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(xué)，江蘇 徐州 221116；3.山東省煤田地質(zhì)局 第一勘探隊(duì)，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(yán)重，城市污水處理設(shè)施數(shù)量劇增[1-5]。因此，合理擴(kuò)建污水處理設(shè)施可以帶來顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益[6-9]。城陽污水處理廠擴(kuò)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(kuò)建的可行性，通過分析耗水量、進(jìn)出水水質(zhì)、廢水水質(zhì)，確定擴(kuò)建規(guī)模，工藝方案通過工藝和設(shè)備選擇進(jìn)行比較。最后，對污水處理設(shè)施擴(kuò)建項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益進(jìn)行了有效評估。研究結(jié)果可作為城陽污水處理設(shè)施擴(kuò)建的決定因素，其經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益評價(jià)方法或模型可供專家和同仁對同類污水處理設(shè)施進(jìn)行評價(jià)。

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(shè)，采用(車床)氧化挖掘處理工藝，廢水水質(zhì)符合《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)[10-13]1B類標(biāo)準(zhǔn)，總投資約2 500萬元。 2013年，自來水廠實(shí)施了日處理能力2萬m3的升級改造項(xiàng)目，污水處理廠符合《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)概述》(GB 18918—2002)A級標(biāo)準(zhǔn)。鋼筋混凝土制成結(jié)構(gòu)與用于城市污水處理設(shè)施擴(kuò)建的首批技術(shù)裝備正在有效運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好，如圖1所示。

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

1.2 擴(kuò)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(dá)17%。2020年，有71 d的污水進(jìn)水量超出該廠設(shè)計(jì)規(guī)模，日最大進(jìn)水量高達(dá)23 218 m3/d。該污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)大型企業(yè)的用水情況見表1。

表1 污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)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(wù)范圍內(nèi)主要服務(wù)企業(yè)實(shí)際進(jìn)水量與規(guī)劃進(jìn)水量為依據(jù)，確定該工程的設(shè)計(jì)規(guī)模為2萬m3/d。

1.2.2 進(jìn)排水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

進(jìn)水水質(zhì)是判斷項(xiàng)目是否可行的重要依據(jù)，進(jìn)水所含各類物質(zhì)成分須以實(shí)際檢測數(shù)值為準(zhǔn)。當(dāng)然，污水處理廠的未來定位也必須考慮在內(nèi)，污水處理廠的進(jìn)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(kuò)建必須綜合考慮工業(yè)廢水和生活廢水的關(guān)系，為確定污水處理處理工藝提供理論依據(jù)。實(shí)測進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)保證率統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

圖2 實(shí)測進(jìn)水COD保證率曲線Fig.2 Measured influent COD guarantee rate curve

規(guī)劃進(jìn)水水質(zhì)：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(zhì)應(yīng)達(dá)到GB 18918—2002中的1A級排放標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)劃廢水水質(zhì)：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(gè)/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(zhì)量、運(yùn)行成本、運(yùn)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(xué)分析和評估服務(wù)范圍內(nèi)的廢水質(zhì)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(yīng)具有穩(wěn)定的處理能力，技術(shù)成熟且經(jīng)處理所得水質(zhì)應(yīng)符合規(guī)定的排水標(biāo)準(zhǔn)；所確定工藝應(yīng)在易于維護(hù)管理、運(yùn)行穩(wěn)定、高效節(jié)能及經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)上力求技術(shù)先進(jìn)；選擇過程應(yīng)充分考慮結(jié)合現(xiàn)狀和建設(shè)過程中沿海環(huán)境惡化的合理性和可行性；設(shè)計(jì)應(yīng)該基于現(xiàn)有技術(shù)的改造；應(yīng)盡量降低改造初期土建投資費(fèi)用和維護(hù)成本，提高投資回報(bào)；設(shè)計(jì)改造方案應(yīng)能夠根據(jù)不同施工階段和設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)換技術(shù)程序和操作條件，提高設(shè)計(jì)改造方案的靈活性，并充分促進(jìn)加工設(shè)計(jì)和操作設(shè)備優(yōu)化，最大限度地提高安全生產(chǎn)效率。

2.2 設(shè)施選擇原則

根據(jù)國內(nèi)外污水技術(shù)的發(fā)展歷史和特點(diǎn)，市政污水處理廠的改造設(shè)施的選擇應(yīng)遵循以下原則：所選設(shè)施應(yīng)與現(xiàn)有設(shè)備相對應(yīng)，設(shè)施應(yīng)具有高效處理能力，設(shè)施技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)；經(jīng)處理所得排水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，產(chǎn)品污染物含量低，易于處理；所選設(shè)施運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)力求設(shè)備操作簡單，監(jiān)控手段多樣以提升其穩(wěn)定性；所選設(shè)施應(yīng)盡量降低改造時(shí)的土建投資費(fèi)用和占地面積；盡可能降低設(shè)施投產(chǎn)后對環(huán)境的影響，處理好運(yùn)營產(chǎn)生的異味，控制噪聲[17-20]。建設(shè)本項(xiàng)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(jìn)入廠區(qū)的廢水經(jīng)粗篦、細(xì)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(yīng)池內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷，進(jìn)一步廢水在二沉池內(nèi)再次沉淀，分離污泥，去除有機(jī)物，去除P元素；二級澄清池處理所得廢水進(jìn)一步在高效澄清池內(nèi)去除磷元素及懸浮物；高效澄清池流出廢水進(jìn)入臭氧接觸池進(jìn)行臭氧氧化，降低大腸桿菌數(shù)量達(dá)A級標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)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(jìn)入污水處理廠后，經(jīng)粗格柵提升泵房→細(xì)格柵→曝氣砂盆→初沉池分離大部分的有機(jī)物、重鉻酸鹽和懸浮物，然后進(jìn)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(nèi)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(nèi)表面時(shí)，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(fù)載體顆粒的主要任務(wù)，較高的污泥含量使沖擊負(fù)荷隨之增高，增加了污水處理廠的負(fù)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(shù)及經(jīng)濟(jì)比較見表2。

表2 方案技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較Tab.2 Technical and economic comparison of schemes

根據(jù)表2方案技術(shù)比較結(jié)果可知，2種方案均可滿足廢水排水水質(zhì)要求，但方案2使用泥—膜復(fù)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(yīng)當(dāng)前工廠流程，更方便管理和維護(hù)。因此，項(xiàng)目采用方案2(MBBR工藝)處理污水。

3 經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益評價(jià)

3.1 經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

財(cái)務(wù)敏感性分析如圖6所示，盈虧平衡分析如圖7所示。

圖6 財(cái)務(wù)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(cái)務(wù)評價(jià)表明，建議水價(jià)是可行的。所得稅前的內(nèi)部財(cái)務(wù)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(shè)期2年)，低于基準(zhǔn)回收期15年； 凈現(xiàn)值大于0，其他指標(biāo)滿足行業(yè)要求，財(cái)務(wù)上可行。財(cái)務(wù)敏感性分析表明，水的定價(jià)對財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率有重要影響。因此，為保證項(xiàng)目建成后的正常運(yùn)行，建議設(shè)定合理的價(jià)格水平。

綜上所述，該項(xiàng)目財(cái)務(wù)評價(jià)結(jié)果良好，經(jīng)濟(jì)上是合理的。本項(xiàng)目實(shí)施后，將改善城市內(nèi)河環(huán)境質(zhì)量，恢復(fù)內(nèi)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(shí)，當(dāng)內(nèi)河水質(zhì)變清時(shí)，將進(jìn)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(jì)效益。

3.2 社會效益評價(jià)

污水處理廠的興建對改善城市的環(huán)境質(zhì)量、優(yōu)化城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、建設(shè)生態(tài)文明城市具有積極作用。污水處理廠的建設(shè)，能夠吸引外方資金的投資，改善城市投資構(gòu)成，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生有益影響。此外，由于污水處理廠的建設(shè)，城市內(nèi)河水質(zhì)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(gòu)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(yán)重，水資源保護(hù)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(jì)的可持續(xù)發(fā)展以及和諧社會的建設(shè)具有重要的影響。

3.3 環(huán)境效益評價(jià)

污水處理廠項(xiàng)目是一項(xiàng)保護(hù)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(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，環(huán)境的保護(hù)越來越受到重視。污水處理工程是環(huán)境保護(hù)實(shí)施的重要手段之一，對地區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)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(kuò)建完成后，廢水將達(dá)到《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)。擴(kuò)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(jié)論

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

(1)根據(jù)全市污水處理廠服務(wù)區(qū)規(guī)劃水量和現(xiàn)水廠實(shí)際取水量，確定項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為2萬m3/d。

(2)經(jīng)比較，方案2所采用的泥—膜復(fù)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(dāng)前工廠流程適配，便于管理和維護(hù)。因此，項(xiàng)目采用方案2(MBBR工藝)進(jìn)行污水處理。

(3)各項(xiàng)指標(biāo)基本滿足行業(yè)最低要求。項(xiàng)目財(cái)務(wù)評價(jià)結(jié)果良好，經(jīng)濟(jì)可行。

(4)水廠建設(shè)將改善城市內(nèi)河水質(zhì)，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。