相比于美國在城鎮(zhèn)化率達60%時開始建設污水處理廠，我國在城鎮(zhèn)化率近30%時已開始建設，至今建設模式仍以集中式為主，即在遠離城市的邊緣、排放水體下游建設集中式收集管網和大型污水處理廠。集中式排水系統(tǒng)建設模式在國外較為常見，特別是城市和人口密集地區(qū)，如美國芝加哥Stickney污水處理廠(465萬m?/d)、英國倫敦Beckon污水處理廠(240萬m?/d)、加拿大蒙特利爾Riviere-des-Prairies污水處理廠(760萬m?/d)。集中式模式具有顯著的規(guī)模效應，大型污水處理廠選址簡單、易于管理、可靠性強，該模式在我國水污染防治方面發(fā)揮了重要作用，彌補了我國水污染治理行業(yè)發(fā)展初期處理能力不足、運營水平不高、管理機制不完善的缺陷。然而，當下我國城鎮(zhèn)化率已突破60%，這種建設模式所存在的弊端也逐漸顯現：
(1)占用大量土地資源，鄰避效應顯著。宮徽等研究結果表明，傳統(tǒng)污水處理廠建設模式會對廠區(qū)占據的土地及其周邊地產產生遠超自身建設投資數倍的價值損失。
(2)污水長距離輸送，埋深大投資高，管網滲漏率高，進廠水質濃度低，單位污染物能耗高。研究表明，我國污水管網的平均滲漏率高達46%，COD在管網中的損失率高達55%。由于進水水質濃度低，我國單位污染物去除所需的能耗遠高于國際平均水平。
(3)不利于水資源回用。再生水廠通常需要建設較長的回用管網，建設在河道下游的水廠需要利用水泵將再生水再次提升至河道上游，由此造成管網投資高、運行成本高的情況。
(4)不利于能源利用。采用水源熱泵對污水處理廠出水制冷供暖是能源利用的有效手段，其有效服務半徑一般為3km，而污水處理廠通常遠離建成區(qū)，導致熱能難利用。
針對集中式建設模式存在的問題，深圳清泉提倡污水集中式處理和分散式處理相輔相成，既節(jié)省管網建設或改造，又降低污水回用的成本，便于污水資源化，“分散處理，就近回用”，降低河道景觀用水成本，這只是好處之一。
南明河分散處理應用案例
南明河是貴陽市的母親河，其干流及5條支流全長118 km，流域內服務人口350萬人，服務面積6600km2，是長江與珠江上游的重要生態(tài)屏障。2013年前，南明河流域水質惡化、污染嚴重，中心城區(qū)段水質長期處于劣Ⅴ類，主要原因包括：①收集與處理設施跟不上城市高速發(fā)展，現狀污水處理廠僅5座，處理能力67萬m3/d，遠期缺口超100萬m3/d;②貴陽市為典型喀斯特地貌，且南明河流域主城區(qū)人口密度高(7 100~8 100人/km2)，污水收集難、輸送難;③南明河為季節(jié)性缺水河流，城市發(fā)展占用水資源，使生態(tài)基流持續(xù)下降，河道自凈能力降低。針對上述問題，南明河流域水環(huán)境綜合治理項目自2012年開始實施，至今已持續(xù)近9年。
在南明河流域綜合治理之初提出了傳統(tǒng)集中式建設模式和分布式廠網建設模式兩種方案。圖1為按照原規(guī)劃思路編制的排水系統(tǒng)集中式方案，新建3座地上式污水處理廠(處理規(guī)模62.5萬m3/d)，擴建4座地上式污水處理廠(處理規(guī)模53.5萬m3/d)。圖2為以“適度集中、就地處理、就近回用”原則提出的分布式廠網建設模式，沿南明河干、支流新建改擴建再生水廠23座，新增處理規(guī)模116萬m3/d。其中，下沉式污水處理廠17座(處理規(guī)模67.5萬m3/d)，地上污水處理廠6座(處理規(guī)模48.5萬m3/d)。
圖1 南明河流域排水系統(tǒng)集中式布置方案
(方案一)
圖2 南明河流域分布式下沉再生水系統(tǒng)建設模式
(方案二)
應用排水系統(tǒng)分布-集中決策模型，對原規(guī)劃集中式下游建廠方案(方案一)及分布式廠網建設方案(方案二)進行評價決策，評價結果見表1。兩方案決策指數H分別為31.06和63.31，表明方案二較方案一更優(yōu)。方案二在技術經濟先進性上的得分略高于方案一，這是因為：雖然方案一中的污水處理廠具有規(guī)模效應，單位建設成本、單位污染物去除能耗、運行維護便捷性的得分高于方案二，但因方案二采用的分布式廠網建設模式大幅節(jié)省了污水收集管網和回用管網的長度，且該方案中的污水處理廠以下沉廠為主，整體節(jié)地效果明顯。“分布”“下沉”帶來的優(yōu)勢在資源、環(huán)境、社會效益層面均有體現：借助下沉廠實施分布式廠網建設，一方面能夠提升水資源、能源的利用效率和多樣性，為實現碳中和提供條件;另一方面，可充分釋放土地資源，進行產業(yè)開發(fā)可體現土地價值，進行景觀公園建設可提升地面綠化率、降低碳排放，在解決鄰避效應的同時供給公共服務，實現與周邊環(huán)境的高度相容。
表1 南明河排水系統(tǒng)分布-集中方案評價結果
近年中國城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，新建污水處理廠通常在5~10年內就面臨被城市化區(qū)域包圍的局面。傳統(tǒng)模式下，水廠擴建提標勢必需要在下游選擇新址，擴大處理規(guī)模、占地面積和管網輻射范圍，然而仍將面臨若干年后再次被城市包圍的局面。如成都三瓦窯污水處理廠在2013年因鄰避效應而搬遷至下游4km處，僅管網投資新增達8.5億元，現新廠址已再次被城市包圍。傳統(tǒng)建設模式會導致“異地新建、被城市包圍、再次異地、再次被包圍”的惡性循環(huán)。
針對新建污水處理廠面臨鄰避困境，深圳清泉提出市政污水處理廠公園化改造解決方案，利用清泉的智能模塊化裝備和短時泥膜法(ABM技術)，就地將傳統(tǒng)地上污水處理廠原位升級改造，提高處理效率(3倍以上)，節(jié)省占地面積(50%以上)，投資造價與地上污水處理廠相當，將釋放出來的地上空間，打造成生態(tài)景觀公園或者其他公共休閑娛樂場所，再將智能模塊化裝備與園林景觀相結合，變“鄰避困境”為“鄰利”，解決污水處理廠對周邊環(huán)境產生的噪音、異味等系列問題，給周邊經濟帶來正增長效益。
來源：清泉水業(yè)
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