再生水處理的成本效益分析與優化

［摘 要］隨著水資源短缺和環境污染問題的日益嚴重，再生水處理成為一種重要的水資源利用方式。然而，再生水處理成本較高，在具體的工作中，需及時進行成本效益分析和優化。本文在分析再生水處理的成本結構和效益后，明確了再生水處理的效益，由此提出再生水處理的成本優化策略，希望可以進一步提高再生水處理的經濟性和可行性。

［關鍵詞］再生水處理；成本效益；成本管理；優化

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2024.19.007

［中圖分類號］F275 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2024）19-0022-04

0 " " 引 言

隨著全球水資源的日益緊張，再生水處理已成為解決水資源短缺的重要途徑。再生水指廢水經過適當處理后，達到一定的水質指標，滿足某種使用要求，可以進行再次利用的水。然而，再生水處理并非無成本，因此，對其成本效益進行分析與成本優化至關重要。

1 " " 再生水處理的成本

1.1 " 基礎設施投資

再生水處理是一種可持續發展的水資源管理方法，通過對廢水進行處理后實現再利用，以滿足人們日益增長的用水需求。再生水處理的成本主要來自基礎設施投資，包括廢水收集系統、處理設施和輸配水管網的構建。廢水收集系統的建設是基礎設施投資的第一步，廢水收集系統需要通過管網將城市或工業區域的廢水輸送到處理設施進行處理，而這個過程涉及大量的土地購買、管道建設和設備安裝等費用，此外，還需要進行地質勘探和環境評估等工作，以確保廢水收集系統的穩定性和環保性。此外，處理設施的建設也需要巨額的投資，處理設施主要包括生物處理系統、過濾系統和消毒系統等，生物處理系統用于去除廢水中的有機物和無機物，過濾系統用于去除懸浮物和微生物，消毒系統用于殺滅細菌和病毒。這些設施的建設不僅需要先進的技術和設備支持，還需要大量的勞動力和材料。投資者需要考慮設施的規模和容量，以滿足不同地區的用水需求。

1.2 " 運營維護費用

運營維護費用是指運行再生水處理系統所需的費用，涵蓋了人員工資、設備維護和修理、定期水質檢測等方面。此時，運營再生水處理系統需要專業的操作和管理人員，且其不僅需要具備水處理相關的知識和技能，還需定期進行培訓以跟進新技術和政策的發展，與此同時，他們的工資和培訓費用是運營維護費用中不可忽視的一部分。再生水處理系統的設備需要定期維護和修理，以確保其正常運行，而維護包括清洗、更換濾芯、修復損壞的部件等工作，其中，修理則需要專業的技術人員進行，有時還需要采購零部件，這些維護和修理費用也是再生水處理的成本之一。

1.3 " 能源消耗

在再生水處理過程中，能源消耗主要涉及廢水處理的電力和熱力需求。其中，電力主要用于驅動污水處理廠的機器設備，如泵站、攪拌器、過濾設備等，這些設備的運行需要大量的電力支持，從而導致能源消耗增加；而熱力主要用于污泥處理和水的加熱過程，污泥處理通常需要將污泥進行消化、干化等處理，這些過程需要耗費大量的熱能。

另外，再生水處理中還需要將原水進行加熱，以提高處理效果，根據某廢水處理廠的數據，年處理能力為10萬噸的廢水處理廠，電力消耗約為1 500萬千瓦時，熱力消耗約為500萬千焦耳。據估算，電力消耗約占再生水處理成本的30%，熱力消耗則約占20%，這表明，能源消耗對再生水處理成本有較大的影響。除此以外，在設計和運行再生水處理設施時，應考慮采用節能設備和技術，以減少能源消耗，并引入可再生能源，如太陽能、風能等，減少對傳統能源的依賴，降低能源成本[1]。

1.4 " 化學品費用

化學品費用是再生水處理的主要成本之一，它包括購買化學藥劑和相關設備的費用以及運輸、儲存和處理廢棄物的費用。其中，化學藥劑包括混凝劑、絮凝劑、pH調節劑和消毒劑等。對化學藥劑的選擇和使用需進行合理的管控，目前，市場上存在著各種不同類型的化學藥劑，其性能和價格各不相同。為此，需使用高效的化學藥劑以降低處理過程中藥劑投入量，降低成本。

1.5 " 額外費用

再生水的處理過程本身就需要投入大量的資金。從收集到的廢水開始，需要經過一系列的處理流程，包括生物處理、化學處理和物理處理等，以去除廢水中的污染物和雜質，而這些處理設備的購買、安裝和維護成本是相當高昂的。另外，常見的過濾方法包括砂濾、活性炭過濾和膜過濾等，與消毒一樣，過濾設備和濾材的購買和更換也會增加再生水處理的成本。此外，再生水處理過程中還可能涉及其他額外費用，如運營和維護成本、處理廢棄物和副產物等費用。這些都需要一定的資源和資金投入。

2 " " 再生水處理的效益

2.1 " 經濟效益

全球范圍內面臨著水資源緊缺的問題。一方面，再生水處理可以節約新鮮水資源，而新鮮水是有限的資源。通過再生水處理，廢水可以被處理成再生水，用于工業生產、農業灌溉等方面，從而減少對新鮮水的需求，節約水資源。另一方面，相比于新鮮水，再生水處理成本較低。采用再生水處理系統，企業和城市可以降低用水費用，從而降低運營成本。此外，傳統的廢水處理主要對廢水進行處理，以防止對自然水體的污染，而通過再生水處理，可以將廢水處理成再生水，進而減少對自然水體的壓力、降低環境治理成本。

2.2 " 環境效益

再生水處理可以減輕對自然水體的污染。傳統的污水處理方式往往只能將廢水處理成符合排放標準的水質。而再生水處理則可以進一步提高廢水的處理效果，將其處理成可再利用的水源，從而減少向自然水體的排放。這對于水體生態環境的改善具有積極意義。減少水體污染還有助于保護水生物的生存環境，促進水生態系統的健康發展。

2.3 " 社會效益

人口增長和經濟發展導致水資源需求不斷增加，新鮮水資源供應面臨壓力。通過再生水處理，可以提供可再利用的水源，進而滿足城市居民的日常用水需求。同時，再生水處理還能提高城市的水資源利用效率，減少水資源的浪費，從而提高城市的可持續發展能力。除此以外，還可以持續增強公眾對水資源保護的意識，促進可持續水資源管理。

3 " " 再生水處理的成本優化策略

3.1 " 技術優化

3.1.1 " 高效過濾系統

高效過濾系統是再生水處理中常用的技術之一。傳統的過濾系統包括砂濾和炭濾等處理單元，但這些處理單元存在著濾料易堵塞、濾效低下等問題。因此，需改進濾料選用和加入預處理單元。例如，采用陶瓷膜過濾系統，濾膜具有較小的孔徑，可以更好地去除顆粒物和微生物，同時濾膜具有較長的使用壽命，可降低更換濾料的頻率和成本。

3.1.2 " 先進氧化工藝

先進氧化工藝是再生水處理中一種有效的降解有機污染物的方法，采用以過氧化氫、臭氧等為氧化劑的先進氧化工藝，可以快速氧化降解難降解的有機物質，提高再生水的水質。與此同時，還可以通過引入光催化劑，如二氧化鈦，結合陽光或紫外線光照，增強氧化效果，借此不僅可以高效地去除有機污染物，還能減少添加的化學藥劑的使用量和時間，從而降低成本[2]。

3.1.3 " 膜分離技術

膜分離技術是再生水處理中常用的一種技術，在這個環節，可以通過不同孔徑的膜將水體中的污染物分離，實現水的凈化。此時，膜分離技術具有處理效果好、占地面積小、操作簡便等優點；而優化膜的選用和膜分離工藝的參數設置可以進一步提高該技術的效果并降低成本，如采用更高級別的膜材料，像反滲透膜，可以更好地去除離子和溶解性物質，提高去除率。

3.2 " 管理優化

3.2.1 " 優化運營和維護程序

在再生水處理系統中，定期的運營和維護工作是確保設備正常運轉和延長其使用壽命的關鍵。通過制訂合理的運營和維護計劃，可進一步提高設備的效率和可靠性，從而減少故障和維修成本。

3.2.2 " 加強監控和控制系統

完善的監控和控制系統能實時追蹤和調整再生水處理過程中的各項參數和操作，從而保證其穩定性和高效性。同時，可以設計合理設置傳感器和自動控制裝置，實現對水質、流量、壓力等關鍵指標的精確控制，進而降低運營成本。

3.2.3 " 合理調整系統能耗和化學藥劑使用

能耗和化學藥劑使用是再生水處理過程中的主要成本項，因此，需要科學合理地進行調控。通過采用高效節能設備、優化工藝流程、合理運行策略等措施，能夠降低能耗成本。同時，還需選擇適當的化學藥劑種類和用量，進而實現安全高效的水處理，減少化學藥劑的使用量和成本。

在細節優化方面，主要的措施包括：①定期維護設備和清洗管道。常規的設備維護和管道清洗能夠避免積垢、堵塞等問題的發生，確保再生水處理過程的順利進行。②合理選擇反應器和過濾器。反應器和過濾器的設計和選型直接影響處理效果和成本效益，在使用這些設備時，應根據實際需求選擇合適的型號和尺寸，以提高處理效率并降低成本。③加強人員培訓和技術支持。再生水處理技術的復雜性要求操作人員具備一定的專業知識和技能。通過定期培訓和技術支持，可以提高人員的技術水平和工作效率，從而優化再生水處理過程的管理。

3.3 " 政策優化

政府可以出臺相關政策，提供財政補貼或稅收優惠，以吸引企業和個人投資再生水處理設施，并與相關企業合作，共同進行研究和創新，降低再生水處理設備和技術的成本。如此，可以促使再生水處理的成本逐漸降低，并得到更多人的接受和應用。另外，政府可以制定相關政策，鼓勵公眾和企業采取節約用水的措施，如提供減免水費或獎勵措施，以鼓勵家庭安裝節水設施，且企業也需采用節能型水處理設備。而政府還可以推動回收再利用系統的建設，使廢水得到再生和再利用，減少對淡水資源的需求，或者推動技術創新和知識產權保護，吸引更多企業和投資者加入再生水處理領域，推動技術的快速發展[3]。

4 " " 再生水處理的成本效益分析與優化案例

再生水處理是一種將廢水經過一系列處理工藝后

再利用的方法，可以有效地解決水資源短缺問題，如在

特定地區（干旱地區或高人口密集地區），再生水處理

可以提供穩定的水源，減少對自然水資源的依賴。本次

案例研究地區是某個干旱地區，該地區由于長期降水

不足，無法滿足人們的用水需求。因此，引入再生水處理

系統成為解決水資源短缺的一個可行方案。在2020

年，本區域再生水處理系統投入成本為500 000元，

當年維護費用為50 000元，水價為1.20元/m3，其累計節省水資源大致為100 000 m3；2021年本區域再生水處理系統投入成本為400 000元，當年維護費用為

40 000元，水價為1.30元/m3，其累計節省水資源大致為150 000 m3；2022年本區域再生水處理系統投入成本為600 000元，當年維護費用為60 000元，水

價為1.40元/m3，其累計節省水資源大致為200 000 m3；

2023年本區域再生水處理系統投入成本為350 000元，當年維護費用為35 000元，水價為1.50元/m3，其累計節省水資源大致為250 000 m3。對這些數據進行分析，可以看到再生水處理系統的投入成本和維護費用逐年減少，這是因為隨著技術的進步和經驗的累積，再生水處理系統的成本也會逐漸降低。另外，通過再生水處理，每年都可以節省大量的水資源，且累計節省水資源也在逐年增加。

4.1 " 成本效益分析

再生水處理系統的投入成本和維護費用應與節省的水資源量相互對比，以評估成本效益，根據上述成本效益比的計算公式：成本效益比=（系統投入成本+年維護費用）/（節水總量×水價）。此公式可以評估每單位節水所帶來的經濟效益，比值越低表明再生水處理成本效益越高。

2020年成本效益比= （500 000+50 000） / （100 000 ×1.20） = 4.6

2021年成本效益比= （400 000+40 000） / （150 000 ×1.30） = 2.9

2022年成本效益比= （600 000+60 000） / （200 000 ×1.40） = 2.4

2023年成本效益比= （350 000+35 000） / （250 000 ×1.50） = 1.0

分析上述數據可見，再生水處理系統初期投入及年度維護成本有所波動，但伴隨節水量的逐年上升和水價持續增高，成本效益比呈顯著下降趨勢。特別是在2023年，成本效益比降至1.0，意味著再生水處理的直接經濟效益與常規水資源使用成本基本持平，也標志著該技術在經濟上的可行性與高效性。

4.2 " 優化建議

為了進一步優化再生水處理系統的成本效益，提出以下建議：

①提高再生水的質量。引入更高效的處理工藝提高再生水的質量，更好地滿足人們的用水需求，并進一步減少對自然水資源的依賴。②降低投入成本。提高再生水處理系統的運行效率，并減少能耗和化學藥劑的使用，如此，也能進一步降低投入成本。③拓展再生水的利用領域。與相關行業合作，持續擴大再生水的利用范圍，如農業灌溉、工業用水等，以增加再生水的市場需求，從而提高系統的經濟效益。

5 " " 結束語

總之，再生水處理是一項具有重要意義的工作，其成功實施需要充分考慮其成本和效益。即需對再生水處理進行全面的成本效益分析，進而更好地理解其經濟效益、環境效益和社會效益，從而及時作出更優化的決策。在未來的研究中，應更深入地探索再生水處理的技術創新和管理優化，以進一步推動其在全球范圍內的廣泛應用。

主要參考文獻

［1］劉政含.集成再生水處理的化工園區用水系統優化研究［D］.青島：青島科技大學，2022.

［2］葉寧. 多點進水多級AO工藝在寒冷地區大型污水處理廠的應用［J］. 凈水技術，2023（4）：161-168.

［3］張愛國，闕莉莉，李鑫，等. 基于利益相關者視角的再生水項目成本—效益評估模型及其應用［J］. 水電能源科學，2021（6）：136-139.