城阳城区污水处理厂扩建工程及其经济社会环境效益评价

2022-06-25宿茫茫

能源与环保 2022年6期

宿茫茫，臧浩

(1.青岛市益水工程股份有限公司，山东青岛 266000； 2.中国矿业大学，江苏徐州 221116；3.山东省煤田地质局第一勘探队，山东青岛 250102)

近年来，随着我国城市化程度的不断加深，大量人口从乡村地区涌入城市，城市水污染情况日益严重，城市污水处理设施数量剧增[1-5]。因此，合理扩建污水处理设施可以带来显著的经济、社会和生态效益[6-9]。城阳污水处理厂扩建工程已成为青岛市的重要工程之一。为确保污水处理厂扩建的可行性，通过分析耗水量、进出水水质、废水水质，确定扩建规模，工艺方案通过工艺和设备选择进行比较。最后，对污水处理设施扩建项目的经济、社会和生态效益进行了有效评估。研究结果可作为城阳污水处理设施扩建的决定因素，其经济、社会和生态效益评价方法或模型可供专家和同仁对同类污水处理设施进行评价。

1 工程背景

1.1 污水处理厂基本概况

日处理能力为1万m3的卓越污水处理厂于2007年10月开工建设，采用(车床)氧化挖掘处理工艺，废水水质符合《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)[10-13]1B类标准，总投资约2 500万元。 2013年，自来水厂实施了日处理能力2万m3的升级改造项目，污水处理厂符合《城市污水处理厂污染物排放标准概述》(GB 18918—2002)A级标准。钢筋混凝土制成结构与用于城市污水处理设施扩建的首批技术装备正在有效运行，运行状况良好，如图1所示。

图1 污水处理厂扩建前的基础设施现状Fig.1 The current state of infrastructure before the expansion of the sewage treatment plant

1.2 扩建工程方案

1.2.1 拟建规模确定

2018年平均污水量为18 314 m3/d，月平均污水量最高为12月份的19 789 m3/d。2019年平均污水量为15 636 m3/d，月平均污水量最高为9月份的18 780 m3/d。污水量年均增长率达17%。2020年，有71 d的污水进水量超出该厂设计规模，日最大进水量高达23 218 m3/d。该污水处理厂服务范围内大型企业的用水情况见表1。

表1 污水处理厂服务范围内大型企业部分月用水量Tab.1 List of some monthly water consumption of large enterprises within the service scope of sewage treatment plant m3

以污水处理厂服务范围内主要服务企业实际进水量与规划进水量为依据，确定该工程的设计规模为2万m3/d。

1.2.2 进排水质标准

进水水质是判断项目是否可行的重要依据，进水所含各类物质成分须以实际检测数值为准。当然，污水处理厂的未来定位也必须考虑在内，污水处理厂的进水口混有处理难度较大的工业废水等水源。因此，污水处理厂的扩建必须综合考虑工业废水和生活废水的关系，为确定污水处理处理工艺提供理论依据。实测进水数据各项指标保证率统计如图2所示。

图2 实测进水COD保证率曲线Fig.2 Measured influent COD guarantee rate curve

规划进水水质：TP为17 mg/L；NH4-N为51 mg/L；COD为830 mg/L；TN为63 mg/L；SS为490 mg/L；BOD5为250 mg/L；pH值为6～10。

根据《威海城市总体规划(2004—2020年)》和胶东半岛地方性法规，威海污水处理厂废水水质应达到GB 18918—2002中的1A级排放标准。规划废水水质：TP≤0.5 mg/L；NH4-N≤8 mg/L；COD≤50 mg/L；TN≤15 mg/L；SS≤10 mg/L；BOD5≤10 mg/L；pH值为6～9；大肠杆菌≤1 000个/L。

2 污水处理工艺

2.1 工艺选择原则

处理方式的选择直接影响到处理厂的出水质量、运行成本、运行稳定性以及对管理水平的要求高低[14-16]。因此，需要科学分析和评估服务范围内的废水质量和自来水厂的现有条件，以确定合理的处理工艺。

污水处理工艺选择原则：所确定污水处理工艺应具有稳定的处理能力，技术成熟且经处理所得水质应符合规定的排水标准；所确定工艺应在易于维护管理、运行稳定、高效节能及经济合理的基础上力求技术先进；选择过程应充分考虑结合现状和建设过程中沿海环境恶化的合理性和可行性；设计应该基于现有技术的改造；应尽量降低改造初期土建投资费用和维护成本，提高投资回报；设计改造方案应能够根据不同施工阶段和设计要求转换技术程序和操作条件，提高设计改造方案的灵活性，并充分促进加工设计和操作设备优化，最大限度地提高安全生产效率。

2.2 设施选择原则

根据国内外污水技术的发展历史和特点，市政污水处理厂的改造设施的选择应遵循以下原则：所选设施应与现有设备相对应，设施应具有高效处理能力，设施技术与时俱进；经处理所得排水水质达标，产品污染物含量低，易于处理；所选设施运行维护费用低，保证经济效益的同时力求设备操作简单，监控手段多样以提升其稳定性；所选设施应尽量降低改造时的土建投资费用和占地面积；尽可能降低设施投产后对环境的影响，处理好运营产生的异味，控制噪声[17-20]。建设本项目的基本要求是：占地面积小。

2.3 方案的比较选择

(1)方案1：A2/O工艺。该方法具备二级处理工艺，其具体流程如图3所示。

图3 A2/O工艺流程Fig.3 A2/O process flow chart

进入厂区的废水经粗篦、细篦、活性砂盆及初沉池去除部分SS、BOD5和COD，随后在生物A2/O反应池内实现生物脱氮除磷，进一步废水在二沉池内再次沉淀，分离污泥，去除有机物，去除P元素；二级澄清池处理所得废水进一步在高效澄清池内去除磷元素及悬浮物；高效澄清池流出废水进入臭氧接触池进行臭氧氧化，降低大肠杆菌数量达A级标准并进一步去除残留COD，所得终水即可排入大海。

(2)方案2：MBBR工艺。废水进入污水处理厂后，经粗格栅提升泵房→细格栅→曝气砂盆→初沉池分离大部分的有机物、重铬酸盐和悬浮物，然后进入MBBR池。具体流程如图4所示。

图4 MBBR工艺流程Fig.4 MBBR process flow chart

微生物可在表面积大且粗糙的装载体表面积聚繁殖，载体颗粒的内表面能够防止黏附微生物的破坏。大量空气吹入所产生气泡在水中漂浮并挤压生物填料，与水形成对流。水与空气流经生物填料不光滑的内表面时，产生大量微小气泡，提高了氧气的输送效率及微生物吸氧的可能。维持较低冲击载荷及增加泥浆年龄是负载体颗粒的主要任务，较高的污泥含量使冲击负荷随之增高，增加了污水处理厂的负荷，如图5所示。

图5 MBBR生物载体及菌群Fig.5 MBBR biological vector and flora map

方案1、方案2技术及经济比较见表2。

表2 方案技术及经济比较Tab.2 Technical and economic comparison of schemes

根据表2方案技术比较结果可知，2种方案均可满足废水排水水质要求，但方案2使用泥—膜复合法可提高系统的抗冲击能力，能够保证冬季废水处理的稳定性，且方案2对应当前工厂流程，更方便管理和维护。因此，项目采用方案2(MBBR工艺)处理污水。

3 经济、社会、环境效益评价

3.1 经济效益评价

财务敏感性分析如图6所示，盈亏平衡分析如图7所示。

图6 财务敏感性分析Fig.6 Financial sensitivity analysis chart

图7 盈亏平衡分析Fig.7 Break-even analysis chart

财务评价表明，建议水价是可行的。所得税前的内部财务利率(所有投资)为 11.13%，高于行业惯例的参考利率 5%；投资回收期10年(建设期2年)，低于基准回收期15年；净现值大于0，其他指标满足行业要求，财务上可行。财务敏感性分析表明，水的定价对财务内部收益率有重要影响。因此，为保证项目建成后的正常运行，建议设定合理的价格水平。

综上所述，该项目财务评价结果良好，经济上是合理的。本项目实施后，将改善城市内河环境质量，恢复内河多功能利用，减少污水对城市部分地表水和地下水的污染，提高水的可利用性，资源将得到改善。同时，当内河水质变清时，将进一步改善城市生态环境及城市投资环境，可以产生巨大的间接经济效益。

3.2 社会效益评价

污水处理厂的兴建对改善城市的环境质量、优化城市的基础设施建设、建设生态文明城市具有积极作用。污水处理厂的建设，能够吸引外方资金的投资，改善城市投资构成，对经济发展产生有益影响。此外，由于污水处理厂的建设，城市内河水质将得到改善，间接减少了各种传染病和对居民健康的威胁，保障了人民的健康和生命安全。构建生态文明和可持续发展作为我国的基本国策，目前我国水污染仍较为严重，水资源保护以及对污染水体的治理越来越受到国家和地方的重视，对经济的可持续发展以及和谐社会的建设具有重要的影响。

3.3 环境效益评价

污水处理厂项目是一项保护生态环境、改善人民健康水平、提高社会幸福指数的环保工程。在我国，随着经济的发展和社会的进步，环境的保护越来越受到重视。污水处理工程是环境保护实施的重要手段之一，对地区经济转型及可持续发展具有重要的意义。城阳区城市污水处理厂三期改扩建完成后，废水将达到《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)。扩建总加工规模10万m3/d。各类污染物年减少量COD为14600t/a，BOD5为6 935 t/a，SS为10 585 t/a，TN为1 277.5 t/a，TP为237 t/a。