三峽庫區生態屏障區污水處理工藝及污水處理廠建設費用研究

續衍雪 吳 熙 黃一凡 謝陽村 徐 敏#

(1.環境保護部環境規劃院，北京 100012；2.北控水務集團有限公司，北京 100024；3.北京師范大學水科學研究院，北京 100875)

近年來，隨著水污染的日益嚴重，國家在污水處理方面加大了工程建設的投入[1]。環境保護“十二五”規劃頒布以來，全國各地污水處理廠建設腳步逐漸加快，每年陸續有大量污水處理廠建成投產，同時區縣級小規模的污水處理廠數量也逐年增加，因此選取適用于小規模污水處理廠的處理工藝及確定合理的建設成本范圍也是亟需解決的問題[2]。

三峽庫區位于長江流域上游下段，庫區地貌類型以山地為主，庫區地勢高低起伏大。三峽庫區生態屏障區為三峽水庫土地淹沒線至第一道山脊線之間[3-4]，它是我國重要的淡水資源庫，是長江經濟帶的主要區域，對長江沿岸的發展起著至關重要的作用。該區域主要以鄉鎮居多，貧困縣較多。隨著政府對環保工作的逐漸加深，屏障區內鄉鎮級污水處理廠建設速度也逐漸加快，然而該區域內人口分布稀疏、污水產生量少、資金短缺等問題仍較突出[5]，因此本研究主要針對三峽庫區生態屏障區內特點，對污水處理工藝選取進行分析，同時通過收集相似污水處理廠建設實例，統計分析污水處理廠建設費用范圍。

1 研究區域

三峽庫區生態屏障區地跨湖北省西部和重慶市中東部，包括湖北省宜昌市的夷陵區、秭歸縣、興山縣及恩施州的巴東縣，重慶市的巫山縣、巫溪縣、奉節縣、云陽縣、萬州區、開縣、忠縣、石柱縣、豐都縣、涪陵區、武隆縣、長壽區、渝北區、巴南區、江津區等19個區縣和重慶主城區(包括渝中區、南岸區、江北區、沙坪壩區、北碚區、大渡口區、九龍坡區)，總面積5 527.55 km2，總人口共491.04萬人。

2 污水處理工藝的選擇

2.1 選取依據

2.1.1 污染特征

長江是三峽庫區生態屏障區重要的飲用水水源，目前水質總體較好，但隨著社會經濟的發展，部分河段總磷指標呈上升趨勢，并存在超標風險。三峽庫區生態屏障區長江干流共布設7個國控斷面。2013年，7個國控斷面水質均超出《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅲ類限值，其中寸灘、朱沱、曬網壩、清溪場4個國控斷面總磷為首要污染物，同時2008—2013年，該4個國控斷面總磷質量濃度總體呈現上升趨勢(見圖1)。基于高功能水體保護的要求，三峽庫區生態屏障區污水處理設施建設時可選擇具有脫氮除磷效率高的處理工藝，如氧化溝、A/O、A2/O等。

圖1 2008—2013年4個國控斷面總磷變化 Fig.1 Total phosphorus concentration changes in 4 state-controlled sections from 2008 to 2013

2.1.2 氣候特征

三峽庫區生態屏障區屬亞熱帶季風濕潤氣候，氣溫溫和，年平均溫度在18～19 ℃；雨量充沛，多年平均降水量約1 200 mm，水資源較豐富；植物種類繁多，林果種類齊全。基于上述自然條件，人工濕地[6]、人工快滲[7]等生態處理工藝以及氧化溝等表面曝氣工藝在三峽庫區生態屏障區均有較強適用性。

2.1.3 經濟能力

根據《國家扶貧開發工作重點縣名單》，三峽庫區生態屏障區11個縣為國家級貧困縣，人均GDP僅為1.6萬元，遠低于全國平均水平，污水處理工藝的選擇要考慮當地環保投入能力，對于經濟能力較強的重慶主城區，可選擇氧化溝、A2/O、序批式活性污泥法(SBR)等投入相對較大、處理效果較好的處理工藝；對于貧困縣以及經濟條件較差的鄉鎮，可選擇人工濕地、人工快滲、折流生物濾池曝氣等投入相對較小的處理工藝。

2.1.4 處理規模

統計三峽庫區生態屏障區各鄉鎮駐地人口規模，參照《第一次全國污染源普查城鎮生活源產排污系數手冊》，以產排污系數法估算各鄉鎮駐地生活污水處理需求。結果顯示，14.7%的鄉鎮污水處理規模在5 000 t/d以上；26.5%的鄉鎮污水處理規模在3 000～5 000 t/d；32.7%的鄉鎮污水處理規模在1 000～3 000 t/d；26.1%的鄉鎮污水處理規模在1 000 t/d以下。根據《小城鎮污水處理工程建設標準》，規模為1 000～3 000 t/d的污水處理廠，根據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的要求，主要采用一級處理工藝，主要包括沉砂沉淀法、化學沉淀法等；規模為3 000～5 000 t/d的污水處理廠，根據GB 18918—2002的要求，主要采用強化一級處理和二級處理工藝，主要包括活性污泥法、生物膜法以及氧化塘、人工濕地、人工快滲等污水自然處理工藝。

2.1.5 進出水濃度

三峽庫區生態屏障區污水處理廠以處理生活污水為主，COD、氨氮進水質量濃度多數分別在200～350、20～40 mg/L，選擇處理工藝后要結合進水濃度，確定設計參數。根據《重點流域水污染防治規劃(2011—2015年)》，到2015年，城鎮污水處理廠確保達到GB 18918—2002中一級B標準。然而根據調查結果，目前尚有39%的污水處理廠出水未達到GB 18918—2002中一級B標準，主要在于出水氮、磷指標難以達標。因此，在處理工藝選擇時，可選擇具有脫氮除磷效率高的處理工藝，如氧化溝、A2/O、SBR等，并注重工藝設計搭配，使出水水質達標。

2.2 污水處理工藝比較

以三峽庫區生態屏障區目前已選用的處理工藝為參考，結合區域污染治理需求、自然經濟特征以及環保投入能力，提出可供選用的5種處理工藝(氧化溝、A2/O、SBR、人工濕地和人工快滲)，具體處理工藝選取需依據環境條件、土地面積、進出水要求、設計規模、投資與運行管理等因素確定，詳見表1。

污水處理廠建設前期要根據實際處理水量、進水濃度、地區經濟特點等選擇合適的處理工藝。氧化溝、A2/O，SBR等3種處理工藝主要以動力型二級生化處理系統為主，也是目前應用最廣且技術較成熟的處理工藝；人工濕地和人工快滲主要利用生態系統的削減能力對污水進行處理，對較小規模及經濟能力較弱的鄉鎮污水處理廠的應用存在較大優勢，但若保證出水水質能夠穩定達標，則建議提升前序處理的程度。

表1 選取的污水處理工藝優缺點及適用條件

3 污水處理廠建設投資標準

污水處理廠建設投資主要根據建設內容核定，一般包括污水和污泥處理的生產設施、輔助設施和附屬設施等，其總投資一般包括建筑安裝工程費、設備購置費、工程建設其他費用、基本預備費等。

本研究收集了153個污水處理廠建設案例，涉及重慶、湖北、江西、云南、安徽、山東等地區，針對提出可選擇的5種處理工藝進行統計分析。根據污水處理行業經驗及實際情況調查顯示，相同條件同種處理工藝下，噸水建設投資隨著污水處理規模的增加而逐漸減小，兩者大體符合對數關系式。

根據收集污水處理廠建設投資實例，分別對5種處理工藝繪制處理規模與噸水投資散點圖，結合散點圖分布，得出對數關系式，詳見圖2。

除人工濕地的R2較小外，其余R2均較大，表明兩者對數關系程度較好。由于人工濕地案例大部分為重慶市內鄉鎮污水處理廠且設計單位水平參差不齊，導致散點圖對數關系較差。根據實際調查考核，本研究中對數關系式仍可近似計算投資水平。因此，由5種處理工藝的對數關系式分別計算不同處理規模的噸水投資。根據三峽庫區生態屏障區實地情況，處理規模選擇200～5 000 t/d，并劃分4個檔次，詳見表2。

由表2可見，200～5 000 t/d的鄉鎮級污水處理廠噸水投資在2 000～5 500元；各處理工藝不同處理規模的噸水投資跨度基本在1 000～1 500元，處理規模越小，噸水投資越大；氧化溝噸水投資相對較大，而人工濕地及人工快滲的噸水投資相對較小。

表2 5種處理工藝不同處理規模的噸水投資1)

注：1)建設投資包括設備購買、建筑安裝費、工程建設其他費用以及基本預備費(不包含管網建設、土地征用費用及土地平整費)；出水水質要求達到GB 18918—2002中一級B標準。

圖2 各處理工藝處理規模與噸水投資散點圖Fig.2 Scatter plot between treatment scale and per unit investment

表2中噸水投資是在給定的邊界條件下計算得出，但實際中地形、進水濃度、出水要求、物價、人工費等因素均對費用產生一定影響，若污染指標濃度過大或較小時應考慮增加其他工藝段或是加藥保證碳氮比合理等，建設投資費用則會發生浮動；物價、人工費等均會隨時間及地域的不同發生變化。因此，在具體項目建設前期，可以在上述研究成果的基礎上，結合實際污水處理廠建設的具體情況，對噸水投資進行適當的調整，最終確定建設投資費用。

4 結 語

(1) 三峽庫區生態屏障區主要以鄉鎮級污水處理廠為主，通過實地調查和案例分析，氧化溝、A2/O，SBR、人工濕地及人工快滲等5種處理工藝在三峽庫區生態屏障區鄉鎮污水處理廠可選擇應用，具體處理工藝選取需依據環境條件、土地面積、進出水要求、設計規模、投資與運行管理等因素確定。

(2) 200～5 000 t/d的鄉鎮級污水處理廠噸水

投資在2 000～5 500元；各處理工藝不同處理規模的噸水投資跨度基本在1 000～1 500元，處理規模越小，噸水投資越大；氧化溝噸水投資相對較大，而人工濕地及人工快滲的噸水投資相對較小

(3) 本研究成果只是基于理論及數學公式計算得出，但是在實際過程中存在地形、進水濃度、出水要求、物價、人工費等不確定因素，因此在具體項目建設前期，可以在本研究基礎上充分結合實際污水處理廠建設的具體條件及設計要求，確定選擇處理工藝及建設投資費用。

[1] 陳吉寧，鄒驥，王燦，等.城市污水處理廠的規模與效率研究[J].中國給水排水，2004，20(5)：35-38.

[2] 周毅，陳永祥.小型城市污水廠設計中的問題及探討[J].環境工程，2004，22(2)：22-24.

[3] 胡友兵，李致家，馮杰.三峽庫區生態屏障范圍界定[J].水利學報，2012，43(10)：1248-1252.

[4] 鄭軒，楊榮華，王強.三峽庫區生態屏障區建設探討[J].人民長江，2013，44(15)：73-76.

[5] 劉杰，鄭西來，高超.城鎮污水處理廠用地、運行及建設費用研究[J].環境工程學報，2010，4(11)：2522-2526.

[6] 易新貴.改良式人工濕地處理鄉鎮河流污水工程應用[J].工業安全與環保，2006，32(8)：35-36.

[7] 雷志斌，羅富金.用于小城鎮污水處理的人工快滲技術研究應用進展[J].河南科學，2012，30(2)：261-264.