污水深度处理臭氧氧化系统工程造价分析.pdf
第 10 期水资源短缺已逐步成为制约我国经济发展的主要因素之一，污水深度处理后再生利用是解决水资源短缺问题的有效途径之一1。臭氧氧化法具有氧化能力强、处理效果好、副产物少等优点，可作为污水深度处理的关键技术之一；但臭氧发生设备价格昂贵，使其在污水深度处理领域的应用受到限制2。本文就污水深度处理臭氧氧化系统工程造价的组成及其影响因素、变化规律进行分析，以便为降低其工程造价提环境科学与技术 编辑部：（网址）h t t p：/f j k s.c h i n a j o u r n a l.n e t.c n（电话）0 2 7-8 7 6 4 3 5 0 2（电子信箱）h j k x y j s 1 2 6.c o m收稿日期：2011-10-11；修回 2012-01-10基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项课题（2008ZX07313-002）；广西科学研究与技术开发计划项目（桂科攻 0992022-7）作者简介：赵文玉（1973-），男，副教授，博士，硕士研究生导师，从事研究方向为水处理理论与技术，（电话）01062797405（电子信箱）；*通讯作者，（电话）010-62794005（电子信箱）。Environmental Science&Technology第 35 卷第 10 期2012 年 10 月Vol.35No.10Oct.2012赵文玉，张逢，胡洪营，等.污水深度处理臭氧氧化系统工程造价分析响 J .环境科学与技术，2 0 1 2，3 5(1 0)：1 3 9-1 4 3.Z h a o We n-y u,Z h a n g F e n g,H uH o n g-y i n g，e t a l.A n a l y s i s o n c o n s t r u c t i o n c o s t o f o z o n e o x i d a t i o n p r o c e s s f o r w a s t e w a t e r a d v a n c e d t r e a t m e n t a n d r e u s e J .E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e&T e c h n o l o g y，2 0 1 2，3 5(1 0)：1 3 9-1 4 3.污水深度处理臭氧氧化系统工程造价分析赵文玉1，2，张逢1，胡洪营1，3*，卢如1，陈玉芬2（1.清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084；2.桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林541004；3.清华大学深圳研究生院，广东深圳518055）摘要：系统掌握污水深度处理臭氧氧化系统的工程造价构成及其影响因素对降低其工程造价具有重要意义。详细分析了臭氧发生、臭氧投加、臭氧接触反应及臭氧尾气处理等污水深度处理臭氧氧化系统 4 个子系统的工程造价构成及其影响因素，结果表明：臭氧发生单元的造价所占比重最大，高达 60%70%，其次是臭氧尾气破坏设备（16%18%）和臭氧投加单元（12%15%），臭氧接触反应设备的造价所占比重最小，约为 3%5%。影响臭氧氧化系统工程造价的主要因素除处理规模外，还有臭氧投加量、臭氧气体浓度及水力停留时间等工艺参数，其中臭氧投加量和臭氧气体浓度的影响较大。在达到处理要求的情况下，提高臭氧利用率、降低臭氧投加量以及升高臭氧气体浓度，是有效降低臭氧氧化系统工程造价的关键。关键词：污水回用；臭氧氧化；工程造价；臭氧利用率；臭氧气体浓度中图分类号：X703文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1003-6504.2012.10.030文章编号：1003-6504(2012)10-0139-05Analysis on Construction Cost of Ozone Oxidation Process forWastewater Advanced Treatment and ReuseZHAO Wen-yu1，2，ZHANG Feng1，HU Hong-ying1,3*，LU Ru1，CHEN Yu-fen2（1.Environmental Simulation and Pollution Control State Key Joint Laboratory，School of Environment，TsinghuaUniversity，Beijing 100084，China；2.Guilin University of Technology，Guilin 541004，China；3.Graduate School atShenzhen，Tsinghua University，Shenzhen 518055，China）Abstract：It is very significant to decrease the construction costs that the composition and impact factor of ozone oxidationprocess for wastewater advanced treatment are systematically grasped.The construction costs of four subsystems of ozoneoxidation process for wastewater advanced treatment including ozone generator system，ozone adding device，ozone reactorand exhaust gas treatment system，were analyzed.It is proved that the proportion of the construction costs of ozone generatorsystem is the highest as 60%70%，the exhaust gas treatment system as 16%18%，the ozone adding device as 12%15%，and the ozone reactor is lowest as 3%5%.Some technological parameters as ozone dosage，ozone gas concentration andhydraulic retention time besides influent flow are the main factors of construction costs of wastewater reuse system by ozoneoxidation and the more important factors are the ozone dosage and ozone gas concentration.On the premise of improving thetreatment effect，the key measures to decrease the construction costs of ozonation system is improving ozone utilization rateby reducing ozone dosage and increasing ozone gas concentration.Key words：wastewater reuse；ozone oxidation；construction costs；ozone utilization rate；ozone gas concentration第 35 卷供指导。1臭氧氧化系统工程造价构成臭氧氧化系统工程造价由臭氧发生单元造价、臭氧投加单元造价、臭氧接触反应设备造价及臭氧尾气处理设备造价等 4 部分组成，如式（1）所示：CCT=CC1+CC2+CC3+CC4（1）式（1）中：CCT为系统总造价（元）；CC1为臭氧发生单元造价（元）；CC2为臭氧投加单元造价（元）；CC3为臭氧接触反应设备造价（元）；CC4为臭氧尾气处理设备造价（元）。1.1臭氧发生单元造价臭氧发生单元造价包括臭氧发生器造价、气源造价和配套检测装置及自控系统造价，如式（2）所示：CC1=CC11+CC12+CC13（2）式（2）中：CC11为臭氧发生器造价（元）；CC12为气源造价（元）；CC13为配套检测装置及自控系统造价（元）。1.1.1臭氧发生器造价按臭氧产生的方式划分，目前的臭氧发生器主要有高压放电式、紫外线照射式、电解式等 3 种形式，其中高压放电式臭氧发生器是污水深度处理臭氧氧化系统工程中常用的方式。（1）臭氧发生器价格。对于相同臭氧产量的臭氧发生器来说，目前国外厂家的臭氧发生器价格一般高于国内生产厂家。臭氧发生器价格也随气源、臭氧产量、臭氧气体浓度的变化而不同。同臭氧产生的空气源臭氧发生器价格高于纯氧源臭氧发生器（图 1）。臭氧产量越大，臭氧发生器的价格越高，但单位臭氧产量臭氧发生器造价越低（图 1）。（2）臭氧发生器单位水量造价。臭氧发生器单位水量造价影响因素除气源、臭氧产量外，还有臭氧投加量和处理规模。臭氧投加量越小，需投加的臭氧总量越小，即要求的臭氧发生器的产量越小，所需的臭氧发生器造价低，则臭氧发生器单位水量造价也越低（图 2）。图 2 中的平台形成的原因是：实际生产中臭氧发生器定额产量不是连续变化，实际选型时应选比计算结果大一级的臭氧发生器，造成在几种臭氧投加量的情况下，选用同一型号的臭氧发生器，则价格不变。在相同投加量的情况下，处理规模越大，臭氧发生器单位水量造价总体趋势下降（图 3），但也出现波动情况，这是因为臭氧发生器臭氧定额产量不连续变化，在实际选型时应选比计算结果偏大的设备，出现单位水量造价变大的情形，即在图形上体现为波动形。1.1.2气源造价气源有空气源、纯氧源 2 种方式，其中纯氧源又有液氧源和制氧机纯氧源 2 种来源。据国外经验，10 kg/h 级及以下规格臭氧发生器使用空气源较合理，对于远离液氧产地的地区用户应用空气源更为经济、安全；对于大型臭氧系统，推荐制氧机纯氧源为主，用液氧作备用和补充。就制氧机纯氧源的造价来说，纯氧流量越大，制氧机价格越高，但单位流量纯氧的制氧机造价越低，其变化规律为：纯氧流量小于 100 m3/h 时，降低较快；高于 100 m3/h，降低较慢。因此，在选用制氧机时应尽量选大型（纯氧流量大）的制氧机或组合，而不宜选小型（低纯氧流量）的制氧机组合。1 4 0第 10 期制氧机单位水量造价与臭氧投加量、臭氧气体浓度和处理规模有关。（1）臭氧投加量对制氧机单位水量造价的影响。臭氧投加量越低，所需臭氧总量越低，则所需臭氧流量小，进而所需的纯氧流量减小，则制氧机价格降低，制氧机单位水量造价也降低（图 4）。（2）臭氧气体浓度对制氧机单位水量造价的影响。在臭氧投加量不变的情况下，臭氧气体浓度越高，所需的臭氧流量和纯氧流量减小，则制氧机价格降低，制氧机单位水量造价降低（图 5）。（3）处理规模对制氧机单位水量造价的影响。处理规模越大，所需臭氧总量越多，进而会增加所需纯氧流量（与处理规模呈正比关系增加），则制氧机价格升高，但单位纯氧流量制氧机造价降低，故制氧机单位水量造价也降低（图 6）。1.1.3配套检测装置及 PLC 系统造价一般来说，臭氧发生器配套的检测装置及 PLC系统要求越高，采购的进口设备多，其造价也越高，进口检测仪表价格一般是国内产品的 23 倍。对于某一系列的臭氧发生单元来说，随着臭氧发生器臭氧产量增大，配套检测装置及 PLC 系统的价格也有所增加，但增加幅度不与臭氧产量成正比（与处理规模成正相关）。处理规模越大，配套检测装置及自控系统单位水量造价就越低。1.2臭氧投加单元造价臭氧氧化单元采用普通微孔曝气投加方式时，其造价主要由管道系统造价、曝气头造价及计量设备造价组成。CC2=CC21+CC22+CC23（3）式（3）中：CC21为管道系统造价（元）；CC22为曝气头造价（元）；CC23为计量设备造价（元）。臭氧投加单元的造价及单位水量造价与臭氧投加量、臭氧气体浓度及处理规模有关。臭氧投加量越大，需要的臭氧总量越多，则臭氧投加单元的造价增大，相应臭氧投加单元单位水量造价也增大。在臭氧投加量确定的情况下，随着臭氧气体浓度的增加，臭氧流量减小，则臭氧投加单元的造价降低。处理规模越大，投加系统造价升高，但一般情况下造价升高的幅度低于处理规模增加的幅度，即臭氧投加单元单位水量造价降低。臭氧投加单元涉及管材、管件、阀门、计量设备、曝气头等较多，在施工图设计完成之前，很难准确计价。据工程经验，臭氧投加单元单位水量造价估算见表 1。1.3臭氧接触反应设备造价臭氧接触反应设备有接触氧化塔、接触氧化池等形式，在污水深度处理中一般采用钢筋混凝土接触氧化池。臭氧接触反应池的造价取决于池的容积、池的分隔数、池形、池深、埋于地下深度等自身的因素有关，其中池容是最主要的因素。一般来说池容越大，臭氧接触反应池的造价越高，但单位池容造价降低见图 73-4，图 7 是根据市政工程定额中钢筋混凝土水池预算价格统计出的单位池容造价和池容关系。表 1臭氧投加单元单位水量造价估算表Table 1Estimate cost per unit volume of wastewater for ozone addingdevice处理规模/m3 d1总造价估算/元单位水量造价/元 (m3 d)11005002 0009 000182050010009 00014 00014181 00010 00014 00080 00081410 000100 00080 000600 00068赵文玉，等污水深度处理臭氧氧化系统工程造价分析1 4 1第 35 卷臭氧接触反应池的容积是由处理规模和水力停留时间决定，因此，水力停留时间和处理规模是决定臭氧接触反应池造价的工艺参数因素。水力停留时间越短，所需反应器容积越小，臭氧接触氧化池单位水量造价越低。水力停留时间与臭氧投加量、臭氧气体浓度及水质情况等有关，需通过实验确定。处理规模越大，臭氧接触氧化池单位水量造价越低。图 89 中钢筋混凝土水池单位容积造价按 600900 元/m3计算。1.4臭氧尾气破坏设备造价由于臭氧具有一定的毒性，无论何种投加方式及何种接触反应设备，均有少量臭氧未全被利用，从尾气中逸散出来将会危害人们的健康。因此，必须对尾气进行分解处理。臭氧尾气破坏方法有热分解法、活性炭吸附法、催化分解法等，在我国应用广泛的是电热分解法。臭氧破坏处理系统造价受多种因素影响，不仅与臭氧分解方法有关，还与臭氧尾气流量（即臭氧流量）、臭氧尾气停留时间等因素有关。臭氧尾气流量越小，臭氧尾气破坏设备造价越低。臭氧尾气流量与臭氧流量基本相同，臭氧流量与处理规模、臭氧投加量、臭氧气体浓度有关。臭氧尾气停留时间越短，臭氧尾气破坏设备造价降低。臭氧尾气停留时间与臭氧尾气浓度有关，臭氧尾气浓度越低，需要的处理时间越短，就可降低臭氧尾气处理设备造价。臭氧尾气浓度与臭氧气体浓度和臭氧利用率有关，提高臭氧利用率，可降低尾气臭氧气体浓度，即可降低臭氧尾气处理设备造价。据工程经验，臭氧尾气破坏设备单位水量造价估算见表 2。1.5臭氧氧化系统工程造价的构成在采用纯氧源臭氧发生器、钢筋混凝土臭氧反应池及电热分解臭氧尾气破坏设备的条件下，污水深度处理臭氧氧化系统工程造价构成中，臭氧发生单元工程造价所占比重最大（约为 60%70%），其次是臭氧尾破坏设备（16%18%）和臭氧投加单元（12%15%），接触反应池工程造价所占比重最小（约为 3%5%）。2臭氧氧化系统工程造价影响因素分析由臭氧氧化系统各子系统工程造价影响因素的分析可知，处理规模、臭氧投加量、臭氧气体浓度及水力停留时间是影响臭氧氧化系统工程造价的主要因素。2.1臭氧投加量的影响处理规模 50 000 m3/d、臭氧气体浓度 100 mg/L、水力停留时间 10 min 的条件下，工程造价随臭氧投加量的变化情况如图 10 所示。臭氧投加量越大（115mg/L），工程总造价越大（在 250600 万元之间变化），单位水量造价也越大（40120 元/（m3 d）之间变化）。表 2臭氧尾气破坏设备单位水量造价估算表Table 2Estimate cost per unit volume of wastewater for ozone tailgas treating system处理水量/m3 d1总造价估算/元单水量造价/元 (m d)11005002 20010 00020225001 00010 00016 00016201 0005 00016 00070 00014165 00010 00070 000120 000121410 000100 000120 0001 000 00010121 4 2第 10 期2.2处理规模的影响臭氧投加量为 5 mg/L、臭氧气体浓度为 100 mg/L、水力停留时间为10 min 的条件下，工程造价随处理规模的变化情况如图 11 所示。处理规模越大（5 000100 000 m3/d），工程总造价越大（在 60600 万元之间变化），单位水量造价有波动，总趋势下降（在 12060元/（m3 d）之间变化）。2.3臭氧气体浓度的影响处理规模为 50 000 m3/d、臭氧投加量为 5 mg/L、水力停留时间为 10 min 的条件下，工程造价随臭氧气体浓度的变化情况如图 12 所示。臭氧气体浓度越大（50150 mg/L），工程总造价越小（由 340 万元降到 280万元），单位水量也造价越小（由 68 元/（m3 d）降到 60元/（m3 d）。2.4水力停留时间的影响处理规模为 50 000 m3/d、臭氧投加量为 5 mg/L、臭氧气体浓度为 100 mg/L 的条件下，工程造价和随水力停留时间的变化情况如图 13 所示。水力停留时间越长（515 min），工程总造价越高（由 320 万元上升到 340 万元），单位水量造价越高（由 63 元/（m3 d）上升到 66 元/（m3 d）。综上所述，通过比较上述影响污水深度处理臭氧氧化系统工程造价的主要因素及变化规律知，臭氧投加量和臭氧气体浓度是影响工程造价的主要因素，因此，提高臭氧气体浓度和臭氧利用率，降低臭氧投加量，是有效降低污水再生臭氧氧化系统工程造价的主要措施。3结语污水深度处理臭氧氧化系统工程造价由臭氧发生单元、臭氧投加单元、臭氧接触反应设备及臭氧尾气处理设备等 4 个子系统的工程造价组成，其中臭氧发生单元造价所占比重最大（60%70%），其次是臭氧尾破坏设备（16%18%）和臭氧投加单元（12%15%），臭氧接触反应设备所占比重较小（约 3%5%）。污水深度处理臭氧氧化系统工程造价的影响因素有臭氧投加量、处理规模、臭氧气体浓度及水力停留时间等工艺参数。臭氧投加量越大，工程总造价越高，单位水量造价越高；处理规模越大，工程总造价越高，单位水量造价总趋势降低，但有波动；臭氧气体浓度越大，工程总造价越低，单位水量造价越低；水力停留时间越长，工程总造价越高，单位水量造价越高。4 个影响因素中，臭氧投加量和臭氧气体浓度是主要影响因素，提高臭氧气体浓度和臭氧利用率，降低臭氧投加量，是有效降低污水处理臭氧氧化系统工程造价的主要措施。参考文献1 胡洪营，吴乾元，黄晶晶，等.城市污水再生利用面临的重要科学问题与技术需求J.建设科技，2010（3）：33-35.2 徐新华，赵伟荣.水与废水的臭氧处理M.北京：化学工业出版社，2003.Xu Xin-hua，Zhao Wei-rong.Water and WastewaterTreatment by OzoneM.Beijing：Chemical Industry Press，2003.（in Chinese）3 建设部标准定额研究所.市政工程投资估算指标给水工程M.第三册.北京：中国计划出版社，2007.4 建设部标准定额研究所.市政工程投资估算指标排水工程M.第四册.北京：中国计划出版社，2008.Ministry Research Institute of Standards and Norms.Indicesfor National Municipal Engineering Investment Estimate，Book 4，Sewerage EngineeringM.Beijing：China Planning Press，2008.（in Chinese）赵文玉，等污水深度处理臭氧氧化系统工程造价分析1 4 3
