徐 艷，張雪英，周立祥，劉奮武

（1.揚(yáng)州科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210000；3. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210000；4.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 晉中 030801）

基于GIS技術(shù)的江蘇城鎮(zhèn)污泥處理處置信息管理與分析

徐 艷1，張雪英2，周立祥3，劉奮武4

（1.揚(yáng)州科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210000；3. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210000；4.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 晉中 030801）

鑒于江蘇省不良的污泥處置現(xiàn)狀，對全省污水處理廠的分布及其產(chǎn)生污泥和處置污泥的能力進(jìn)行問卷調(diào)查和實(shí)地調(diào)研，并利用GIS處理遙感影像數(shù)據(jù)、GPS等地理數(shù)據(jù)，構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫；在此基礎(chǔ)上，利用ArcGIS空間分析對揚(yáng)州市污水處理廠污泥處置進(jìn)行專題分析和最近設(shè)施點(diǎn)分析，為城市污水處理廠的布局規(guī)劃提供可視化的決策輔助，促進(jìn)城鎮(zhèn)污水污泥處理的信息化建設(shè)。

3S技術(shù)；污泥處理處置；最近設(shè)施點(diǎn)分析

城市污泥是城市污水處理廠在凈化污水過程中產(chǎn)生的沉淀物，如處理不善將會對環(huán)境造成二次污染。江蘇省作為我國東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為迅速的省份之一，污水處理及污泥處置一直受到政府及社會各界的廣泛關(guān)注。

截止2015年，江蘇省新建、擴(kuò)建城鎮(zhèn)污水處理廠達(dá)556座，總規(guī)模512.4萬m3/d。研究采取問卷調(diào)查、實(shí)地考察及GPS現(xiàn)場定位等方式對江蘇省污水處理廠和污泥處理處置社會資源進(jìn)行了調(diào)研，在遙感影像底圖上利用GIS轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并結(jié)合江蘇省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫分析污水污泥的處理處置現(xiàn)狀。最后以揚(yáng)州市為例，利用ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析功能查找最近設(shè)施點(diǎn)，為污泥產(chǎn)生單位提供污泥處置優(yōu)化方案。

1 研究路線

針對江蘇省污泥處置現(xiàn)狀，結(jié)合“江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)政策研究”項(xiàng)目的進(jìn)度要求，在確保研究成果的先進(jìn)性、實(shí)用性和前瞻性的基礎(chǔ)上，采用ESRI公司的ArcGIS10平臺進(jìn)行地理信息采集、處理與分析，提出了以“資料收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建和GIS空間分析”為順序的研究方案（圖1），為進(jìn)一步推進(jìn)全省城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置工作起到了積極作用。

圖1 技術(shù)路線

2 問卷調(diào)查與實(shí)地調(diào)研

登陸江蘇建設(shè)信息網(wǎng)下載調(diào)查問卷表，結(jié)合江蘇省污水處理廠清單，項(xiàng)目分組開展城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置問卷調(diào)查和污泥樣品采集工作。

2.1 問卷調(diào)查

在各市、縣行業(yè)主管部門及城鎮(zhèn)污水處理廠的積極配合下，如實(shí)填寫污泥處理處置調(diào)查問卷，內(nèi)容包括污水處理廠基本情況、污泥檢測情況及污泥處置基本情況[1]，要求真實(shí)反映本地區(qū)污水處理廠污泥處置現(xiàn)狀。

2.2 實(shí)地調(diào)研

對江蘇省556座污水處理廠和329座污泥處置社會資源進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，利用GPS定位經(jīng)緯度并收集匯總。在此基礎(chǔ)上對其中規(guī)模較大、運(yùn)行較穩(wěn)定的污水處理廠進(jìn)行冬夏兩季污泥樣品采集和分析測定[1]，同時(shí)收集不同的污水處理工藝流程。

2.3 調(diào)查結(jié)果

至2015年底，江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠達(dá)556座，總規(guī)模512.4萬m3/d，城市污水總處理量達(dá)522 144萬t/a。污泥處理處置主要有焚燒、有機(jī)質(zhì)制肥、預(yù)處理后衛(wèi)生填埋及水泥窯爐混燒等4種方式，全省共有329家公司提供污泥處理處置資源。

隨著越來越多的城鎮(zhèn)污水處理廠建成投運(yùn)，在凈化水質(zhì)的同時(shí)，“副產(chǎn)品”污泥的產(chǎn)生量也在急劇上升。年產(chǎn)含水率80%的污泥約270萬t。目前，全省城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥主要有4種處置方式：有機(jī)肥處置、焚燒處置、水泥窯處置和填埋處置。以污泥產(chǎn)量計(jì)，堆肥占10.4%，衛(wèi)生填埋占10.4%，制作建材占8.7%，焚燒占68.5%，其他占2%，全省共有16座城鎮(zhèn)污水處理廠同時(shí)采用多種污泥處置方式，全省共有219處污泥處置社會資源。

調(diào)查顯示目前江蘇省污泥處置市場仍然比較混亂，體現(xiàn)在大部分污水處理廠將20%～30%的污泥處置費(fèi)用花費(fèi)在運(yùn)輸成本上，產(chǎn)生的污泥并沒有在最佳污泥處置社會資源處實(shí)現(xiàn)優(yōu)化處置。更有甚者，部分污水處理廠的城市污泥僅被簡單“棄坑”處置，跨市不規(guī)范運(yùn)輸污泥的現(xiàn)象也屢見不鮮[2]。這些現(xiàn)象表明，江蘇省迫切需要采用信息技術(shù)改變舊的管理模式，建立新的管理機(jī)制，優(yōu)化污水處理廠和污泥處置社會資源的布局。

3 數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換

3.1 建立數(shù)據(jù)庫

基于ArcGIS建立江蘇省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫[3]，包括省道路、水系、植被、行政區(qū)劃圖等要素圖層，如圖2所示。

圖2 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫

將全省556座污水處理廠統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)及329處污泥處置社會資源點(diǎn)的GPS定位數(shù)據(jù)等各項(xiàng)調(diào)查指標(biāo)按地點(diǎn)輸入Excel表中，并轉(zhuǎn)化為DBF4格式通過ArcGIS導(dǎo)入到江蘇省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫。

3.2 影像配準(zhǔn)

選取陸地衛(wèi)星ETM假彩色合成遙感影像資料（30 m空間分辨率），利用ArcGIS軟件參照地理坐標(biāo)系GCS_WGS_1984進(jìn)行幾何配準(zhǔn)，再以行政區(qū)邊界切割已配準(zhǔn)好的遙感影像圖[3]，作為專題底圖展示，如圖3所示。

圖3 遙感影像底圖

3.3 地圖標(biāo)定

利用ArcGIS轉(zhuǎn)換生成GPS點(diǎn)文件功能，將污水處理廠、污泥處置社會資源屬性表導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，按地理坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度）轉(zhuǎn)換成顯示XY數(shù)據(jù)的專題圖層[3]，疊加于遙感影像地圖上，如圖4所示，直觀地展示污水處理廠和污泥處置社會資源的空間分布狀況，同時(shí)關(guān)聯(lián)調(diào)研統(tǒng)計(jì)獲得的屬性數(shù)據(jù)，最后以省市兩級比例尺組織管理各市級專題圖層并入庫。

圖4 江蘇省污水處理廠分布

4 空間分析

4.1 污水處理廠分布

由圖5可知，蘇南地區(qū)污水處理廠的分布密度遠(yuǎn)大于蘇中和蘇北地區(qū)。特別是蘇州地區(qū)，污水處理廠分布十分密集，這是因?yàn)殡S著工業(yè)的發(fā)展以及人們環(huán)保意識的提高，蘇州許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)也開始建設(shè)污水處理廠，收集污水進(jìn)行統(tǒng)一處理。但是，廣大的蘇北地區(qū)污水處理廠數(shù)量相對較少，有的縣至今還未建成一座污水處理廠。從圖5上可直觀地看出，江蘇省蘇南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及環(huán)境影響程度均領(lǐng)先于蘇中蘇北地區(qū)，這對于今后環(huán)境等部門的決策分析起到輔助支持作用。

圖5 江蘇省污水處理廠分布情況

4.2 污泥處置社會資源分布及處理方式

由圖6可知，大部分污水處理廠的污泥處置方式以有機(jī)肥處置為主，總體呈現(xiàn)蘇南地區(qū)高于蘇北地區(qū)的趨勢。建議在城市污水處理廠密集的蘇州、無錫、常州地區(qū)，實(shí)現(xiàn)污泥集中處置方案，特別是重點(diǎn)發(fā)展（污泥干化后）焚燒或填埋處置方案；南京、鎮(zhèn)江及蘇中地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展污泥高干度脫水后單獨(dú)填埋處置或混合填埋技術(shù)；污水處理廠密度小的蘇北地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展填埋技術(shù)及土地利用方式處置技術(shù)。建議在原水價(jià)基礎(chǔ)上新增水價(jià)0.14～0.20元/m3，作為污泥處理處置費(fèi)，按經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，蘇南地區(qū)取上限，蘇北地區(qū)取下限，其他地區(qū)為中等偏上。綜合考慮先進(jìn)技術(shù)、環(huán)境要求、經(jīng)濟(jì)成本等多方面因素，選取最為合理的污泥處置方式。

圖6 江蘇省污泥處置社會資源及處理方式分布情況

4.3 最近設(shè)施點(diǎn)分析

ArcGIS的最近設(shè)施點(diǎn)分析（Network Analyst）功能可以找出特定位置周圍最近的設(shè)施，其分析結(jié)果會在地圖上顯示事發(fā)位置與設(shè)施點(diǎn)之間的最佳路徑，還可以同時(shí)為多個事故點(diǎn)查找最近設(shè)施點(diǎn)[4]。研究以揚(yáng)州8座大規(guī)模污水處理廠為例[5]，結(jié)合道路、行政區(qū)劃等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，對區(qū)域內(nèi)污泥處置社會資源進(jìn)行最近設(shè)施點(diǎn)分析，確定最短路徑污泥處置方案[4]。如圖7所示，深色字體代表需要處理污泥的污水處理廠，淺色字體代表周邊污泥處置社會資源，經(jīng)過GIS最近設(shè)施點(diǎn)分析，得出揚(yáng)州8座污水處理廠的最近污泥處置社會資源直觀圖[6]，為環(huán)境建設(shè)與管理部門提供技術(shù)與經(jīng)濟(jì)成本的參考信息。

圖7 污泥處置最近設(shè)施點(diǎn)分析

揚(yáng)州南部新城區(qū)是未來城市發(fā)展重點(diǎn)區(qū)域。位于南部的湯汪和六圩兩座污水處理廠日均處理污水31萬t，出水水質(zhì)綜合合格率達(dá)98%以上，日產(chǎn)污泥約300百t[5]，經(jīng)過GIS最近設(shè)施點(diǎn)分析得出最佳處理方案：兩座污水處理廠污泥均運(yùn)輸至揚(yáng)州旺龍建材有限公司，進(jìn)行水泥窯爐混燒的污泥處理處置（圖8），可達(dá)到污水污泥處置能耗成本低且較環(huán)保效果。

圖8 揚(yáng)州南部污泥處置最近設(shè)施點(diǎn)分析

5 結(jié) 論

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的加快，江蘇省越來越多的污水處理廠建成投運(yùn)，伴隨的污泥處置社會資源也越來越多樣化。研究顯示，利用GIS與GPS技術(shù)對污水處理廠和污泥處置資源進(jìn)行空間管理與分析，可促進(jìn)城鎮(zhèn)污水污泥處理的信息化管理。研究還表明，蘇南地區(qū)污水處理廠及污泥處置設(shè)施的分布密度遠(yuǎn)大于蘇中和蘇北地區(qū)，建議有關(guān)部門結(jié)合“十三五”規(guī)劃，優(yōu)化蘇南區(qū)域污泥處理設(shè)施布局，增強(qiáng)蘇中北地區(qū)污泥處理廠及污泥處置資源設(shè)施建設(shè)。同時(shí)，利用ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析對污水處理廠和污泥處置進(jìn)行最近設(shè)施點(diǎn)分析，為污水處理廠提供經(jīng)濟(jì)合理有效的污泥處置資源方案，科學(xué)指導(dǎo)城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥處置工作。

[1] 鄭翔翔. 江蘇省城市污水處理廠污泥處置技術(shù)政策研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[2] 王雅婷. 城市污水廠污泥的處理處置與綜合利用[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理，2011，36（1）：90-94.

[3] 宋小冬，鈕心毅. 地理信息系統(tǒng)實(shí)習(xí)教程[M]. 北京：科學(xué)出版社，2007.

[4] 魏 平. 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 長春：吉林大學(xué)，2013.

[5] 黃正芳，湯潛之，張 蕾. 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置現(xiàn)狀及對策探討——以揚(yáng)州市為例[J]. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2014，33（6）：43-45.

[6] 顏維安，杭德榮，楊國靜，等. 用地理信息系統(tǒng)評價(jià)垃圾填埋場選址的研究[J]. 中國衛(wèi)生工程學(xué)，2003，2（3）：133-135.

（責(zé)任編輯：成 平）

Information Management and Analysis of Sludge Disposal in Jiangsu Province Based on GIS

XU Yan1，ZHANG Xue-ying2，ZHOU Li-xiang3，LIU Feng-wu4
（1. Resources and Environmental Engineering, Yangzhou Vocational College, Yangzhou 225009, PRC; 2.College of Environmental Sciences, Nanjing Tech University, Nanjing 210000, PRC; 3.Resources and Environmental Engineering, Nanjing Agriculture University, Nanjing 210000, PRC; 4.Resources and Environmental Engineering, Shanxi Agricultural University, Jingzhong 030801, PRC）

In view of the poor sludge disposal situation of Jiangsu Province, the distribution of the sewage treatment plant, quantity of sludge and the ability to dispose of sludge were investigated by Questionnaire survey and on-the-spot investigation in Jiangsu Province. Combined with the technology of GIS and GPS, the geographic database of sludge disposal and treatment was constructed. Using GIS spatial technique, thematic analysis and recent facilities point analysis of Yangzhou City were conducted. It provided technical and decision support for urban construction and management.

3S technology; sewage treatment plant; recent facilities point analysis

book=47,ebook=55

X799.3

A

1006-060X（2016）12-0047-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.012.016

2016-10-24

國家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目（21207065）

徐 艷（1981-），女，江蘇揚(yáng)州市人，碩士研究生，主要從事GIS應(yīng)用與開發(fā)方面的研究。

張雪英