宿茫茫，臧 浩

(1.青島市益水工程股份有限公司，山東 青島 266000； 2.中國礦業(yè)大學，江蘇 徐州 221116；3.山東省煤田地質局 第一勘探隊，山東 青島 250102)

近年來，隨著我國城市化程度的不斷加深，大量人口從鄉(xiāng)村地區(qū)涌入城市，城市水污染情況日益嚴重，城市污水處理設施數(shù)量劇增[1-5]。因此，合理擴建污水處理設施可以帶來顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益[6-9]。城陽污水處理廠擴建工程已成為青島市的重要工程之一。為確保污水處理廠擴建的可行性，通過分析耗水量、進出水水質、廢水水質，確定擴建規(guī)模，工藝方案通過工藝和設備選擇進行比較。最后，對污水處理設施擴建項目的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益進行了有效評估。研究結果可作為城陽污水處理設施擴建的決定因素，其經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益評價方法或模型可供專家和同仁對同類污水處理設施進行評價。

1 工程背景

1.1 污水處理廠基本概況

日處理能力為1萬m3的卓越污水處理廠于2007年10月開工建設，采用(車床)氧化挖掘處理工藝，廢水水質符合《城市污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)[10-13]1B類標準，總投資約2 500萬元。 2013年，自來水廠實施了日處理能力2萬m3的升級改造項目，污水處理廠符合《城市污水處理廠污染物排放標準概述》(GB 18918—2002)A級標準。鋼筋混凝土制成結構與用于城市污水處理設施擴建的首批技術裝備正在有效運行，運行狀況良好，如圖1所示。

圖1 污水處理廠擴建前的基礎設施現(xiàn)狀Fig.1 The current state of infrastructure before the expansion of the sewage treatment plant

1.2 擴建工程方案

1.2.1 擬建規(guī)模確定

2018年平均污水量為18 314 m3/d，月平均污水量最高為12月份的19 789 m3/d。2019年平均污水量為15 636 m3/d，月平均污水量最高為9月份的18 780 m3/d。污水量年均增長率達17%。2020年，有71 d的污水進水量超出該廠設計規(guī)模，日最大進水量高達23 218 m3/d。該污水處理廠服務范圍內大型企業(yè)的用水情況見表1。

表1 污水處理廠服務范圍內大型企業(yè)部分月用水量Tab.1 List of some monthly water consumption of large enterprises within the service scope of sewage treatment plant m3

以污水處理廠服務范圍內主要服務企業(yè)實際進水量與規(guī)劃進水量為依據(jù)，確定該工程的設計規(guī)模為2萬m3/d。

1.2.2 進排水質標準

進水水質是判斷項目是否可行的重要依據(jù)，進水所含各類物質成分須以實際檢測數(shù)值為準。當然，污水處理廠的未來定位也必須考慮在內，污水處理廠的進水口混有處理難度較大的工業(yè)廢水等水源。因此，污水處理廠的擴建必須綜合考慮工業(yè)廢水和生活廢水的關系，為確定污水處理處理工藝提供理論依據(jù)。實測進水數(shù)據(jù)各項指標保證率統(tǒng)計如圖2所示。

圖2 實測進水COD保證率曲線Fig.2 Measured influent COD guarantee rate curve

規(guī)劃進水水質：TP為17 mg/L；NH4-N為51 mg/L；COD為830 mg/L；TN為63 mg/L；SS為490 mg/L；BOD5為250 mg/L；pH值為6～10。

根據(jù)《威海城市總體規(guī)劃(2004—2020年)》和膠東半島地方性法規(guī)，威海污水處理廠廢水水質應達到GB 18918—2002中的1A級排放標準。規(guī)劃廢水水質：TP≤0.5 mg/L；NH4-N≤8 mg/L；COD≤50 mg/L；TN≤15 mg/L；SS≤10 mg/L；BOD5≤10 mg/L；pH值為6～9；大腸桿菌≤1 000個/L。

2 污水處理工藝

2.1 工藝選擇原則

處理方式的選擇直接影響到處理廠的出水質量、運行成本、運行穩(wěn)定性以及對管理水平的要求高低[14-16]。因此，需要科學分析和評估服務范圍內的廢水質量和自來水廠的現(xiàn)有條件，以確定合理的處理工藝。

污水處理工藝選擇原則：所確定污水處理工藝應具有穩(wěn)定的處理能力，技術成熟且經(jīng)處理所得水質應符合規(guī)定的排水標準；所確定工藝應在易于維護管理、運行穩(wěn)定、高效節(jié)能及經(jīng)濟合理的基礎上力求技術先進；選擇過程應充分考慮結合現(xiàn)狀和建設過程中沿海環(huán)境惡化的合理性和可行性；設計應該基于現(xiàn)有技術的改造；應盡量降低改造初期土建投資費用和維護成本，提高投資回報；設計改造方案應能夠根據(jù)不同施工階段和設計要求轉換技術程序和操作條件，提高設計改造方案的靈活性，并充分促進加工設計和操作設備優(yōu)化，最大限度地提高安全生產(chǎn)效率。

2.2 設施選擇原則

根據(jù)國內外污水技術的發(fā)展歷史和特點，市政污水處理廠的改造設施的選擇應遵循以下原則：所選設施應與現(xiàn)有設備相對應，設施應具有高效處理能力，設施技術與時俱進；經(jīng)處理所得排水水質達標，產(chǎn)品污染物含量低，易于處理；所選設施運行維護費用低，保證經(jīng)濟效益的同時力求設備操作簡單，監(jiān)控手段多樣以提升其穩(wěn)定性；所選設施應盡量降低改造時的土建投資費用和占地面積；盡可能降低設施投產(chǎn)后對環(huán)境的影響，處理好運營產(chǎn)生的異味，控制噪聲[17-20]。建設本項目的基本要求是：占地面積小。

2.3 方案的比較選擇

(1)方案1：A2/O工藝。該方法具備二級處理工藝，其具體流程如圖3所示。

圖3 A2/O工藝流程Fig.3 A2/O process flow chart

進入廠區(qū)的廢水經(jīng)粗篦、細篦、活性砂盆及初沉池去除部分SS、BOD5和COD，隨后在生物A2/O反應池內實現(xiàn)生物脫氮除磷，進一步廢水在二沉池內再次沉淀，分離污泥，去除有機物，去除P元素；二級澄清池處理所得廢水進一步在高效澄清池內去除磷元素及懸浮物；高效澄清池流出廢水進入臭氧接觸池進行臭氧氧化，降低大腸桿菌數(shù)量達A級標準并進一步去除殘留COD，所得終水即可排入大海。

(2)方案2：MBBR工藝。廢水進入污水處理廠后，經(jīng)粗格柵提升泵房→細格柵→曝氣砂盆→初沉池分離大部分的有機物、重鉻酸鹽和懸浮物，然后進入MBBR池。具體流程如圖4所示。

圖4 MBBR工藝流程Fig.4 MBBR process flow chart

微生物可在表面積大且粗糙的裝載體表面積聚繁殖，載體顆粒的內表面能夠防止黏附微生物的破壞。大量空氣吹入所產(chǎn)生氣泡在水中漂浮并擠壓生物填料，與水形成對流。水與空氣流經(jīng)生物填料不光滑的內表面時，產(chǎn)生大量微小氣泡，提高了氧氣的輸送效率及微生物吸氧的可能。維持較低沖擊載荷及增加泥漿年齡是負載體顆粒的主要任務，較高的污泥含量使沖擊負荷隨之增高，增加了污水處理廠的負荷，如圖5所示。

圖5 MBBR生物載體及菌群Fig.5 MBBR biological vector and flora map

方案1、方案2技術及經(jīng)濟比較見表2。

表2 方案技術及經(jīng)濟比較Tab.2 Technical and economic comparison of schemes

根據(jù)表2方案技術比較結果可知，2種方案均可滿足廢水排水水質要求，但方案2使用泥—膜復合法可提高系統(tǒng)的抗沖擊能力，能夠保證冬季廢水處理的穩(wěn)定性，且方案2對應當前工廠流程，更方便管理和維護。因此，項目采用方案2(MBBR工藝)處理污水。

3 經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益評價

3.1 經(jīng)濟效益評價

財務敏感性分析如圖6所示，盈虧平衡分析如圖7所示。

圖6 財務敏感性分析Fig.6 Financial sensitivity analysis chart

圖7 盈虧平衡分析Fig.7 Break-even analysis chart

財務評價表明，建議水價是可行的。所得稅前的內部財務利率(所有投資)為 11.13%，高于行業(yè)慣例的參考利率 5%；投資回收期10年(建設期2年)，低于基準回收期15年； 凈現(xiàn)值大于0，其他指標滿足行業(yè)要求，財務上可行。財務敏感性分析表明，水的定價對財務內部收益率有重要影響。因此，為保證項目建成后的正常運行，建議設定合理的價格水平。

綜上所述，該項目財務評價結果良好，經(jīng)濟上是合理的。本項目實施后，將改善城市內河環(huán)境質量，恢復內河多功能利用，減少污水對城市部分地表水和地下水的污染，提高水的可利用性，資源將得到改善。同時，當內河水質變清時，將進一步改善城市生態(tài)環(huán)境及城市投資環(huán)境，可以產(chǎn)生巨大的間接經(jīng)濟效益。

3.2 社會效益評價

污水處理廠的興建對改善城市的環(huán)境質量、優(yōu)化城市的基礎設施建設、建設生態(tài)文明城市具有積極作用。污水處理廠的建設，能夠吸引外方資金的投資，改善城市投資構成，對經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生有益影響。此外，由于污水處理廠的建設，城市內河水質將得到改善，間接減少了各種傳染病和對居民健康的威脅，保障了人民的健康和生命安全。構建生態(tài)文明和可持續(xù)發(fā)展作為我國的基本國策，目前我國水污染仍較為嚴重，水資源保護以及對污染水體的治理越來越受到國家和地方的重視，對經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展以及和諧社會的建設具有重要的影響。

3.3 環(huán)境效益評價

污水處理廠項目是一項保護生態(tài)環(huán)境、改善人民健康水平、提高社會幸福指數(shù)的環(huán)保工程。在我國，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，環(huán)境的保護越來越受到重視。污水處理工程是環(huán)境保護實施的重要手段之一，對地區(qū)經(jīng)濟轉型及可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。城陽區(qū)城市污水處理廠三期改擴建完成后，廢水將達到《城市污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)。擴建總加工規(guī)模10萬m3/d。各類污染物年減少量COD為14600t/a，BOD5為6 935 t/a，SS為10 585 t/a，TN為1 277.5 t/a，TP為237 t/a。

4 結論

本文以城陽市污水處理廠為研究對象，對其擴建規(guī)劃及經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益進行評價。

(1)根據(jù)全市污水處理廠服務區(qū)規(guī)劃水量和現(xiàn)水廠實際取水量，確定項目設計規(guī)模為2萬m3/d。

(2)經(jīng)比較，方案2所采用的泥—膜復合法可以保證污水處理廠冬季的污水處理能力，且方案2與當前工廠流程適配，便于管理和維護。因此，項目采用方案2(MBBR工藝)進行污水處理。

(3)各項指標基本滿足行業(yè)最低要求。項目財務評價結果良好，經(jīng)濟可行。

(4)水廠建設將改善城市內河水質，減少各種傳染病和對居民健康的威脅，保障人民的健康和生命安全。

(5)各類污染物年增減量分別為：CODcr減少14600t/a，BOD5減少6935t/a，SS減少10585 t/a，TN減少1 277.5 t/a，TP減少237 t/a。