（工商管理专业论文）临港产业区污水处理系统规划布局研究.pdf

中文摘要 随着工业经济的高速发展，我国的水环境污染形势严峻。城市污水处理系统 是城市基础配套设施的重要组成部分，在控制水环境污染方面发挥着重要作用。 加快城镇污水处理设施建设、促进其高效运行非常必要。目前，城镇污水处理系 统规划布局模式分为集中式和分散式两种，并以集中式为主。城镇污水处理系统 的规划布局是否合理、是否经济、是否符合所在区域的实际发展状况，决定了污 水处理系统建成后能否充分发挥其应有的作用。 天津临港产业区作为天津滨海新区的新建功能区正在进行污水工程规划工 作，规划污水总量达5 4 5 万吨，以生活污水、粮油加工和装备制造企业生产废 水为主。本文在搜集和参考了大量实际资料的基础上，紧紧围绕天津临港产业区 污水处理系统规划布局模式进行研究，对集中式和分散式污水处理系统的概念、 特点、发展现状、存在问题和建设成本进行深入的分析，并根据临港产业区自然 条件、用地现状、总体规划布局、地块划分情况和用地性质、给水工程规划等资 料，结合临港产业区总体规划、建设时序和发展预测，设计了集中式污水处理系 统、分散式污水处理系统、相对集中式三种方案，从建设运行成本和环境效益上 进行分析和比较，研究结果表明相对集中式污水处理系统较其他方案更具有优 势，临港产业区更适宜采用相对集中式污水处理规划布局方案。 关键词：滨海新区；临港产业区；污水处理系统；集中式布局；分散式布局 a bs t r a c t w i t ht l l eh i g h - s p e e dd e v e l o p m e n to ft h ei n d u s t r i a le c o n o m y ，t h e w a t e r p o l l u t i o no fo l l rc o u n t r yh a sb e e ni i la 铲i ms i t u a t i o n u r b a n w a g et r e 戤m e n ts y s t e m i sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ec i t ya u x i l i a d ，i i l 触s t r u c t u r c 蠡c i l i t i e s ，w h i c hp l a y s a s i g n i f i c a n tr o l cw i t ht 1 1 ew a t e rp o l l u t i o nc o n t r 0 1 ni sn e c e s s a 巧t oa c c e l e r a t et h eu r b a n s e w a g et r e a t m e r i ti n 丘a s t r u c t u r ec o n s t r u c t i o na n dp r o m o t e t h e ke f f i c i e n to p e r a t b n a t p r e s e i i c ，t h eu r b a ns e w a g et r e a t m e n ts y s t e mi a y o u tc o n s i s t so f t w om o d e s ：c e m r a l 娩e d 锄dd i s t r i b u t e d ，w i t ht h ec e m r a l 注e dp r i i n a r i l y 1 1 1 er e a s o n a b l e ，e c o n o m yo ft h eu r b a n 锄dt h ca c t u a ld e v e l o p m e n ti i lt h er e g i o nd e t e n n i i l et h ee 疏c to ft h es e w a g et r e a t m e n t s y s t e ma f t e rc o n s t n j c t i o l l t i l ep l a 蛐洫go ft h e w a g ee n g m e e r m gi sb e 洫gp i a n e d i l lt i a n j i i lp o r t m d u s t n ，盯e aw h i c h ii san e w 如n c t i o n a la r c ao fb i r l i l a im wa r e a t h et o t “v o l u m eo d t h ep l a l l i l h g w a g er c a c ht 05 4 5t o 邶，i m i n l yi 1 1 c l u d e ss a n i t a r ) ，s e w a g ea n dt h e i n d u s t r i a lw a s t e w a t e r i nt h i sp a p e r 孤锄l y s i so ft h ec e n t r a i i z e da n dd i s t r i b u t e d s e w a g et r e a t m e n ts y s t e m sc o n c e p t ，c h a r a c t e r i s t i c s ，d e v e l o p m e ms i t u a t i 0 玛e x i s t i l l g p r o b l e m s 锄dc o n s t r u c t i o nc o s ti sc a r r i e do u to nt h eb a s eo f t h ea c t u a ld a t a a c c o r d i n g t 0t h en a t u r a lc o n d l t i o n s ，l i al a n dc o n d i t i o l l ，o v e 豫l ll a y o u t ，t h ep l o to fl a n d ，t h eu s a g e o fl a n da n dw a t e rs u p p l ys y s t e r 玛ac e n t r a l i z e ds e w a g et r e a t m e ms y s t e 弛ad i s t r i b u t e d s c w a g et r c a t m e ms y s t e m 明d ar e l a t i v ec e n t r a l 娩e dh a v eb e e nd e s i g n c d ，ac o m p a r a t i v e 锄a l v s i so ft h et l l r e ec a s e sl l a v eb e e nm d eb a s e do nt h ec o s to fc o l l s t r u c t i o na n d o p e r a t i o n 锄du 把e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s 1 kr e s u i t so ft h e 孤a l y s i s 洫d i c a t et h a t r e m i v ec e n t r a l i z e ds e w a g et r e a t m e n ts y s t e mh 嬲r n o r ea d v a m a g e st h a i lo t h e rs c h e m e s ， a n dm o r es u i t a b l eb eu s e d 证t h et i a n j i l lp o r ti i l d u s t 巧a r e a k e yw o r d s ： b i n h a in e wa r e a ，t i a n j i i lp o r ti 1 1 d u s t 巧a r e a ，u r b a ns e w a g e t r c a t m e n ts y s t e m ，c e n t m l 娩e dt r c a t m e n tl a y o u t ，d i s t r i b u t e dt r e a t m e n tl a y o u t 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 随着工业经济的高速发展，我国的水环境污染形势严峻，水污染问题是制约 中国经济发展，危害民众生产、生活，甚至危及社会稳定的重要因素。加快城镇 污水处理设施建设、促进其高效运行非常必要。国家发改委、建设部、国家环保 总局在全国城镇污水处理及再生利用设施建设“十一五 规划也明确提出 “优先完善既有设施，大力加强配套设施，合理布局新建设施，对“十一五期 间全国城镇污水处理、污泥处理与处置、配套管网及再生利用设施的建设和运营 管理进行统筹规划 。截至2 0 1 0 年6 月底，全国己累计建成城镇污水处理厂 2 3 8 9 座，污水处理能力达到1 1 5 亿立方米日，在建城镇污水处理厂达1 9 2 9 座 2 o 但是在大量污水厂已建成，全国污水处理能力得到显著提高的同时，也暴露 出一个不容忽视的问题，即一大部分污水处理厂并没有按照原有规划设计达到有 效运行。由于污水管网不配套、污水处理厂设计规模不合理、建成后运行经费不 足等原因，一些城镇污水处理厂负荷率不足3 0 ，特别是设计规模超过1 0 万立 方米日的大型污水处理厂，长期运行负荷率低，造成设施的闲置浪费。 天津临港产业区批建于2 0 0 7 年l o 月，位于天津滨海新区南部临港经济区内， 北起津晋高速东公路延线；南至南港工业区北防波堤，西以海滨大道为界，东至 一3 m 等深线水域，规划面积1 2 0 平方公里，是市委市政府加快滨海新区开发开放 的重大战略举措和滨海新区“十大战役”的重要组成部分；是滨海新区开辟新型 工业化道路，构筑高端、高质、高新产业结构，增强自身综合实力的重要载体。 作为新建功能区，区内道路、水电、煤气、供热、通讯、电力等基础配套设施和 相关的生活服务设施均要新建，根据建设时序、区域平面和发展产业特点进行总 体规划和布局，具有一定的特殊性。按照市委市政府和滨海新区的要求，自开工 以来，经过三年的努力，重点加强了临港产业区防波堤、围海造陆和基础配套设 施的建设，已形成陆域面积达3 l 平方公里。在天津市和滨海新区招商投资服务 中心的大力支持下，临港产业区的招商工作取得了较大进展。目前，临港产业区 在谈招商项目已达3 6 个。北方重装基地、新兴建材产业基地、方通集团临港产 天津大学硕士学位论文第一章绪论 业基地等项目入驻临港产业区并开工建设。 随着产业区建设加快，招商引资工作加快，大批企业将入驻产业区，哪种污 水处理系统建设模式更适合产业区的发展，是急需研究和解决的问题。 1 2 研究的意义 城市污水处理系统是城市基础配套设施的重要组成部分，在控制水环境污染 方面发挥着重要作用。尤其是对新建城区来讲，污水处理系统规划是否合理、是 否经济、是否符合所在区域的实际发展状况，决定了污水处理系统建成后能否充 分发挥其应有的作用。 天津临港产业区根据规划布局、结合招商入区企业的需求，及周遍现有市政 配套设施的情况，制定了由北向南、由西向东的建设开发顺序，逐步推进区域发 展和招商引资工作，以发展装备制造、粮油加工和物流产业为主，兼具生态休闲 和生活功能。区域污水以生活污水、粮油加工和装备制造企业生产废水为主。结 合临港产业区自然条件、用地现状、总体规划设计原则、给水工程规划等资料、 在充分考虑经济效益和环境效益的基础上进行分析和研究，选择适合临港产业区 污水处理系统规划布局模式，对临港产业区未来发展具有深远意义。 1 3 本文研究的主要内容 本文内容紧紧围绕天津产业区污水处理系统的规划布局模式进行研究，为使 规划布局模式具有科学性、更符合产业区实际发展、避免因过早、过大建设造成 设施闲置和资金浪费，在对集中式污水处理系统和分散式污水处理系统的优缺 点、建设和运行成本，污水管网投资情况进行充分分析的基础上，结合临港产业 区总体规划、建设时序和发展预测，从而确定临港产业区污水处理系统的规划布 局模式。主要创新内容如下： 1 、影响污水处理系统布局规划的相关因素主要包括：自然条件等基础资料 的选取、新建城区总体规划和其他相关专项规划、新建城区的开发建设时序等等； 其中开发建设时序对新建城区的污水处理系统的规划布局模式的最终确定起到 决定性作用。 2 、污水处理系统布局规划模式决定了污水处理系统的分区范围及污水处理 厂的规模；相对集中式污水处理系统更有利于从源头上控制水环境污染和对再生 水进行回用。 3 、临港产业区以港口航道为依托，重点发展装备制造、轻工及粮油食品加 天津大学硕士学位论文第一章绪论 工、物流三大产业板块，除工业生产和港口运输外，兼具生态休闲和生活功能。 因此它既不同于传统港区以码头装卸、货物运输为主，又与城市存在着很大差异， 而是一个港口与城市的结合体。产业区污水处理系统应结合区域发展行业类型和 空间布局进行规划和建设。通过对相关资料进行充分的分析和研究，结合临港产 业区开发建设时序，在充分考虑经济效益和环境效益的基础上，三种污水处理方 案进行比较，认为临港产业区目前更适宜采用相对集中式污水处理方案。 天津大学硕士学位论文第二章研究背景综述 第二章研究背景综述 水是人类赖以生存的宝贵资源，也是国家经济建设和社会发展的重要影响因 素，具有不可替代的作用。在水资源日益缺乏的同时，水环境污染越来越严重， 已成为人类不得不共同面对并亟待解决的严峻问题。 2 1 水环境污染概述 产业经济学理论对临港产业研究具有重要的指导意义。临港产业的发展应当 遵循产业发展的规律，进行产业布局和产业结构调整，使之健康发展。 2 1 1 我国水体污染现况 我国是一个水资源严重匮乏的国家，且空间分布极不均衡。在全国6 6 1 个设 市城市中，约有4 0 0 多座城市缺水，其中1 0 0 多座严重缺水，全国城市日缺水量 达1 6 0 0 万立方米，年缺水量达6 0 亿立方米。从表2 1 可以看出，2 0 0 2 年一2 0 0 7 年我国的水资源及人均水资源占有量总体减少趋势，水资源匮乏这一问题将越来 越严峻3 8 3 。 表2 一l2 0 0 2 年_ 2 0 0 7 年水资源情况分析表 指标单位2 0 0 2 年2 0 0 3 年2 0 0 4 年2 0 0 5 年2 0 0 6 年2 0 0 7 年 水资源总量亿m 3 2 8 2 6 12 7 4 6 02 4 1 3 02 7 4 3 02 5 5 0 02 4 6 9 0 人均水资源量 m 3 2 2 0 72 1 3 11 8 5 62 0 9 81 9 4 51 8 7 3 注：以上数据来源于中华人民共和国国家统计局，2 0 0 2 至2 0 0 7 年中华人民共和国国 民经济和社会发展统计公报 而过去3 0 年以来，随着工业经济的不断发展和城市化进程的不断加快，水 环境污染情况日益加剧，我国的江、河、湖、库及近海水域几乎无一幸免，形势 十分严峻。由于对环境保护重视不够，治理资金投入不足，环保欠账过多，对环 境污染的治理情况明显滞后于经济发展；产业结构的不合理，粗放式的经济增长 方式，使得资源消耗量不断增加，造成高投入、高消耗、高排放，水环境污染愈 4 天津大学硕士学位论文第二章研究背景综述 加严重：环境保护执法不严、监管不力、有法不依、违法不究的现象仍普遍存在。 水环境保护已成为经济社会发展中的一个薄弱环节。保护环境关系到我国现代化 建设的全局和长远发展，认清我国环境形势的严峻性和复杂性，把环境保护摆在 更加重要的战略位置，切实做好环境保护工作，才能最终推动经济社会全面协调 可持续发展。 自“九五 以来，我国加大了对城市污水处理设施的建设和工业废水治理的 力度。通过水资源保护规划的制定和实施，重点流域、区域的水污染治理工作得 到明显加强，水环境污染持续加剧的态势得到初步遏制。 2 0 0 6 年，国家环保总局公布全国环境统计公报，全国废水排放总量为 5 3 6 8 亿吨，比上年增加2 3 【9 】。其中，工业废水排放量2 4 0 2 亿吨，占废水排 放总量的4 4 7 ；城镇生活污水排放量2 9 6 6 亿吨，占废水排放总量的5 5 3 。 化学需氧量排放量1 4 2 8 2 万吨，氨氮排放量1 4 1 3 万吨。在国家环境监测网监 测的7 4 5 个地表水监测断面中，i 类，、v 类，劣v 类水质的断面比例分 别为4 0 、3 2 和2 8 。七大水系中，珠江、长江水质良好，松花江、黄河、淮河 为中度污染，辽河、海河为重度污染。太湖、滇池为劣v 类水质，巢湖为v 类水 质。到2 0 0 9 年，全国废水排放总量为5 8 9 2 亿吨，其中，工业废水排放量2 3 4 4 亿吨，城镇生活污水排放量3 5 4 8 亿吨；化学需氧量排放量为1 2 7 7 5 万吨；氨 氮排放量为1 2 2 6 万吨n0 。2 0 3 条河流4 0 8 个地表水监测断面中，i 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 7 3 、2 4 3 和1 8 4 。 表2 - 22 0 0 6 年和2 0 0 9 年全国废水排放统计表 废水工业废水生活污水 地表水监 时间排放总量排放量排放量 测断面 废水排放总量 ( 亿吨) ( 亿吨)( 亿吨)( 亿吨) i i 类 2 0 0 6 年5 3 6 8 2 4 0 22 9 6 64 0 5 3 6 8 2 0 0 9 年 5 8 9 22 3 4 43 5 4 85 7 3 5 8 9 2 由上述数据可以看出，我国进行全面加强环境监管和环境保护实施工作，取 得了一定的进展。全国工业废水排放情况得到有效控制，废水中部分污染物的总 体排放量正在逐步减少，各地区地表水的污染情况得到有效缓解。但种种数据表 明，我国的水资源污染问题仍然比较严重，全国污水总排放量仍成增长趋势，城 镇生活污水排放量的增长速度明显大于工业污水排放量的增长速度。日益凸显的 水污染问题己经成为制约我国大部分城市甚至是整个国家经济、社会继续快速发 展的瓶颈。 天津大学硕士学位论文第二章研究背景综述 2 1 2 水环境污染原因分析 造成水环境严重污染且问题长期存在的原因是多方面的，主要可以归结为： 对环境保护重视不够，治理资金投入不足，对环境污染的治理情况明显滞后于经 济发展；产业结构的不合理，传统的高投入、高消耗、高排放、低效率的粗放式 的工业生产方式仍占据较大比例；工业废水有效处理效率不高，排放标准过低， 预处理设施建设不到位、运行不稳定；城市生活污水所占污水总量比例呈逐年上 升趋势，2 0 0 8 年达到3 3 0 亿吨，占到全国污水总量的5 8 左右，成为城市水污染 治理的首要任务n ；环境保护执法不严、监管不力、有法不依、违法不究，偷 排现象仍普遍存在：污水管网不配套、污水处理厂设计规模不合理、处理工艺方 案可行性差，建成后运行经费不足等。 2 2 我国污水处理设施建设和运行现状 2 2 1 我国城镇污水处理设施建设现状 在水污染问题日益严重的情况下，水污染治理就显得尤为重要。有效进行污 染源控制的重要措施之一就是大力开展污水处理设施建设，提高污水处理率。我 国的污水处理系统建设还远远落后于发达国家，在美国平均每1 万人就拥有一座 污水处理厂，瑞典和法国每5 0 0 0 人有一座污水处理厂，英国和德国每7 0 0 0 5 0 0 0 人有一座污水处理厂u 副。 国家发展改革委会同建设部、环保总局编制全国城镇污水处理及再生利用 设施建设“十一五”规划，明确提出“优先完善既有设施，大力加强配套设施， 合理布局新建设施，对“十一五”期间全国城镇污水处理、污泥处理与处置、配 套管网及再生利用设施的建设和运营管理进行统筹规划”。 随着环境治理资金的不断投入。截至2 0 1 0 年6 月底，全国累计建成城镇污 水处理厂2 3 8 9 座，污水处理能力达到1 1 5 亿立方米日。目前，全国正在建设 的城镇污水处理厂达1 9 2 9 座。全国已有5 7 9 个城市建成了污水处理厂，累计建 成污水处理厂1 5 1 9 座，污水处理能力达9 8 4 2 万立方米日。其中，3 6 个大中城 市( 直辖市、省会城市和计划单列市) 建成污水处理厂3 5 3 座，污水处理能力达 4 1 0 0 万立方米日。全国仍有7 6 个城市尚未建成污水处理厂，其中，近半数的 城市集中在黑龙江省、吉林省和广东省。 2 2 2 污水处理厂低效运行问题 尽管在大量污水处理厂建成后，城市的污水处理率大幅度提高，但是从已建 6 天津大学硕士学位论文第二章研究背景综述 成的城市污水处理厂的运行情况来看，形势不容乐观。其中一个重要问题就是部 分大规模污水处理厂的污水不能实现满负荷运行，达不到原有规划设计指标，造 成设备的闲置浪费，运行困难，甚至为了减小污水处理厂直接损失，造成部分污 水直接排放，有些污水处理厂污泥未经处理形成了二次污染。这些问题如不加以 研究和及时解决，必然造成国家投资的巨大浪费。 建设部关于加强城镇污水处理厂运行监管的意见中要求“加快配套污水 管网的建设，充分发挥污水处理设施的效益。保证城镇污水处理厂投入运行后的 实际处理负荷，在一年内不低于设计能力的6 0 ，三年内不低于设计能力的7 5 n 引。到2 0 0 4 年底，全国城市污水处理厂运行负荷率平均为6 5 ，比2 0 0 1 年提高了5 个百分点。但是，一部分建成的污水处理厂没有充分发挥效益。截至 2 0 0 5 年6 月底，全国3 6 4 个建有污水处理厂的城市中，仍有3 8 个城市的污水处 理厂运行负荷率低于3 0 ( 包括1 7 个已建污水处理厂未投入运行的城市) 口刘。 其中，地级以上城市1 7 个，包括2 个人口5 0 万以上的大城市，位于重点流域、 区域“十五规划范围内的城市有6 个。 仔细分析环境保护部发布的2 0 0 7 年全国投运城镇污水处理设施清单，“清 单”中的各项数据表明，近几年城镇污水处理设施加速建设，但负荷率却仍不尽 如人意n 钉。已投产的这些污水处理厂中，未达运行负荷要求的污水处理厂占总 数的5 0 左右。截止2 0 0 8 年第一季度，四川省在2 0 0 5 年后建成的污水处理厂 仍有6 家运行负荷未达到6 0 ，而此前建成的有1 3 家运行负荷仍不足7 5 n 钉。 2 0 0 9 年底，辽宁省污水处理厂运行负荷约为8 5 ，但朝阳市等污水处理厂运行负 荷不足6 0 n 。2 0 1 0 年一季度，全国城镇污水处理厂运行负荷率7 6 7 ，较去年 同期提高4 5 个百分点；尚有2 6 1 座城镇污水处理厂负荷率不足6 0 ，没有达到 国家有关要求，占全国污水处理厂总数的1 2 n 引。如何推动污水处理厂走出负荷 率低的困局迫在眉睫。 2 2 3 影响污水处理厂低效运行的因素 出现上述情况，一方面是由于政府对污水处理的投入资金不足、对运营管理 重要性等认识不足；另一方面是由于规划与建设污水处理设施时，重视污水厂建 设，轻视管网配套，污水处理厂的设计规模不合理，片面强调处理能力和集中处 理方式等。 污水处理设施的高水平、稳步建设和运行依赖于科学、合理的污水处理系统 布局、规划。污水处理系统规划是城市总体规划的组成部分，是总体规划中排水 专项规划的深化和细化，为城市排水系统建设和管理、统筹城市污水处理等工程 提供依据。通过合理规划，既能保证污水处理设施的布局合理性、方案可行性， 7 天津大学硕士学位论文第二章研究背景综述 又能同时满足社会效益、经济效益、环境效益等方面的要求。 但事实上，当前大型污水处理厂的规模经济效益并不十分显著，而且还存在 其他一些明显不足。在可持续发展思潮的影响下，视污水为资源与能源载体的国 际学术观点越来越受到重视h 9 刎。为此，不少学者和业内人士正在反思集中式污 水处理这种末端处理方式在回收利用污水中资源与能源方面存在的不足，并将更 多的兴趣转向分散式污水处理的研发和应用，特别是源头控制乜1 船 。 2 3 影响污水处理系统规划布局的因素 污水处理系统规划内容包括污水收水分区的划分、收水水量的预测、污水处 理厂的规模和位置、收水管网的布置，收水管网与污水处理厂的链接等等。因此， 影响污水处理系统规划布局的因素众多，主要包括以下几个方面。 2 3 1 基础性资料 完整、可靠的基础资料是编制科学合理的规划的前提和基础。主要包括自然 条件、区域概况、给排水工程规划和现状等等。 1 、自然条件 自然条件主要包括气象、地形及水文。气象资料中最需要重视的便是风向与 温度。风向影响着污水处理厂位置的确定，一般布置在全年主导风向的下风向； 温度影响着污水处理厂污水处理工艺的选择，因为温度对常用的活性污泥法中的 污泥生长影响很大。水文资料中最重要的是规划范围内各主要河道的信息，地形 资料中最重要的是地势情况，这些均对污水处理厂位置的确定具有重要意义，为 保证污水尽可能自流汇集至污水处理厂，污水厂应建设在地势较低地区。 2 、区域概况 区域概况资料主要包括城区的地理位置，现状人口规模和增长率、社会经济 条件等等。行政区划为排水分区提供最小的排水单元。 现状人口规模和增长率是人口及污水量预测的基础。社会经济条件为规划完 成后的建设资金筹措方案提供一定的参考。 3 、给水和污水工程资料 给水工程现状的资料包括供水水源位置、供水规模，给水厂位置等等。城市 污水总量估算主要依据城市综合( 平均日) 用水量乘以城市污水排放系数确定。 分析给水工程现状有利于了解供水水源情况，确定污水总量和不同类型污水量， 并通过限制污水处理厂尾水排放去向对于供水水源的进行有效地保护，是后续的 污水工程规划的有力依据。 天津大学硕士学位论文 第二章研究背景综述 污水工程现状的资料包括污水处理系统现状等，以便于后续污水工程规划中 收水分区的划分、污水处理厂的位置确定，并需要考虑对原有污水处理设施利用。 2 3 2 与其他相关规划的关系 城市的发展需要进行总体规划和各专业规划，相互协调，共同服务于城市建 设和发展。因此，污水工程规划与其他相关规划之间的关系也是影响污水处理系 统规划布局的重要因素之一。 城市总体规划是各专业规划的依据，各专业规划是总体规划的延续和深入。 污水处理厂厂址的选择上更要结合城市的总体布局进行安排，既要尽可能使污水 自流汇入处理厂，又要考虑污水进行再生处理后的回用问题。 土地利用规划决定了当地的土地利用类型，对于污水工程规划的主要影响在 于：一是确定市政配套设施用地的范围，使污水处理厂厂区位置规划受到限制， 二是不同类型的用地，其污水排放系数不同，影响污水总量的预测。 污水收水管网一般沿城市道路两侧布设，所以污水管网系统规划应与城市路 网规划相结合，以便确定更为合理污水管网布置方案。 污水处理系统的布局规划也受到给水规划的影响，污水总量、尾水排放通道 ( 受纳水体) 的布置要结合给水工程规划的用水量、水源地进行充分的考虑。 9 天津大学硕士学位论文第三章污水处理系统规划布局模式研究 第三章污水处理系统规划布局模式研究 污水处理系统的布局分为大规模集中式和小规模分散式两种，哪种方式更可 行，更适宜城市的建设和发展一直是争论的焦点。集中式污水处理系统一直是市 政工程中的标准处理系统，用于收集和处理大流量污水，也是绝大多数城市的选 择。而小型分散的污水处理厂易于建设，有利于处理后污水的就近利用。从国内 外城市污水处理厂建设的发展历史来看，在人口密集的大中城市，大型集中污水 处理厂是污水处理厂建设的主体，我国大中城市都建设了一些大中型骨干污水处 理厂，对于控制水环境污染发挥了重要作用。但是随着污水处理厂建设速度的加 快，以及在缺水城市污水处理后的综合利用越来越受到人们的重视，污水处理厂 的规划建设有小型化、分散化的趋势。另外，随着污水处理厂的普及，一些小城 镇和远离城镇的别墅区、渡假村也都开始兴建污水处理设施，进一步促进小型污 水处理设施的建设。 3 1 集中式污水处理系统 3 1 1 集中式污水处理系统的概念界定 集中式污水处理系统包括污水集中式收集、排放管网体系和末端治理设施 大型污水处理厂，管网体系收集的污水通过污水处理厂进行深度处理，达标 后再排入自然水系，或回用于城市生活的各个方面，包括市政、绿化、消防、景 观等。所收集的污水类型包括各种城市生活污水，经预处理的工业废水和城市融 雪、降水等。集中式收集和排放管网体系包括汇集和排放城市污水、雨水的管道、 河渠、提升泵站等设施所形成的网络系统。 3 1 2 集中式污水处理系统发展现状 从国内外城市污水处理厂建设的发展历史来看，人们对污水处理问题似乎达 成集中处理的共识，普遍认为大规模集中式的污水处理系统更适合解决城市水量 和水质问题，认为污水高度集中处理不仅能保证建设资金的有效利用、降低处理 能耗，而且能降低污水处理系统的运行管理难度。在人口密集的大中城市，大型 l o 天津大学硕士学位论文第三章污水处理系统规划布局模式研究 集中式污水处理厂是污水处理厂建设的主体，成为城市污水处理的主要方式。人 们关心的水环境污染问题得到有效解决，各个城市纷纷效仿，污水处理厂的规模 也越来越大。英国伦敦东部泰晤士河北岸的b e c k o n 污水处理厂主要承担泰晤士 河北岸3 0 0 k m 2 范围内的工业污水和伦敦市2 4 0 万人口的生活污水处理，日处理能 力达到2 4 0 万吨，是目前欧共体的最大污水处理厂。莫斯科市6 2 0 万吨d 的污 水主要是由库里扬诺夫污水处理厂、留别列兹污水处理厂、留布林斯基污水处理 厂这三个污水处理厂进行处理。而加拿大蒙特利尔的r i v i e r e d e s p r a i r i e s 污 水厂日处理量能达到7 6 0 万吨，是北美最大的污水处理厂口纠。 在我国，也以采用大规模集中式污水处理系统为主。我国水污染防治法 第四十四条第一款明确规定：“城镇污水应当集中处理 3 。北京市高碑店污 水处理厂工程是北京市规模最大的污水处理厂，设计规模为1 0 0 万立方米日， 占全市现状污水量的4 0 。该污水处理厂建成后使市中心区和东部地区的污水得 到净化处理，市区四大河流之一的通惠河水质得到明显改善。上海市竹园第一污 水处理厂和白龙港污水处理厂的设计规模分别为1 7 0 万立方米日和2 0 0 万立方 米日。北京市小红门污水处理厂、重庆市鸡冠石污水处理厂的处理规模都为6 0 万立方米日。天津东郊污水处理厂、石洞口污水处理厂、成都市污水处理厂的 处理规模都为4 0 1 0 4 m 3 d 哺 。 3 1 3 集中式污水处理系统的特点 集中式污水处理系统用于收集和处理大流量污水，是系统化、规模化的污水 处理模式。集中式处理最主要的特征是：统一收集、统一输送、统一处理、统一 回用。 统一收集，即城市的每个片区，按照统一规划建设污水收纳口、收纳管线。 该片区的所产生污水量的标准按照规划中该片区的用地性质、人口密度、生活用 水量标准、工业用水量标准进行计算。收水管线的位置、大小、数量根据预测的 污水量进行规则式排布。 统一输送，即收纳管线收集的所有污水均通过地块周边统一设置的污水输送 管道和提升泵站输送至城市管网末端，进入污水处理厂。污水输送管道网络一般 按照城镇路网布置，最终汇聚到污水处理厂的污水输入管线。输送管道管径大小 按照其沿线收纳的污水总量进行测算，输送管道长度依据污水处理厂的设计规模 和辐射范围。提升泵站的规模、数量、位置则根据输送管道输水量、长度、埋深 进行设计。 统一处理，即污水通过输送管道最终汇入末端治理设施大型污水处理 厂，进行集中处理。大型污水处理厂的位置一般在城镇排水系统的下游，其设计 天津大学硕士学位论文第三章污水处理系统规划布局模式研究 规模根据规划辐射范围内各个地块的用地性质、人口密度、生活用水量标准、工 业用水量标准，并考虑到未来发展按照相关系数进行预测后的总量进行设计，其 规模占地指标都显著优于中、小型污水厂啪 。 统一回用，即污水处理厂的出水经过深度处理后通过城镇内规划好的中水输 配管道进行回用于生产系统或生活杂用。污水回用既可以有效地节约和利用有限 的和宝贵的淡水资源，又可以减少污水或废水的排放量，减轻水环境的污染，具 有明显的社会效益、环境效益和经济效益。 3 1 4 集中式污水处理系统的存在的问题 集中式污水处理系统拥有庞大的污水管网系统、可以进行大水量的污水处 理，不仅能保证建设资金的有效利用、降低处理能耗，体现规模效益，而且能降 低污水处理系统的运行管理的难度。但也不可避免的存在一些问题。 污水处理厂集中式建设占地面积较大，特别是对于老市区，污水处理厂选址 非常困难，拆迁工作量巨大；管网建设耗资较大，大部分污水处理厂需建中间提 升泵站，导致投资过高。一般大型污水处理厂总投资约为工程直接投资的2 3 倍。由于耗资巨大，资金筹措困难，不能按时到位，建设周期拖延较长，不可预 见因素太多，难以和住宅建设同步。 1 、资金投入量较大 集中式污水处理系统的投资包括基建费用和运行费用两个部分，基建费用在 短时期内集中支出，它包括整个工程的勘查、测绘、设计费以及土建、设备、安 装和其他费用；运行费用是在整个项目的生命周期内逐步支付的，如设备维护 费、人工费、物耗、电耗等。 集中式污水处理系统的建设和运行维护所需的资金投入量很大。一个集中式 污水处理系统辐射区域范围较广，污水处理厂设计规模大，一次性的土建及设备 费用投入很高。污水处理厂的基建费用是集中式污水处理系统投资中一个非常重 要的组成部分，数额庞大并需要在短时期内集中支出。褚俊英、陈吉宁等共选取 7 4 家城市污水处理厂进行基建费用的研究比较分析，其结果显示，污水处理厂 的建设费用主要在2 2 0 0 元m 3 之间，吨水投资最小值约为4 1 0 元m 3 ，最大值不超 过为6 3 5 0 元m 3 口7 1 。大型污水处理厂的规模经济效益并不明显，尤其是超过3 0 1 0 4 m 3 d 的大型污水处理厂不具有规模经济效益( 单位建设费用不仅高于设计标准， 也高于其他规模的投资水平) 。相对而言，规模为( 1 1 0 4 m 3 d ) 和规模为( 5 2 0 ) 1 0 4 m 3 d 污水处理厂的单位投资不仅低于设计标准，也低于美国同等规模水平， 投资效率较高。同时，污水处理厂的基建费用还受到建设资金来源、厂址用地、 区域物价水平、污水处理工艺等多方面的影响。 1 2 天津大学硕士学位论文 第三章污水处理系统规划布局模式研究 7 一目6 i r5 誊4 主3 妻2 鬈t o 4 0t 1 2 d 处理规模1 0 一d - 1 ) 图3 - 1 处理规模与单位建设费用之间的关系 集中式污水处理系统中投资最大的部分往往不是污水处理厂，而是起输配作 用的管网系统。集中式污水处理厂收水范围广、收水量高，所以必须建设一个庞 大的污水收集管网体系与其相配套。污水收水点的数量、范围并不具有规模经济 效益的特征。随着污水产生点数量的增加，连接这些地方和污水处理厂的的收纳 和输送管网的长度也在增加。配套的管网体系可能包括几十公里、几百公里甚至 上千公里的管道，几个甚至是几十个中途提升泵站，并且管线越长、流量越大所 需要管径就越大、埋深越深、中途提升泵站的数量就越多。由此必然会造成污水 收集管网体系的投资过高、建设严重滞后、运行维护资金不足，不能尽快发挥污 水收集管网体系的作用，进而严重影响到污水处理厂的正常运行，污水处理厂的 污水处理率达不到设计要求，造成设备的闲置浪费。 庞大的污水收集系统决定了同样庞大的污水回用系统。再生水分级供水受限 制的同时，污水回用管道的建设也变得极不经济，污水再生利用的成本增加，严 重限制了污水厂尾水回用率，使本来就不易推广的再生水回用变得更加困难。 2 、建设周期难以与周边发展同步 污水处理系统的建设以城市给排水专项规划为依据。随着时间的推移，社会 经济不断发展、人口数量不断增加，城市污水量总量不断升高，许多老城区原有 的集中式污水处理系统尚未达到设计年限却已经满负荷或超负荷运行，而修建或 改建污水处理厂和污水输配管网必然涉及到选址、占地、拆迁等问题和对其他市 政基础设施的影响，其中最重要的问题之一就是污水处理厂集中式建设占地面积 较大，污水处理厂选址非常困难，拆迁工作量巨大，资金投入大、牵涉范围广。 而对于新建城区，集中式污水处理系统规模较大，建设周期较长，不可预见因素 太多，如污水输配管网或是污水处理厂不能及时建设到位，产生污水不能有效收 天津大学硕士学位论文第三章污水处理系统规划布局模式研究 集和处理；或是较长时间段内污水总量较低，远远低于管网和污水处理厂的设计 规模，造成设备闲置，大量资金浪费。 3 、长距离输送造成污染及渗漏 城镇污水包括生活污水、工业污水、农业污水等等。在集中式污水处理系统 中，生活污水、工业污水和农业污水合流于收水管网体系。污水中含有大量的细 菌、微生物、化学污染物、重金属、有毒物质等等。污水经年累月在管道中经过 长途运输，管壁和管道接口长期被污染物腐蚀，易造成污水渗漏、污染周边环境。 尤其是对地下水造成污染。地下水的污染过程比较缓慢而且不易发现，一旦污染， 治理起来相当困难，依靠其自身净化，要几十年的时间，依靠人工治理，则要耗 费巨额资金。 城镇污水进行再生处理后，回用的途径主要包括工业回用、农业回用、城市 生活污水回用和回灌地下水等。除用作水源水的再生水外，其它再生水的水质与 自来水仍有很大差距。再生水在管道中经过长途运输，水中的微生物附于水管内 壁易形成生物膜，老化脱落的生物膜会造成再生水的水质下降，达不到所要求的 标准，同时长途输送时由于渗漏还造成3 0 左右的损失瞳引。 3 2 分散式污水处理系统 国务院促发展保增长的“十大措施”中，将加大环保投入作为4 万亿元投资 的重点之一，包括加大污水处理和固体废物处理等环保项目的投资。为改善目前 的水污染现状，全国各个城市乡镇都加大污水处理系统的建设力度，但已建成的 部分污水处理厂部分却被闲置“晒太阳”或是处于半开工状态，污水治理难见成 效，甚至出现了调水处理的怪现象。南昌市红谷滩污水处理厂和象湖污水处理厂 设计处理规模均为2 0 万吨日，但至2 0 0 8 年底实际日处理污水量仅分别为3 9 和2 4 万吨。一方面是污水厂越建越多，一方面是水环境仍在恶化、水污染状况 日益严重。有专家认为，问题的症结就在于我们现行的集中式污水处理这种治污 总体思路不能全面有效地解决问题。当前，应该将污水处理系统“化整为零”。 3 2 1 分散式污水处理系统的概念界定 分散式污水处理系统( d e c e n tr a l i z e ds a n i t a t i o na n dr e u s e ，d e s a r ) 是指 将小规模地区排出的污水分别收集、分别处理：同时强调就近处理，运用低成本、 可持续的处理系统进行污水处理和回用。简单来看，只是在污水产生点附近收集 废水后直接进行一定的处理或是在小规模区域内的各个污水产生点附近收集废 水后统一处理。实质上是将污水按不同成分收集后，根据不同的成分和物质回收 1 4 天津大学硕士学位论文 第三章污水处理系统规划布局模式研究 利用的特定要求进行净化和物质转化工序，处理出水进行回用或补充地下水，产 生的少量污泥被输送到集中地点进行再处理啷1 。可以说，分散式污水处理系统 并不单纯指小规模系统，而是建立在“水资源按用途分类并重复利用，维护最小 能量消耗”的基础上，满足小规模地区污水管理及资源化的要求，是强调分质就 地处理和尽可能回收营养物而形成的一种概念，意味着区域内的水和营养物循环 过程的再调整。这种新的思路就是一种“资源一产品一多种出路”的物质流动， 是一种对水资源的树状利用。污水的分散处理技术已经成为国内外污水处理的一 种新理念。 3 2 2 国内外分散式污水处理系统的发展情况 人们普遍认为大规模集中式的污水处理系统更适合解决城市水量和水质问 题。在人口密集的大中城市，大型集中式污水处理系统是污水处理设施建设的主 体。而“分散”的概念在上个世纪末才开始受到人们的注意和研究哪】。重要的 分散式污水处理系统有：水生植物处理系统、土地处理系统、改良的化粪池系统、 高负荷厌氧处理系统、非传统集水技术等口。 化粪池、高负荷厌氧处理系统、非传统集水技术均属于人工处理系统。化粪 池是用于初步处理粪便废水的一种小型、简便的污水处理设备，容积一般为5 1 0 m 3 。污水通过化粪池，流速减低，水中悬浮物逐渐沉入池内成为污泥。由于池 中厌氧细菌在无氧条件下能降解有机物质，将污泥分解为沼气、二氧化碳及硫化 氢等气体和沉泥。在传统化粪池的基础上，还发展了厌氧折流板式化粪池、u a s b 一 化粪池等隗嚣1 。高负荷厌氧处理系统又主要分为升流式污泥床反应器、厌氧滤 池反应器、厌氧折流反应器、厌氧复合床反应器、膨胀颗粒污泥床等等。 水生植物处理系统、土地处理系统属于自然处理系统。水体生物处理系统主 要是氧化塘，又称生物塘或稳定塘。污水在氧化塘中的净化过程同天然水的自净 过程很相近。根据塘深和塘中所发生的生物反应，稳定塘分为四种类型：好氧塘、 兼性塘、曝气糖和厌氧塘。组合塘工艺更有利于取长补短，取得良好稳定的出水 水质和较短的水力停留时间。尤其是在处理某些高浓度的行业废水时，组合式生 物塘更能显现其优势3 。土地处理系统又包括快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流、 地下潜流和人工湿地哺瑚1 。湿地系统中最常用的为表面流人工湿地，通常利用 天然沼泽、废弃河道等洼地改造而成，底部由粘土层或其它防渗材料构成不透水 层，以防止有害物质对地下水造成的潜在危害，填以渗透性良好的土壤，生长着 各种挺水、潜水植物，污水以比较缓慢的流速和较浅的水深流过土壤表面，经过 表面流人工湿地系统中各种生物、物理、化学作用，从而得到净化聃 。 我国对分散式污水处理及回用的研究与实践已有二十余年。1 9 9 1 年，建筑 天津大学硕士学位论文 第三章污水处理系统规划布局模式研究 中水设计规范的颁布和实施推动且规范了分散式污水处理及回用工作的开展。 此后，在我国，分散式污水处理及回用的研究与实践迅速发展，并积累了较丰富 的实践经验，为我国污水回用事业的发展奠定了重要基础。但从总体来说，我国 在分散式污水处理和回用系统的研究上起步较晚、系统化程度低，加之城市基础 设施的落后，用水管理体制不健全，使得分散式污水处理系统在我国的推广较慢， 更多