城市污水再生回收利用方式決策研究

陳濤

摘要：現階段諸多城市進行再生水工程項目的探討和研究，旨在建設良好的城市水循環系統，緩解城市淡水資源短缺的問題。研究嘗試通過研究城市污水再生回收利用模式的決策模式，從多個渠道進行評價，從中找到相應的決策模式。為鄭州市水資源再利用建設，提供鋪墊性研究。

既往的城市污水再生回用系統雖然剛剛得到政策支持，但整體而言各個城市的水資源再利用系體系已經初步完成。但就具體而言，目前現行的再生水利用方式，并不具有特備特定的需求定制。諸多設計并未考慮包括經濟因素在內的諸多非水務工作產業維度。所以在具體項目落地時，常常和設計完全不盡相同。一些非技術性因素介入后，導致大型集中污水再生回用處理廠產生了諸如：距離再生水用戶太遠，與其他項目產生沖突甚至造成項目流產等諸多問題。

為確保城市污水凈化項目順利落地，需要在城市規劃時，就根據再生水的具體使用方向，結合地區特色和具體情況，對再生水使用的整體內容納入到對城市的再生水廠進行整體布局規劃當中。所以本研究也基于這種模式，對城市再生水處理模式決策進行分析。目前而言，處理方式主要分為集中式、分散式兩種。

一、集中式污水再生回用處理方式

集中式污水處理，和分散式處理是兩種處理理念。這兩種理念在多個行業都有，就污水處理而言，分散式和集中式具有各自的優缺點，其中最主要的問題是供水管網建設

二、分散式污水再生回用處理方式

主要應考慮城市再生水廠的布局和再生水供水管網的建設。再生水潛在用戶的再生水需求量不同，距離大型集中污水再生回用處理廠的距離不同，就會導致對其污水再生回用處理的方式不同。或者將該區域污水遠距離運送到大型集中污水再生回用處理廠進行處理，再將制出的再生水通過管網輸送到再生水用戶端，或者采用就地原則，對污水進行就地處理，就地再生回用。兩種處理方法的不同，其再生水廠的布局和再生水供水管網的建設費用也就不同。再生水廠的布局越合理，其污水和再生水的管網系統也就越合理，從而起到對城市污水再生回用系統配置的優化。因此需要從經濟效益最大的角度出發，研究一種為城市污水再生回用處理方式進行選擇的決策方法，將集中式和分散式處理方法科學的結合起來，對城市污水再生回用系統的布局規劃和供水配置優化將起到至關重要的作用。

集中式和分散式處理方式的對比城市污水再生回用系統根據其再生水處理、配置等方面的不同，可以分為集中式和分散式。集中式城市污水再生回用處理方式是先通過城市的市政污水處理管網系統，將污水、廢水、雨水等水源輸送到大型污水再生處理廠，經過技術工藝處理后，生成滿足不同用戶的水質需求的再生水，最后通過再生水供水配置系統，將可以利用的再生水輸送到用戶端，具體流程如圖3.1所示。實際情況中，由于集中式城市污水再生處理廠的需用占地面積比較大，且會對周圍環境產生一定的影響，因此一般和城市污水處理廠合建，處于城市市政污水處理管網系統的末端，這樣既在一定程度上減少了基建費用，也更方便對收集到的污水進行處理。但這樣就使得城市污水再生處理廠一般距離潛在用戶較遠，加大了城市再生水的配送成本，在一定程度上影響了該處理方式的推廣和應用。分散式城市污水再生回用處理方式根據其污水收集等方面的不同又可以分為兩種情況，一種是對城市居民小區、學校、工廠等污水排放量較大的相對獨立區域，建立獨立的污水收集管網系統，當場就地收集污水，就地進行一些有針對性的污水再生處理，使處理得到的再生水滿足該獨立區域重復利用。具體流程如圖3-2所示。該處理方式有一定的針對性，操作運營比較方便，但難以保證再生水水質和供水量的穩定性。另外一種是對城市某個區域下游建立小型再生水處理廠，對該區域污水收集管網中的污水進行截留，并在當地進行處理，制成的再生水在當地進行回用。具體流程如圖3-3所示。該方式雖然避免了污水和再生水的長距離輸送，方便快捷、減少了城市管網基礎設備的建設，但缺乏專業技術的管理，增加了城市污水處理回用廠的基建成本。

下面將集中式與分散式污水再生回用處理方式的優缺點進行具體的總結和對比，如表3-1所示。通過對比可以發現，分散式污水再生回用系統是在集中式污水再生回用系統的基礎上提出的。集中式污水再生回用系統具有規模化效應和完善的技術管理，分散式污水再生回用系統則提倡污水的就地處理和再生水的就近回用，減少了再生水的供水配置成本。集中式與分散式污水再生回用處理方式具有各自的優點和局限性。在城市污水再生回用項目規劃之前，應根據具體的用戶需求量、用戶對再生水的接受度、用戶所分布的位置、供水成本最小化等實際情況，對污水再生回用方式進行選擇，從而達到對城市污水再生回用基礎設施建設的初步優化。城市污水再生回用系統具有不但對污水起到了處理作用，還用再生水在一定程度上代替了自來水等淡水資源的使用，產生了很大的生態效益和經濟效益。因此我們在進行城市污水再生回用系統的布局規劃建設時，應首先從經濟因素角度進行考慮，以供水成本最小化作為城市污水再生回用系統布局規劃建設的決定性因素。城市污水再生回用系統主要包括污水再生回用處理廠和再生水供水配置系統兩部分。污水再生回用處理廠的運行費用、基建費用、管理費用、設備維護費用等具有規模效應，即污水再生回用處理規模越大，污水再生回用處理廠的單位水處理費和單位投資費用就越小。但隨著城市污水大規模的集中收集、大規模的再生處理和再生水供水配置，其再生水供水配置的管網就更多，管網埋的深度就更深，管徑就更大，其再生水的供水輸送費用就會大大增加。城市污水再生回用系統的污水處理費用和再生水配送費用之間存在著相互的制約關系。需要綜合考慮這兩個費用方面，理清其中的相互關系，將集中式污水再生回用處理方式和分散式污水處理方式相結合，使城市污水再生回用系統的布局規劃、供水配置更加經濟合理。本文從經濟效益最大的角度出發，結合工業工程減少浪費、提高效率的思想，建立數學模型，利用判別距離為主要依據，為城市污水再生回用處理方式的選擇提供了一種科學可行的判定方法，對城市污水再生回用系統的初步布局規劃起到了至關重要的作用。

通過以上的綜合評價結果可以看出，在目前我國的城市污水再生回用發展階段，以再生水供水成本最小化為準則，通過判別距離決策法對各個污水處理點的污水回用處理方式進行判別，從而得到初步的再生水供水配置優化方案，該方法科學可行。不僅使供水成本達到最小，而且當綜合考慮配置成本、環境危害概率、水質保證、水量保證以及供水穩定性這五個方面時，該方法得到的再生水供水配置優化方案的綜合得分排在第一，優于其他再生水配置方案。同時也可以看出，供水配置方案三是全部選擇距離再生水用戶最近的再生水處理廠對其進行供水，雖然供水成本相對較高，但其環境危害概率相對較小，水質、水量以及供水穩定性都可以得到充分的保證。因此綜合考慮各方面指標和影響因素，該再生水供水配置方案的綜合得分排在第二，遠遠優先于供水配置方案二和供水配置方案四。符合城市污水再生回用發展的效應化趨勢，即當一個城市的再生水處理廠以及各種管網、配套基礎實施發展相對完備以后，全部采用集中式污水回用處理方式，雖然供水成本相對較高，但能使再生水供水配置的方方面面都得到更有效的保證，為再生水用戶提供更加穩定放心的服務。通過供水配置方案一和供水配置方案二的評價結果對比可以看出，當再生水用戶距離大型集中式再生水廠較遠，超出其判別距離時，即使選擇離再生水用戶最近的大型集中式再生水廠進行再生水供水，也比采用分散式處理方式的供水成本高。從而影響供水配置方案的整體綜合評分和優越性，同時也驗證了本文第三章中提出的處理方式決策判別方法，對再生水系統的布局規劃和供水配置可以起到一定的優化作用。通過供水配置方案四和供水配置方案一、三的評價結果對比可以看出，當再生水用戶距離大型集中式再生水廠較近，在判別距離范圍以內時，單獨建分散式污水再生回用工程的供水成本要高于直接采用集中式處理方式進行供水。從而影響供水配置方案的整體綜合評分和優越性，同時也驗證了本文第三章中提出的處理方式決策判別方法的科學性和實用性。