广西县级城镇污水处理厂建设及运行效果分析

第３３卷第１期２０１３年２月桂林理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ３３Ｎｏ１Ｆｅｂ　２０１３文章编号：１６７４－９０５７（２０１３）０１－０１５４－０６　　　　　ｄｏｉ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ１６７４－９０５７２０１３０１０２９广西县级城镇污水处理厂建设及运行效果分析蒙金结１，成官文１，刘李力２，兰　波２，吴　敏２，梁　斌２（１桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林　５４１００４；２广西城乡规划设计院，南宁　５３００００）摘　要：广西７２座县级城镇污水处理厂建设、投资、工艺、运行情况统计表明，广西县级城镇污水处理厂建设规模一般小于２万ｍ３／ｄ，主要采用ＳＢＲ及其改良工艺、氧化沟、Ａ２／Ｏ工艺。污水处理厂单位规模总投资（含管网）、单位规模污水厂建设投资及运行成本随处理规模增大而降低，＜１万、１～２万、２～５万ｍ３／ｄ规模污水处理厂单位规模总投资分别为１７３００～４７００、４７００～３５００和３５００元／ｍ３，单位规模建设投资分别为７２５０～２７５０、２７５０～１９００和１９００元／ｍ３，管网实际投资明显低于污水处理厂建设投资。＜２万、２～５万ｍ３／ｄ规模污水处理厂运行成本均值分别为０４８、０３６元／ｍ３。２０１０年污水处理厂平均负荷率为６０８％，明显低于全国在线污水处理厂的平均水平；污水处理达标率平均值为９６％，其中ＣＯＤ、ＢＯＤ全部达标，但少数污水处理厂因工艺技术、碳源不足而出现氨氮超标。关键词：城镇污水处理厂；建设投资；运行成本；处理效果中图分类号：Ｘ１９６　　　　　　　　　　　　　　　文献标志码：Ａ随着《“十一五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》的提出，我国城镇污水处理行业进入一个快速发展的阶段。“十一五”期间，我国城镇污水处理量年均增幅超过２２％，城市污水处理率达７３％，城镇污水处理厂平均运行负荷率达到７７％［１］。但我国６５％左右的县城污水处理设施基本处于空白状态，绝大多数乡镇没有任何污水处理设施，部分已建污水处理厂管网建设相对滞后，污水厂处理能力难以充分发挥，小型城镇污水处理厂工程设计及运行管理出现了不少问题［２］。因此，开展城镇小型污水处理厂工艺技术及运行管理研究对于我国城镇小型污水处理厂建设具有重要意义。本文以广西县级城镇污水处理厂作为对象，通过工艺技术、建设投资、管网建设、运行费用、处理效果、污泥处置等方面研究，探寻和总结广西县级城镇污水处理厂工程设计、投资建设和运行管理等方面的经验和不足，以期为未来我国及广西县级、乡镇污水处理厂规划、设计、建设及运行管理提供借鉴和指导。１　县级城镇污水处理厂设计、建设情况广西地处我国西南，经济欠发达，县城污水处理设施建设起步较晚，２００８年陆续开始县级城镇污水处理厂建设，目前累计建成并投入运营７２座污水处理厂，具体情况如下。１１　建设规模县级城镇污水处理厂建设规模均不大于５万ｍ３／ｄ，其中２万ｍ３／ｄ以下的污水处理厂占７９２％（图１），与西南地区的建设规模普遍小于５万ｍ３／ｄ的特点相近［３］，显示广西县级社会经济发展还处于较低水平。　收稿日期：２０１２－０６－０４　基金项目：广西壮族自治区投资项目评审中心项目（２０１１１００２）；广西城乡规划设计院项目（２０１１１００５）　作者简介：蒙金结（１９８７—），女，硕士研究生，研究方向：水污染控制工程，４７０２５４１０２＠ｑｑｃｏｍ。　通讯作者：成官文，博士，教授，１９８６０１７＠ｇｌｕｔｅｄｕｃｎ。　引文格式：蒙金结，成官文，刘李力，等．广西县级城镇污水处理厂建设及运行效果分析［Ｊ］．桂林理工大学学报，２０１３，３３（１）：１５４－１５９．图１　７２座污水处理厂建设规模分布Ｆｉｇ１　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ７２ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔｓ１２　进水水质指标进水水质均值（质量浓度）为：ＣＯＤＣｒ２７０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５１３５ｍｇ／Ｌ、ＳＳ１７８ｍｇ／Ｌ、ＴＮ３７ｍｇ／Ｌ、ＮＨ３Ｎ２７ｍｇ／Ｌ、ＴＰ４ｍｇ／Ｌ。进水有机物浓度较低，需要脱氮除磷，但大部分污水处理厂Ｃ／Ｎ偏低，生物反硝化碳源不足。造成这一现象的原因与大多数县城民居建筑多建设有二级、三级化粪池有关。１３　出水标准出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８—２００２）一级Ａ标和Ｂ标，其中一级Ａ标１４座、一级Ｂ标５７座，所占比例分别为：１９４４％、７９１６％，仅１座污水处理厂采用其他标准，显示广西地方政府为保护广西生态环境和珠江水系源头水资源，采取了较为严格的环保举措。１４　处理工艺污水处理工艺有氧化沟、Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ、ＭＳＢＲ、硅藻土、人工快渗（ＣＲＩ）、多介质填料曝气生物滤池（ＳＴＣＣ）、人工湿地８类，均为生物处理工艺。其中ＳＢＲ及改良工艺２８座，占３８８９％（其中ＣＡＳＳ工艺１６座、ＣＡＳＴ工艺６座、ＳＢＲ工艺６座）；氧化沟工艺有２３座，占３１９４％；Ａ２／Ｏ工艺１１座，占１５２８％（其中Ａ２／Ｏ工艺９座、Ａ／Ｏ工艺２座）；ＭＳＢＲ工艺１座、硅藻土类工艺２座、ＣＲＩ４座、ＳＴＣＣ工艺２座、人工湿地１座。处理工艺以具有脱氮除磷、运行稳定的ＳＢＲ及改良工艺、氧化沟、Ａ２／Ｏ为主，与我国城镇污水处理厂建设情况基本相似［３］。不同建设规模及其工艺技术统计表明（图２）：２万ｍ３／ｄ及以下规模污水处理厂ＳＢＲ及其变种工艺＞氧化沟＞Ａ２／Ｏ；２～５万ｍ３／ｄ规模污水处理厂工艺以氧化沟为主，ＳＢＲ及其变种工艺次之，其他生物处理工艺比例均较低。广西县级城镇污水处理厂以技术成熟、具有脱氮除磷功能的ＳＢＲ及其改良工艺、氧化沟、Ａ２／Ｏ工艺为主（三者占８６１１％），工艺技术与进水水质、水量、排放标准较为匹配，污水处理厂工艺技术较为合理，符合国内外中、小型污水处理厂工艺选择取向［４－５］。图２　不同规模各工艺使用率Ｆｉｇ２　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｉｎｅａｃｈｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃａｌｅｓ１５　建设投资不同规模污水处理厂建设实际总投资（含管网投资），见图３。图３　污水处理厂建设投资Ｆｉｇ３　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｏｆｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ５５１第１期　　　　　　　　　　　　蒙金结等：广西县级城镇污水处理厂建设及运行效果分析２万ｍ３／ｄ以下污水处理厂建设实际总投资：Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ及其变种工艺为６２００万元左右，氧化沟为４９８６万元，硅藻土为５１５３万元，人工快渗（ＣＲＩ）为３３５７万元，人工湿地和ＳＴＣＣ工艺投资较低，在１５００万元左右。各工艺建设总投资差距较大，其中常见的Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ及其变种工艺、氧化沟、硅藻土等生物脱氮除磷工艺建设总投资相对较高，而人工湿地、人工快渗、ＳＴＣＣ工艺相对较低。２～５万ｍ３／ｄ污水处理厂建设实际总投资ＭＳＢＲ工艺最高，达１０７０９万元左右；氧化沟和Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ及其变种工艺次之，在８１００～９４００万元；人工快渗工艺投资最低，为５０１０万元。随着污水处理厂建设规模的增加，建设实际总投资也随之升高。不同规模污水处理厂中，污水厂实际总投资和管网投资平均值显示，污水厂实际总投资与管网投资的比例随着建设规模的增大而升高。其中不同规模、不同工艺各污水厂实际总投资均大于管网投资，其中２万ｍ３／ｄ以下Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ及其变种工艺的污水处理厂建设投资较高；２～５万ｍ３／ｄ规模ＭＳＢＲ、Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ及其变种工艺、氧化沟工艺的污水处理厂建设投资较高。管网实际投资则以ＳＴＣＣ、人工快渗、人工湿地较低。广西为西部欠发达地区，县域之间地理位置、地形地貌差异较大，多数县城位于边远山区，城区建设区规模很小、地形起伏明显，城区排水管网建设规模各地差异很大；部分县城利用原有管网，或采用分流制排水系统，排水管网建设投资少；ＳＴＣＣ、人工快渗、人工湿地工艺多为数千吨的小型污水处理厂，其管网建设规模也小，建设投资很低。因此，县级城镇污水处理厂排水管网建设投资与污水处理厂实际总投资的关联性较小。以污水处理厂建设规模为横坐标、污水处理单位规模总投资（含管网投资）为纵坐标，通过ＳＡＳ拟合作图，得污水处理厂建设规模与单位投资的关系式为ｙ＝２３２５３９＋２３８７４８Ｑ－１－８９Ｑ－２（图４）。可以看出，１万ｍ３／ｄ以下建设规模的单位建设总投资随规模变小而投资急速增加，其投资由４７００元／ｍ３增加到１７３００元／ｍ３；１～２万ｍ３／ｄ建设规模污水处理厂单位建设总投资随着规模变大，其投资则从４７００元／ｍ３降到３５００元／ｍ３。当达到２万ｍ３／ｄ以上建设规模时，单位建设总投资趋于接近，单位建设总投资随规模增大变化较小。广西部分城镇地处山区，地形较复杂，过去管网系统多就近排放水体。实施污水处理，尽管污水处理厂建设规模不大，但场地平整、管网建设、泵站建设等投资却很高。如资源县合浦大桥污水处理厂，建设规模仅为０１万ｍ３／ｄ，而管网耗资高达１２７０万元。管网投资成为小型污水处理厂单位建设总投资过高的主要原因。图４　污水厂建设规模与单位建设规模总投资的关系Ｆｉｇ４　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｕｎｉｔｓｃａｌｅａｎｄｔｏｔａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ污水厂单位规模投资（不含管网）与单位建设规模总投资类似（图５）。污水厂建设规模与单位规模投资的关系式为ｙ＝１１７６１７＋１６３７１２Ｑ－１－１０３７１Ｑ－２。在不计管网建设费用的条件下，１万ｍ３／ｄ以下的污水厂单位建设投资随规模变小急剧增加，建设费用从２７５０元／ｍ３迅速增加到７２５０元／ｍ３；１～２万ｍ３／ｄ建设规模污水厂单位建设投资介于２７５０～１９００元／ｍ３，单位建设投资明显下降；２万ｍ３／ｄ以上建设图５　污水厂建设规模与单位规模投资的关系Ｆｉｇ５　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｕｎｉｔｓｃａｌｅａｎｄｔｏｔａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ６５１桂　林　理　工　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　２０１３年规模的单位建设投资较为接近，约１９００元／ｍ３。可见污水厂单位建设投资仅为污水处理单位规模总投资（含管网投资）的５０％左右，且随规模增大而降低。不同处理工艺管网单位规模投资统计见图６。２万ｍ３／ｄ以下小型污水厂，Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ及其变种工艺、氧化沟工艺的污水厂、管网单位规模投资相差不远，管网单位投资在１９００～２５００元／ｍ３；人工快渗工艺管网单位投资较低，约１０００元／ｍ３。而硅藻土工艺和ＳＴＣＣ工艺管网单位投资明显高于其他工艺。２～５万ｍ３／ｄ规模污水处理厂除氧化沟工艺偏高外，其他工艺管网单位建设投资较为接近。目前，除城镇新建区建设为分流制管网系统外，绝大多数老城区多为合流制管网系统，老城区原有管网难以改造。城镇污水处理厂管网建设规模以及排水体制成为影响不同工艺管网单位投资差异的主要原因。２　污水处理厂运行管理情况２１　运行成本广西县级城镇污水处理厂运行成本参见图６。在不计人工费、建设投资折旧的条件下，２万ｍ３／ｄ以下污水处理厂运行费用均值为０４８元／ｍ３，其中氧化沟、硅藻土工艺运行费用较高，分别为０５５、０５２元／ｍ３；Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ及其改良工艺次之，其运行费介于０４５～０５０元／ｍ３；人工快渗、人工湿地和ＳＴＣＣ工艺的运行费用较省，小于０３１元／ｍ３。２～５万ｍ３／ｄ污水处理厂运行成本均值为０３６元／ｍ３，其中ＭＳＢＲ工艺处理成本为０４７元／ｍ３，明显高于其他工艺的０３０～０３９元／ｍ３。可见，污水处理厂运行成本随处理规模增大而降低。２２　运行负荷率全区７２座县级城镇污水处理厂运行负荷率情况如图６和表１。目前，广西县级城镇污水处理厂平均负荷率为６０８％，明显低于全国在线污水处理厂的平均负荷率（７７％）。其中负荷率达到５０％以上的有４６