多晶硅中水回用处理站工程可行性研究报告

徐州中能多晶硅中水回用处理站工程可行性研究报告中环（中国）工程有限公司2009年3月项目名称：徐州中能多晶硅中水回用处理站工程编制单位：中环（中国）工程有限公司批准：审核：校对：编制：目录TOC\o"1-2"\h\z\u1总论 11.1工程名称 11.2编制单位 11.3编制依据 11.4工程范围 11.5设计规模 11.6拟建地点 11.7标准与规范 12工程概况 32.1工程区域概况 32.2自然条件 33工程规模和进出水质 53.1工程规模 53.2水源概况和来水水质 53.3设计出水水质 63.4回用水服务目标 74中水深度处理系统各工艺简介 84.1石灰处理工艺 84.2膜处理工艺 94.3凝聚澄清工艺 105中水深度处理系统各方案设计 115.1石灰处理系统方案（方案一）设计 115.2超滤+弱酸处理（方案二）方案设计 116中水深度处理系统方案的比较与选择 136.1各方案的技术性比较 136.2各方案经济性比较 147、中水处理站 167.1中水处理站布置 167.2中水处理站系统控制 167.3循环水补水系统的应急方案 168循环冷却水稳定杀菌处理 178.1循环冷却水稳定处理 178.2循环冷却水杀菌处理 179投资估算 189.1编制原则 189.2投资估算成果 1810中水回用处理系统效益分析 2310.1经济效益分析 2310.2环保效益分析 2310.3社会效益分析 2311可行性研究结论 2412问题与建议 251总论1.1工程名称徐州中能多晶硅中水回用处理站工程1.2编制单位中环（中国）工程有限公司1.3编制依据1、江苏省苏环科〔2008〕11号文，《关于深入开展生态工业园区建设工作的通知》；2、其他有关资料。1.4工程范围本工程范围为中水回用处理站工艺方案制定、站内设计（包括地质勘探、初步设计、施工图设计、竣工图设计等）、全部安装和试验、调试、土建工程，即中水回用处理站红线范围内的所有中水回用处理设施及辅助生产管理设施，包括中水回用处理站内消防通道、上下水系统、雨水系统等。不含处理站到中能硅业的管道。1.5设计规模本工程的设计规模：2.50万立方米/日。1.6拟建地点目前开发区管委会的初步建议建设地点在引线河污水处理厂内建一套中水回用处理工程，距中能硅业1.7公里1.7标准与规范本工程可研报告编制执行的国家专业技术规范与标准如下：《污水综合排放标准》（GB8978-2002）《中水回用处理站设计规范》（GB50335-2002）（3）《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）（4）《给水排水设计手册-工业排水》（2002年）（5）《给水排水设计手册-工业给水处理》（2002年）（6）《给水排水设计手册-城镇排水》（2002年）（7）《给水排水设计手册-常用设备》（2002年）（8）《给水排水设计手册-专用机械》（2002年）（9）《给水排水设计手册-技术经济》（2002年）（10）《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）（11）《城市污水处理厂污水、污泥排放标准》（CJ3025-93）（12）《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）（13）《泵站设计规范》（GB/T50265-97）（14）《工业企业噪音控制设计规范》（GBJ87-85）（15）《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2002）（16）《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）（17）《工业企业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-95）（18）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）（19）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）（20）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（21）《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）（22）《工程结构可靠度设计统一标准》（GB50153-92）（23）《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）（2001年版）（24）《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）（25）《建筑电气设计技术规范》（JGJ16-83）（26）《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备标准》（CJJ31-89）（27）《低压配电设计规范》（GB50054-95）（28）《供配电系统设计规范》（GB50052-95）（29）《工业企业照明设计规范》（GB50034-94）（30）《工业与民用电力装置接地设计规范》（GBJ65-83）（31）《低压配电装置及线路设计规范》（GB50054-92）（32）《仪表供电设计规定》（HG20507-92）（33）《仪表系统接地设计规定》（HG20513-92）2工程概况2.1工程区域概况参照徐州经济开发区资料。2.2自然条件2.2.1地质、地貌徐州经济开发区北部为平原，南部丘陵与平原相间，用地开阔，地势平坦,自西南向东北略有倾斜，坡度在l-5‰，地面高程一般在33.5-40m,山顶高程在55-149m之间。地面高程高于京杭大运河引线河洪水位，无洪胁之虑。开发区内地质基岩为中下寒武系灰岩，上部为第四纪覆盖，覆盖层上部为0.15～0.8m的植被层。植被层下为冲积的亚粘土、粘土，与下伏基岩呈不整齐接触，一般厚度为5-8m。地基承载力大于10t/m2,适于建筑。拟建地区浅层地下水为松散层孔隙水，埋深4.1～5.9米，为潜水型,属弱水层。深层地下水主要来自岩溶裂隙水，年平均水位29～30m之间，区内地下水较丰富。地面水资源条件较好。2.2.2气候、气象徐州属于亚温带鲁淮侯区，具有长江流域与黄河流域气象的过度性质，气候温和，日照充足，年雨量较充沛，春秋季短，入冬和回暖较早，冬季干旱，夏季多雨。降雨：年平均降雨量859.5mm年最大降雨量1360mm最大日降雨291.6mm(1982年7月21日)年平均蒸发量1200mm全年降雨量的60％集中在夏季6-9月气温:历年最高气温40.6历年最低气温-23.3年平均气温14.2最高月平均气温27最低月平均气温-0.8风向风速:年平均风速3.0m/sec年最大风速24.0m/sec全年主导风向ENE夏季主导风向ENE冬季主导风向EN黄海高程35.5米左右，根据中国地震烈度区划资料，徐州地区抗震设防烈度为7度。3工程规模和进出水质3.1工程规模根据对中能硅业的了解，合计中水用量及总体规划，中水处理规模按平均2.5万m3/d设计,不均匀系数为1.2。3.2水源概况和来水水质3.2.1污水处理厂概况本中水回用处理站主要进水来自引线河污水处理厂。处理规模为4.5万吨，采用水解酸化A/O处理工艺。3.2.2来水水质本工程的设计水量为25000m3/d，表3-1预测污水处理厂来中水水质分析项目单位中水水质透明度微混Ca2+Mg/L130Mg2+Mg/L32Na+Mg/L86K＋Mg/L12Cl-Mg/L109SO42-Mg/L84HCO3-Mg/L512PH7.38总固体Mg/L738.悬浮性固体Mg/L10.4溶解性固体Mg/L728.40全硅Mg/L55.20全硬mmol/L(1/2Ca2+)8.70暂硬mmol/L(1/2Ca2+)8.40永硬mmol/L(1/2Ca2+)0.16全碱度mmol/L8.40CODCrmg/L60BODmg/L20R2O3mg/L12.80氨氮mg/L8总磷mg/L1电导率μs/cm～1200.003.3设计出水水质该中水回用处理站出水水质指标确定的主要依据为《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）中“再生水用作冷却用水的水质控制指标”。中水回用处理站的出水水质应达到如下表所示。表3-2中水回用处理站设计出水水质序号项目单位出水水质1pH6～92CODCrmg/L≤403BOD5mg/L≤10.04SSmg/L5氨氮mg/L≤106总磷（以P计）mg/L≤17浊度NTU≤5.08粪大肠细菌群个＜10009溶解性固体mg/L不高于进水10Ca2+mg/L30～9011Mg2+mg/L≤3012Cl-mg/L※13SO42-mg/L14HCO3-mg/L15总碱度（以CaCO3计）mg/L≤35016游离余氯mg/L末端0.1~0.217铁mg/L≤0.3018锰mg/L≤0.2019水温℃※：浓度略高于进水。但相应离子浓度上升的数值不得高于理论加药量所引起的该离子上升的浓度值3.4回用水服务目标经深度处理后的中水作为徐州中能硅业的循环冷却水。城市二级污水厂出水经过深度处理后的再生水用于工业循环冷却水，其水质应根据试验结果来定，结合我公司在多个电厂所做的类似工程，中能硅业的循环冷却水水质标准参照目前国内电厂的循环冷却水补水水质。4中水深度处理系统各工艺简介中水的水质远远地劣于一般的地表水，以城市污水处理厂二级处理后污水作为循环水水源，必须进行深度处理，否则中水水中的有机物、氨氮、磷去除不彻底将会在循环系统进行生物化学反应，在循环水系统中滋生大量微生物、粘泥，严重影响循环水系统的运行。中水深度处理工艺主要有石灰处理方案、膜处理方案和凝聚澄清方案，现叙述如下：4.1石灰处理工艺石灰处理法是将生石灰乳加入水中与水中的碳酸盐硬度发生反应，生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀，降低了水中的硬度和碱度。通过石灰凝聚处理去除或降低的物质有：悬浮的有机物和无机物，可去除1μm以上的颗粒，进而也去除了由这些颗粒，主要是生物处理流失出的生物絮体碎片、游离细菌等形成的COD。去除一些钙、镁、硅石、氟化物、碱度，有效降低原水的碳酸盐硬度。溶解性磷酸盐，通常可降至1mg/L以下。去除某些重金属：镉、铬、铜、镍、铅和银等。石灰凝聚处理除了能够降低水中的硬度和碱度、悬浮的有机物和无机物外，还能够降低水中细菌和病毒含量。混凝处理对象是城市污水处理厂二级出水，二级出水中所含物质与天然水所含物质不同。天然水形成浊度的主要是泥砂等无机物，而二级出水中是胶体和菌胶团微粒，因而中水深度处理的混凝不同于给水处理的混凝。石灰法处理混凝的特点是：由于污水中生物微粒的存在，并且这种微粒与药剂以及互相间亲和力强，因而投加药剂后，混凝过程可在较短时间内完成。石灰处理法中在投加石灰的同时，还要投加凝聚剂。经过石灰处理的水是CaCO3的饱和溶液，有时候由于CaCO3的结晶过程没有完全完成，使出水为CaCO3的过饱和水，这样不稳定的水在以后形成沉淀，所以石灰处理系统出水还需要加酸处理消除过饱和度，并调节出水的pH值。为防止水中的细菌增长和微生物的滋生，在补充水处理系统中需采用大剂量投加杀菌灭藻处理，杀菌剂的种类及加药量应由试验确定。经石灰凝聚澄清过滤处理后，不仅能进一步降低污水中的细菌和微生物含量，减少悬浮态有机物和无机物杂质，降低水中的碳酸盐硬度，减少含盐量，还能在降低腐蚀强度的同时，去除有结垢倾向的离子及少量重金属。当原水的氨氮较高时，应在石灰处理方案前加曝气生物滤池（BAF）。本工程的中水来源于城市污水处理厂二级处理后污水（一级B标准），中水的氨氮含量不高，经核算，针对本工程不需要设置曝气生物滤池。石灰法处理系统是一个相对成熟的处理工艺，与膜法（膜生物反应器）中水处理技术相比，石灰处理技术有以下优点：运行费用低、环境污染小；不向水中投加大量的可溶性盐；无废水的排放，不污染自然水体；废弃物为固体，便于处置；经石灰软化处理的水，其有机物，硅化物，铁等的含量均将减少；石灰处理技术运行寿命长，维护工作量小，技术成熟可靠，投资低。本工程的中水可生化性差，深度处理系统进水为中水，由于石灰处理方案对进水的适应性强，可以有效地降低碳酸盐硬度、硅、细菌及病毒的含量，有利于循环水浓缩倍率的提高，故本工程的中水深度处理方案选择石灰处理工艺作为比选方案。4.2膜处理工艺膜处理方案主要指膜生物反应器（简称MBR）和浸没式超滤。膜生物反应器（简称MBR）是20世纪末发展起来的水处理高新技术，它是膜技术（超滤或微滤）与传统的活性污泥生化处理技术相结合的新的污水处理工艺，其以膜分离过程取代传统活性污泥处理系统中的二沉池和砂滤池，用超滤膜分离与活性污泥法相结合的膜生物反应器处理有机污水，既能深度氧化废水中的有机物，又能过滤水中的固体颗粒，并且排出物不含固体颗粒，保留生物体，延长生物体停留时间，因而出水COD、BOD、悬浮物含量很低。目前膜生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家。膜生物反应器在国内研究还不到十年，只是在最近几年才有小型装置被应用到实际的污水处理中。膜生物反应器方案需要原水的有机物充足，可生化能力较强，能够使污泥浓度保持在6000~10000mg/L，而本工程设计水质BOD/COD<0.35，中水的可生化能力较差，故不适宜采用MBR，而适合考虑单纯采用浸没式超滤膜处理方案。浸没式超滤膜主要应用于原水有机物尚不能满足生化要求的场合。但无论是浸没式超滤膜或MBR均不能有效地降低原水的碱度和硬度，针对本工程仍需要采取去除硬度和碱度的后处理措施，如弱酸处理工艺或反渗透处理工艺。鉴于中水的水质比较复杂，考虑到本工程中水的水质特点，故本工程不考虑MBR，可考虑选择浸没式超滤膜作为比选方案，拟定的膜处理工艺为：浸没式超滤+弱酸处理方案。4.3凝聚澄清工艺凝聚澄清工艺是通过对原水投加混凝剂、助凝剂，然后通过澄清工艺来处理中水，该工艺可以降低中水的浊度，但不能有效降低循环水的碱度，对COD的去除也有限，更无法去除氨氮。该工艺适用于处理量较小的以生活污水为主的城市中水，或者中水中暂硬较低的场合。本工程的中水特点是暂硬较高，达到8.40mmol/L，如果采用该工艺循环水的浓缩倍率根本无法提高，循环水系统近于直流冷却系统，循环水系统的补水量及排水量均很大，因此该方案对本工程并不具有可行性。5中水深度处理系统各方案设计5.1石灰处理系统方案（方案一）设计5.1.1为了实现节水的目的，将污水处理厂二级出水作为循环冷却水的水源，石灰深度处理系统的流程如下：来水石灰筒仓凝聚剂、助凝剂来水石灰筒仓凝聚剂、助凝剂二氧化氯硫酸调节池机械加速澄清池管道混合器变孔隙滤池回收水池循环水系统泥浆池脱水机泥饼外运计量制乳图5-1石灰深度处理系统流程5.2超滤+弱酸处理（方案二）方案设计5.2.1为了实现节水的目的，将污水处理厂二级出水作为循环冷却水的水源，超滤+弱酸深度处理系统的流程如下：来水凝聚剂、助凝剂来水凝聚剂、助凝剂二氧化氯调节池浸没式超滤弱酸阳离子交换器循环水系统废液池脱水机回收水池澄清池泥浆池泥饼外运图5-2超滤+弱酸深度处理系统流程图6中水深度处理系统方案的比较与选择6.1各方案的技术性比较1）系统对进水水质的要求方案二对进水的水质要求较高，而方案一（石灰处理系统）对进水的水质要求较低，对水质变化的适应性也比方案二好。2）系统出水水质方案一、方案二可均以去除水中的氨氮、碳酸盐硬度、有机物、硅化物、铁含量，满足循环水补水的水质要求。而方案二出水水质整体优于方案一；3）系统业绩及成熟可靠性方案一（石灰处理方案）是一个非常成熟的工艺，也属于中水深度处理的主流工艺，业绩众多。尤其是经过这几年的快速发展，石灰处理系统的设计施工及运行管理经验的增加及关键部件（例如先进的石灰计量系统的成套引进）的技术可靠性增强，石灰处理系统的可靠性比以前大为提高。方案二（超滤+弱酸处理方案）的可靠性较高，但方案二用于以中水为循环水水源的业绩较少。运行维护成本较高，该方案存在的一个突出问题是弱酸树脂被污染的可能性较大。4）方案环保性方案二（超滤+弱酸处理方案）会产生大量的酸性废水，与常规酸碱废水不同，该废水为硫酸钙的（过）饱和溶液，废水流经之处会产生难以处理的硫酸钙垢，采用该方案需要采用大量的酸液进行再生，而且产生大量的酸性废水，因此该方案的环保性较差，也违背了国家环保总局对该项目的环保批文。方案一（石灰处理方案）可以有效地去除水中的碳酸盐硬度、有机物、硅化物，这些物质随着CaCO3、Mg(OH)2沉淀出来并经过污泥脱水系统而成为固体的形式从水中去除，实现真正意义上的“减法”处理，也不会产生各种废水，与方案二比较，该法的循环水的排水Cl-浓度较低，循环水排水的腐蚀性较弱，该方案对环境的污染很小，方案的环保性较好。5）占地面积方案一的占地面积较大，因此要预留一定的地方；方案二的占地面积较小。6）工作环境及劳动强度方案一以前在人们心目中的形象较差，这主要是因为石灰计量系统得粉尘污染问题和石灰乳结垢问题。但随着石灰处理系统的设计施工及运行管理经验的增加以及先进的石灰计量系统得成套引进，石灰处理系统的工作环境大为改善，检修的几率及劳动强度也大大降低，也彻底改变了以前石灰处理系统在人们印象中的“脏乱差”。方案二需要频繁再生，工作环境较差，劳动强度也较大;表6-1中水深度处理方案技术比较对照表方案项目方案一方案二进水水源中水中水中水处理主工艺石灰处理方案浸没式超滤+弱酸氢离子交换对进水水质的要求较低较高对进水水质的适应性强一般出水水质一般较好系统成熟可靠性成熟可靠一般业绩众多很少环保性好差占地面积大小工作环境较好较差工艺特点工艺成熟可靠、石灰能去除暂硬、有机物、硅、铁、氨氮、磷、主要除去碳酸盐硬度、氨氮、有机物、硅化物、细菌及病毒。工艺复杂性简单复杂工艺先进性一般较差6.2各方案经济性比较方案一与方案二的经济比较见下表。表6-2各方案的经济比较表比较项目方案一（石灰处理方案）方案二（超滤+弱酸处理方案）1.建筑工程费（万元）1185.32982.设备购置及安装工程费（万元）152446703.其它费用493.7400∑总投资估算（万元）=SUM(ABOVE)320353684.药品费（万元/年）1332435.膜组（元）件更换费用（万元/年）02466.电费（万元/年）247348∑总运行费用（万元/年）380837注：（1）年运行小时按5500h计。（2）两方案均没包括取水费用和排水费用。（3）电费考虑按发电成本电价核算，单价按0.55元/KWh。（4）30%盐酸价格：600元/吨。两方案的杀菌剂费用相当，故药品费用不含杀菌剂费用。（5）超滤膜的更换年限5年；（6）两方案的人工费用相当，故不做比较。从经济分析可以看出，总投资方面：方案二（超滤+弱酸处理方案）的基建总投资远远高于方案一（石灰处理方案），大约高2165万元/年。运行费用方面：方案二（超滤+弱酸处理方案）的运行费用也远远地高于方案一（石灰处理方案），大约高557万元/年。方案二主要是膜更换费用、电费很高。基于以上的技术经济分析比较的结果，本工程中水深度处理方案选择投资费用及运行费用均比较低的方案一，即石灰深度处理方案。该方案成熟可靠，业绩众多，环保性好，可以实现节水的目标。7、中水处理站7.1中水处理站布置可根据业主提供的场地布置。其中集水池、澄清池、滤池等室外布置，石灰贮存制浆系统、污泥脱水系统、ClO2制备系统等室内布置。7.2中水处理站系统控制中水处理系统采用可编程程序（PLC+LCD）控制7.3循环水补水系统的应急方案当污水处理厂来中水的水质不合格，通过石灰深度处理后仍然无法满足循环冷却水补水要求时，为了保证循环水系统的安全运行，应采取加大杀菌剂、稳定剂的加药量或者适当降低循环水的浓缩倍率的措施，必要时循环水补水采用应急水源——运河水。 8循环冷却水稳定杀菌处理以中水作为循环水的补充水之后，循环水系统的微生物繁殖倾向较强，而且循环水仍具有结垢倾向，故需要加强循环水系统的杀菌处理并采取循环水稳定杀菌处理措施。8.1循环冷却水稳定处理根据本工程循环冷却水的浓缩倍率和中水处理系统出水水质，循环水稳定处理系统选择采用加稳定剂处理系统，用加稳定剂来抑制循环水中CaCO3的析出。采用中水作为循环水源后的水质较差，考虑到循环水水质稳定处理的复杂性，故应当通过试验确定针对本工程特殊的循环水水质条件的稳定剂投加种类及加药量。8.2循环冷却水杀菌处理中水的COD、BOD、NO3-、氨氮含量很高，而且中水本身就含有存活的细菌，故以中水为补充水源的循环水系统很容易滋生微生物。运行实践证明：以城市中水为补充水的循环水系统能否成功投运，很大程度上取决于能否成功解决循环水系统的菌藻繁殖及粘泥控制问题。本工程设计的循环水杀菌处理方案为：循环水补充水连续加ClO2氧化杀菌处理和向循环系统定期冲击投加非氧化性杀菌剂的联合杀菌处理方式。为了保证氧化杀菌效果，拟加大循环水补充水的ClO2加药量，暂定为3mg/L。考虑到ClO2不易长时间保存，拟设置2台5kg/h的二氧化氯发生器现场制备二氧化氯。9投资估算9.1编制原则1）工程静态投资水平为2008年。2）工程量由设计人员提供。3）定额执行《电力工程建设概算定额》（2001年修订本），项目划分及去费标准执行2002年版《电力工业基础建设预算管理制度及规定》4）人工费定额单价安装工程为21元/工日，建筑工程为19.5元/工日，并工具电定造（1996）003号文计划列江苏地区工资性津贴补差1.16元/工日，该费用只计取税金。另执行中电联计经（2002）74号文，调整建筑、安装工程定额人工费，该费用按价差处理，只计取税金。5）计价材料采用北京地区2001年价格；安装工程未计价材料采用华东电网建[2004]184号文印发的华东地区2003年度《电力建设装置性材料综合预算价格》。建筑工程根据2006年四季度徐州地区工程建设材料预算指导价编制材料价差。并根据苏电建【2005】1312号文调整安装工程定额材机费，该费用作为价差处理，只计取税金。6）施工机械台班价格按照1999年《电力建设施工机械台班费用定额》取定，并根据苏电建[2005]1312号文对建筑安装工程机械费进行调整。该费用作为价差处理，只计取税金。7）未考虑贷款利息。8）基础预备费按静态投资的10％计算。9.2投资估算成果详见估算及建筑安装估算表。估算总表表一金额单位：万元序号工程或费用名称建筑工程设备购置安装工程其它合计各项占费用费用费用费用总计（％）一主要生产工程1168952560268083.67%1供水系统93.3181.3274.68.57%2水处理系统1066722.7246.72035.463.55%3电气系统8.7110.773.3192.76.02%4热工控制系统118.759.31785.56%二其它17.312222.72527.87%1其它费用222.7222.76.95%2价差部分17.31229.30.91%三基本预算费(10%)2712718.46%工程静态投资1185.3952572493.73203100.00%安装部分汇总估算表表二金额单位：万元序号工程或费用名称建筑工程费设备购置费安装工程费其它费用合计技术经济指标主材安装小计单位数量指标一主要生产工程951.7369.8190.5560.315121供水系统147.134.1181.2181.11.1站内中水管道124.828.9153.7153.7元/m40003841.2站内其它管道22.35.227.527.52水处理系统722.4132.7114246.7969.12.1石灰澄清过滤处理225.71818243.72.2石灰贮存及计量156.71414170.72.3脱水系统195.318.718.72142.4附属系统144.71212156.72.5管道132.751.31841843电气系统110.758.714.373183.73.1干式变开关柜110.75.35.31163.2电缆58.7967.767.7元/m6666.71024热工控制系统118.731.328.259.5178.24.1PLC586.76.764.74.2配电柜、动力柜23.34427.34.3仪表等37.3101047.34.4电缆31.37.538.838.8元/m13333.329建筑部分汇总估算表表三金额单位：万元序号工程或费用名称建筑工程费设备购置费安装工程费其他费用合计技术经济指标主材安装小计单位数量指标一主要生产工程1168.11168.11供水系统93.293.21.1中水管道77.577.5元/m40001951.2站内其它管道15.715.72水处理系统1066.31066.32.1水池、综合处理间等9339332.2地基处理133.3133.3元/m35333.32503电气系统8.58.53.1电控间8.58.5元/m3300285其他费用估算表表四