（模式识别与智能系统专业论文）膜法再生水项目投资费用函数及费用效益综合评价研究.pdf

摘要 i1 1 = = , i i i 鼍曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼皇曼皇鼍 摘要 污水再生回用是发展循环经济的重要实践，是缓解水资源持续严重短缺的有 效途径，也是建设环境友好型、资源节约型社会的重要组成部分。伴随着再生水 的大规模的应用和普及化，无论是河湖景观还是回用于工业循环冷却水，以及居 民生活杂用均对再生水水质提出了越来越高的要求。在众多的污水深度处理技术 中，膜法水处理技术具有诸多传统污水处理技术无法比拟的优点，近年来逐渐成 为污水深度处理的主流技术，实际工程项目的应用数量和规模呈不断增长趋势， 是解决全球所面临的资源匮乏、能源短缺、环境污染等重大问题最有效的手段之 一。可以预见不久的将来，膜法水处理技术在我国污水回用过程中将处于非常重 要的地位，大规模的工程项目应用必将实施，我国将迎来膜法再生水项目的快速 发展建设时期。 伴随着膜法水处理技术在污水再生回用上巨大的发展潜力，膜法再生水项目 建设将具有一定的普及性。考虑膜法水处理技术是引导高品质再生水生产的首选 工艺，结合我国实际特点，论文根据统计分析法，拟定两个当前在实际项目中应 用较多的膜法水处理技术膜生物反应器和双膜法技术，收集和整理我国己建 膜法再生水项目的建设费用和运行成本等数据，分析其投资费用的重要影响因素 并加以修正，通过数据处理、费用曲线回归分析，得出当前膜法再生水项目的费 用函数，客观地反映了项目投资费用的变化特征，以期为建立适合我国膜法再生 水项目投资的费用函数提供一个新的研究思路。 结合膜法再生水项目费用效益综合评价指标体系特征，选择多层次分析模糊 综合评判方法作为项目费用效益评价手段，通过对膜法再生水项目的费用效益分 析，对项目进行投资费用、经济效益、环境效益和社会效益四个方面的分析，确 定合适的评价指标，建立了以“膜法再生水处理项目费用效益综合评价”为目标 的，“投资费用评价、国民经济效益”等5 个指标为准则层和“建设吨水投资、 运行成本”等1 4 个指标为目标层的综合评价指标体系，用于提高膜法再生水项 目的投资效益和科学决策能力，为决策者提供支持。应用上述研究建立的综合评 价指标体系，以某膜法再生水项目为实际案例进行了验证分析，得出了该膜法再 生水项目各个评价指标的评价分值、综合费用效益评价分值和总体成功度。 关键词再生水；膜法；费用函数；效益；评价 a b s t r a c t t h er e g e n e r a i o no rr e u s eo fs e w a g ei sa l li m p o r t a n tm e t h o dt od e v e l o pr e c y c l i n g e c o n o m ya n da ne f f e c t u a la p p r o a c ht oa l l e v i a t es e v e r ew a t e r r e s o u r e ss h o r t a g e , a s w e ua sa r ti m p o r t a n tp a r to fb u i l d i n ge n v i r o n m e n t - f r i e n d l ya n dr e s o u r c e ss a v i n g s o c i e t y a st h es e w a g er e g e n e r a t i o na n d r e u s ei sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ew i d e s p r e a d , al o to fs e w a g er e u s i n gp r o j e c t sh a v eb e e nb u i l t ，a n dl a r g ea m o u n to fr e c l a i m e dw a t e r i su s e da sr e p l e n i s h i n gw a t e rt or i v e r sa n dl a k e so rc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r , d r o d u c t i o np r o c e s sw a t e r , a n dv a r i o u sd o m e s t i cw a t e r , e t c r e c l a i m e dw a t e r w i t hh i g h q u a l i t yh a sb e e na d v a n c e db ya l lt h e s ep u r p o s eo fs e w a g er e u s e 。a m o n gn u m e r o u s a d v a n c e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e s ，m e m b r a n et e c h n o l o g yh a si n c o m p a r a b l e a d v a n t a g e sc o m p a r i n gw i t ht r a d i t i o n a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，s oi t i sb e c o m i n gm o r e a n dm o r ep o p u l a ra n di st r e a t e da sm a i n s t r e a m ，a n dt h es c a l ea n da m o u n to fa c t u a l a p p l i e dp r o j e c t sa r et a k i n go nc o n s t a n t l y - i n c r e a s i n gt e n d e n c y i tc a n b ef o r e c a s t e dt h a t m e m b r a n et e c h n o l o g yf o rr e c l a i m e dw a t e rt r e a t m e n tw i l lb eo n eo f t h em o s te f f e c t u a l r e s o u r c er e c o v e r yt e c h n o l o g yt od e a lw i t ht h ep r o b l e mo fw a t e rr e s o u r e ss h o r t a g e s a n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n s w i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fm e m b r a n et e c h n o l o g yo ns e w a g ef o r r e g e n e r a t i o na n dr e u s e ，i tw i l lb e c o m e t h ef i r s tc o n s i d e r e dp r o c e s sf o rr e c l a i m e dw a t e r t r e a t m e n tw i t hh i g hq u a l i t y a c c o r d i n gt oa c t u a lc o n d i t i o n so fo u rc o u n t r y , t h et h e s i s c h o o s e s 锕ok i n d so fm e m b r a n et r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sw h i c hh a v eav a r i e t yo f a p p l i c a t i o n s ，t h a t a r ed o u b l e m e m b r a n ew a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sa n dm e m b r a n e b i o r e a c t o rr e a c t o r c o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s td a t ao f t h e s ep r o j e c g t s w h i d lh a v eb e e nb u i l ta r ei n g a t h e r e d ，s o r t e do u ta n da m e n d e db ys t a t i s t i c a la n a l y s i s m e t h o d s ，i no r d e rt oa n a l y z et h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r sa n ds e tu pc o s tf u n c t i o nf o r t h e s ep r o j e c t s t h r o u g hd a t ap r o c e s s i n ga n dm a t h e m a t i c a lr e g r e s s i o na n a l y s i s ， c o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s t f u n c t i o nw h i c hr e f l e c tt h ea c t u a l v 碰a t i o n a lc h a r a c t e r so fc o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s to ft h ep r o j e c ti s e s t a b l i s h e di nt h i st h e s i s ，a st h ep u r p o s eo fs u p p l yan e wr e s e a r c ht h o u g h t sa n d n l e t h o d st or e s e a r c hi n v e s t m e n te s t i m a t i o nf o rm e m b r a n et e c h n o l o g yo nr e c l a i m e d w a t e r i na d d i t i o n ，t h et h e s i sm a n a g e st oe s t a b l i s hc o s t - b e n e f i te v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m o fm e m b r a n et e c h n o l o g yo nr e c l a i m e dw a t e rt h r o u g ht h em e t h o do fm u l t i s t a g ef u z z y a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s so fs y n t h e t i ca s s e s s m e n t ，i n o r d e rt oa d v a n c et h e i n v e s t m e n t b e n e f i to ft h ep r o j e c ta n ds u p p l ys u p p o r to ft h ei n v e s t m e n td e c i s i o nf o r 摘要 d e c i s i o n m a k e r o nt h eb a s i so fc a s es t u d y , e v a l u a t e ds c o r eo ft h i s p r o j e c to n i n v e s t m e n t c o s t ，t h eb e n e f i to fe c o n o m y , s o c i e t ya n de n v i r o n m e n ti so b t a i n e d ，a sw e l l a st h ec o s t b e n e f i ts c o r eo fs y n t h e t i ca s s e s s m e n tf o rt h i sp r o j e c t k e yw o r d sr e c l a i m e dw a t e r ；m e m b r a n e t e c h n o l o g y ；c o s tf u n c t i o n ；b e n e f i t ；e v a l u a t i o n i 北京工业大学丁学硕士学位论文 - - _ i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 入己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：啦导师签名：j 耋j 兰竺日期：2 盟( m 第1 章绪论 蔓皇= i i i ii ii i i i 鼍 第1 章绪论 1 1 研究背景 淡水资源是基础性自然资源，又是战略性经济资源。当历史的进程发展到了 高度城市化的今天，水资源面临着这样一种严峻的形势：江河污染，淡水紧缺、 生态环境恶化、水土流失严重，全球5 0 的水源遭到不同程度的污染；世界上有 8 0 个国家，占全世界总人口4 0 的人面临用水短缺问题n 1 。联合国近年来发布的 世界水资源综合评估报告提出：水问题将严重制约2 1 世纪的全球经济与社 会发展，并可能导致国家间的冲突瞳3 。1 9 7 3 年，联合国召开的水资源会议曾庄严 宣告：“水不久将成为一个深刻的社会危机，世界上石油危机后的下一个危机 蔺。水资源已出现空前危机，全球性的水荒问题已经日益严重地摆在全人类面前， 成为全球和平和社会经济发展的障碍和重要制约因素。 1 1 1 我国水资源状况 我国的水资源总量短缺，呈现人均占有量少，地区分布不均，城市缺水形势 尤为突出的特点。全国有1 1 个省市干旱少雨，北方资源型的缺水和南方水质型 缺水城市正在增多。近二十多年来，伴随着入口增长和城市化进程的加快、工 农业的快速发展，全国工业用水和城镇生活用水猛增，从上世纪8 0 年代初至本 世纪初的2 0 年间，我国工业用水量增加了2 倍多，城镇生活用水增加了4 倍多， 水资源的匮乏对城市化的制约作用愈发明显n 。2 0 0 4 年我国排放污水量达到8 0 0 多亿m 3 ，城市日排污水量约为1 3 7 亿m 3 ，而污水处理率仅为6 哺1 。大量的污水 未经处理后部分处理后就排入江河湖海，造成大量水体被污染，促使水资源短缺 现状进一步加剧并形成恶性循环，严重损坏了人们的健康和生产的发展，破坏了 环境生态的平衡，造成巨大的经济损失。如何采取有效措施解决水资源危机成为 当今社会经济能否保持持续快速发展的关键。 1 1 2 城市污水再生回用 针对水资源匮乏这一严峻现实，本着开源与节流并重的原则，在加强节水的 同时，合理利用和开发污水资源势在必行，即根据不同的水质情况和用途，通过 各种处理技术，将污水净化使其达到回用水标准，用于工业、市政、景观等领域， 从而实现大部分污水循环再利用，同时减少污水排放对环境造成不良影响。污水 再生回用是发展循环经济的重要实践，是缓解水资源持续严重短缺的有效途径， 也是建设环境友好型、资源节约型社会的重要部分。 北京1 业大学1 二学硕士学位论文 作为水资源中的新成员，再生水的生产技术已经发展成熟，目前在国际上的 广泛推广和应用，证实了其科学性和实际可操作性。自我国1 9 2 1 年第一座采用 活性污泥工艺的城市污水处理厂在上海建成以来1 ，已建成的诸多污水处理设施 为我国污水再生回用提供了良好的条件，但污水再生回用需要在常规二级生化处 理工艺之后加深度处理，即将二级生化处理出水再进一步进行物理化学和生物处 理，以便有效去除污水中各种不同性质的杂质，达到污水再生回用的使用要求和 标准。根据回用对象和水质要求的不同，污水再生回用可以选择不同的处理方式。 传统的城市污水深度处理常用的基本单元技术有：混凝( 化学除磷) 、沉淀( 澄清、 气浮) 、过滤、消毒。此类工艺具有技术成熟、处理效果稳定、运行管理费用低 等优点，不足的是工艺流程长、占地面积大，基建投资费用高、运行管理麻烦、 污泥产量高、臭气二次污染以及升级改造困难等问题。尤其是污泥产量高，大量 污泥没有适合的处置途径，不能得到妥善的处置，有再次污染的隐患阻1 。 根据国家城市污水再生利用分类( g b t 1 8 9 1 9 2 0 0 2 ) 相关规范和标准， 城市生活污水生产的再生水主要适用于：城市杂用、环境用水、工业用水，地表 地下补充水源和农牧渔业用水。无论是可能会与人体直接接触的道路浇洒绿化和 降尘用水，还是地表地下补充水源、工业用水如冷却、工艺和产品用水等均对再 生水的水质和安全提出了更高的要求。目前我国污水经二级处理后面临氮、磷不 能同时稳定达标等问题，大部分采用“混凝+ 沉淀+ 过滤消毒”深度处理工艺建设 的再生水厂出水水质只能满足较为低端的水质用途，急需将污水处理厂的二级处 理出水采用更高端的技术进一步深度处理以满足用户对再生水水质的更高要求。 这些高端深度处理技术有：活性炭吸附、生物处理与生物过滤技术、膜法水处理 技术、土地渗滤处理等。在众多的污水深度处理技术中，膜法水处理技术具有传 统深度处理技术无法比拟的优点，如，对污水中有机物、氮、磷、微生物、无机 盐及氯化物去除率较高，可以有效地避免水中可能存在的致病微生物对人体健康 造成的潜在危害，等。近年来膜法水处理技术逐渐成为污水深度处理和再生水制 造中的主流技术，在实际工程项目中的应用数量和规模呈不断增长趋势，甚至可 以说，膜法水处理技术大有替代传统深度处理工艺成为污水再生回用主流技术的 趋势。 1 1 3 膜法水处理技术的应用前景 膜法水处理技术是2 1 世纪最重要的非常规水资源开发技术之一，具有高效、 节能、环保、操作简便等突出优点，在近二十多年来发展十分迅速。应用先进的 膜技术，甚至可生产达到饮用水标准的再生水。澳大利亚、新加坡在这方面开展 了大规模的生产应用，将优质再生水用作电路板加工过程中的超纯水、工业生产 中的工艺用水和空调冷却水，也在尝试将部分再生水送入水库，对饮用水水源进 第1 苹绪论 all u m inn 鼍曼曼曼! ! 鼍量曼曼鼍 行补充，有效地解决了缺水问题。 污水处理的目的不再只是达标排放，更高的要求是建立污水资源化的手段， 将污水直接一次性处理到可再生回用的程度，为工农业及城市市政、环境绿化提 供高品质的再生水，提高工程投资效益，以缓解我国水资源短缺的现状。在这个 过程中，膜法水处理技术因其工艺流程简单、占地面积小、基建投资少、运行成 本低、操作管理方便等特点，在大规模的再生水回用过程中必将发挥关键作用。 2 0 0 6 年建设部、科学技术部联合制定的城市污水再生利用技术政策第7 条 再生水利用的技术创新中，就明文规定：“重点发展以膜技术和其它高效分离技 术为核心单元的城市污水再生处理技术和成套化设备，推广应用先进适用、高效 低耗、集成度高的工艺技术，淘汰落后的技术和设备。”同时，随着全球膜材料 价格的逐步下降，膜法水处理技术的生产和应用也逐步步入良性循环，对我国的 水环境保护产生积极影响，前景十分广阔。 近些年我国经济保持快速发展，2 0 0 6 年g d p 总量达到2 1 0 8 7 1 亿元，g d p 增 长1 1 6 ，2 0 0 7 年经济增长率为1 1 9 ，g d p 总量达到3 6 1 万亿美元。经济的 快速增长为我国污水处理及再生回用的实质性发展提供了强有力的经济保障一1 。 目前，世界水资源总体趋向紧缺，水环境的要求越来越高，膜法水处理技术 的发展趋势是与其他单元技术组合形成集成系统，以提高系统的稳定性、减少维 护，并适应大规模项目要求。2 0 0 1 - - 2 0 0 2 年，我国已建成1 1 0 4 - - - 4 1 0 4 m 3 d 的 工业及市政膜法再生水工程项目5 项，包括天津经济开发区新水源一厂、天津纪 庄子污水处理厂再生水工程、宝钢污水回用工程等。2 0 0 4 到2 0 0 5 年之间，我国 膜工业市场以2 5 的速度增长，产值已经达到了1 0 0 亿元。预计今后5 , - - - 1 0 年， 将是我国膜法水处理技术工程应用的大发展时期。 1 ，2 研究目的及意义 1 2 1 研究目的 根据目前我国对再生水利用的需求及膜法水处理技术的应用前景，可以预见 不久的将来，膜法水处理技术在我国污水再生回用过程中将处于非常重要的地 位，我国将迎来膜法再生水项目的快速建设时期。论文研究膜法再生水项目的投 资费用及效益评价体系研究主要出于以下几个目的： ( 1 ) 建设投资估算的需要建设再生水项目时，投资者首先关注的是需要投 入多少，能得到多少效益回报，经济上是否合算，在可研阶段时需要根据类似项 目的经济指标或者投资费用函数进行投资估算。膜法再生水项目的建设投资过程 具有一次性投资大，回报周期长，投资专用性强，沉淀资本大等特点，且用于项 目投资估算时的吨水投资经济指标与传统工艺有所不同，尚缺乏相关系统资料的 北京工业大学工学硕士学位论文 总结研究。 ( 2 ) 研究建设投资和运行成本特点的需要根据采用传统污水回用工艺的污 水处理厂建设和运行的经验，决定和影响其建设费用和运行成本大小的因素主要 由以下几项组成，见表1 - 1 。 表卜1 影响传统污水回用工艺污水处理厂建设费用和运行成本的因素 t a b l e l 一1t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r st oc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o nc o s to f s e w a g ew a t e r t r e a t m e n t p l a n t sw i t ht r a d i t i o n a lp r o c e s s e s 成本主要范围 影响因素 土地面积 工艺类型：活性污泥氧化沟间歇曝气设备能力 土地价格 土地类型：在城市中的位置、周围商业的影响程度 建筑 曝气池体积曝气池的数量 曝气动力设备功率：机械效率 提升荷度：水力条件的利用和设计 能源 曝气：时间或曝气强度要求 曝气动力设备功率：机械效率 运输工艺决定污泥量，污泥量决定运输量 市场供给情况：有无技术垄断 药剂价格 药剂使用周期：周期长，费用低 维护、管理自动化程度，入工量 由于膜法再生水项目采用单元式组件，占地面积小，节省了土地使用费和大 量构筑物建造费用；处理过程几乎不使用化学试剂，节省了大笔药品购置和运输 费用，日常开销小；避免了铝盐或聚合混凝剂的使用，减少了灭活致病菌所需的 消毒剂的用量和费用；处理过程几乎可以全部实现自控，所需人力资源最多可比 常规处理工艺减少5 0 ，又节省了很大一部分劳动力成本口1 。因此，膜法再生水 项目的建设费用和运行成本均具有一定的特殊性，影响其建设费用的因素和组成 运行成本的项目皆不同于以往传统污水回用工艺技术，有必要系统研究膜法再生 水项目的建设费用和运行成本的组成，为今后此类项目的投资估算和项目研究提 供有价值的参考和借鉴。 ( 3 ) 提高项目投资效益和效果，改进投资决策的需要在投资活动中的任一 阶段都有相应的特定目标，而取得一定的投资效益是投资主体在投资活动中要达 到的行为目标，实践结果距目标的远近则反映了投资效益执行结果的好坏。对项 目投资费用效益的评价过程是一种对项目投资的认知和决策的过程，是科学决策 的一项基础工作。一方面，伴随着膜法再生水项目建设的普及，考虑到其一次性 投资的较大的特点。另一方面，通常再生水项目是以服务于社会或企业为主要目 的，它既是生产部门必不可少的生产条件，又是改善环境的必要条件，所产生的 效益除部分经济效益可以定量计算外，大部分表现为难以用货币量化的环境效益 和社会效益的。因此急需建立一套科学、合理的膜法再生水项目费用效益综合评 第1 荦绪论 价方法和指标体系，指导和改进项目的科学决策和管理，提高膜法再生水项目投 资的经济效益和社会效果，为决策者提供决策支持。 ( 4 ) 引导膜法水处理技术进一步发展和应用的需要膜法水处理技术的优势 和发展趋势不言而喻，但在我国尚处在前期应用研究和引导建设阶段，大规模的 普及化建设尚未展开。对现阶段膜法再生水技术和项目建设的应用总结和导向性 评价，以引导膜法水处理技术进一步发展和工程实际应用，也必将促进该技术的 进一步发展，带动相关产业的技术进步和提升。 1 2 2 研究意义 未来膜法水处理技术在污水再生回用上具有巨大的发展潜力，也是引导高品 质再生水生产的首选工艺。结合我国实际特点和情况，归纳总结已建膜法水处理 技术应用于污水再生回用的项目实例，分析膜法再生水项目建设费用和运行成本 的影响因素，对其费用函数模型开展深入研究，建立一套适合我国国情的费用函 数的研究理论和方法，探讨对费用需求、分配和控制进行科学的估算和预测的方 法，并使之日益完善和准确可信，无论对于我国今后膜法水处理技术的应用发展， 还是将费用函数用于实践的宏观指导，都有着极为重要的现实意义和推动科技进 步的理论意义。同时，结合膜法再生水项目费用效益综合评价指标体系的特征， 选择多层次分析模糊综合评判法作为项目费用效益评价手段，建立膜法再生水项 目费用效益综合评价指标体系，用于提高膜法再生水项目投资的经济效益和社会 效果，指导项目的科学决策和管理，保证项目可行性研究和评价的客观、公正性， 对于进一步深化投资体制改革，提高科学决策能力、投资管理水平和投资效益具 有重要的现实意义和长远的理论意义。 ( 1 ) 可以为今后膜法再生水项目的建设提供参考和借鉴投资费用函数模型 是对投资行为的描述，也是对影响因素的分析。研究膜法再生水项目建设投资和 运行成本的费用函数形式，可为将来类似的项目提供投资估算和工艺方案经济评 价估算参照和借鉴。 ( 2 ) 有利于确定工程建设的适度规模投资与经济增长之间相互依存，相关 制约的关系也表明，投资规模是否合理、适度是影响经济稳定运行的一个重要因 素。对投资费用函数的研究，实质是对投资规模制约方程的研究，也就是研究如 何确定适度的投资规模，而投资规模的大小，投资规模是否适度，又直接决定了 投资规模效益的高低。膜法再生水项目投资费用函数的研究可为确定工程项目的 规模提供一种研究方法。 ( 3 ) 有利于引导社会投资资金流向，分配社会资源，帮助投资者进行投资决 策膜法再生水项目设备化程度较高，处理规模可大可小，类型丰富，同时随着 我国水处理设施投资渠道的多元化，民间资本逐步进入水务行业，可供投资者选 北京t 业大学工学硕士学位论文 择的形式也是多种多样，寻求合理的投资规模和投资效益成为投资者最关注的问 题之一。建立膜法再生水项目的投资费用函数和费用效益的综合评价指标体系， 有助于引导民间资本投资膜法再生水项目，提高科学决策能力、投资管理水平和 效益，为决策者提供决策支持，使得膜法再生水处理项目的建设具有科学性和合 理性，实现其经济、社会和环境等多重效益，进一步引导社会投资资流向，合理 分配社会资源。 ( 4 ) 有助于膜法水处理技术的应用和推广膜法再生水项目投资费用函数研 究和评价指标体系的建立的过程也是对目前国内外膜法水处理技术发展和工程 项目应用的总结，并提出目前尚存在的问题，有助于膜法水处理技术的应用和推 广。 1 3 研究内容及框架 1 3 1 研究内容 论文在研究过程中抓住今后膜法水处理工程建设发展的要求及不同于传统 污水回用技术的特点，以已建膜法再生水项目为工程实例基础，主要对下列内容 进行了研究和分析： ( 1 ) 已建膜法再生水项目的调查研究通过对北京、天津等地大型膜法再生 水项目以及采用膜生物反应器技术的中小型再生水项目的现状进行了实地走访 调查，系统分析了项目的建设及投资费用情况。 ( 2 ) 有关费用函数和费用效益评价指标体系的中外文献研究对与费用函数 以及效益评价理论和方法相关的中外文献进行了收集、整理，重点研究污水回用 工程项目的建设、投资费用函数模型研究的有关文献。 ( 3 ) 膜法水处理技术的归纳总结论文介绍了膜法水处理技术的分类、特点 及应用，重点介绍了两种膜法水处理技术膜生物反应器和双膜法水处理技 术。 ( 4 ) 膜法再生水项目的建设投资及运行成本费用函数模型的建立根据统计 分析法，拟定两个当前实际应用较多的膜法水处理技术膜生物反应器和双膜 法水处理技术，收集和整理我国已建膜法再生水项目的建设投资和运行成本等费 用数据，统计影响其建设投资和运行成本的因素并加以归纳分析，通过数据处理、 费用曲线回归分析，得出当前膜法再生水项目的建设投资和运行成本费用函数， 客观地反映了工程费用的实际变化特征，为建立适合我国膜法再生水项目投资费 用函数提供了一个新的研究思路。 ( 5 ) 膜法再生水项目费用效益综合评价指标体系的研究通过对膜法再生水 项目的费用效益分析，确定合适的评价指标，运用层次分析法和模糊综合评价方 第1 章绪论 法，建立膜法再生水处理项目费用效益综合评价指标体系，并进行了实例验证。 1 3 2 研究框架 本课题研究框架主要包括五章，具体介绍如下： 第一章为绪论，主要介绍本论文的研究背景、研究目的和意义，并概括本文 的研究内容和方法。 第二章是介绍膜法再生水处理技术的概念、分类及特点，重点介绍两种应用 较为普遍的的工艺技术：膜生物反应器及双膜法水处理技术，着重介绍这两种工 艺技术的应用情况。 第三章是探讨膜法再生水处理项目投资费用组成，通过对已建项目投资费用 情况进行分析，尝试建立膜法再生水处理项目建设费用和运行成本的费用函数， 并深入分析其特征及影响因素。 第四章是经过对膜法再生水项目的费用效益分析，确定合适的评价指标，运 用层次分析法和模糊综合评价方法，建立膜法再生水处理项目费用效益综合评价 指标体系，并采用实际案例验证该评价体系。 第五章结论。 1 4 研究方法 课题研究中采用了文献调研、理论研究、现场考察、实例分析、专家调查等 方法，针对我国已建的膜法再生水项目情况，进行了深入的调查研究和分析，分 析其建设费用以及运行成本的组成及其各组成部分与处理水量规模之间的函数 关系，总结影响项目投资费用大小的影响因子并建立相应的投资费用函数，建立 运行成本的简化费用函数模型。 除此之外，论文针对我国膜法再生水项目建设的投资费用及产生的经济、社 会和环境效益，基于现行的综合评价理论与方法，在借鉴国内外有关投资项目模 糊综合评价理论方法的基础上，运用层次分析法和模糊综合评价方法，进行了膜 法再生水项目费用效益综合评价指标体系的研究和指标选择、设计，并初步建立 起了一套完整的膜法再生水项目费用效益评价的方法与指标体系。 1 5 研究难点 课题研究的关键问题之一是需要掌握较多的已建项目建设费用和运行成本 的费用数据。一方面由于目前国内膜法再生水项目的实际应用实例不多，另外， 任何规律性经济数据的收集都需要一定的时间积累。因此，相关数据的收集和整 理成为了研究的难点。 为了解决这个问题，具体采取的做法主要有： 7 北京工业大学工掌硕士学位论文 1i i i 曼皇曼曼曼皇曼曼曼曼! ! 曼皇曼曼皇曼曼皇皇皇曼! 寡曼曼曼曼皇曼! 鼍曼曼曼鼍皇! 曼曼皇曼曼曼曼舅 ( 】) 实地走访部分膜法再生水项目，尽可能收集所能得到的比较系统的实 际费用数据全面考察项目的建设、投资及运行情况，为课题研究提供详实的第 一手资料； ( 2 ) 通过其他渠道补充收集相关资料数据从各种公开发表的论文文献， 研究报告和会议论文，以及网络中收集散见于其中的有关膜法再生水项目的建设 费用和运行成本的部分资料。对一些关键性的数据，通过电话、邮件调查等方式 加以确认。 ( 3 ) 利用科学的数学手段进行数据的处理如采用m a t l a b 数据处理软件 进行数据加工等。 第2 章膜法再生水处理技术及工程应用 第2 章膜法再生水处理技术及工程应用 2 1 膜法再生水处理技术 2 1 1 膜及膜分离 膜是指分隔两相界面，并以特定的形式限制和传递各种化学物质的阻挡层 隅1 。膜分离方法是以天然或人工合成的高分子薄膜，以外界的能量或化学位差为 推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法国1 。 膜分离技术因其具有常温下进行、能耗低、不需加药、无二次污染、出水水 质稳定等优点而备受水处理工业的青睐，被誉为“2 1 世纪的水处理技术 n 们。 膜分离技术在水处理中应用的基本原理是：利用水溶液( 原水) 中的水分子具有透 过分离膜的能力，而溶质或其他杂质不能透过分离膜，在外力作用下对水溶液( 原 水) 进行分离，获得纯净的水，而达到提高水质的目的。通过膜过滤技术处理， 并加臭氧脱色、除嗅、消毒后，出水的浊度可达到接近0n t u ，随着浊度的降低， 其它杂质也相应降低，细菌、部分病毒微生物也得到相应的去除，出水水质比较 好，部分指标优于回用要求。 2 1 2 膜分离技术 目前，常见的膜分离技术主要有：微孔过滤( m i c r o f i l t r a t i o n ，简称m f ) 、 超滤( u 1 t r a f i l t r a t i o n ，简称u f ) 、反渗透( r e v e r s eo s m o s i s ，简称r o ) 、渗 析( d i a l y s i s ，简称d ) 、电渗析( e l e c t r o d i a l y s i s ，简称e d ) 、渗透蒸发 ( p r e v a p a r a t i o n ，简称p v ) 、液膜( l i q u i dm e m b r a n c e ，简称l m ) 等。不同的 膜分离技术有着不同的分离机理和适用范围，各种膜分离过程及其特点见表2 - 1 所示。 微滤膜( m f ) ，简称微滤工艺，主要是利用微滤膜两侧的压力差，膜孔径为 o 0 5 ，- - - 1 0 9 m ，所分离的组分直径为0 1 3 - - - 1 5 肌，使水和溶解物透过膜，而脱 除污水中的微生物、细菌、虫卵、病毒。微孔过滤是以静压差为推动力，利用筛 网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程，其原理与普通过滤相类似， 因此又被称为精密过滤，是过滤技术的新发展。微滤膜主要是用于脱去不溶性粒 子以及吸附态氮磷。但是对于浊度已经降低到很低水平的二沉池出水，脱氮除磷 效果不佳。 超滤技术( u f ) 是介于微滤( m f ) 和纳滤( n f ) 之间的一种膜过程，膜孔径 范围为0 0 5 p m 至l 挖m ，是用半透膜作选择障碍层，允许某些组分透过而保留 北京工业大学工学硕士学位论文 混合物中的其他组分，从而到分离的目的。截留的粒径范围是1 - - - 2 0 稳聊，相当 于相对分子质量为3 0 0 3 0 0 0 0 0 的各种蛋白质分子。超滤系统运行过程只需提供 一定的压力，运行成本低，过程简单，操作方便，便于集成和控制：整个处理过 程全封闭进行，无需添加大量化学试剂，对周围环境几乎没有干扰和污染。超滤 对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种有机物有较好的效果，可以脱除污 水中的大分子，如蛋白质、腐殖酸及某些生成t i - 蹦的前驱物和燃料，但几乎不能 截留无机离子。 表2 - 1 膜分离分类及特点队u 3 t a b l e 2 1t h ec l a s s i f i c a t i o na n df e a t t t r e so fm e m b r a n es e p a r a t i o np r o c e s s e s 膜过程膜孑乙径驱动力分离机理透过物分离物质 特点 微滤 o 1 压力差约 机械筛分 水、溶剂 微粒、亚微膜的孔径均匀，空隙率 粒和细微高，过滤速度快，驱动压 ( 妤)0 。21 0 0 k p a溶解物 粒物质 力低 超滤0 0 5 压力差 分子的大小大分子物 驱动压力低，但不能截流 0 1 水、溶剂无机离子，对水中的氮、 ( u f ) 1 和形态质和胶体 1 o m p a 磷的去除率不高 纳滤 o 5 压力差 筛分和定 粒径l n m 左对阴离子具有一定选择 0 5 水溶剂右溶解组 性，能透过部分无机离 ( n f )l o n m选择性 1 ，0 m p a分子，适合用于给水 电渗析 电位差 离子交换膜 低分子 电解质离 能耗低，药耗少，污染少， 量的物水利利用率高，不去除有 ( e d ) 的选择性子 质、离子机物，易结垢 反渗透静压差反渗透的选 悬浮物、大透水性好，脱盐率高，对 ( r 0 ) l n m 水溶剂分子低分入流水质要求也高，所需 l 1 0 渺a择透过性 子、离子推动压差大 液膜膜相上的 浓度差和化 杂质( 电 可反复回收利用膜相，效 解质离 溶剂( 非电 率高、选择性好，但液膜 ( l m ) 浓度梯度 学反应解质) 子)的稳定时间短 i i i i i i i i i i i _ 一 渗透平衡反渗透 图2 一l 渗透与反渗透示意图 f i g u r e 2 1t h ed i a g r a m m a t i cs k e t c ho fi n f i l t r a t i o na n da n t i - i n f i l t r a t i o n 反渗透( r o ) 过程主要是根据溶液的吸附扩散原理以压力差为主要推动力的 膜分离过程，在浓液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把 浓液中的溶剂压到半透膜的另一边稀溶液中，这是和自然界正常渗透过程相反的 第2 章膜法再生水处理技术及：i = 程应用 曼曼皇曼曼皇皇曼曼：i,i 毫曼 过程，其分离过程如图2 1 所示。反渗透膜的致密皮层几乎无孔，因此可以截留 大多数溶质( 包括离子) 而使溶剂通过，用于去除相对分子质量大小与溶媒同一 数量级的颗粒物，主要用于低分子组分的脱除及脱盐过程，对于污水处理多采用 与微滤和超滤作为其预处理过程。二级出水经r o 处理后可达到饮用水标准，其 脱盐率可达到9 0 以上，水回收率7 5 以上，c o d 和b o d 的去除率8 5 以上。在北 京北小河污水处理厂采用的超滤加反渗透工艺的中试出水中，除磷的效果非常显 著，总溶解态磷含量极低， 0 1 m g l 。总溶解态氮也降低约9 0 左右，溶解态氨 氮、溶解态硝态氮、有机氮则分别降低到二沉出水的8 、1 4 和1 5 ，具有一定 的脱氮效果碡1 2 “3 叫朝。 纳滤( n f ) 是在反渗透膜基础上发展起来的，其表面分离层由聚电解质构成， 对离子有静电相互作用，表面分离层拥有l n m 左右的微孔结构。纳滤膜的一个特 征是带有电荷，这是纳滤膜在低压下仍具有较高脱盐率和截留分子量为数百的膜 也可脱除无机盐的原因。另一个特征是具有离子选择性，具有一价阴离子的盐可 以大量的渗透过膜( 但并非无阻挡的) ，然而膜对具有多价阴离子的盐的截留率 要高得多。由于无机盐能透过纳滤膜，使其渗透压远比r 0 膜低。因此，在通量 一定时，纳滤过程所需的外加压力比r o 低得多；而在同等压力下，纳滤过程可 有效、快速地进行，并达到较大的浓缩倍数阻“副。纳滤( n f ) 膜在污水处理中可 去除所有病毒、细菌、农药、表面活性剂以及三氯甲烷前驱物，2 3 的盐度和4 5 的硬度埘。 2 1 3 膜法水处理技术的优势 与传统污水处理技术相比，膜法水处理技术的优势有： ( 1 ) 能耗低膜分离过程不发生相变化，因而可降低能耗。其中以反渗透耗 能最低，这对于克服当前能源危机具有相当的意义。 ( 2 ) 出水水质良好且稳定，可直接回用。 ( 3 ) 剩余污泥量少产泥量少，不仅可以减少环境污染，又可进一步节省投 资，降低运行管理成本，减少污泥处理费用，简化污水处理工艺操作。 ( 4 ) 耐负荷能力高，适用的范围广膜法再生水处理在反应过程中不会改变 物质的属性，不需要添加剂，不会带来新的污染物和浪费其它物质，故可用于多 种类型的污废水再生处理过程。 ( 5 ) 分离装置简单，操作容易且易控制设备紧凑，容积负荷高，占地面积小。 ( 6 ) 技术设备可实现定型化，自控性强，便于管理和运行，也有利于产业化 发展由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，使运行控 制更加灵活稳定。 北京工业大学工学硕士学位论文 m i ii i i 量! 曼量曼曼曼曼曼蔓兰曼! 蔓蔓曼! 曼曼! ! ! 曼曼曼曼曼曼皇皇曼曼曼鼍曼皇曼曼曼曼皇! 皇曼鼍! 曼曼蔓曼鼍曼曼皇 2 2 两种重要的膜法再生水处理技术 2 2 1 膜生物反应器再生水处理技术 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o rr e c a t o r ，简称m b r ) 是当今世界公认 的先进的污水处理和资源化技术，它是将膜分离技术中的超滤、微滤或纳滤膜组 件与污水生物处理中的生物反应器相互结合的新型污水处理技术。 在m b r 中，活性微生物与污水充分接触氧化，不断氧化污水中能被微生物 降解的有机物，而不能被微生物降解的有机物和无机物及活性污泥、悬浮物、各 类胶体、大部分细菌则被m b r 中的膜组件截流，活性污泥浓度大大提高，实现 了水力停留时间和泥龄的完全分离。m b r 对于