續(xù)衍雪 吳 熙 黃一凡 謝陽村 徐 敏#

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；2.北控水務(wù)集團(tuán)有限公司，北京 100024；3.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875)

近年來，隨著水污染的日益嚴(yán)重，國家在污水處理方面加大了工程建設(shè)的投入[1]。環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃頒布以來，全國各地污水處理廠建設(shè)腳步逐漸加快，每年陸續(xù)有大量污水處理廠建成投產(chǎn)，同時(shí)區(qū)縣級(jí)小規(guī)模的污水處理廠數(shù)量也逐年增加，因此選取適用于小規(guī)模污水處理廠的處理工藝及確定合理的建設(shè)成本范圍也是亟需解決的問題[2]。

三峽庫區(qū)位于長江流域上游下段，庫區(qū)地貌類型以山地為主，庫區(qū)地勢(shì)高低起伏大。三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)為三峽水庫土地淹沒線至第一道山脊線之間[3-4]，它是我國重要的淡水資源庫，是長江經(jīng)濟(jì)帶的主要區(qū)域，對(duì)長江沿岸的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。該區(qū)域主要以鄉(xiāng)鎮(zhèn)居多，貧困縣較多。隨著政府對(duì)環(huán)保工作的逐漸加深，屏障區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)污水處理廠建設(shè)速度也逐漸加快，然而該區(qū)域內(nèi)人口分布稀疏、污水產(chǎn)生量少、資金短缺等問題仍較突出[5]，因此本研究主要針對(duì)三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)內(nèi)特點(diǎn)，對(duì)污水處理工藝選取進(jìn)行分析，同時(shí)通過收集相似污水處理廠建設(shè)實(shí)例，統(tǒng)計(jì)分析污水處理廠建設(shè)費(fèi)用范圍。

1 研究區(qū)域

三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)地跨湖北省西部和重慶市中東部，包括湖北省宜昌市的夷陵區(qū)、秭歸縣、興山縣及恩施州的巴東縣，重慶市的巫山縣、巫溪縣、奉節(jié)縣、云陽縣、萬州區(qū)、開縣、忠縣、石柱縣、豐都縣、涪陵區(qū)、武隆縣、長壽區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)、江津區(qū)等19個(gè)區(qū)縣和重慶主城區(qū)(包括渝中區(qū)、南岸區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、北碚區(qū)、大渡口區(qū)、九龍坡區(qū))，總面積5 527.55 km2，總?cè)丝诠?91.04萬人。

2 污水處理工藝的選擇

2.1 選取依據(jù)

2.1.1 污染特征

長江是三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)重要的飲用水水源，目前水質(zhì)總體較好，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，部分河段總磷指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，并存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)長江干流共布設(shè)7個(gè)國控?cái)嗝妗?013年，7個(gè)國控?cái)嗝嫠|(zhì)均超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅲ類限值，其中寸灘、朱沱、曬網(wǎng)壩、清溪場4個(gè)國控?cái)嗝婵偭诪槭滓廴疚?，同時(shí)2008—2013年，該4個(gè)國控?cái)嗝婵偭踪|(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)(見圖1)。基于高功能水體保護(hù)的要求，三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)污水處理設(shè)施建設(shè)時(shí)可選擇具有脫氮除磷效率高的處理工藝，如氧化溝、A/O、A2/O等。

圖1 2008—2013年4個(gè)國控?cái)嗝婵偭鬃兓?Fig.1 Total phosphorus concentration changes in 4 state-controlled sections from 2008 to 2013

2.1.2 氣候特征

三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，氣溫溫和，年平均溫度在18～19 ℃；雨量充沛，多年平均降水量約1 200 mm，水資源較豐富；植物種類繁多，林果種類齊全。基于上述自然條件，人工濕地[6]、人工快滲[7]等生態(tài)處理工藝以及氧化溝等表面曝氣工藝在三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)均有較強(qiáng)適用性。

2.1.3 經(jīng)濟(jì)能力

根據(jù)《國家扶貧開發(fā)工作重點(diǎn)縣名單》，三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)11個(gè)縣為國家級(jí)貧困縣，人均GDP僅為1.6萬元，遠(yuǎn)低于全國平均水平，污水處理工藝的選擇要考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)保投入能力，對(duì)于經(jīng)濟(jì)能力較強(qiáng)的重慶主城區(qū)，可選擇氧化溝、A2/O、序批式活性污泥法(SBR)等投入相對(duì)較大、處理效果較好的處理工藝；對(duì)于貧困縣以及經(jīng)濟(jì)條件較差的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，可選擇人工濕地、人工快滲、折流生物濾池曝氣等投入相對(duì)較小的處理工藝。

2.1.4 處理規(guī)模

統(tǒng)計(jì)三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地人口規(guī)模，參照《第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》，以產(chǎn)排污系數(shù)法估算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地生活污水處理需求。結(jié)果顯示，14.7%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理規(guī)模在5 000 t/d以上；26.5%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理規(guī)模在3 000～5 000 t/d；32.7%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理規(guī)模在1 000～3 000 t/d；26.1%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理規(guī)模在1 000 t/d以下。根據(jù)《小城鎮(zhèn)污水處理工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)模為1 000～3 000 t/d的污水處理廠，根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的要求，主要采用一級(jí)處理工藝，主要包括沉砂沉淀法、化學(xué)沉淀法等；規(guī)模為3 000～5 000 t/d的污水處理廠，根據(jù)GB 18918—2002的要求，主要采用強(qiáng)化一級(jí)處理和二級(jí)處理工藝，主要包括活性污泥法、生物膜法以及氧化塘、人工濕地、人工快滲等污水自然處理工藝。

2.1.5 進(jìn)出水濃度

三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)污水處理廠以處理生活污水為主，COD、氨氮進(jìn)水質(zhì)量濃度多數(shù)分別在200～350、20～40 mg/L，選擇處理工藝后要結(jié)合進(jìn)水濃度，確定設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)《重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃(2011—2015年)》，到2015年，城鎮(zhèn)污水處理廠確保達(dá)到GB 18918—2002中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。然而根據(jù)調(diào)查結(jié)果，目前尚有39%的污水處理廠出水未達(dá)到GB 18918—2002中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，主要在于出水氮、磷指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)。因此，在處理工藝選擇時(shí)，可選擇具有脫氮除磷效率高的處理工藝，如氧化溝、A2/O、SBR等，并注重工藝設(shè)計(jì)搭配，使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

2.2 污水處理工藝比較

以三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)目前已選用的處理工藝為參考，結(jié)合區(qū)域污染治理需求、自然經(jīng)濟(jì)特征以及環(huán)保投入能力，提出可供選用的5種處理工藝(氧化溝、A2/O、SBR、人工濕地和人工快滲)，具體處理工藝選取需依據(jù)環(huán)境條件、土地面積、進(jìn)出水要求、設(shè)計(jì)規(guī)模、投資與運(yùn)行管理等因素確定，詳見表1。

污水處理廠建設(shè)前期要根據(jù)實(shí)際處理水量、進(jìn)水濃度、地區(qū)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)等選擇合適的處理工藝。氧化溝、A2/O，SBR等3種處理工藝主要以動(dòng)力型二級(jí)生化處理系統(tǒng)為主，也是目前應(yīng)用最廣且技術(shù)較成熟的處理工藝；人工濕地和人工快滲主要利用生態(tài)系統(tǒng)的削減能力對(duì)污水進(jìn)行處理，對(duì)較小規(guī)模及經(jīng)濟(jì)能力較弱的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的應(yīng)用存在較大優(yōu)勢(shì)，但若保證出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，則建議提升前序處理的程度。

表1 選取的污水處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件

3 污水處理廠建設(shè)投資標(biāo)準(zhǔn)

污水處理廠建設(shè)投資主要根據(jù)建設(shè)內(nèi)容核定，一般包括污水和污泥處理的生產(chǎn)設(shè)施、輔助設(shè)施和附屬設(shè)施等，其總投資一般包括建筑安裝工程費(fèi)、設(shè)備購置費(fèi)、工程建設(shè)其他費(fèi)用、基本預(yù)備費(fèi)等。

本研究收集了153個(gè)污水處理廠建設(shè)案例，涉及重慶、湖北、江西、云南、安徽、山東等地區(qū)，針對(duì)提出可選擇的5種處理工藝進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)污水處理行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際情況調(diào)查顯示，相同條件同種處理工藝下，噸水建設(shè)投資隨著污水處理規(guī)模的增加而逐漸減小，兩者大體符合對(duì)數(shù)關(guān)系式。

根據(jù)收集污水處理廠建設(shè)投資實(shí)例，分別對(duì)5種處理工藝?yán)L制處理規(guī)模與噸水投資散點(diǎn)圖，結(jié)合散點(diǎn)圖分布，得出對(duì)數(shù)關(guān)系式，詳見圖2。

除人工濕地的R2較小外，其余R2均較大，表明兩者對(duì)數(shù)關(guān)系程度較好。由于人工濕地案例大部分為重慶市內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠且設(shè)計(jì)單位水平參差不齊，導(dǎo)致散點(diǎn)圖對(duì)數(shù)關(guān)系較差。根據(jù)實(shí)際調(diào)查考核，本研究中對(duì)數(shù)關(guān)系式仍可近似計(jì)算投資水平。因此，由5種處理工藝的對(duì)數(shù)關(guān)系式分別計(jì)算不同處理規(guī)模的噸水投資。根據(jù)三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)實(shí)地情況，處理規(guī)模選擇200～5 000 t/d，并劃分4個(gè)檔次，詳見表2。

由表2可見，200～5 000 t/d的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)污水處理廠噸水投資在2 000～5 500元；各處理工藝不同處理規(guī)模的噸水投資跨度基本在1 000～1 500元，處理規(guī)模越小，噸水投資越大；氧化溝噸水投資相對(duì)較大，而人工濕地及人工快滲的噸水投資相對(duì)較小。

表2 5種處理工藝不同處理規(guī)模的噸水投資1)

注：1)建設(shè)投資包括設(shè)備購買、建筑安裝費(fèi)、工程建設(shè)其他費(fèi)用以及基本預(yù)備費(fèi)(不包含管網(wǎng)建設(shè)、土地征用費(fèi)用及土地平整費(fèi))；出水水質(zhì)要求達(dá)到GB 18918—2002中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 各處理工藝處理規(guī)模與噸水投資散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter plot between treatment scale and per unit investment

表2中噸水投資是在給定的邊界條件下計(jì)算得出，但實(shí)際中地形、進(jìn)水濃度、出水要求、物價(jià)、人工費(fèi)等因素均對(duì)費(fèi)用產(chǎn)生一定影響，若污染指標(biāo)濃度過大或較小時(shí)應(yīng)考慮增加其他工藝段或是加藥保證碳氮比合理等，建設(shè)投資費(fèi)用則會(huì)發(fā)生浮動(dòng)；物價(jià)、人工費(fèi)等均會(huì)隨時(shí)間及地域的不同發(fā)生變化。因此，在具體項(xiàng)目建設(shè)前期，可以在上述研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際污水處理廠建設(shè)的具體情況，對(duì)噸水投資進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最終確定建設(shè)投資費(fèi)用。

4 結(jié) 語

(1) 三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)主要以鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)污水處理廠為主，通過實(shí)地調(diào)查和案例分析，氧化溝、A2/O，SBR、人工濕地及人工快滲等5種處理工藝在三峽庫區(qū)生態(tài)屏障區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠可選擇應(yīng)用，具體處理工藝選取需依據(jù)環(huán)境條件、土地面積、進(jìn)出水要求、設(shè)計(jì)規(guī)模、投資與運(yùn)行管理等因素確定。

(2) 200～5 000 t/d的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)污水處理廠噸水

投資在2 000～5 500元；各處理工藝不同處理規(guī)模的噸水投資跨度基本在1 000～1 500元，處理規(guī)模越小，噸水投資越大；氧化溝噸水投資相對(duì)較大，而人工濕地及人工快滲的噸水投資相對(duì)較小

(3) 本研究成果只是基于理論及數(shù)學(xué)公式計(jì)算得出，但是在實(shí)際過程中存在地形、進(jìn)水濃度、出水要求、物價(jià)、人工費(fèi)等不確定因素，因此在具體項(xiàng)目建設(shè)前期，可以在本研究基礎(chǔ)上充分結(jié)合實(shí)際污水處理廠建設(shè)的具體條件及設(shè)計(jì)要求，確定選擇處理工藝及建設(shè)投資費(fèi)用。

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