香港大型污水处理厂设计施工与运营关键技术研究与应用定汇报材料

1、科技成果鉴定汇报材料香港大型污水处理厂设计施工与运营关键技术研究与应用二一五年十一月十一日2 一 、立项背景望后石污水处理厂内河码头3原有污水处理厂： 1982年开始运作 服务屯门区 初级处理能力 170,000立方米/天 设备到达使用年限 难以进行日常维护1-1 原有污水处理厂4屯门区新增污水收集区域项目目标：屯门、青衣污水总体规划屯门区未来人口增长雨季峰值流量改善污染物去除率改善污水收集站污泥处理处置1-2 项目目标5望后石污水处理厂处理量525,000 m3/d新厂水利通量241,000 m3/d新厂日处理量170,000 m3/d旧厂处理量项目目标：屯门、青衣污水总体规划屯门区未来人口

2、增长雨季峰值流量改善污染物去除率改善污水收集站污泥处理处置1-2 项目目标项目目标：屯门、青衣污水总体规划屯门区未来人口增长雨季峰值流量改善污染物去除率改善污水收集站污泥处理处置6望后石污水处理厂水质指标参数入水水质(95% 百分位数)出水水质(95% 百分位数)去除率总悬浮颗粒物(TSS)400 mg/L120 mg/L70%生化需氧量(BOD5)400 mg/L180 mg/L55%大肠杆菌(E.coli)3E+08 / 100ml3E+05 / 100ml99.9%1-2 项目目标7望后石污水处理厂新建污水接收站项目目标：屯门、青衣污水总体规划屯门区未来人口增长雨季峰值流量改善污染物去除

3、率改善污水收集站污泥处理处置1-2 项目目标8项目目标：屯门、青衣污水总体规划屯门区未来人口增长雨季峰值流量改善污染物去除率改善污水收集站污泥处理处置位于屯门稔湾的污泥焚化设施 香港堆填区2018-2020年接近饱和 污泥焚烧后体积减少90%1-2 项目目标建设单位：香港特别行政区渠務署合约形式：设计、建造及运营 （DBO）合约工期：2010.07.28 - 2014.05.17 （设计及施工期） 2010.12.20 - 2014.05.17 （中期运营期） 2014.05.17 - 2023.11.25 （完工后运营期） 2023.11.26 - 2028.11.24 （选择性运营期）合约

4、金额：26.73亿港币 设计费用： 0.53亿； 建造费用： 13.20亿； 运营费用： 13.00亿处理等级：化学强化一级处理日处理量：24.1万 m9 二 、合约摘要 三、主要研究思路10技术难题产学研用企业核心竞争力技术与管理人才客户需求113-1 主要研究思路技术难题DBO模式污水处理厂管理经验不足污水处理流程的选择污泥处理至燃烧值要求首次绿色低碳建造要求产学研用首次建立完善的设计审批流程采用全新的污水流程选择思路创新机电设备调试引进国际前沿的碳排放管理优化施工组织过程优化概念设计设计、建造及运营（DBO）模式的研究与应用香港大型污水处理厂处理工艺流程设计大型污水处理厂机电设备选型与安

5、装香港近海深基坑优化设计及施工绿色低碳建造管理12 四、主要技术研究内容134-1-1 设计、建造及运营（DBO）模式特点对业主的优点责任主体为承建商，具有“责任单一”的特点承建商承担运营，具有“功能性保障”的特点业主保留所有权和收费权，对项目具有较强的控制有效吸引有经验的运营商总合约模式，避免投资超支 项目生命周期成本得到优化对承建商的优点业主负责项目的投融资更大的创新空间新技术的采用能得到切实的利润回报按照进度获得支付，减少融资风险特别适用于： 交通运输 发电厂 污水处理 垃圾处理144-1-2 DBO模式下污水处理厂规模处理能力合约总额项目241,000 m3/d3.45亿美元（26.7

6、3亿港元）香港望后石污水处理厂改善工程220,000 m3/d8亿美元迪拜朱美拉高尔夫庄园地产开发项目（Jumeirah Golf Estates Development）150,000 m3/d2.95亿美元加拿大新斯科舍省哈利法克斯（Halifax）污水处理厂150,000 m3/d0.57亿美元（3.67亿人民币）天津滨海新区汉沽营城污水处理厂46,300 m3/d0.73亿美元（4.61亿人民币）安徽巢湖流域乡镇污水处理厂 4-1-3 设计管理及审批流程初期设计(AIP)审批流程4-1-3 设计管理及审批流程详细设计(DDA)审批流程4-1-4 DBO运作模式设计招标概念设计 DDA

7、施工期 运营期 AIP项目招标定标 设计招标 AIP DDA 施工期项目招标定标一般工程模式DBO工程模式概念设计后提前进入招标定标阶段提前完成建造阶段4-1-5 DBO模式下概念设计创新 保留原有初级处理新建后续污水处理设施 拆除原有处理设施 新建结构紧凑的整套处理设施 节省施工用地 提高绿化率 预留未来发展空间 降低运营的不确定风险 降低运营的成本创新概念设计业主概念设计19 四、主要技术研究内容设计、建造及运营（DBO）模式的研究与应用香港大型污水处理厂处理工艺流程设计大型污水处理厂机电设备选型与安装香港近海深基坑优化设计及施工绿色低碳建造管理技术原有污水处理厂不足：入水提升泵流量不足污

8、水处理设备布置紧凑，难以维护检修曝气沉砂池管道布置阻碍维护及疏散通道沉砂池底大量砂砾集聚，难以清除入水井无法进行分流，不能进行检修出水水槽无分流设备，不能进行检修细隔筛唔备用设备，无法进行检修原有机电设备严重老化，有潜在危害出水水槽水头损失巨大臭气问题严重4-2-1 原有污水处理厂3427851964-2-2 污水处理厂改善项目水污染物污水处理工艺流程的改善大气污染物除臭设施固体污染物污水处理副产物污泥4-2-2 污水处理厂改善项目水污染物污水处理工艺流程的改善大气污染物除臭设施固体污染物污水处理副产物污泥确定敏感受体评估现有污染水平进行污染物排放的敏感性分析评估受纳体承载能力确定排放指标选择

9、处理工艺4-2-3 水污染物评估2公里外海底排放口（2x1500mm管径，2x9个排放口）紧急排放口（2000mm管径，三个排放口）望后石污水处理厂4-2-3 水污染物评估香港法例条文第358章水污染管制条例中划定了香港14个水质管制区及其水质指标。4-2-3 水污染物评估香港水质管制区望后石污水处理厂水污染物排放可能影响的水质管制区：西北部水质管制区西部水质缓冲区后海湾水质管制区4-2-3 水污染物评估评估区域内敏感受体4-2-3 水污染物评估参数指标大肠杆菌 （E.coli）次级接触康乐活动分区全年几何平均数不超过610个/100毫升，泳滩不超过180个/100毫升生化需氧量 （BOD5）

10、内陆水域5毫克/升；其他区域3毫克/升溶氧量 （DO）90%样本不低于4毫克/升无机氮 （TIN）0.5毫克/升总悬浮颗粒物 （TSS）15毫克/升未解离氨氮 （UIA）0.021毫克/升4-2-3 水污染物评估时间处理工艺模型1a新厂运行前原有的初级处理模型1b新厂运行前化学强化一级处理及消毒模型1c新厂运行前二级处理及消毒模型2a2028年原有的初级处理模型2b2028年化学强化一级处理及消毒模型2c2028年二级处理及消毒建立水质模型确定基线水平进行敏感性分析比较改善效果分析环境承载能力确定处理工艺4-2-3 水污染物评估Delft3D 远场模型（Far Field Model）VISJ

11、ET近场模型(Near Field Model)4-2-3 水污染物评估旱季雨季原有处理工艺化学强化一级处理及紫外消毒改善效果比较大肠杆菌(E.coli)原有处理工艺不能满足水质指标要求，需要改善化学强化一级及紫外消毒改善效果明显，龙鼓滩附近泳滩达到水质指标大肠杆菌(E.coli)大肠杆菌(E.coli)生化需氧量(BOD5)生化需氧量(BOD5)4-2-3 水污染物评估溶氧量(DO)溶氧量(DO)无机氮(TIN)无机氮(TIN)总悬浮颗粒物(TSS)总悬浮颗粒物(TSS)未解离氨(UIA)未解离氨(UIA)4-2-3 水污染物评估参数基线水平化学强化一级及紫外消毒二级处理及紫外消毒二级对比一

12、级大肠杆菌不达标改善效果明显改善效果明显排放口局部改善生化需氧量达标局部改善局部改善改善效果明显溶氧量雨季略低于指标局部改善局部改善无明显改善无机氮不达标局部改善局部改善排放口局部改善总悬浮颗粒物达标改善效果明显改善效果明显排放口局部改善未解离氨达标改善效果不明显改善效果不明显无明显改善在评估的三个水质管制区内，超标的污染物主要来源为珠江与深圳河，望后石污水处理厂污染物所占权重仅为0.4%一级处理二级处理溶氧量除氮效果消毒效果占地面积能源消耗运营费用结论：受纳水体：一级处理及紫外消毒符合环境影响评估的要求；敏感受体：显著改善水质指标；社会经济效益：合理分配资源，提高成本效益。4-2-3 水污染

13、物评估4-2-4 大气污染评估香港法例条文第311章空气染管制条例对空气污染物提供了法定权限及指标。空气排放质量指标(Air Quality Objectives (AQOs)环境影响评估条例(第499章)的技术备忘录中，规定过了预测的臭气排放在敏感受体处，5秒平均时间内不得超过5个臭气单位。4-2-4 大气污染评估评估范围：项目边界500米范围空气质量敏感受体：住宅、酒店、医院、学校、社会机构、工厂、购物商场、公众宗教崇拜所、演艺场所等4-2-4 大气污染评估4-2-4 大气污染评估敏感性分析 污水处理设施的密封范围变量：密封范围水位上方密封体积除臭设施数量除臭设施排放高度4-2-4 大气污

14、染评估AUSPLUME模型进行敏感性分析结论：密封范围：所有污水处理单元均需密封；除臭单元数量：2个除臭单元；排放高度： 6m4-2-4 大气污染评估4-2-5 固体废物污染评估199620142018海上倾倒卫生填埋高温焚化 2018-2020年，香港堆填区接近饱和 污泥焚化后体积缩小90%位于屯门稔湾的曾咀的污泥焚化厂2014年投入使用望后石污水处理厂 2015年前送至堆填区 （与城市垃圾1:10混 合后填埋） 2015年后送至焚化厂 （焚化后送至堆填区 卫生填埋） 污泥必须经过脱水， 达到堆填区及污泥焚 化厂接受标准4-2-5 固体废物污染评估污泥接受标准卫生填埋区：固体含量大于30%污

15、泥焚化厂：固体含量大于30%污泥焚化厂服务对象业主要求：污泥脱水后固体比重平均34%，最小32% 4-2-5 固体废物污染评估化学强化一级处理及紫外消毒4-2-6 环境影响评估结果水污染物污水处理工艺流程的改善大气污染物除臭设施固体污染物污水处理副产物污泥全封闭及2个除臭单元脱水至固体比重平均34%污水处理工艺目标环境影响评估排放指标的确定4-2-7 污水处理流程污水入水过滤沉砂化学强化一级处理紫外消毒出水泵房出海管道原有污水处理厂过滤及沉砂图例：改善后污水处理流程原有污水处理流程原有污水处理厂位置参数入水出水去除率总悬浮颗粒物 (TSS)400 mg/L120 mg/L70%生化需氧量 (B

16、OD5)400 mg/L180 mg/L55%大肠杆菌 (E.coli)3E+08 / 100ml3E+05 / 100ml99.9%平均旱季流量 (ADWF)241,000 m3/d-最大雨季流量 (PWWF)525,000 m3/d-吸粪车 (Septic Waste)1,200 m3/d-4-2-8 污水处理指标4-2-9 初级处理单元粗隔筛缓冲池入水提升泵细隔筛沉砂池4-2-10 粗/细隔筛 三作一备 链驱动自动清理隔筛 粗隔筛栅间距25mm 细隔筛栅间距5mm 保护泵、阀门、管道及其他附件 筛余物由螺旋式传送带输送至污泥储存斗4-2-11 缓冲池及入水提升泵缓冲池 一作一备 控制动态

17、范围 方便检修入水提升泵： 三作一备 避免后续处理流量动态范围过大 提升水头以满足后续处理单元水 力要求4-2-13 沉砂池 三作一备 去除砂砾等比重较大的颗粒物 保护泵、管道及其他附件 减少后续处理单元的沉积 砂砾由螺旋式传送带输送至污泥 储存斗4-2-14 化学强化一级处理高密度沉淀池 四作一备 去除悬浮颗粒物 去除可溶性污染物 泥水分离 部分污泥回流增加絮凝效果 沉淀污泥至污泥储存缸，调理后 由离心机脱水并进一步处理处置4-2-14 化学强化一级处理高密度沉淀池化学大楼4-2-16 高密度沉淀池优势与普通化学强化一级处理工艺比较： 节省用地3/4 斜管沉淀保证出水质量与传统二级污水处理工

18、艺相比： 减少土地面积7,500m2 减少土方量 60,000m3 缩短工期6个月 减少运营及维护费用25%以上高密度沉淀池运行费用比重4-2-17 紫外光照消毒加拿大TROJAN UV 300PLUS 低压高强紫外灯 自动清洗 强度衰减小采用短波段紫外光照射 = 254nm 有效破坏大肠杆菌DNA分子键4-2-17 紫外光照消毒 8条水槽（七作一备） 灯管小间距排布，避免消毒盲区 光照强度输出恒定，通过控制运 作的水槽数量控制应付流量变化 20%透射率的保守设计 无消毒副产物4-2-18 除臭设施4-2-18 除臭设施生物滴流塔： 解决原有污水处理厂异味 对附近敏感受体无影响 无化学副产物及

19、二次污染 仅需要补充微生物所需碳、磷57 四、主要技术研究内容设计、建造及运营（DBO）模式的研究与应用香港大型污水处理厂处理工艺流程设计大型污水处理厂机电设备选型与安装香港近海深基坑优化设计及施工绿色低碳建造管理技术4-3-1 入水提升泵流量m3/dm3/s最小旱季流量144,6001.674平均旱季流量241,0002.789雨季峰值流量525,0006.076入水提升泵的选择： 泵的性能满足流量、扬程等要求 泵的种类满足对介质的要求 机械方面的可靠性，噪音及稳定性 设备的费用、运行维修费用 易购买替换管网系统曲线：计算每个节点的局部水头损失计算管道的沿程阻力损失泵的特性曲线： 有供应商按

20、需求提供4-3-1 入水提升泵化学药剂泵 ： 适用于腐蚀性液体 准确改变流量絮凝剂隔膜泵： 氯化铁溶液储存在5个储存缸中 药剂计量由烧杯实验确定 隔膜泵与数据采集与监控系统连接 根据入流水质（悬浮颗粒物、澄清 度等）调节药剂剂量 6台隔膜泵，五作一备4-3-2 化学药剂泵4-3-2 化学药剂泵管网设计水头损失泵的选取4-3-3 污泥脱水离心机污泥脱水离心泵 污泥产量 1,805m3/d 固体含量3.7% - 4% 堆填区/焚化厂接受的固体 含量 30%潜在问题： 脱水要求高，离心机转轴长，震动大，故障率和损耗高污泥脱水离心机震动的原因：基础及支架的抗震能力、驱动装置与基础之间的固定、高速转动时

21、轴心的偏向、叶轮/转股质量的偏心、零部件的配合和润滑及动力学稳定性等。4-3-3 污泥脱水离心机减震主动避震基础的误差固定锚的安装进料管的安装与接驳工况的优化(创新使用)被动减震减震垫化学固定锚 （水平及约束力）进料管的安装（柔性管线与独立基座）4-3-3 污泥脱水离心机根据负载选取相应的型号根据供应商产品性能表，减震垫可以将振幅控制在6mm范围内。4-3-3 污泥脱水离心机转鼓上附着的污泥质量分布不均造成偏心力主动减震措施：污泥的调理（提高压缩性、匀质性）污泥的进料速率离心机的转速离心机的扭矩4-3-3 污泥脱水离心机4-3-3 污泥脱水离心机污泥脱水离心机的安装与调试： 固体比重从4%提高

22、到34% 满足堆填区及焚化厂的30%的要求 处理量37.6m3/h 优化安装与工况后，纵向震动3.55mm/s，轴向震动1.97mm/s （目前查新最小振幅为2 2.9mm/s） 运行接近两年，状态良好4-3-3 污泥脱水离心机69 四、主要技术研究内容设计、建造及运营（DBO）模式的研究与应用香港大型污水处理厂处理工艺流程设计大型污水处理厂机电设备选型与安装香港近海深基坑优化设计及施工绿色低碳建造管理技术4-4-1 方案概念优化根据地质探土情况，石线的走向呈西北高东南低，中段位置呈现两个盆地。埋藏最深的化学处理消毒设施（CEPT）和初级污水处理设施(PTW)摆放于该两个盆地上，减少了开挖的难

23、度及成本。石层的深度从+4mPD到-11mPD有近15米的高差。处理单元根据高程合理布置，优化水力条件，节省运营费用。4-4-1 方案概念优化开挖区域靠近马路、建筑物以及邻近有地下管线等设施，且石层较浅。钢管桩、钢板桩支护；尽量使用地锚以方便施工；远离马路、建筑物及地下设施的位置采用明挖及临时喷浆保护，加快施工进度。4-4-2 设计与施工全过程信息化管理数值模拟法PLAXIS有限元法4-4-2 设计与施工全过程信息化管理有限元数值法对开挖、回填全过程进行模拟，为后续的调整及优化提供依据4-4-2 设计与施工全过程信息化管理桩顶位移检测数据，对比模拟数值进行及时的调整与优化，实现动态设计。4-4

24、-2 设计与施工全过程信息化管理 “AAA”三级预警机制，全称为“Alert-Action-Alarm” 按书写顺序预警级别依次提升 每个“A”均设置限定值，一旦超过就要采取相应的措施。监测项目 Alert Level（mm）Action Level（mm）Alarm Level（mm）一般位置地表沉降253550楼宇及地下设施152025采取的措施做好行动升级的相关准备工作局部停工，比较监测；采取行动进行调整暂停一切工序，确认危机受控后才可恢复4-4-2 设计与施工全过程信息化管理项目数量单位钢管桩 （610mm DIA)8,800米钢板桩 （FSP III）150吨减少泥钉99支减少型钢钢

25、材250吨望后石污水厂深基坑工程经过优化设计，减少了大量钢管桩及钢支撑、泥钉等支护，深基坑总体支护形式得到了合理优化，在保证施工安全质量的条件下，减少了临时工程总体工程量，节省了物料，加快了施工进度，降低了施工成本，获得了理想的经济效益和社会效益。4-4-3 止水帷幕TAM管灌浆 地质勘查资料确定填土、冲击土、风化岩等各地层的关系 不同地层的渗透系数，避免传统做法中概化引起的失真 采用PLAXIS有限元程序对基坑的水利条件进行渗流分析 制定了降水与止水帷幕及回灌技术结合的整体方案平面渗流模型分析结果当支护墙嵌石深度不够或者基坑下卧层土渗透性比较高时，一般采取灌浆设置止水帷幕阻断渗流。ODEX钻

26、孔TAM灌浆4-4-3 止水帷幕TAM管灌浆 帷幕灌浆 第一阶段：膨润土-水泥灌浆 第二阶段：化学灌浆 灌浆步长一般在0.3-1.0m范围内，根据 地质条件调整 第一阶段膨润土-水泥灌浆液配比第二阶段化学灌浆浆液配比4-4-3 止水帷幕TAM管灌浆 监控灌浆条件 若灌浆压力超过5bar或超过上覆岩层压力（overburden pressure）2bar时，两者以较大者为准；或 灌浆量达到需灌浆加固土层体积的15%；或 地面出现冒浆现象。预计节省材料30%，缩短工期40%。4-4-3 止水帷幕TAM管灌浆设计、建造及运营（DBO）模式的研究与应用香港大型污水处理厂处理工艺流程设计大型污水处理厂机

27、电设备选型与安装香港近海深基坑优化设计及施工绿色低碳建造管理技术81 四、主要技术研究内容4-5-1 绿色低碳建造与管理技术香港特区政府2010年制定了“对应气候变化策略及行动纲领”。至2020年，碳排放强度比2005年降低50% - 60%渠務署在2010年环境报告中承诺，对气候变化问题采取积极措施 首例施工过程中控制碳排放及进行碳审计的项目 严格执行节能减碳计划 18月建造期的碳审计 温室气体排放的确切效果4-5-1绿色低碳建造与管理技术 参考英国建筑业减碳计划，采用生命周期法执行绿色低碳减排 目标将每年的碳排放相比2005年降低15%全生命周期 (Life-Cycle Stages)Su

28、pply Chain供应链1. 原料选取2a. 材料加工2b. 材料运输Site Construction项目建造3. 施工建造Site Operation项目运营4a. 运营4b. 维修护理5. 废弃处理4-5-2 绿色低碳施工主要措施及早接驳公众电网，避免使用临时发电机使用太阳能系统获得可再生资源施工机械 选择功率与负载相配的施工机械物料的使用 粉煤灰水泥 玻璃纤维代替金属材料 金属棚架 重复利用模板4-5-2 绿色低碳施工主要措施合理的交通方式混合动力汽车物料回收循环利用4-5-2 绿色低碳施工主要措施雨水和基坑开挖的地下水洗车轮收集雨水洒水降尘收集空调水用于洗鞋4-5-2 绿色低碳施工

29、主要措施树木的移植和保育增大绿化面积4-5-2 绿色低碳施工主要措施4-5-3 碳审计 国际标准化组织制定的 ISO 14064-1 温室气体排放量化标准 世界资源研究所及世界可持续发展工商理事会制定的温室气体议定书：企业合算与报告准则界定项目审计边界项目范围、服务以及设施界定审计操作边界范围1：直接排放及减缓范围2：使用能源间接排放范围3：其他间接排放界定报告的周期望后石污水处理厂项目中确定为建造期内的18个月收集数据并量化温室气体排放使用温室气体排放量化标准对三个范畴的活动进行审计撰写审计报告报告项目的概况有关温室气体的排放及减缓措施有关温室气体补偿/减排活动的资料望后石污水厂地盘操作边界4-5-3 碳审计2005