—2040）》
上海同济规划设计院，2011年5月编制；
《石家庄空港工业园起步区总体规划（2010—2020）》
上海同济规划设计研究院，2011年5月编制；
《石家庄综合保税区总体规划调整（2015-2020）方案》
圳市蕾奥城市规划设计咨询有限公司，2015年10月修订；
1.3.2设计原则
执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。
结合已运行污水处理厂情况，对污水、污泥处理关键部分适当考虑留有缓冲调节余地。
根据技术先进、经济合理的原则进行总体设计和单元构筑物的设计。
在满足施工、安装及维修的前提下，使各处理构筑物尽量集中，节约占地，扩大绿化面积。
尽量减少污水处理对周围环境的负面影响，选择能减少污泥产量的处理工艺和自动化水平高的泥渣处理设备，防止污泥渣二次污染。
尽量减少处理工艺产生的异味。
控制噪声强度，减少噪声干扰。
1.3.3设计范围
本工程的设计范围包括：
厂区内的全部污水及污泥处理构筑物、厂区建筑物及附属构筑物、进水管线、道路、厂区内雨污水管线、厂区供水管线、热力管线、厂区内通讯、电力、自控等。
1.3.4主要规范及标准
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）
《污水排入城市下水道水质标准》（CJ343-2010）
《污水综合排放标准》（GB18918-2002）.
《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005）
《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284－84）
《制定地方水污染物排放标准的技术原则与方法》（GB3839－83）
《水和废水监测分析方法》（第四版）
《恶臭污染物排放标准》（CJ14554－93）
《室外给水设计规范》（GB50013-2006）
《泵站设计规范》（GB/T50265-2010）
《城市污水处理工程项目建设标准》（建标[2001]77号）
《城市污水处理厂运行、维护及其安全技术规程》（CJJ60-2011）
《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268－2008）
《工业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235－2010）
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》（GB50275－2010）
《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技术规程》（CJJ/T29－2010）
《埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程》（CECS122-2001）
《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》（CECS17-2000）
《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069－2002）
《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CEC138-2002）
《建筑给水排水设计规范》（GB50015－2010）
《建筑结构荷载规范》（GB50009－2012）
《工业建筑防腐设计规范》（GB50046－2008）
《混凝土结构设计规范》（GB50010－2010）
《钢结构设计规范》（GB50017－2003）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）
《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）
《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068－2001）
《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）
《工业企业平面设计规范》（GB50187-2012）
《采暖通风和空气调节设计规范》（GB50019-2003）
《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）
《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备标准》（CJJ31－89）
《地下工程防水技术规范》（GB50108－2008）
《建筑电气设计技术规范》（JBJ/T16-2008）
《供配电系统设计规范》（GB50052－2010）
《低压配电设计规范》（GB50054－2011）
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058－2014）
《35KV～110KV变电所设计规范》（GB50059－2011）
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062－2008）
《建筑防雷设计规范》（GB50057－2010）
《分散型控制系统工程设计规定》（HG/T20573-2012）
《过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号》（GB2625－1981）
《控制室设计规定》（HG/T20508-2014）
《仪表供电设计规定》（HG/T20509-2014）
《信号报警、连锁系统设计规定》（HG/T20511－2014）
《仪表配管、配线设计规定》（HG/T20512－2014）
《仪表系统接地设计规定》（HG/T20513－2014）
《供水排水用铸铁闸门》（CJ/T3006-92）
《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74－2013）等。
2
工程背景情况
2.1区域情况
石家庄综合保税区污水处理厂规划污水流域范围主要为石家庄综合保税区的规划建设用地，其规划流域范围:
北至桥寨路、博文路，西至机场北大街，南至京广客运专线，东至空港北大街，（预测至2020年）规划区居住人口约为3万人，建设用地规模为规划全区5平方公里。
2.2自然条件
2.2.1气候条件
石家庄市地处中低纬度亚欧大陆东缘，属于北温带半干旱、半湿润大陆季风气候，春秋短，冬夏长，四季分明。
日平均气温13.1℃，最高气温42.8℃（2004年7月15日），最低气温－26.5℃（1951年1月8日）。
相对湿度62%。
年平均风速1.4米/秒，7级以上大风天数9天，全年主导风向西北风。
平均年降水量534毫米，1954年降水量最多达1105毫米，1957年降水量少，仅265毫米。
初霜日平均为10月17日，终霜日平均为4月4日，无霜期年平均198天。
初雪日平均为12月1日，终雪日平均为3月9日。
土壤开始冻结日平均11月12日，终冻日平均在3月13日，年最大冻土层深度为54厘米（1984年）。
平均日照时数2527小时，日照率58%，太阳辐射总量平均127千卡/平方厘米。
水蒸发：
年平均水面蒸发量1800毫米，年平均蒸发量是降水量的3.5倍。
3.2.2地形地貌
石家庄综合保税区位于石家庄市辖区北部，石家庄市辖区跨太行山地和华北平原两大地貌单元，西部太行山（中段）面积约占石家庄市总面积的50%，东部为滹沱河冲积平原。
石家庄市辖区内大地构造属山西地台和渤海凹陷之间的接壤地带，地势东南低西北高，差距大，地貌复杂。
总的趋势是西北高，东南低，由西北向东南倾斜。
海拔高度在105米至65米之间，自然坡度千分之1.3。
2.2.2水文地质
河北平原上的河流发源于西部山区和山西高原，北部大清河水系的河流汇流于白洋淀；南部滏阳河水系汇入宁晋泊，中部子牙河水系的滹沱河水系直入东部献县洪泛区。
遇有大的降水时，山高坡陡洪水奔泻而下，东部平原高度落差小，排水不畅，在白洋淀、宁晋泊、献县泛区大量滞留，形成大面积滞洪区。
太行山和中部平原邻接平原（山前倾斜平原）成为南北交通咽喉要道，由此形成历史文化遗产和现代经济发达地区。
项目区内有木刀沟和滹沱河两条河流，滹沱河是流经项目区的最大河流，河床宽3～5千米，安全泄洪流量3600立方米每秒。
2.2.3工程地质
项目选址地处太行山东部的南北30～60千米宽、东西80～100千米长、厚度为800～2600米的一整块沉积岩石上，没有地震带，地震基本裂度7度。
地表向下揭露厚度17.00米范围内，可分为4层。
最上层为耕土层，厚度0.4～0.6米，第2层为轻亚粘～亚粘土，厚度为2.75～5.5米，第3层为砂类土，厚度为0.3～5.28米，第4层为粘土。
无不良地址现象，地下水无结晶性侵蚀和分解性侵蚀，适宜建筑。
地表所出露的各类地基承载力：
沙类土一般在14～24吨/平方米，亚沙地在13～20吨/平方米，天然地基承载力一般为12吨/平方米以上，适合于一般民用及工业建筑。
3.3工程建设的必要性
石家庄综合保税区污水处理系统是原石家庄空港工业园区污水处理近期规划新乐市污水处理厂和空港工业园污水处理厂一期工程中污水处理系统之一。
目前，该地区开发工作已全面展开，由于石家庄综合保税区污水处理系统尚未开始建设，配套污水管线系统极为薄弱，大量未经处理的污水通过明沟或雨水管排入河道，造成严重污染。
为提高石家庄综合保税区的环境质量，确保园区污水处理率达到90％以上的目标，急需建设石家庄综合保税区污水处理厂（一期）项目。
3
工程规模及处理程度
3.1污水处理厂服务范围
本污水处理厂规划流域范围:
北至桥寨路、博文路，西至机场北大街，南至京广客运专线，东至空港北大街，（预测至2020年）规划区居住人口约为3万人，建设用地规模为规划全区5平方公里。
3.2污水量预测
3.2.1排水体制选择
目前，石家庄综合保税区污水处理系统尚未开始建设，配套污水管线系统极为薄弱，规划区内排水将实行雨污分流系统。
3.2.2污水量预测
一期建设规模
根据近年对石家庄综合保税区污水处理厂流域内的污水入河情况进行的现场踏勘调查及连续水量监测，现状入河水量为7220立方米/日。
由于现状该地区地形坡度大、河道沿线有渗漏可能性,而监测口位于下游河道,经分析污水量应大于实测量,并考虑到该地区的发展,建议近期污水处理厂规模为1万立方米/日。
远期建设规模
根据《石家庄综合保税区建设区控制性详细规划》及《石家庄综合保税区总体规划》，石家庄综合保税区污水处理厂流域范围内（预测至2020年）规划区居住人口约为3万人，建设用地规模为规划全区5平方公里。
根据流域内用地功能、建筑性质、人口结构及人口规模，并分析研究可采用如下用水指标：
居住综合用水：
140升/人.日
工商服务企业用水:
万元产值用水103立方米/公顷.日
表4-1规划污水量预测表
项目
控制数据
用水指标
（l/d.人）
用水量（m3/d）
污水排除率
预测污水量
（万m3/d）
居住综合用水
3万人
140
0.42
0.9
0.38
工商服务企业
500公顷
103
5.15
0.9
4.64
小计
5.57
5.02
经计算，石家庄综合保税区污水处理厂污水量5.02万立方米/日,详见“规划污水量预测表”。
根据对石家庄综合保税区污水处理厂合理规模的研究，石家庄综合保税区污水处理厂远期规模确定为5.0万立方米/日,与按控制性详细规划数据所计算污水量基本吻合。
污水厂设计规模
本工程远期（总建设）规模为5万立方米/日，近期（一期）建设规模为1万立方米/日。
3.3处理程度
3.3.1污水处理厂设计进水水质
在实际调查的基础上、结合相关工程设计标准，石家庄综合保税区污水处理厂（一期）项目拟定污水处理厂进水水质指标见下表：
表4-2进水水质一览表
编号
项目
单位
进水水质
1
生化需氧量BOD5
mg/l
200
2
化学需氧量CODcr
mg/l
350
3
悬浮物SS
mg/l
250
4
TN
mg/l
40
5
总磷TP
mg/l
5
6
PH值
6.5～7.5
3.3.2污水处理厂设计出水水质
石家庄综合保税区污水污水厂出水排入木刀沟，下游进入滹沱河，作为木刀沟及滹沱河河道的补充水源。
按照规划部分污水要进行深度处理，以负担处理厂流域内的中水回用要求。
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》，结合相关工程设计标准，石家庄综合保税区污水处理厂（一期）项目拟定污水处理厂出水水质应达到一级A标准，出水水质指标如下表:
表4-3出水水质指标一览表
编号
项目
单位
出水水质
1
生化需氧量BOD5
mg/l
≤10
2
化学需氧量CODcr
mg/l
≤50
3
悬浮物SS
mg/l
≤10
4
NH4+-N
mg/l
≤5
5
TN
mg/l
≤15
6
总磷TP
mg/l
≤0.5
7
PH值
6～9
8
粪大肠菌群数
≤103个/L
3.4处理程度
本工程要求处理程度达到下表要求：
表4-5处理程度一览表
水质
类别
CODcr
BOD5
SS
TN
TP
进水水质
350
200
250
40
5
出水水质
50
10
10
15
0.5
处理程度（％）
85.7
95
96
62.5
90
5污水处理厂工艺方案选定
5.1处理厂厂址
石家庄综合保税区污水处理厂厂址规划位于流域范围内近木刀沟，该选址有以下优点：
远离居民区；交通、供水、供电较方便；退水管道较短；远期发展用地充足；符合区域规划要求等。
5.2工艺方案选择原则
在污水处理工艺选择时一般考虑以下几方面内容：
工艺能否达到各项出水指标的要求；工艺是否可靠；工艺方案造价的高低；运行管理是否方便；运行成本的高低；现场条件是否允许等。
根据出水水质要求，本工程处理工艺主要以去除污水中的悬浮固体（SS）及BOD5、COD、TN、TP、NH4＋-N等有机污染物为目的。
目前，国内城市污水处理厂大多采用二级生化污水处理工艺，一般为活性污泥法及其变型工艺处理城市污水，这类工艺工程实际使用历史最长、应用最为广泛、可靠度高、运行费用低、运行管理经验最为丰富，部分变型工艺对TN、TP的去除效果很高。
因此，分析进厂污水水质及出水标准对污水处理厂是否可采用二级生化处理工艺、工艺选择及工艺确定有着重要意义。
5.3生物处理的可行性分析
5.3.1悬浮物的去除及分离
一般采用物理方法——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。
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（包括尺度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被去除。
污水处理厂出水中悬浮物浓度不单涉及到出水SS指标，且出水的BOD5、CODcr等指标也与之有关。
这是因为组成出水悬浮物的主要活性污泥絮体，其本身的有机成份就很高，因此较高的出水悬浮物含量会使得出水的BOD5、CODcr均增加。
因此，控制污水厂出水的SS指标是最基本的，也是很重要的。
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络作用等。
在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，完全能够使出水SS指标达到20mg/l以下。
本污水处理厂进水SS平均浓度为250mg/l，出水SS要求小于10mg/l，该SS进水指标与目前国内大多数城市污水处理厂接近，但出水指标要求较高，因此，在污水处理厂工艺设计时，除采用沉淀分离的办法去除大部分悬浮物，达到出水SS≤20mg/l外，还需对出水进一步进行过滤处理，从而确保出水SS≤10mg/l。
5.3.2有机污染物的可生物化性分析
进厂污水中有机污染物主要以BOD5、CODcr表示，它们的去除主要是靠微生物的吸附作用和代谢作用，然后通过对污泥与水进行分离来完成的。
活性污泥中的微生物在有氧的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。
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/CODCr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、设置单独处理构筑物，其出水CODCr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/CODCr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CODCr会较高，要满足出水CODCr≤60mg/l有一定的难度。
BOD5/COD值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。
本污水处理厂进水BOD5/CODCr＝0.57，该水质具有较好的可生化性，可以采用生化处理方法去除。
5.3.3生物脱氮除磷
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，结果认为物化法的特点是耗药量大、污泥产量多、运行费用高等，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工程大多数都采用活性污泥法生物脱氮除磷工艺。
5.3.3.1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，并有外加碳源提供能量。
使硝酸置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。
5.3.3.2生物硝化和脱氮的作用
出水水质中对氨氮的排放有要求，另外考虑到大量氨氮排入河道会消耗水中溶解氧，使河水水质下降，危害水生动物。
因此，污水处理按完全硝化设计，减少氨氮排放量。
由于好氧段完全硝化，生物池出水中硝酸盐量较高，这样会造成以下两个不利影响：
第一，硝酸盐量较高会造成沉淀阶段的污泥上浮，经验表明，在水温20℃,沉淀起始点的硝酸根浓度在5～10gNO3-N/m3以上时，沉淀阶段会出现反硝化引起的污泥上浮；第二，大量硝酸盐随回流污泥进入生物反应池，消耗过多的碳源，会降低生物除磷的效果。
所以，采用反硝化脱氮，降低硝酸盐浓度，满足出水总氮要求，是很有必要的。
5.3.3.3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。
按照上述原理，要进行生物除磷必须具备厌氧过程，如在生物脱氮系统前设置一个厌氧池，这样就形成A2/O系统，即厌氧—缺氧—好氧系统。
5.3.3.4本工程生物脱氮除磷的可行性
根据进水水质及出水水质要求可知，本污水处理厂有较高的除磷脱氮要求，因此，分析进厂污水生物脱氮除磷的可行性是十分必要的。
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，世代期长，如果泥龄较短，将使硝化菌来
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