基于GIS技術的江蘇城鎮污泥處理處置信息管理與分析

徐 艷，張雪英，周立祥，劉奮武

（1.揚州科技學院資源與環境工程學院，江蘇 揚州 225009；2.南京工業大學環境學院，江蘇 南京 210000；3. 南京農業大學資源與環境科學學院，江蘇 南京 210000；4.山西農業大學資源環境學院，山西 晉中 030801）

基于GIS技術的江蘇城鎮污泥處理處置信息管理與分析

徐 艷1，張雪英2，周立祥3，劉奮武4

（1.揚州科技學院資源與環境工程學院，江蘇 揚州 225009；2.南京工業大學環境學院，江蘇 南京 210000；3. 南京農業大學資源與環境科學學院，江蘇 南京 210000；4.山西農業大學資源環境學院，山西 晉中 030801）

鑒于江蘇省不良的污泥處置現狀，對全省污水處理廠的分布及其產生污泥和處置污泥的能力進行問卷調查和實地調研，并利用GIS處理遙感影像數據、GPS等地理數據，構建空間數據庫；在此基礎上，利用ArcGIS空間分析對揚州市污水處理廠污泥處置進行專題分析和最近設施點分析，為城市污水處理廠的布局規劃提供可視化的決策輔助，促進城鎮污水污泥處理的信息化建設。

3S技術；污泥處理處置；最近設施點分析

城市污泥是城市污水處理廠在凈化污水過程中產生的沉淀物，如處理不善將會對環境造成二次污染。江蘇省作為我國東部沿海地區經濟發展最為迅速的省份之一，污水處理及污泥處置一直受到政府及社會各界的廣泛關注。

截止2015年，江蘇省新建、擴建城鎮污水處理廠達556座，總規模512.4萬m3/d。研究采取問卷調查、實地考察及GPS現場定位等方式對江蘇省污水處理廠和污泥處理處置社會資源進行了調研，在遙感影像底圖上利用GIS轉換數據，并結合江蘇省基礎地理數據庫分析污水污泥的處理處置現狀。最后以揚州市為例，利用ArcGIS網絡分析功能查找最近設施點，為污泥產生單位提供污泥處置優化方案。

1 研究路線

針對江蘇省污泥處置現狀，結合“江蘇省城鎮污水處理廠污泥處理處置技術政策研究”項目的進度要求，在確保研究成果的先進性、實用性和前瞻性的基礎上，采用ESRI公司的ArcGIS10平臺進行地理信息采集、處理與分析，提出了以“資料收集、數據處理、數據庫創建和GIS空間分析”為順序的研究方案（圖1），為進一步推進全省城鎮污水處理廠污泥處置工作起到了積極作用。

圖1 技術路線

2 問卷調查與實地調研

登陸江蘇建設信息網下載調查問卷表，結合江蘇省污水處理廠清單，項目分組開展城鎮污水處理廠污泥處理處置問卷調查和污泥樣品采集工作。

2.1 問卷調查

在各市、縣行業主管部門及城鎮污水處理廠的積極配合下，如實填寫污泥處理處置調查問卷，內容包括污水處理廠基本情況、污泥檢測情況及污泥處置基本情況[1]，要求真實反映本地區污水處理廠污泥處置現狀。

2.2 實地調研

對江蘇省556座污水處理廠和329座污泥處置社會資源進行實地調研，利用GPS定位經緯度并收集匯總。在此基礎上對其中規模較大、運行較穩定的污水處理廠進行冬夏兩季污泥樣品采集和分析測定[1]，同時收集不同的污水處理工藝流程。

2.3 調查結果

至2015年底，江蘇省城鎮污水處理廠達556座，總規模512.4萬m3/d，城市污水總處理量達522 144萬t/a。污泥處理處置主要有焚燒、有機質制肥、預處理后衛生填埋及水泥窯爐混燒等4種方式，全省共有329家公司提供污泥處理處置資源。

隨著越來越多的城鎮污水處理廠建成投運，在凈化水質的同時，“副產品”污泥的產生量也在急劇上升。年產含水率80%的污泥約270萬t。目前，全省城鎮污水處理廠的污泥主要有4種處置方式：有機肥處置、焚燒處置、水泥窯處置和填埋處置。以污泥產量計，堆肥占10.4%，衛生填埋占10.4%，制作建材占8.7%，焚燒占68.5%，其他占2%，全省共有16座城鎮污水處理廠同時采用多種污泥處置方式，全省共有219處污泥處置社會資源。

調查顯示目前江蘇省污泥處置市場仍然比較混亂，體現在大部分污水處理廠將20%～30%的污泥處置費用花費在運輸成本上，產生的污泥并沒有在最佳污泥處置社會資源處實現優化處置。更有甚者，部分污水處理廠的城市污泥僅被簡單“棄坑”處置，跨市不規范運輸污泥的現象也屢見不鮮[2]。這些現象表明，江蘇省迫切需要采用信息技術改變舊的管理模式，建立新的管理機制，優化污水處理廠和污泥處置社會資源的布局。

3 數據處理與轉換

3.1 建立數據庫

基于ArcGIS建立江蘇省基礎地理數據庫[3]，包括省道路、水系、植被、行政區劃圖等要素圖層，如圖2所示。

圖2 基礎地理數據庫

將全省556座污水處理廠統計報表數據及329處污泥處置社會資源點的GPS定位數據等各項調查指標按地點輸入Excel表中，并轉化為DBF4格式通過ArcGIS導入到江蘇省基礎地理數據庫空間數據庫。

3.2 影像配準

選取陸地衛星ETM假彩色合成遙感影像資料（30 m空間分辨率），利用ArcGIS軟件參照地理坐標系GCS_WGS_1984進行幾何配準，再以行政區邊界切割已配準好的遙感影像圖[3]，作為專題底圖展示，如圖3所示。

圖3 遙感影像底圖

3.3 地圖標定

利用ArcGIS轉換生成GPS點文件功能，將污水處理廠、污泥處置社會資源屬性表導入數據庫，按地理坐標（經度、緯度）轉換成顯示XY數據的專題圖層[3]，疊加于遙感影像地圖上，如圖4所示，直觀地展示污水處理廠和污泥處置社會資源的空間分布狀況，同時關聯調研統計獲得的屬性數據，最后以省市兩級比例尺組織管理各市級專題圖層并入庫。

圖4 江蘇省污水處理廠分布

4 空間分析

4.1 污水處理廠分布

由圖5可知，蘇南地區污水處理廠的分布密度遠大于蘇中和蘇北地區。特別是蘇州地區，污水處理廠分布十分密集，這是因為隨著工業的發展以及人們環保意識的提高，蘇州許多鄉鎮也開始建設污水處理廠，收集污水進行統一處理。但是，廣大的蘇北地區污水處理廠數量相對較少，有的縣至今還未建成一座污水處理廠。從圖5上可直觀地看出，江蘇省蘇南地區的經濟發展及環境影響程度均領先于蘇中蘇北地區，這對于今后環境等部門的決策分析起到輔助支持作用。

圖5 江蘇省污水處理廠分布情況

4.2 污泥處置社會資源分布及處理方式

由圖6可知，大部分污水處理廠的污泥處置方式以有機肥處置為主，總體呈現蘇南地區高于蘇北地區的趨勢。建議在城市污水處理廠密集的蘇州、無錫、常州地區，實現污泥集中處置方案，特別是重點發展（污泥干化后）焚燒或填埋處置方案；南京、鎮江及蘇中地區重點發展污泥高干度脫水后單獨填埋處置或混合填埋技術；污水處理廠密度小的蘇北地區重點發展填埋技術及土地利用方式處置技術。建議在原水價基礎上新增水價0.14～0.20元/m3，作為污泥處理處置費，按經濟發展水平，蘇南地區取上限，蘇北地區取下限，其他地區為中等偏上。綜合考慮先進技術、環境要求、經濟成本等多方面因素，選取最為合理的污泥處置方式。

圖6 江蘇省污泥處置社會資源及處理方式分布情況

4.3 最近設施點分析

ArcGIS的最近設施點分析（Network Analyst）功能可以找出特定位置周圍最近的設施，其分析結果會在地圖上顯示事發位置與設施點之間的最佳路徑，還可以同時為多個事故點查找最近設施點[4]。研究以揚州8座大規模污水處理廠為例[5]，結合道路、行政區劃等基礎數據庫，對區域內污泥處置社會資源進行最近設施點分析，確定最短路徑污泥處置方案[4]。如圖7所示，深色字體代表需要處理污泥的污水處理廠，淺色字體代表周邊污泥處置社會資源，經過GIS最近設施點分析，得出揚州8座污水處理廠的最近污泥處置社會資源直觀圖[6]，為環境建設與管理部門提供技術與經濟成本的參考信息。

圖7 污泥處置最近設施點分析

揚州南部新城區是未來城市發展重點區域。位于南部的湯汪和六圩兩座污水處理廠日均處理污水31萬t，出水水質綜合合格率達98%以上，日產污泥約300百t[5]，經過GIS最近設施點分析得出最佳處理方案：兩座污水處理廠污泥均運輸至揚州旺龍建材有限公司，進行水泥窯爐混燒的污泥處理處置（圖8），可達到污水污泥處置能耗成本低且較環保效果。

圖8 揚州南部污泥處置最近設施點分析

5 結 論

隨著城鎮化發展速度的加快，江蘇省越來越多的污水處理廠建成投運，伴隨的污泥處置社會資源也越來越多樣化。研究顯示，利用GIS與GPS技術對污水處理廠和污泥處置資源進行空間管理與分析，可促進城鎮污水污泥處理的信息化管理。研究還表明，蘇南地區污水處理廠及污泥處置設施的分布密度遠大于蘇中和蘇北地區，建議有關部門結合“十三五”規劃，優化蘇南區域污泥處理設施布局，增強蘇中北地區污泥處理廠及污泥處置資源設施建設。同時，利用ArcGIS網絡分析對污水處理廠和污泥處置進行最近設施點分析，為污水處理廠提供經濟合理有效的污泥處置資源方案，科學指導城鎮污水處理廠的污泥處置工作。

[1] 鄭翔翔. 江蘇省城市污水處理廠污泥處置技術政策研究[D]. 南京：南京農業大學，2007.

[2] 王雅婷. 城市污水廠污泥的處理處置與綜合利用[J]. 環境科學與管理，2011，36（1）：90-94.

[3] 宋小冬，鈕心毅. 地理信息系統實習教程[M]. 北京：科學出版社，2007.

[4] 魏 平. 城市基礎地理信息數據庫設計與實現[D]. 長春：吉林大學，2013.

[5] 黃正芳，湯潛之，張 蕾. 城鎮污水處理廠污泥處置現狀及對策探討——以揚州市為例[J]. 環境科學導刊，2014，33（6）：43-45.

[6] 顏維安，杭德榮，楊國靜，等. 用地理信息系統評價垃圾填埋場選址的研究[J]. 中國衛生工程學，2003，2（3）：133-135.

（責任編輯：成 平）

Information Management and Analysis of Sludge Disposal in Jiangsu Province Based on GIS

XU Yan1，ZHANG Xue-ying2，ZHOU Li-xiang3，LIU Feng-wu4
（1. Resources and Environmental Engineering, Yangzhou Vocational College, Yangzhou 225009, PRC; 2.College of Environmental Sciences, Nanjing Tech University, Nanjing 210000, PRC; 3.Resources and Environmental Engineering, Nanjing Agriculture University, Nanjing 210000, PRC; 4.Resources and Environmental Engineering, Shanxi Agricultural University, Jingzhong 030801, PRC）

In view of the poor sludge disposal situation of Jiangsu Province, the distribution of the sewage treatment plant, quantity of sludge and the ability to dispose of sludge were investigated by Questionnaire survey and on-the-spot investigation in Jiangsu Province. Combined with the technology of GIS and GPS, the geographic database of sludge disposal and treatment was constructed. Using GIS spatial technique, thematic analysis and recent facilities point analysis of Yangzhou City were conducted. It provided technical and decision support for urban construction and management.

3S technology; sewage treatment plant; recent facilities point analysis

book=47,ebook=55

X799.3

A

1006-060X（2016）12-0047-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.012.016

2016-10-24

國家自然科學基金青年基金資助項目（21207065）

徐 艷（1981-），女，江蘇揚州市人，碩士研究生，主要從事GIS應用與開發方面的研究。

張雪英