相比于美國在城鎮(zhèn)化率達(dá)60%時開始建設(shè)污水處理廠，我國在城鎮(zhèn)化率近30%時已開始建設(shè)，至今建設(shè)模式仍以集中式為主，即在遠(yuǎn)離城市的邊緣、排放水體下游建設(shè)集中式收集管網(wǎng)和大型污水處理廠。集中式排水系統(tǒng)建設(shè)模式在國外較為常見，特別是城市和人口密集地區(qū)，如美國芝加哥Stickney污水處理廠(465萬m?/d)、英國倫敦Beckon污水處理廠(240萬m?/d)、加拿大蒙特利爾Riviere-des-Prairies污水處理廠(760萬m?/d)。集中式模式具有顯著的規(guī)模效應(yīng)，大型污水處理廠選址簡單、易于管理、可靠性強(qiáng)，該模式在我國水污染防治方面發(fā)揮了重要作用，彌補(bǔ)了我國水污染治理行業(yè)發(fā)展初期處理能力不足、運(yùn)營水平不高、管理機(jī)制不完善的缺陷。然而，當(dāng)下我國城鎮(zhèn)化率已突破60%，這種建設(shè)模式所存在的弊端也逐漸顯現(xiàn)：
(1)占用大量土地資源，鄰避效應(yīng)顯著。宮徽等研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)污水處理廠建設(shè)模式會對廠區(qū)占據(jù)的土地及其周邊地產(chǎn)產(chǎn)生遠(yuǎn)超自身建設(shè)投資數(shù)倍的價值損失。
(2)污水長距離輸送，埋深大投資高，管網(wǎng)滲漏率高，進(jìn)廠水質(zhì)濃度低，單位污染物能耗高。研究表明，我國污水管網(wǎng)的平均滲漏率高達(dá)46%，COD在管網(wǎng)中的損失率高達(dá)55%。由于進(jìn)水水質(zhì)濃度低，我國單位污染物去除所需的能耗遠(yuǎn)高于國際平均水平。
(3)不利于水資源回用。再生水廠通常需要建設(shè)較長的回用管網(wǎng)，建設(shè)在河道下游的水廠需要利用水泵將再生水再次提升至河道上游，由此造成管網(wǎng)投資高、運(yùn)行成本高的情況。
(4)不利于能源利用。采用水源熱泵對污水處理廠出水制冷供暖是能源利用的有效手段，其有效服務(wù)半徑一般為3km，而污水處理廠通常遠(yuǎn)離建成區(qū)，導(dǎo)致熱能難利用。
針對集中式建設(shè)模式存在的問題，深圳清泉提倡污水集中式處理和分散式處理相輔相成，既節(jié)省管網(wǎng)建設(shè)或改造，又降低污水回用的成本，便于污水資源化，“分散處理，就近回用”，降低河道景觀用水成本，這只是好處之一。
南明河分散處理應(yīng)用案例
南明河是貴陽市的母親河，其干流及5條支流全長118 km，流域內(nèi)服務(wù)人口350萬人，服務(wù)面積6600km2，是長江與珠江上游的重要生態(tài)屏障。2013年前，南明河流域水質(zhì)惡化、污染嚴(yán)重，中心城區(qū)段水質(zhì)長期處于劣Ⅴ類，主要原因包括：①收集與處理設(shè)施跟不上城市高速發(fā)展，現(xiàn)狀污水處理廠僅5座，處理能力67萬m3/d，遠(yuǎn)期缺口超100萬m3/d;②貴陽市為典型喀斯特地貌，且南明河流域主城區(qū)人口密度高(7 100~8 100人/km2)，污水收集難、輸送難;③南明河為季節(jié)性缺水河流，城市發(fā)展占用水資源，使生態(tài)基流持續(xù)下降，河道自凈能力降低。針對上述問題，南明河流域水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目自2012年開始實(shí)施，至今已持續(xù)近9年。
在南明河流域綜合治理之初提出了傳統(tǒng)集中式建設(shè)模式和分布式廠網(wǎng)建設(shè)模式兩種方案。圖1為按照原規(guī)劃思路編制的排水系統(tǒng)集中式方案，新建3座地上式污水處理廠(處理規(guī)模62.5萬m3/d)，擴(kuò)建4座地上式污水處理廠(處理規(guī)模53.5萬m3/d)。圖2為以“適度集中、就地處理、就近回用”原則提出的分布式廠網(wǎng)建設(shè)模式，沿南明河干、支流新建改擴(kuò)建再生水廠23座，新增處理規(guī)模116萬m3/d。其中，下沉式污水處理廠17座(處理規(guī)模67.5萬m3/d)，地上污水處理廠6座(處理規(guī)模48.5萬m3/d)。
圖1 南明河流域排水系統(tǒng)集中式布置方案
(方案一)
圖2 南明河流域分布式下沉再生水系統(tǒng)建設(shè)模式
(方案二)
應(yīng)用排水系統(tǒng)分布-集中決策模型，對原規(guī)劃集中式下游建廠方案(方案一)及分布式廠網(wǎng)建設(shè)方案(方案二)進(jìn)行評價決策，評價結(jié)果見表1。兩方案決策指數(shù)H分別為31.06和63.31，表明方案二較方案一更優(yōu)。方案二在技術(shù)經(jīng)濟(jì)先進(jìn)性上的得分略高于方案一，這是因?yàn)椋弘m然方案一中的污水處理廠具有規(guī)模效應(yīng)，單位建設(shè)成本、單位污染物去除能耗、運(yùn)行維護(hù)便捷性的得分高于方案二，但因方案二采用的分布式廠網(wǎng)建設(shè)模式大幅節(jié)省了污水收集管網(wǎng)和回用管網(wǎng)的長度，且該方案中的污水處理廠以下沉廠為主，整體節(jié)地效果明顯。“分布”“下沉”帶來的優(yōu)勢在資源、環(huán)境、社會效益層面均有體現(xiàn)：借助下沉廠實(shí)施分布式廠網(wǎng)建設(shè)，一方面能夠提升水資源、能源的利用效率和多樣性，為實(shí)現(xiàn)碳中和提供條件;另一方面，可充分釋放土地資源，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)開發(fā)可體現(xiàn)土地價值，進(jìn)行景觀公園建設(shè)可提升地面綠化率、降低碳排放，在解決鄰避效應(yīng)的同時供給公共服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與周邊環(huán)境的高度相容。
表1 南明河排水系統(tǒng)分布-集中方案評價結(jié)果
近年中國城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，新建污水處理廠通常在5~10年內(nèi)就面臨被城市化區(qū)域包圍的局面。傳統(tǒng)模式下，水廠擴(kuò)建提標(biāo)勢必需要在下游選擇新址，擴(kuò)大處理規(guī)模、占地面積和管網(wǎng)輻射范圍，然而仍將面臨若干年后再次被城市包圍的局面。如成都三瓦窯污水處理廠在2013年因鄰避效應(yīng)而搬遷至下游4km處，僅管網(wǎng)投資新增達(dá)8.5億元，現(xiàn)新廠址已再次被城市包圍。傳統(tǒng)建設(shè)模式會導(dǎo)致“異地新建、被城市包圍、再次異地、再次被包圍”的惡性循環(huán)。
針對新建污水處理廠面臨鄰避困境，深圳清泉提出市政污水處理廠公園化改造解決方案，利用清泉的智能模塊化裝備和短時泥膜法(ABM技術(shù))，就地將傳統(tǒng)地上污水處理廠原位升級改造，提高處理效率(3倍以上)，節(jié)省占地面積(50%以上)，投資造價與地上污水處理廠相當(dāng)，將釋放出來的地上空間，打造成生態(tài)景觀公園或者其他公共休閑娛樂場所，再將智能模塊化裝備與園林景觀相結(jié)合，變“鄰避困境”為“鄰利”，解決污水處理廠對周邊環(huán)境產(chǎn)生的噪音、異味等系列問題，給周邊經(jīng)濟(jì)帶來正增長效益。
來源：清泉水業(yè)
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