多因素影響下的污水廠選址分析
——以煙臺(tái)開發(fā)區(qū)八角污水廠為例

呂 絳

(中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，廣東深圳 518000)

近年來，隨著國內(nèi)城市污水處理廠基建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，城市污水處理廠建設(shè)作為城市水污染防治的主要基礎(chǔ)設(shè)施，已受到政府及社會(huì)的高度重視。污水廠選址作為城市污水處理廠建設(shè)的先決條件，關(guān)系到整個(gè)污水系統(tǒng)構(gòu)建的合理性[1]。許多地區(qū)在進(jìn)行污水廠選址的時(shí)候缺乏綜合性的統(tǒng)籌考慮，導(dǎo)致污水收集建設(shè)、運(yùn)營成本加大，影響周邊土地利用，與受納水體環(huán)境功能分區(qū)、水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)不相匹配等諸多結(jié)果。

目前，污水處理廠選址一般參考《室外排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014—2006)中傳統(tǒng)的選址原則，而在具體工作中，還需要結(jié)合項(xiàng)目所在地域的特征，抓住主要痛點(diǎn)。本文以煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)八角污水廠選址為例，考慮多因素影響因素，分析不同選址方案的利弊，為沿海型地區(qū)污水處理廠選址總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與方法。

1 項(xiàng)目背景介紹

目前，煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)共分為4個(gè)污水系統(tǒng)(圖1)。由于潮水污水廠規(guī)模較小，出水標(biāo)準(zhǔn)偏低，且距離大季家污水廠較近，遠(yuǎn)期關(guān)閉，將潮水片區(qū)納入大季家污水系統(tǒng)(圖2)。 八角-古現(xiàn)污水系統(tǒng)目前僅有一座污水廠，該廠處理規(guī)模有限，且不具備原址擴(kuò)建條件，未來該片區(qū)污水需依靠新建八角污水廠或向外轉(zhuǎn)輸予以解決。

圖1 現(xiàn)狀污水工程系統(tǒng)Fig.1 Existing Sewage Engineering System

圖2 規(guī)劃污水系統(tǒng)分區(qū)Fig.2 Planning Zone of Sewage System

2 選址比選的主要影響因子

污水廠選址比選涉及眾多影響因子，包括土地利用條件、地形高程特征、受納水體性質(zhì)，污水排放標(biāo)準(zhǔn)和污水建設(shè)運(yùn)營成本等諸多方面，結(jié)合項(xiàng)目所在區(qū)域特點(diǎn)選出4類最為重要的影響因子。

2.1 海洋功能區(qū)劃

不同海洋功能區(qū)劃對(duì)應(yīng)不同的水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)。污水廠選址需考慮臨近海域水體功能定位，提升“厭惡型基礎(chǔ)設(shè)施”與周邊用地規(guī)劃與水域環(huán)境的相容性。

2.2 尾水排放標(biāo)準(zhǔn)

污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)的確定需要考慮受納水體的環(huán)境容量，而不應(yīng)采取一級(jí)A類排放標(biāo)準(zhǔn)“一刀切”的做法。當(dāng)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)低于受納水體水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)時(shí)，會(huì)對(duì)污水廠選址帶來影響。

2.3 海洋環(huán)流影響

對(duì)于沿海灣區(qū)型地帶，海洋環(huán)流會(huì)對(duì)尾水的排放與擴(kuò)散產(chǎn)生較大影響。當(dāng)環(huán)流方向指向污水廠排放區(qū)域，尾水?dāng)U散緩慢，污染物容易在排口附近形成囤積現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)流方向背離污水廠排放區(qū)域，尾水?dāng)U散條件好，對(duì)附近海域水質(zhì)產(chǎn)生不利因素較小。

2.4 建設(shè)運(yùn)營成本

污水廠選址，關(guān)系到污水收集排放系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行成本的大小。因此，在實(shí)際工作過程中，更偏向于在靠近服務(wù)區(qū)的低點(diǎn)位置進(jìn)行污水廠選址。

3 技術(shù)路線

煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)的污水廠尾水最終均排入海域。根據(jù)海洋功能區(qū)劃和環(huán)流影響確定不同位置受納水體的特點(diǎn)(水質(zhì)目標(biāo)和污染擴(kuò)散條件等)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)比污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)，明確尾水排放區(qū)域，作為污水廠選址方案對(duì)比的前提條件，結(jié)合工程建設(shè)運(yùn)營成本分析，尋求污水廠選址的最優(yōu)方案。

圖3 技術(shù)路線Fig.3 Technical Route

決定尾水排放區(qū)域的影響因子包括海洋功能區(qū)劃、海洋環(huán)流影響和尾水排放標(biāo)準(zhǔn)，各自權(quán)重占比分別為25%、25%和50%。

表1 尾水排放區(qū)域影響因子權(quán)重Tab.1 Impact Factor Weight of Sewage Discharge Area

決定污水廠選址的影響因子包括污水收集處理工程建設(shè)運(yùn)行成本和再生水回用建設(shè)運(yùn)行成本，各自權(quán)重占比分別為70%、30%。

表2 污水廠選址影響因子權(quán)重Tab.2 Impact Factor Weight of Sewage Plant Site Selection

4 方案比選過程

4.1 尾水排放區(qū)域選取

4.1.1海洋功能區(qū)劃

根據(jù)煙臺(tái)市海洋功能區(qū)劃研究報(bào)告(圖4)，古現(xiàn)、八角污水廠附近海域功能區(qū)包括煙臺(tái)市區(qū)濱海風(fēng)景旅游區(qū)(水質(zhì)目標(biāo)Ⅱ類)、煙臺(tái)海洋特別保護(hù)區(qū)(水質(zhì)目標(biāo)Ⅱ類)，煙臺(tái)港港口區(qū)和航道區(qū)(水質(zhì)目標(biāo)Ⅲ類)。

圖4 海洋功能區(qū)Fig.4 Marine Functional Area

目前，八角片區(qū)正在建設(shè)煙臺(tái)人才港項(xiàng)目，東部大宇造船廠將會(huì)搬遷。根據(jù)最新煙臺(tái)市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃土地利用規(guī)劃圖(圖5)，東側(cè)沿海土地利用性質(zhì)發(fā)生了改變，港口以南區(qū)域海域的環(huán)境功能性質(zhì)有可能由對(duì)水質(zhì)要求較低的港口區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)水質(zhì)要求較高的濱海休閑旅游區(qū)(圖6)。

圖5 八角片區(qū)土地利用規(guī)劃Fig.5 Land Use Planning of Bajiao Area

圖6 用地功能調(diào)整對(duì)水質(zhì)目標(biāo)影響Fig.6 Impact of Land Use Adjustment on Water Quality Targets

4.1.2海洋環(huán)流影響

對(duì)于沿海灣區(qū)型地帶，海洋環(huán)流會(huì)對(duì)尾水的排放與擴(kuò)散產(chǎn)生較大影響。當(dāng)環(huán)流方向指向污水廠排放區(qū)域，尾水?dāng)U散緩慢，污染物容易在排口附近形成囤積現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)流方向背離污水廠排放區(qū)域，尾水?dāng)U散條件好，對(duì)附近海域水質(zhì)產(chǎn)生不利因素較小。

從整體來看，黃海海流微弱，流速通常只有最大潮流速度的1/10左右[2]。表層流受風(fēng)力制約，具有風(fēng)海流性質(zhì)。冬季盛行偏北風(fēng)，多偏南流；夏季盛行偏南風(fēng)，多偏北流(圖7)。當(dāng)污水廠出口在港口西側(cè)或者南側(cè)時(shí)，會(huì)受到環(huán)流的影響，使得尾水污染物進(jìn)入到南側(cè)的海濱浴場區(qū)，影響當(dāng)?shù)睾Ｋ|(zhì)。

圖7 海洋環(huán)流方向Fig.7 Ocean Circulation Direction

4.1.3污水排放標(biāo)準(zhǔn)

按照現(xiàn)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的要求，城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入海水Ⅱ類(GB 3097—1997)功能水域和湖、庫等封閉或半封閉水域時(shí)，執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)，城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入海水Ⅲ、Ⅳ類(GB 3097—1997)功能海域，執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。即按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，古現(xiàn)-八角片區(qū)內(nèi)的污水廠尾水排放達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)即可[3]。

考慮開發(fā)區(qū)已經(jīng)設(shè)置海濱浴場的實(shí)際情況，經(jīng)研究比較，相比Ⅱ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),地表Ⅳ類水體水質(zhì)缺項(xiàng)13項(xiàng)，超標(biāo)15項(xiàng)。一級(jí)A類排放標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)缺項(xiàng)26項(xiàng)，超標(biāo)5項(xiàng)，再生水娛樂性景觀環(huán)境用水缺項(xiàng)23項(xiàng)，超標(biāo)6項(xiàng)(表3)。因此，Ⅱ類海水水質(zhì)明顯優(yōu)于一級(jí)B污水排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至高于一級(jí)A類排放標(biāo)準(zhǔn)和地表Ⅳ類水質(zhì)，依靠海洋自凈能力，污水尾水對(duì)海濱浴場存在一定的污染超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

續(xù)表3

序號(hào)項(xiàng)目Ⅱ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)地表Ⅳ類水體水質(zhì)一級(jí)A類排放標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)再生水娛樂性景觀環(huán)境用水水質(zhì)17鉛/(mg·L-1)≤0.010≤0.05無此指標(biāo)無此指標(biāo)18六價(jià)鉻/(mg·L-1)≤0.10≤0.05無此指標(biāo)無此指標(biāo)19總鉻/(mg·L-1)≤0.030≤0.05無此指標(biāo)無此指標(biāo)20砷/(mg·L-1)≤0.010≤0.1無此指標(biāo)無此指標(biāo)21銅/(mg·L-1)≤0.050≤1無此指標(biāo)無此指標(biāo)22鋅/(mg·L-1)≤0.005≤2無此指標(biāo)無此指標(biāo)23硒/(mg·L-1)≤0.020≤0.02無此指標(biāo)無此指標(biāo)24鎳/(mg·L-1)≤0.010無此指標(biāo)無此指標(biāo)無此指標(biāo)25氰化物/(mg·L-1)≤0.005≤0.2無此指標(biāo)無此指標(biāo)26硫化物(以S計(jì))/(mg·L-1)≤0.05≤0.5無此指標(biāo)無此指標(biāo)27揮發(fā)性酚/(mg·L-1)≤0.005≤0.01無此指標(biāo)無此指標(biāo)28石油類/(mg·L-1)≤0.05無此指標(biāo)無此指標(biāo)≤129六六六/(mg·L-1)≤0.002無此指標(biāo)無此指標(biāo)無此指標(biāo)30滴滴涕/(mg·L-1)≤0.000 1無此指標(biāo)無此指標(biāo)無此指標(biāo)31馬拉硫磷/(mg·L-1)≤0.001無此指標(biāo)無此指標(biāo)無此指標(biāo)32甲基對(duì)硫磷/(mg·L-1)≤0.001無此指標(biāo)無此指標(biāo)無此指標(biāo)33苯并(a)芘/(n·L-1)≤0.002 5無此指標(biāo)無此指標(biāo)無此指標(biāo)34陰離子表面活性劑(以LAS計(jì))/(mg·L-1)0.100.30.51

4.1.4尾水排放區(qū)域選取

圖8 建議尾水排放區(qū)域Fig.8 Discharge Area of Tail Water

綜上分析，八角片區(qū)附近海域不適宜進(jìn)行污水廠尾水排放。而西港區(qū)的北側(cè)或者西側(cè)近海域沒有敏感地帶，水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)較低，常規(guī)尾水排放標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足要求，且環(huán)流方向更加有利于污染擴(kuò)散，因此,建議將上述區(qū)域作為尾水的排放區(qū)域。

4.2 建設(shè)運(yùn)營成本分析

4.2.1方案一

擴(kuò)建大季家污水廠，將古現(xiàn)-八角片區(qū)內(nèi)的污水輸往大季家污水廠進(jìn)行處理(圖9)。

圖9 方案一Fig.9 Plan 1

污水收集排放建設(shè)成本：需要在八角片區(qū)和古現(xiàn)污水廠各設(shè)置一座污水提升泵站，規(guī)模分別為6萬t/d和8萬t/d，工程投資造價(jià)分別為3 800萬元和5 000萬元；新建1條18.5 km DN1000的污水管線，工程投資造價(jià)4 200萬元；新建1條14 km DN800的污水壓力管線，工程投資造價(jià)2 000萬元，合計(jì)1.5億元。

污水收集排放運(yùn)行成本：一部分污水通過八角污水泵站進(jìn)行提升，規(guī)模為6萬t/d，高差為43 m，運(yùn)送到最高點(diǎn)距離為5 km。另一部分污水通過古現(xiàn)污水廠泵站進(jìn)行提升，規(guī)模為8萬t/d，從4.3 m的低點(diǎn)，跨越沿途50 m的高點(diǎn)，運(yùn)送到最高點(diǎn)距離為10 km。上述提升費(fèi)用計(jì)算千米水頭損失按照1.27 m計(jì)算，電費(fèi)取0.74萬元/a，水泵功率系數(shù)取0.82，電機(jī)功率系數(shù)取1.05，運(yùn)送成本分別為0.74萬元/d和1.16萬元/d，合計(jì)1.90萬元/d。

4.2.2方案二

新建八角污水廠，將尾水分散排入九曲河、八角河和白銀河，再匯入大海(圖10)。

圖10 方案二Fig.10 Plan 2

污水收集排放建設(shè)成本：需要在八角片區(qū)和古現(xiàn)污水廠各設(shè)置一座污水提升泵站，規(guī)模分別為6萬t/d和8萬t/d，工程投資造價(jià)分別為2 800萬元和4 000萬元；自八角泵站引DN600的管線，長度為5.1 km，自古現(xiàn)泵站引DN800的管線，長度為4.1 km，工程投資造價(jià)分別為550萬元和600萬元；新建九曲河尾水泵站，規(guī)模按照7萬t/d計(jì)算，工程投資造價(jià)為4 400萬元；新建八角河尾水泵站，規(guī)模按照5萬t/d計(jì)算，工程投資造價(jià)為3 000萬元；新建7.5 km，管徑DN900的九曲河尾水管線，工程投資造價(jià)為2 000萬元；新建6.5 km，管徑DN800的八角河尾水管線，工程投資造價(jià)為900萬元；合計(jì)1.83億元。

污水收集排放運(yùn)營成本：八角污水廠的污水是通過本北側(cè)八角泵站(6萬t/d)和南側(cè)古現(xiàn)泵站(8萬t/d)提升收集得到的，揚(yáng)程分別為23.3 m和22.6 m，運(yùn)行費(fèi)用為0.82萬元/d；7萬t/d的尾水排至九曲河，需要將尾水從28 m提升至70 m，高差為42 m，運(yùn)送到最高點(diǎn)距離為6.2 km，運(yùn)送成本為0.88萬元/d；5萬t/d的尾水排至八角河，需要將尾水從28 m提升至35 m，高差為7 m，運(yùn)送到最高點(diǎn)距離為5 km，運(yùn)送成本為0.17萬元/d；合計(jì)1.87萬元/d。

4.3 小結(jié)

從對(duì)海水水質(zhì)影響的角度分析，方案一優(yōu)于方案二。但考慮到海濱浴場全年開放時(shí)間有限，采用方案二分散排放，可較大程度降低八角污水廠對(duì)其水質(zhì)的影響。另外，方案二污水收集排放建設(shè)成本雖高于方案一，但污水收集排放運(yùn)營成本較低。同時(shí)，考慮未來有大規(guī)模利用再生水的可能性，新建污水廠，有利于污水的就近處理及回用，因此推薦方案二。

5 結(jié)語

本文以煙臺(tái)開發(fā)區(qū)八角污水廠為例，系統(tǒng)分析了污水廠選址的方式和方法。得出結(jié)論：海洋功能區(qū)劃、尾水排放標(biāo)準(zhǔn)、海洋環(huán)流影響、建設(shè)運(yùn)營成本是沿海地區(qū)在污水廠選址時(shí)需重點(diǎn)考量的因素。尾水排放應(yīng)優(yōu)先選在水動(dòng)力條件好，擴(kuò)散能力強(qiáng)，水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)偏低的水域，避免與海洋功能分區(qū)發(fā)生沖突，增加與周邊土地利用的相容性。在此基礎(chǔ)上，通過污水收集系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行成本的比較，并適當(dāng)考慮未來再生水回用需求，最終確定污水廠選址的最優(yōu)方案。