废水厌氧处理示范工程项目可行性研究报告.docx
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废水厌氧处理示范工程项目可行性研究报告
陕西省科技统筹创新工程计划项目
示范工程可研报告
项目名称：
渭河水污染防治关键技术研究与示范
课题名称:
渭河关中段工业点源水污染物减排技术
示范工程名称：
造纸废水节水节能减排及综合利用工程
第一章示范工程概况1
1.1项目背景与企业概况2
1.2示范工程的基本要求3
1.3示范工程的任务与分工4
第二章废水处理节能达标改造工程6
2.1设计依据7
2.2废水处理改扩建工程设计原则8
2.3一期工程废水处理系统厌氧工艺路线确立9
2.4废水处理工程技术方案14
2.5废水处理改造提标工程厌氧工段工程投资结算20
三、清洁生产22
3.1清洁生产的目标和内容23
3.2清洁生产主要内容23
3.3清洁生产投资估算24
四、沼气利用工程26
4.1概况27
4.2沼气工程方案27
4.3华西纸业沼气示范工程投资估算31
五、资金来源与筹措33
5.1投资总额34
5.2资金筹措34
第一章示范工程概况
第一章示范工程概况
1.1项目背景与企业概况
陕西省为河流域污染严重，造纸工业是其中最重要的工业污染源，陕西省科技统筹创新计划项目《渭河关中段工业点源水污染物减排技术研究集成示范》（2011KTZB03-03-01）已经把造纸废水关键技术研究和工程示范列为重点项目，示范工程必须限期实施。
咸阳华西纸业有限公司利用废旧纸箱为原料，包括进口部分高质量美国废纸，采用部分脱墨工艺，生产高等级箱板纸和高强瓦楞纸，其企业生产具有一定的典型性。
公司现造纸生产能力已达190吨日，年产能达到6万吨。
公司原有的废水处理站建于2008年3月，已不能满足当前环保需求。
根据陕西省《黄河流域（陕西段）污水综合排放标准》（DB61224-2011）标准，我省渭河流域将于2012年起将执行空前严格的水质标准，其主要指标与回用水质量接近。
为满足新标准的要求，企业有迫切改造水系统的要求。
根据陕西省原先的计划，示范工程选择白板纸废水作为示范工程，白板纸是我国典型的具有脱墨工艺的废纸造纸。
但是，陕西省目前经过关闭，仅有两家脱墨废纸生产白板纸的厂家，其中一家在汉水流域，另外一家西安万隆造纸厂因为位于沣渭新区，已经于2012年11月关闭，原定在西安万隆造纸厂实施的示范工程无法执行。
经陕西科技大学推荐，西安交大进行现场考察，该企业基本符合示范工程的条件，同意上报项目牵头单位与陕西省科技厅，建议将华西纸业作为《渭河关中段工业点源水污染物减排技术研究集成示范》课题中造纸行业的示范工程。
1.2示范工程的基本要求
本示范工程把《渭河关中段工业点源水污染物减排技术研究集成示范》的内容与企业的排水提标改造实际需求结合，进行工程设计。
根据课题任务书，示范工程要求完成以下主要示范内容：
示范工程的名称：
板纸厂废水节水节能减排及综合利用工程示范
实现的主要内容和达到的指标：
（1）废水处理节能提标改造工程
本部分工作主要通过废水处理工程的技术改造，采用先进技术，实现水污染物的大幅度消减，排水水质的显著提升，达到新的标准。
此外实现废水处理的节能、减少剩余污泥的二次污染、减少纤维流失等综合效益，并减少废水处理的成本。
其科技合同要求的主要技术指标为：
平均处理水量不小于2000立方米天；
示范项目主要污染物削减率90%以上；
实现节水60%以上；
污泥显著减少；
节能效果：
与流行的加药-好氧生物处理-加药技术相比实现节能70%以上。
成本与其他：
减少用药量60%以上，减低成本50%以上。
（2）清洁生产
造纸工业全程控制的节水节能减排技术的提升高浓度工业废水清洁生产和循环经济。
通过生产全过程的节水节能减排改造，增大回用水量、减少清水用量、减排排污量，为废水的低成本处理提供基础。
污染物的资源化回收与利用
纤维回收与污泥减排结合，显著降低原料消耗，产生重要的经济效益。
通过废水的厌氧处理转化COD为可再生能源，并利用沼气能源。
1.3示范工程的任务与分工
（1）示范工程的主要任务、分工和投资概况
表1-1华西纸业示范工程的任务分工与投资概况
示范内容
具体任务
负责单位
备注
投资估算（万元）
一期工程：
废水处理节能提标改造工程
设计和技术支持、部分设备购置安装运行
陕西科技大学
详细分工参见合同
398.17
土建与部分设备制作购置安装
华西纸业公司
一期工程：
清洁生产与纤维回收综合利用
节能节水减排改造
车间回用水系统等
华西纸业公司为主，西安交大提供无偿技术咨询
不包含在合同内
300.00
二期工程：
沼气工程
设计和技术支持，非标设备、主要设备购置和安装运行
陕西福辰环保科技有限公司
详见合同
90.70
土建、终端沼气利用设备、锅炉改造等
华西纸业公司
示范工程
投资合计
788.87
（2）示范工程的投资来源和资金管理
示范工程的投资来自企业和示范工程的配套资金，配套资金根据陕西省科技统筹计划项目的申报文件，由陕西省环保厅筹措，示范工程的业主单位向上级申请。
示范工程的预决算和财务管理由业主单位咸阳华西纸业有限公司负责，示范工程的政府配套资金由上级拨付直接示范工程业主单位。
工程设计单位承担的设计、设备购置、安装和调试等任务，以及由此产生的建设费用，为市场行为，通过业主和工程承担单位的合同来进行管理。
④与科研有关的经费由西安交大请示陕西省科技厅同意后，与课题的承担单位签订合同。
第2章废水处理节能改造工程
第二章废水处理节能达标改造工程
2.1设计依据
2.1.1废水工程规模和工程范围
（1）工程规模
根据咸阳华西纸业有限公司生产实际情况，企业原有生产能力200吨日,废水产生量约为25m3t纸，日最大排水量约为5000m3。
根据当前现行标准，废水允许排放量为20m3t纸，则每天允许废水量4000m3d。
按照本示范工程的计划，要大幅度消减废水排放量，排水量要小于目前的实际水量和最新标准允许的水量，以达到示范的目的。
计划消减60%，即减少到8-10m3t纸。
也就是日排水量1600-2000m3。
考虑废水处理能力有一定的余量，企业清洁生产的减排有一定的过程，废水处理站的水力负荷按照处理能力4000m3d设计。
实现节水的方式有两种途径：
车间节水效果很好，达到吨纸排水量8m3t以下，在此情况下，清水用量10m3t以下，最终处理后的废水全部排放。
车间节水未达到目标，车间排水在8-20m3t之间，则在最终的废水回用水池增设一台回用水泵，以便回用部分废水，使排放水量在8-10之间。
建议的方案和女里的目标是第一种途径，因为此途径效果最好，表现在：
水处理成本最低，废水输送量最小；污泥量最少，纤维流失少；处理系统水力负荷小。
（2）废水处理改造工程设计范围
本工程方案包括：
厌氧工艺设计；新增土建工程设计；新增工艺管道设计；设备选型、其它配套工程设计及原有废水处理系统运行工艺参数调整。
给出清洁生产和节水措施的建议（清洁生产部分不在合同中列出，为无偿咨询）。
2.1.2进水水质指标与达到的标准
表2-1华西纸业处理前原水水质
废水种类
CODcr
（mgl）
BOD5
（mgl）
SS
（mgl）
pH
生产废水
2500
1000
2000
6-9
表2-2华西纸业废水处理后水质
CODcr
（mgl）
BOD5
（mgl）
SS
（mgl）
pH
=50
=20
=30
6–9
2.2废水处理改扩建工程设计原则
⑴严格执行国家、陕西省、咸阳市环境保护方面的各项政策和法规，确保出水水质稳定达标；
⑵在满足工艺要求的前提下尽力节省投资，充分考虑企业的经济承受能力。
从实际出发，选择工艺技术先进、成熟、可靠、工程投资低廉且保证质量、运行稳定、能耗小的工艺技术路线；
⑶在治污的同时，充分考虑资源的综合利用，以降低废水处理的成本，减少运行费用；
⑷合理利用或妥善处置分离出的固体废弃物，避免二次污染。
2.3、一期工程废水处理系统厌氧工艺路线确立
2.3.1厌氧工艺比较
随着造纸行业环保要求的日益严格及企业清洁生产的实施，造纸企业排放的废水浓度越来越高，厌氧技术在降解高浓度废水的同时，能将其中的有机物质转化为沼气作为新的能源加以利用，因此，厌氧技术作为目前最经济的高浓有机废水处理技术，已经成为处理高浓度造纸行业废水的重要手段。
厌氧生物处理技术至今已有100多年的历史，厌氧反应器的发展也经过了四代的更新，发展到目前的第四代高速厌氧反应器技术。
Ø第一代厌氧技术——普通消化池
普通消化池又称为常规消化池，采用密闭的圆柱形池体。
废水定期或连续进入池中，经消化的废水和污泥从消化池的上部和底部排出，所产生的沼气从顶部排出。
普通消化池的特点是可以直接处理悬浮固体含量高或者颗粒较大的料液，厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构简单，但缺乏补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器难以保持大量的微生物细胞，对于无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触，温度不均匀，消化效率低的缺点，增设搅拌装置又带来高能耗的问题。
Ø第二代厌氧技术——厌氧接触法
为了克服普通消化池不能保留或者补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成厌氧接触法。
该系统使污泥不流失、出水水质稳定。
然而，从池中排出的混合液在沉淀池中进行固液分离有一定的困难，一是由于混合液中的污泥附带着大量的小气泡，易于引起污泥上浮，另一方面由于混合液中的污泥仍有产甲烷性，在沉淀过程仍能产气，从而妨碍污泥颗粒的沉降和浓缩。
因而厌氧接触法存在增设污泥沉淀、污泥回流和脱气设备、混合液在沉淀池中难以沉降等缺点。
Ø第三代厌氧技术——UASB反应器
又称上流式厌氧污泥床反应器，是在20世纪70年代开发的一种新型第二代高效厌氧反应器，反应器由反应区、沉淀区和气室三部分组成，顶部设有三相分离器。
待处理的废水被引入UASB反应器底部，向上流过由絮状或颗粒状污泥组成的污泥床，随着废水与污泥相接触而发生反应，产生沼气引起污泥床扰动和循环，这对污泥的形成和维持有利，在污泥床产生的气体向反应器顶部上升，有一部分气体会附着一些污泥一同上升到反应器顶部，然后通过三相分离器进行污泥、气体和水的分离。
UASB具有反应器内污泥浓度高、有机负荷高、水力停留时间短、不需设搅拌器、无堵塞现象等优点。
Ø第四代厌氧技术－高速（塔式）厌氧污泥床反应器（EGSB、IC等）
高速厌氧污泥床反应器是在第三代厌氧反应器（UASB）的基础上，把多级处理技术、流化床技术、污泥颗粒化技术、内外循环等技术集合在同一个厌氧反应器内，在高速厌氧污泥床反应器中，厌氧颗粒污泥（微生物）将废水中的COD厌氧降解转化为沼气。
高速厌氧污泥床反应器为内循环反应器，内循环是基于气体提升原理，而由“上升管”和“下降管”中所含气体量的不同而产生的，受反应器气流的驱动，循环流比率取决于进水COD浓度，因此可达到自行调节。
高的进水COD负荷产生高的气体流动，就会有更多的循环，有更强的进水产生稀释效应。
产生的气体被两个称之为三相分离器的装置从所处理的废水中分离出来，引出反应器。
高速厌氧污泥床反应器含有上下两个UASB（上流式厌氧污泥床反应器）的反应室。
其中一个负荷高，一个负荷低，它的特点是沼气在整个反应器中分两个阶段分离。
在第一阶段收集的气体驱动气流上升，并形成内部循环流。
综合来说，高速厌氧污泥床反应器工艺技术关键如下：
◆多级处理结构：
采用两级处理结构，提升了反应器抗冲击能力并且有效防止了污泥膨胀和污泥流失；
◆流化床结构：
流化床结构使得颗粒污泥与进水混合均匀，便于污泥颗粒化；
◆三相分离技术：
优良的三相分离功能，保证了反应器高效的运行；
◆新增强制内循环技术：
使得反应器在处理10kgCOD（m3·d）以下以及30～50kgCOD（m3·d）之间的极端负荷下的废水时能够正常运行，处理能力得到加强，应用领域得到拓宽。
由于以上综合技术关键，高速厌氧污泥床反应器有效克服了反应器内部短流或堵塞问题，提升了反应器抗冲击能力并且有效防止了污泥膨胀和污泥流失，从而达到了高效稳定的处理效果。
2.3.2高速厌氧污泥床反应器工艺优势
①基建投资省，占地面积少
反应器为立式结构，高度很高，占地很小。
上流式多级厌氧反应器的容积负荷是普通UASB的2-4倍左右，故其所需的容积仅为UASB的14～13，节省了基建投资。
加上上流式多级厌氧反应器多采用高径比为4～8的瘦高型塔式外形，所以占地面积小，尤其适合用地紧张的企业。
②有机负荷高，水力停留时间短
上流式多级处理反应器既能滞留污泥，又能强化传质过程。
内循环提高了第一反应区的液相上升流速，强化了废水中有机物和颗粒污泥间的传质，使高速厌氧污泥床反应器的有机负荷远高于其它的反应器。
表2-3各种厌氧反应器的有机负荷与水力停留时间
工艺
有机负荷（kgCODm3·d）
水力停留时间（h）
普通消化池
折流板反应池
厌氧过滤器
UASB
塔式高速厌氧反应器
0.5～2
2～4
3～10
5～10
10～30
90-600
〉20
〉20
8～20
5～12
③节约能耗
依靠沼气的提升产生循环，不需用外部动力进行搅拌混合与使污泥回流，节约能耗。
④高速厌氧污泥床反应器同样适于处理浓度较低和温度较低有机废水
高速厌氧污泥床反应器的产气负荷和水力负荷是UASB的2～5倍，传质过程较UASB好得多。
因此，塔式高速厌氧反应器同样适合于处理浓度较低和温度较低的有机废水。
⑤具有缓冲pH的能力
高速厌氧污泥床反应器内循环流量相当于第一级厌氧出水的回流，可利用COD转化的碱度，对pH起缓冲作用，使反应器内的pH保持稳定。
⑥抗冲击负荷能力强
由于高速厌氧污泥床反应器实现了内循环，处理低浓度废水时，循环流量可达进水流量的2～3倍。
处理高浓度废水时，循环流量可达进水流量的10～20倍。
由于循环流量与进水在第一反应室充分混和，使原废水中的有害物质得到充分稀释，大大降低有害程度，从而提高了反应器的耐冲击负荷的能力。
⑦运行稳定性好
高速厌氧污泥床反应器相当于上下两个UASB反应器的串联运行，下面一个UASB反应器具有很高的有机负荷率，起“粗”处理作用；上面一个UASB反应器的负荷较低，起“精”处理作用。
一般来说，两级处理比单级处理的稳定性好，出水水质较为稳定。
⑧产泥量少，产出的颗粒污泥特性好
由于厌氧污泥世代周期长，因此厌氧反应本身的剩余污泥就很好，大约为好氧剩余污泥的110，另外，高速厌氧污泥床反应器剩余污泥为颗粒污泥，干度非常高，自然沉淀后的干度可达8～12％，无需进行处理，可存放在厌氧污泥池中或外卖。
具有经济价值。
考虑该项目废纸制浆废水的水质水量，综合各种厌氧工艺的优缺点，本方案选择高速厌氧污泥床反应器作为厌氧主体工艺对该废水进行处理。
2.4废水处理工程技术方案
2.4.1废水处理各工段去除效率
表2-4废水处理各工段处理效率
指标
工段
CODcr
（mgl）
BOD5（mgl）
SS
（mgl）
pH
斜滤网
进水
2500
1000
2000
6.0-9.0
出水
2350
1000
1400
6.0-9.0
去除率（%）
6
0
30
混凝反应初沉池
进水
2350
1000
1400
6.0-9.0
出水
1762
850
210
7.0-8.0
去除率（%）
25
15
85
预酸化、
塔式高速厌氧反应器反应器
进水
1762
850
210
7.0-8.0
出水
529
170
126
6.0-7.5
去除率（%）
70
80
40
曝气池、二沉池
进水
529
170
126
6.0-7.5
出水
53
17
63
7.0-8.0
去除率（%）
90
90
50
混凝反应
三沉池
进水
53
17
63
7.0-8.0
出水
≤50
≤20
≤30
6.0-9.0
去除率（%）
20
10
80
2.4.2废水处理厌氧工段改造工艺流程
2.4.3厌氧工段工艺技术描述
预酸化池
预酸化池设计为日废水量4000m3d的废纸生产废水提供约5个小时的预酸化时间，预酸化池可以稳定废水有机负荷，调节波动的效果，同时预酸化池给污水创造了一定的兼氧环境进行水解酸化，将难降解的物质分解成容易降解的有机底物。
为了准确保证废水进入厌氧反应器所需要的pH条件，根据在线监测反馈回的池内的pH值情况，通过PLC控制调节pH在6.5-7.5。
同时在该工序投加厌氧所需的营养盐。
循环池
在循环池内，预酸化污水和部分塔式高速厌氧反应器厌氧反应器出水进行混合。
通过投加酸、碱，对循环池内的pH值进行再一次的精确调整，以使进入塔式高速厌氧反应器厌氧反应器的污水pH值达到厌氧处理所需的要求。
循环池能对塔式高速厌氧反应器厌氧反应器内的生物过程起到非常稳定的作用，让预酸化污水与塔式高速厌氧反应器厌氧反应器出水进行混合，不仅能大大降低酸用量，而且在水量不足的生产试车阶段，仍能保证启动的顺利进行。
塔式高速厌氧反应器厌氧反应器
废水自预酸化池泵入1座塔式高速厌氧反应器厌氧反应器（直径Ø7m，高度为19m）。
通过厌氧微生物的作用，将废水中大部分有机污染物去除。
电磁流量计和控制阀自动控制塔式高速厌氧反应器厌氧反应器的进水，以保持一个恒定的输入流量。
塔式高速厌氧反应器厌氧反应器的出水依靠重力作用溢流，在保证恒定的进水流量的条件下，出水经厌氧反应器立管部分溢流进入好氧处理系统，部分回流至循环池。
塔式高速厌氧反应器厌氧反应器出水的pH值和温度连续监测。
塔式高速厌氧反应器厌氧反应器顶部的气液分离器装有液位控制器，若其液位过高则产生高位报警。
塔式高速厌氧反应器厌氧反应器启动污泥采用厌氧颗粒污泥。
出水沉淀池
设置出水沉淀池对厌氧出水进行沉淀分离其中随出水带出的颗粒污泥，出水沉淀池不仅可以保证厌氧出水水质的稳定，而且可以防止厌氧系统在初期启动过程中及运行过程中由于波动而引起的污泥流失，塔式高速厌氧反应器反应器内污泥量不足时，出水沉淀池沉淀的污泥由污泥泵送至循环池对塔式高速厌氧反应器厌氧反应器内污泥量进行补充，多余污泥排至颗粒污泥贮存池贮存，留待补充或外售。
厌氧污泥池
用于贮存塔式高速厌氧反应器反应器产生的剩余污泥，及出水沉淀池沉淀的污泥，颗粒污泥可用于补充厌氧反应器污泥量或外售。
营养盐投加装置
投加尿素及磷肥作为营养盐，目的是为微生物提供合适的生长条件，满足微生物生长的需求。
设置营养盐加药装置，计量投加。
2.4.4厌氧工段运行参数
1）预酸化池
HRT
5
Hr
2）塔式高速厌氧反应器反应器
HRT
4.5
Hr
容积负荷
12
kgCODm3·d
产气率
0.45
m3kgCOD·d
2.4.5主要建、构筑物及设备选型
1）预酸化池
数量
1
座
水力停留时间
5
h
池深
6.5
m
有效水深
6
m
体积
936
m3
几何尺寸
16×9×6.5
m
材料
利用现有水解酸化池
2）循环水池
数量
1
座
池深
6.5
m
有效水深
6
m
体积
234
m3
几何尺寸
6×6×6.5
m
材料
利用现有水解酸化池
3）塔式高速厌氧反应器反应器供料泵（变频控制）
数量
2
台
备用
1
台
材料
壳体
碳钢防腐
叶轮、轴
不锈钢
流量
280
m3h
扬程
22
m
功率
30
kw
4）塔式高速厌氧反应器反应器
数量
1
座
水力停留时间
5
h
反应器高
18.5
m
有效水深
18
m
体积
712
m3
外形尺寸
D7×18.5
m
材料
碳钢防腐
反应器内部主要构件
三相分离器（PP）
进水布水器玻璃钢
内循环系统PP
排水槽玻璃钢
水封槽玻璃钢
汽水分离器玻璃钢
辅助结构（业主备选）
污泥采样、污泥排放和喷淋水系统
栏杆、旋梯
5）出水沉淀池
数量
2
座
池深
6.5
m
有效水深
6
m
体积
468
m3
几何尺寸
12×6×6.5
m
材料
利用现有水解酸化池
沉淀池内部附件
进水导流筒碳钢防腐
出水堰玻璃钢
6）排泥泵
数量
2
台
流量
50
m3h
扬程
8
m
功率
2.2
kw
7）厌氧污泥池
数量
1
座
池深
6.5
m
有效水深
6
m
体积
234
m3
几何尺寸
6×6×6.5
m
材料
利用现有水解酸化池
8）排泥泵
数量
1
台
流量
50
m3h
扬程
8
m
功率
2.2
kw
2.4.6厌氧工段装机容量
厌氧生化处理工段新增动力总装机容量为：
66.6kw，其中备用功率32.2kw，运转功率34.4kw。
2.4.7建设周期
厌氧生化处理工段建设项目，总建设工期为140天。
其中：
工艺设计30天；
土建施工60天；
设备配套及厌氧罐体现场制作50天；
以上工期不同项目可交叉进行，以节省工期。
2.5废水处理改造提标工程厌氧工段工程投资估算
2.5.1土建工程
表5-1厌氧工段土建工程投资估算
序号
名称
几何尺寸
（m）
规格
数量
（座）
总价
备注
（m3或m2）
（万元）
1
预酸化池
16×9×6.5
936
1
9.50
利用现有改造
2
循环水池
6×6×6.5
234
1
4.30
利用现有改造
3
HUASB反应器基础
D9×2m
127
1
19.05
新建
4
出水沉淀池
12×6×6.5
468
1
7.80
利用现有改造
5
厌氧污泥池
6×6×6.5
234
1
4.30
利用现有改造
6
塔式高速厌氧反应器供料泵基础
2
1.20
新建
7
道路及平台
3.50
新建
合计
2.5.2工艺设备、材料及安装工程
表5-2厌氧工段工艺设备、材料工程投资估算
序号
名称
规格
数量
单价
总价
（台）
（万元）
（万元）
一
工艺设备
1
塔式高速厌氧反应器供料泵
280m3,30kw
2
3.24
5.48
2
塔式高速厌氧反应器反应器
712m3
1
0
2.1
罐体
Φ7*18m，含内外防腐保温、外部爬梯走道平台等
1
58.00
2.2
布水器
φ100*7500mm,ABS
升级会员 