城市污水处理厂集中式和分散式建设的对比
摘要：论文首先阐述了城市集中式和分散式建设的优缺点，并基于污水集中或分散式建设的不同，采用布局规划优化方法得到污水集中式、分散式两方案，通过方案比选，说明优化方法可行，旨在通过实例分析，对城市污水处理厂的布局进行初步的探讨，推动城市污水处理厂布局的理论研究和方法实践的完善。
关键词：城市污水处理集中式分散式
城镇污水处理设施是城市基础设施的重要组成部分，是现代城市控制水体污染、改善城市水环境的有效保障体系，是维护和促进国民经济发展，提高人们生活质量的重要基础设施之一。推进污水处理及再生水回用是建设节约型社会的重要措施，污水处理厂建设便是各地污染物减排目标完成的强有力的保障措施。而要建设好城镇的基础设施，就必须首先开展科学严谨的规划，并严格按照规划进行建设。
1城市集中式及分散式污水厂建设相关概述
污水处理厂建设模式分为两种：集中式建设和分散式建设。两种建设模式各有优缺点，选择哪种模式最合理，应视具体情况而定。污水集中式建设是指建立大型污水处理厂，将较大范围内的污水统一收集再处理。污水分散式建设是指在相对较小的区域范围内建设中小型污水处理厂。
1.1城市集中式污水厂建设的相关概述
污水的高度集中处理具有其不可取代的优越性，其不仅能保证建设资金的有效利用、降低处理能耗，而且能降低污水处理系统的运行管理难度。在世界范围内，城市集中式污水厂应用极为广泛，如在东京。东京是日本最大的城市，总人口为1200多万人，市区面积538.3km2，城市污水总处理量为433万（m3/d）。东京市区的23个行政区根据下水道的分布情况和污水在自然流状态下容易集取的原则共分10个污水处理区域。表1东京的10个污水处理系统
1）集中式污水厂建设优点
集中式的优点很多，特别是能对水厂或污水处理厂进行可靠且有效的管理和控制，既有利于用户，也有利于环境保护。此外，为同一城区提供同样的服务时，大型污水处理厂在单位水量投资和运行费方面较小型污水处理厂有明显的优势。从国内外大众城市污水处理厂建设的历史和经验表明大型集中污水处理厂在治理水环境污染方面发挥着重要作用。
2）集中式建设的缺点
首先，集中式污水处理厂需要较大的工程费用来建立复杂的排水管网部分。在人口密度低的地区，这项投资将比整个污水处理厂的总投资高出一个数量级。特别是在农村地区，居住群比较分散，这项费用将更高；其次，建设集中式污水处理厂可以有效解决短期或者一定范围内的污水处理问题，但是从长远和全局角度看，必然会造成能量和物质损耗，即使是最有效的污水处理厂，也存在超过20％的氮、5％的磷以及超过90％的钾流失；再次，各种废水和雨水的混合导致污染物种类十分复杂，污染物质成分和浓度波动很大，有效去除污染物会变得比较困难，同时污水处理过程中产生的污泥污染很严重，多与致病生物、家用化学物、药物和重金属等有害物质混杂，要转化为有用产品困难较大。最后，污水处理厂建设与城市新区的环保配套建设不能同步进行，特别是在城郊结合部，因市政管网不能到达，给污水集中处理造成困难，甚至造成新的污染。
1.2城市分散式污水厂建设的相关概述
一般来讲，同一类型的排水工程，水量越小，单位水量的工程造价越大。所以，规划应考虑大范围或区域集中处理。但建设集中式的污水处理厂涉及到相当数量的管道和泵站，建设周期长，造价高，一般难以承受。可以适当缩小系统规模，可以争取有限的资金建成初步系统。
1）分散式建设的优缺点。建设方式较灵活。每个镇建一个污水处理厂，有利于污水处理厂的分期、分批建设。分散建设模式有利于污水就地回用，回用投资少，回用方式灵活，回用范围广、成本低。分散排水，对当地的防洪影响小。近期投资少，可操作性强。可以完全按照各镇自己意愿进行规划，选址容易。
2）污水处理厂分散式建设的缺点主要有以下几点：污水厂数量多，总的运行成本偏高，总的占地面积较大，难以形成规模效益。污水厂建设的总投资较大，分散的污水厂有些设在居民区附近，人口稠密，卫生条件较差，各自为主，容易引起环境问题纠纷，尤其是在上下游之间的镇区，不利于彻底解决水体污染问题。
1.3城市污水厂建设模式的确定
从污水处理厂集中式建设和分散式建设的分析来看，适度的集中建设模式具有规模效益，污水厂建设的总投资较少、运行成本较低、占地面积较少、所需管理人员少、运行维护管理较方便。因此，为了使污水处理厂建设经济合理，本文在各区的范围内收集各自的污水，并利用临界距离的优化城市污水处理厂布局的方法尽量考虑在相邻近的各区合并集中建设的可行性，在总体方案中比较分散建设模式和集中建设模式的优缺点，从而确定一个最合适的建设模式。第一步是分析各区独立收集和处理污水的可能性；第二步是分析相邻近的区在独立收集污水的基础上合并建设污水厂集中处理；第三步是对可实施性较强的方案进行比较，确定建设模式。总之，城镇污水集中式建设与分散式建设各有特点，具体到某个城镇应结合城镇的经济发展、城市建设、人民生活水平等城镇发展状况，因地制宜、因水制宜、因用制宜地选择，规划建设具有城镇特点的污水处理系统，逐步缓解城镇水危机。
2基于污水集中或分散式建设的实例分析
以某市为例，运用本文提出的污水处理厂的优化方法和理论，对该市污水处理厂的布局规划进行研究。由于本课题没有项目支撑，很多资料和数据难于获得，旨在通过实例分析，对城市污水处理厂的布局进行初步的探讨，推动城市污水处理厂布局的理论研究和方法实践的完善。
2.1方案提出
在污水处理规模确定的基础上，按污水集中式建设和分散式建设的不同，考虑地势、行政区划等因素，设计集中、分散和相对集中三种方案进行比较，并选出最优方案。根据污水处理厂分散式建设的优势，采用污水处理厂布局规划优化方法，合理重组各区设计方案一，其不是完全分散的，属于污水的相对集中式处理。根据污水集中式处理的优势，其能够利用区域供水提供的有利收费条件以及能有针对性的解决重点环境问题，设计方案二。在每个区各建设一个污水处理厂确定方案三，属于污水的分散式处理。
1）方案一（相对集中式）。采用污水处理厂布局规划优化方法，选择污水相对集中式处理，在得到污水处理规模的基础上，规划以中、小型污水处理厂为主的污水处理系统。每个污水源的标高可以根据现存的下水道系统很容易地计算出来。最低处理厂的高程亦可以从区域地形图中获得，即根据区域地形图，初步分析就非常准确。
2）方案二（集中式）。选择污水集中式处理，规划以大型污水处理厂为主的污水处理系统。故方案二在该市内设置一个污水厂，并将此污水厂位置布置在污水量最大的1区。污水厂的水量为各区的设计污水量之和。
3）方案三（分散式）。以每区各建一个污水处理厂作为第三方案，每个污水处理厂的污水量为各自的设计污水量。具体见表4.4。
2.2方案比选
1）环境效益
由于方案二须建设一个庞大的污水收集系统与污水处理厂相配套，必然造成污水收集系统的投资过高，进而造成污水收集系统建设严重滞后，严重影响污水处理厂的正常运行，而污水管网分期实施的结果将导致远离污水处理厂地区的水环境污染问题近期不能得到很好的解决。方案三通常是各个地方政府为了各自的形象工程而采取的方案，对污水厂建设的重视程度必将高于对污水收集系统的建设，会带来污水收集系统滞后的问题。故方案一的环境效益高于方案二和方案三。
2）经济效益
表2 污水处理厂综合指标
根据类似污水厂的工程经验，方案一、三的污水收集系统投资以占污水处理系统建设总投资的60%计，由于集中污水处理厂需要设庞大的污水管网和多个中途提升泵站与之相配套，故方案二污水收集系统的投资以占污水处理系统建设总投资的70%计。由此计算三个方案的污水处理系统投资，方案一与方案二在污水厂和管网的总投资方面相差甚小，没有优劣之分，分别为87245万元和83353万元，而方案三由于其过于密集的污水处理厂布置，使得总投资远高于其他方案，为95009万元。考察运行成本，虽然方案二的大型污水厂可以节省人工工资，但庞大的管网及多个污水提升泵站也需要高昂的维护费，而随着污水厂自动化程度的逐渐提高，人工费方面的差异将越来越小。所以，总的来说方案一比其他两方案的经济效益好。
3）社会效益
随着现今水环境污染问题的日益严重，给水水源正受到威胁，寻找新水源的重要性日益凸显。由于污水水源充足可靠、回用水质能满足需求、中水价格较低廉，所以无论在技术上，还是经济上，污水回用都显示出其在众多新型水源中的分量。而污水分散式处理的最大优势就在于城镇污水就近处理后能就近回用，方案一和方案二可以依据各区的需要，建立相应的污水回用管道，将污水厂尾水回用至各个居民用户具有一定的可行性。但方案二是集中式大型污水厂，通过这一个污水厂建立该市的污水回用管道就显得十分不经济，污水厂尾水回用仅能用于污水厂周边城镇，对于远离污水厂地区，由于管网长，不经济且回用水质易受污染，污水回用作为新水源几乎不可能。
4）运行管理
影响污水处理厂运转率的三大主要因素是：工程系统、运营费用及监控体制。污水集中式处理由于污水厂设置个数少，所以比分散式更易管理。但管理是人为因素占主导，只要管理方式恰当，无论是污水集中式处理或是污水分散式处理都可以很好的运行。
2.3最优方案确定
通过对环境效益、经济效益和社会效益及运行管理等方面的比较，说明只要运行管理方式得当，方案一能在环境效益、经济效益、社会效益等方面体现出优势，故选择第一方案为实施方案。
3结语
论文对城市污水处理厂集中式和分散式建设进行研究，污水的集中式处理与分散式处理的确定将决定排水分区的范围及污水处理厂的规模，而污水处理厂的分散式处理更有利于污水回用，基于污水集中或分散式处理的不同，采用本文所提出的布局规划优化方法得到集中式、相对集中式、分散式等三种方案，通过方案比选，说明优化方法可行，在运行管理方式得当的前提下，该市污水适宜相对集中式处理，即相对集中的建立中、小型污水处理厂。
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