郑州市马头岗污水处理厂可行性研究报告.docx
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郑州市马头岗污水处理厂可行性研究报告
郑州市马头岗污水处理厂可行性研究报告
第一章概述
1.1项目概况
郑州市马头岗污水处理厂位于郑州市107国道以东，贾鲁河以南，马头岗军用机场以西，马林支渠以北。
2007年9月竣工投产。
马头岗污水处理厂目前的日处理能力30万m3/d，原设计出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中二级标准，为达到2010年淮河流域污染治理郑州市的责任目标，其中COD、SS出水指标在GB18918-2002的基础上适当提高。
随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002标准的实施，目前马头岗污水处理厂尾水排放不能全面达到新的国家排放一级B标准的要求。
尤其是出水TN值除夏季外，均不能达标排放。
出水TP也不能达标排放。
为此马头岗污水处理厂的改造势在必行。
改造后马头岗污水处理厂处理能力仍为30万m3/d，其污染物的排放达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中一级B标准的要求。
1.1.1项目名称
郑州市马头岗污水处理厂升级改造工程
1.1.2项目主管单位
郑州市污水净化有限公司
1.1.3项目地点
郑州市马头岗污水处理厂
1.1.4项目范围
本工程的主要设计范围为马头岗污水处理厂的升级改造，内容包括污水的生物脱氮除磷处理、化学除磷及污泥处理。
并结合改造方案，对现有机电设备、自控系统等进行改造，保证全厂能在安全、高效、可靠的状态下运行。
1.1.5项目建设规模
根据《郑州市马头岗污水处理厂工程可行性研究报告》和《郑州市马头岗污水处理厂工程初步设计》，郑州市马头岗污水处理厂的近期处理规模为30万m3/日。
本次工程是对郑州市马头岗污水处理厂进行升级改造，使其出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）排放标准中的一级B排放标准，因此确定郑州市马头岗污水处理厂升级改造工程的建设规模仍为30万m3/日。
1.1.6尾水排放水体
郑州市马头岗污水处理厂改造工程处理后的出水，就近排入贾鲁河，后经沙颍河最终入淮河。
1.2设计依据
1.2.1编制依据及主要基础资料
1、《郑州市马头岗污水处理厂工程初步设计文件》，天津市市政工程设计研究院，2006年1月。
2、《郑州市马头岗污水处理厂工程施工图设计文件》，天津市市政工程设计研究院，2006年5月。
3、《郑州市马头岗污水处理厂调度中心2007－2009生产周报》，郑州市马头岗污水处理厂。
4、《关于加快省辖市污水处理厂脱氮升级改造工作的通知》，豫建函[2009]63号，2009年4月15日。
5、郑州市马头岗污水处理厂升级改造工程设计委托书。
6、郑州市马头岗污水处理厂升级改造工程相关会议纪要，2009年6月25日。
7、《郑州市马头岗污水处理厂升级改造工程项目建议书及批复》，天津市市政工程设计研究院，2009年6月。
8、《郑州市马头岗污水处理厂升级改造工程环境影响报告书及批复》，黄河水资源保护科学研究所，2009年10月。
1.2.2采用的主要规范与标准
1、《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
2、《室外给水设计规范》（GB50013-2006）
3、《给水排水设计基本术语标准》（GBJ125-89）
4、《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
5、《厂矿道路设计规范》（GBJ22-87）
6、《泵站设计规范》（GB50265-97）
7、《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
8、《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
9、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）
10、《城镇污水处理工程项目建设标准》（2001年修订）
11、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
12、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
13、《供配电系统设计规范》（GB50052-1995）
14、《10kV及以下变电所设计规范》（GB50053-1994）
15、《低压配电设计规范》（GB50054-1995）
16、《建筑物防雷设计规范》（GB50057-1994）（2000年版）
1.3工程范围与编制内容
本报告编制范围为郑州市马头岗污水处理厂升级改造工程，对污水、污泥处理方案进行技术方案比较，提出推荐方案设计。
根据郑州市马头岗污水处理厂的处理要求，本工程采用“改良A/A/O或倒置改良A/A/O”工艺，使马头岗污水处理厂出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中一级B标准的要求。
根据本项目的污水特征、建设规模和处理厂的排放标准并充分结合原有的污水污泥处理设施，对污水、污泥处理构筑物和必要的附属建筑物的工艺、建筑、结构、电气、自控、仪表、给排水、总图及经济等各专业进行方案设计。
1.4编制原则
1、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。
采用的各项参数可靠，保证必要的安全系数。
2、根据实际进水水质，新的国家出水排放标准，结合厂内现有工艺流程及总平面布置进行改造方案设计
3、积极选用成熟、可靠、高效的先进技术和设备，在确保出水稳定达标的前提下，努力降低工程造价及运行费用。
4、改造方案充分考虑到在生产运行中具有较大的灵活性，适应性和耐冲击负荷能力。
采用先进、可靠的自动化控制技术，提高污水厂的管理水平，保证污水处理工艺运行在最佳状态。
5、充分利用原有构筑物和机电设备，并使其适应改造后新污水处理工艺的要求，控制工程投资；
6、处理工艺的选择和工程实施应兼顾污水厂正常运转，尽可能减少对排水区域内居民生活的影响。
7、充分利用原有污泥处理设备，提高利用率；
8、妥善处理、处置污水处理过程中产生的栅渣、污泥，避免二次污染。
第二章项目基础资料
2.1城市概况
2.1.1城市历史特点、地理位置、行政区域划分
郑州市是一座具有3500多年历史的文化名城，也是一座以纺织、铝业、煤炭、机械、冶金、食品、化工、建材、轻工为主的综合性工业基地和现代化商贸城市。
郑州市位于伏牛山脉向黄淮平原过渡的交接地带，东接南京、济南，西邻西安，北靠石家庄，南接武汉，是一座承东启西、连接南北的重要交通枢纽城市。
郑州市是河南省的省会，下辖六区（金水区、管城区、中原区、二七区、上街区、邙山区）、五市（巩义市、荥阳市、新密市、新郑市、登封市）、一县（中牟县）以及两个开发区，分别是郑州高新技术开发区和郑州经济技术开发区。
2.1.2城市性质及规模
郑州市地处中原腹地，“雄峙中枢，控御险要”，作为省会是河南省政治、经济、文化中心，同时为全国重要的交通、通讯枢纽是新亚欧大陆桥上的重要城市，是国家开放城市和历史文化名城。
郑州市已跻身全国综合实力50强、投资硬环境40优、全国综合投资环境前10名和卫生城市行列，是国务院确定的3个商贸中心试点城市之一。
据《河南城市统计年鉴－2005》反映2004年的统计资料，全市总面积7446平方公里，其中市辖区面积1010平方公里，建成区面积188平方公里；2004年末全市总人口671.15万人，市辖区人口251.72万人。
2.2建设场地自然与气象条件
2.2.1城市自然条件
2.2.1.1地形
郑州市位于伏牛山脉向黄淮平原过渡的交接带，地理坐标位于东经112°42´~114°14´，北纬36°16´~34°58´之间。
海拔高度为86~136m。
地貌特征西南高、东北低，地势由西南向东北逐渐倾斜，坡度一般为0.6‰~2‰。
2.2.1.2城市水系
郑州市市内的地表水属淮河流域沙颖河水系，流经该市的天然河流主要有索须河、贾鲁河、贾鲁河支河、东风渠、金水河、熊耳河、七里河、潮河等。
索须河：
由索河和须水两条河汇流而成。
索河发源于荥阳石岭寨，北经荥阳城关，过陇海铁路入市区。
须河发源于荥阳贾峪北、岵山东麓，经须水、沟赵至古荥乡岔河村与索河汇流，东流至祥云寺入贾鲁河，全长94.5km，流域面积557.9km2，市区段河长18km，河道坡降上陡下缓，上游已建有中型水库3座，控制流域面积247km2。
贾鲁河：
贾鲁河发源于新密市山区圣水峪一带，全长230km（市区段40km），由南向北流经市郊西南部后，汇入尖岗水库，尖岗水库距市区4km，库容6780万m3，为郑州市备用水源。
受气候及人为因素影响，贾鲁河上游自然水量已很小，成为季节性河流。
贾鲁河进入郑州市区后，主要的任务是负担农田退水和接纳市区各河道汇入的生活、生产废水及雨水排泄，五龙口排水系统的污水排入贾鲁河。
贾鲁支河：
发源于市区北部南阳寨铁路编组站。
经老鸦陈、祭城，在中牟县汇入贾鲁河。
流域面积105km2，全长26.69km。
该河主要接纳的是市区北部的城市污水及排泄的雨水。
东风渠：
东风渠原为1958年人工修建的一条引黄灌溉渠道，渠首在市北岗李村东北。
向南至市区（白庙）折向东南，在中牟白沙后潘庄入贾鲁河，全长29.4km，流域面积36.1km2。
沿途接纳金水河和熊耳河及两侧的工业废水和生活污水。
该渠已成为沿途的排洪、排污渠道。
金水河：
金水河发源于郑州市西南老胡沟，流经13.4km到金海水库入市区，横穿城区12.9km至107国道出城，折向北于八里庙入东风渠，全长28.2km，流域面积80.1km2（其中市区段8km2）。
市区段在改造前为市区主要的排洪及排污河道，目前已改造为市区的景观河。
熊耳河：
熊耳河源于市南郊与新郑县交界处的铁三官庙村南。
流经市区东南部经航海路至107国道出城在市东郊祭城乡陈岗村汇入东风渠，流域面积75.7km2，全长26.15km（其中市区段长10.37km）。
该河主要负责市区东南部地区的泄洪、排涝任务及接纳沿河两岸的生活和工业废水。
目前正在进行截流、硬化与绿化等河道综合整治。
七里河：
七里河源于新郑小桥乡楚家脑村东，流域面积741km2，全长47.23km。
在市区以东由东南向东北穿过107国道及陇海铁路于王新庄污水处理厂东约1km处汇入东风渠。
郑州市王新庄污水处理厂处理后的污水排入七里河。
2.2.2气象
郑州市地处北温带，属大陆性季风气候，四季分明，干湿明显，春季干旱多风沙，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季干冷多风，雨雪稀少。
1、气温
年平均气温：
14.30℃
极端最高气温：
43℃
极端最低温度：
-17.9℃
年最高气温多出现在7月和8月
2、降雨
年平均降雨量：
640mm
24小时降雨量多年平均值：
90mm
百年一遇24小时降雨量：
245mm
每年7、8、9三个月的降雨量是全年降雨量的55%
3、冻土深度
年平均地面结冰达100多天
最大冻土深度：
180mm
地面以下100mm冻结平均为55天
4、风向
冬季盛行：
西偏北、东偏北
夏季盛行：
南偏东
春、秋季处于冬、夏季风的过渡阶段
5、风速
多年最大风速：
18m/s
年平均风速：
3.2m/s
2.2.3工程地质
郑州市区属于新生纪第三、第四纪沉积层。
地层总趋势自西向东北由薄变厚，从50m~1000m以上，在60m以内多为粉质壤土和粉质粘土，东部地区夹杂有淤泥土和淤泥。
境内有冲积，洪积形成的黄土丘陵、相对升降、切割造成的沉积阶地，黄河冲积形成的平原和风积作用造成的沙丘区，工程地质条件多样，承载力在70~130kpa之间。
地震基本烈度为七度。
2.2.4水文地质
郑州地处华北地台南缘，秦岭东延部分的嵩箕山前，地表出露地层主要为第四系，地下水类型以松散岩类孔隙水为主。
依含水层的埋藏深度，岩性特征和开采条件可分为浅层地下水、中深层地下水、深层地下水和超深层地下水四种类型。
1、浅层地下水
含水层底板埋深小于60m，与大气降水联系密切，补给条件好、易开采，单井出水量30~100m3/h，水质较好，是郊区农业用水的主要水源。
2、中深层地下水
含水层顶、底板埋深在60~350m之间，含水层主要为中、上更新统和下更新统及上第三系，平均厚度54m，主要有浅层水越流补给和侧向迳流补给，具承压性。
该层水是市区工业及生活用水的主要开采含水层，单井出水量60~80m3/h。
3、深层地下水
含水层埋藏深度为350~800m，厚70~155m，含水层岩组为上第三系上部的中、粗砂，单井出水量13~21m3/h，此层含水层的水质较好，锶和偏硅酸含量较高，可以作为饮用和天然矿泉水来开发。
4、超深层地下水
含水层埋藏深度大于800m，含水层岩性主要为上第三系下部的砂砾石层，多为半胶结，厚50~100m，单井出水量0.2~4.5m3/h.m，水温40~52℃，锶和偏硅酸含量亦较高，为珍贵的地热矿泉水资源。
2.3供水现状及规划
2.3.1供水现状
2.3.1.1供水概况
郑州市目前供水系统主要有两部分组成：
一部分是由郑州市自来水公司供给，水源有地下水和地面水，主要是供市区居民的生活用水和部分工业用水。
另一部分是企业自备水源，水源全部为地下水，主要是工业用水和企业内的生活用水。
郑州市现状地下水开采深度100m以下，处于超采状态。
目前，郑州市自来水公司有地表水厂2座，其中柿园水厂位于市区的西部，日供水能力37万m3；白庙水厂位于市区的北部，日供水能力36万m3。
地下水水厂三座，其中石佛水厂位于市区西北部，日供水能力10万m3；东周水厂位于市区东部，日供水能力20万m3；井水厂日供水能力5万m3。
企事业自备井水源供水能力16万m3/d。
郑州市供水厂现状供水能力见表2.3-1。
表2.3-1郑州市现状供水能力表
水厂水源名称
供水能力
（万m3/d）
水厂水源位置
柿园水厂
37
市区西部（黄河水）
白庙水厂
36
市区北部（黄河水）
石佛水厂
10
市区西北部95滩（地下水）
东周水厂
20
市区东部（东郊水源地下水）
井水厂
5
地下水
自备水源
16
企业内（地下水）
合计
124
2.3.1.2现状供水量
根据自来水公司、节水办现状资料统计，郑州市现状日平均总供水量为64.22~68.64万m3，自备水源日平均供水量为5.56~9.64万m3。
郑州市现状供水量见表2.3-2。
表2.3-22003～2008年郑州市现状供水量表（平均日）
年份
供水量
水源
目
项
供
水
量
2003
2004
2005
2006
2007
2008
自来水公司供水量（万m3/d）
58.00
59.00
58.92
59.18
61.8
65.17
自备水源供水量（万m3/d）
6.80
5.56
3.35
5.5
5.89
5.21
总供水量（万m3/d）
64.80
64.56
62.27
64.68
67.69
70.38
由表2.3-2可以看出，2003~2005年供水量稳中有降，2006~2008年供水量有所提高。
2003~2005年间工业发展速度减缓、原有企业部分设备更新、改造、产业结构调整、加之节约用水宣传力度的加大、企业和居民节水意识不断增强是用水量减少的主要原因。
近两年来，随着城区人口的增加及社会经济的快速发展，总供水量较前几年有一定程度增加。
2.3.2供水规划
2010年郑州市区规划总供水能力为170万m3/d，具体见表2.3-3。
表2.3-32010年郑州市规划供水量表
水源
水量（万m3/d）
备注
地表水
柿园水厂
40
黄河水
白庙水厂
40
黄河水
贾砦水厂
25
南水北调
小计
105
地下水
石佛水厂
15
95滩地下水
东周水厂
20
北郊水源地
市区井水厂
10
市区地下水
企事业单位自备水源
16
市区地下水
外围组团井水
4
市区地下水
小计
65
合计
170
2.4排水现状及规划
郑州市污水管网除老市区部分为雨、污合流制外，其它均为雨、污分流制。
2003年郑州市共有排水管道总长1121.79km，其中污水管道563.34km。
郑州市中心组团规划排水系统由王新庄排水系统、五龙口排水系统和马头岗排水系统三大排水系统组成，现已基本形成规模。
1、王新庄污水排放系统
王新庄污水排放系统，包括原东干管系统和南干管系统，该系统主要收集金水路、中原路以南的生活污水和工业废水，服务面积约102km2。
该区主要是生活居住区及行政办公区、生活污水量约占全市污水系统的55%。
污水管道管径d300~d3000mm，接入王新庄污水处理厂的入厂总干管为d2600~d3000mm，系统内污水经二级处理后排入七里河内。
2、五龙口排水系统
五龙口排水系统包括西流湖污水截流系统和桐柏路干管系统，分别由d1300mm、d1200mm管道排入五龙口泵站。
该系统服务范围为桐柏路、嵩山北路（西站路以北）、朱屯东路以西，航海路以北，西环路以东区域，服务范围约27km2。
该区为郑州市的工业聚集区，区内污水管网规模已形成，五龙口污水处理厂通水后，系统内的污水经二级处理，在郑州北郊老鸦陈村附近排入贾鲁河。
3、马头岗排水系统
（1）马头岗排水系统包括以下六个排水系统。
a、张花庄排水系统：
张花庄排水系统包括污水北干管和丰产路干管，该系统服务范围为金水路以北、农科路以南、未来大道、107国道以西、铁路枢纽北站以东，服务面积约22.6km2。
该区主要是生活居住区及行政办公区，生活污水量约占总污水量的55%。
污水管道管径为d300～d1400mm。
该区管网已形成并具一定的规模。
b、北三环路排水系统：
该系统服务范围为南阳路以东，农业路以北，北三环路以南，107国道以西，服务面积约18.3km2，该系统主要包括北三环路污水干管，管径d600~d1600mm；文化路污水干管，管径d600~d1000mm；东风路污水干管，管径d600~d700mm；花园路污水干管，管径d800mm；经三路污水干管，管径d700mm。
区域内污水管网已基本形成，目前经107国道d1600mm污水管溢流至沙花干沟内。
c、沙门路排水系统：
高皇路以东，107国道以西，北三环路以北，沙门路以南区域，服务面积约3km2，该系统主要为沙门路污水干管，管径d800mm；花园路污水管，管径d500～d600mm。
区域内污水管网待完善，目前经107国道d1600mm污水管溢流至沙花干沟内。
d、北绕城公路排水系统：
包括高皇路以西部分（郑邙公路以东，北三环以北，北绕城公路以南）与高皇路以东部分（郑邙公路以东，沙门路以北，北绕城公路以南），服务面积25.4km2。
该系统主要包括北绕城公路污水干管，管径d600~d1500mm；新柳路污水干管，管径d1200mm；同庆路污水干管，管径d1000mm。
因该区域尚属规划区，污水管网均未敷设。
随市区向北扩展，该区域污水管网需逐步完善。
e、桥南新区排水系统：
包括贾鲁河以北，北郊环路以南，107国道以西，东风渠以东区域，服务面积13km2。
该系统现有香山路污水干管，管径d800mm；花园路污水管，管径d500~d600mm；迎宾路污水管，管径d500~d800mm。
贾鲁河北岸在建污水临时提升泵站一座。
f、龙湖西区排水系统：
南北运河以西，107国道以东，东风路与连霍路高速公路之间的区域，服务面积约10km2，该区域属规划建设区域，目前该区域总体规划正在进行。
（2）马头岗系统内现状泵站
a、张花庄污水泵站：
设计规模20万m3/d，由于郑东新区开发建设的需要，该泵站需迁移改造。
b、沙花干沟临时污水泵站：
设计规模20万m3/d，主要解决北三环路污水干管污水临时排放出路，污水经提升后未经处理就近排入沙花干沟内。
c、桥南新区临时泵站：
设计规模5万m3/d，主要解决桥南新区污水排放出路。
2.5郑州市马头岗污水处理厂概况
郑州市马头岗污水处理厂是郑州市继郑州市王新庄污水处理厂和郑州市五龙口污水处理厂后建设的第三座大型城市污水处理厂，位于郑州市107国道与贾鲁河交叉口东南角处。
郑州市马头岗污水污水处理厂总占地面积305581.75m2，处理规模为30万m3/日，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）水污染物排放基本控制项目中的二级排放标准。
工程概算总投资62391.41万元。
2.5.1设计规模
郑州市马头岗污水处理厂建设规模为30万m3/d，总变化系数为1.3。
2.5.2设计进出水水质
郑州市马头岗污水处理厂设计进出水水质见表2.5-1。
表2.5-1设计进出水水质主要指标一览表
项目
BOD5
COD
SS
NH3-N
TP
进水水质（mg/L）
220
480
350
55
7.0
出水水质（mg/L）
≤20
≤80
≤30
≤20
≤3
2.5.3工艺流程
郑州市马头岗污水处理厂工程污水处理采用具有良好除磷脱氮功能的UCT工艺，污泥处理采用“机械浓缩+机械脱水”工艺，其工艺流程图见2.5-1。
图2.5-1马头岗污水处理厂处理工艺流程图
2.5.4厂区总体设计
郑州市马头岗污水处理厂总平面按近期30万m3/日处理规模布置，厂区总占地面积305581.75平方米，并考虑远期用地规划。
污水处理厂总出水排入厂区北侧的贾鲁河，贾鲁河20年一遇的洪水位为86.08m，50年一遇的洪水位为88.42m，最终确定污水处理厂厂区设计平均高程为88.50m（黄海高程）。
污水处理厂生产区按照生产性能分为预处理区、污水处理区和污泥处理区和生活区以及辅助生产区四大部分。
1、预处理区
预处理区位于厂区西北侧，进厂管线由厂区西北侧进入厂内预处理区，预处理区包括速闭闸井、粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池及计量槽，该区内栅渣及沉砂均在本区内进行处理。
2、污水处理区
污水处理区位于厂区的中部，主要构筑物自西向东按工艺流程排列，依次布置初沉池、生物反应池、二沉池配水井、二沉池、紫外消毒池等。
3、污泥处理区
污泥处理区位于厂区的西侧，主要构筑物包括贮泥池、污泥浓缩脱水机房、。
4、生活区以及辅助生产区
生活区以及辅助生产区位于厂区的东侧，内有办公、化验、控制中心、食堂、倒班宿舍等附属建筑及生产管理用房，如机修车间、仓库、车库、再生水系统等。
2.5.5工艺设计
2.5.5.1污水处理部分工艺设计
1、粗格栅及进水泵房
进水提升泵房由进水前池和集水池组成。
进水管为d2400mm的砼管，在提升泵房的总入口处设置一矩形速闭闸，在厂内两路电源发生故障时，可以靠重力自动关闭。
在进水前池内设置了6道栅条间隙为20mm、栅宽为1.5m的钢丝绳牵引式格栅除污机。
在集水池内设置进水提升泵，提升泵采用潜水排污泵，共设7台（5用2备,其中一台库房备用，土建设计为6个泵位）潜水泵。
单泵流量Q＝3250m3/h，扬程H＝21.0m
2、细格栅及旋流沉砂池
细格栅采用转鼓细格栅，共设置7套，转鼓直径1.8m，栅条间距6mm。
沉砂池采用比氏旋流沉砂池，共设置4座，每座直径为6.0m，停留时间58s。
当一座故障时，其余3座可保证承担全部负荷，停留时间为43s。
提砂采用气提的方式，罗茨鼓风机和砂水分离器的配置采用与沉砂池一对一的布置方式。
另外在沉砂池出砂管与砂水分离器之间设置气液隔离罐，利于砂水分离。
3、计量槽
进水计量设置4条巴氏计量槽，单座喉口宽度1.0m，设置超声波流量计计量。
为提高计量精度，选用成品玻璃钢材质作为流槽。
4、初沉池
全厂共设4座直径40m的中心进水周边出水的辐流式沉淀池。
表面水力负荷为3.23m3/m2·h，停留时间1.24h，池边有效水深4.3米，超高0.3m。
采用单条集水渠双侧
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