城市污水處理與中水回用系統分析與優化
城市污水處理與中水回用設施作為一種系統，可應用系統論原理對其工程建設、運行管理和后續發展加以分析、研究，現以青島為例進行系統分析、優化。
1 系統現狀
1.1 組成
該市污水實行區域集中處理，二級處理尾水直接排海或用于生產中水，現有污水處理廠4座、中水生產廠1座、雨污水管道700 km、排水泵站18座、服務面積為120km2、服務人口為140萬。城市排水實行雨、污分流制。
1.2 運行管理體制
污水處理廠和中水廠都是以政府投資或政府投資與外國贈款、貸款等方式建成的。青島市排水管理處負責市內四區城市污水處理設施的行政管理和養護運行、排水水質監測。污水處理廠按照海泊河、李村河、團島、麥島4個區域污水匯集水系設置。城市污水處理費由自來水公司代收。污水處理設施養護、運行費用在2000年以前實行事業性管理，之后則開始實行財政大包干和企業化管理。
1.3 污水處理廠概況
污水廠概況見表1。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.4 污水處理產物的利用
① 沼氣。供職工食堂爐灶、沼氣鍋爐、沼氣發動機作燃料，可滿足污水廠供熱量的80%～90%。
② 中水。海泊河廠于1999年建成一座中水生產廠，生產能力為4×104m3/d。利用二級出水經過絮凝、沉淀、脫色、消毒、過濾等工序生產出符合國家《生活雜用水水質標準》的中水，供周圍5km范圍內約20個單位作冷卻、洗滌、綠化、衛生、施工等雜用。 ③ 污泥的開發利用。直接做綠化底肥用于改良土壤；作為菌種啟動新建污水處理廠；研制有機復合肥、建筑材料、燃料等。
2 系統分析與綜合優化
系統分析的目的在于考察其結構是否完善、存在何種缺陷、優化的程度如何、系統效應如何，以判明系統的發展方向及能動地加以控制和調整，使系統實現最優化。現應用系統論基本原理從不同角度對系統加以考察分析。
2.1 應用整體性原理
根據整體性原理，對環境效益和社會效益僅需作定性分析，對經濟效益則應定量考察。顯然，只要城市污水處理系統能夠實現收集、輸送和處理污水并達標排放尾水，則其環境和社會效益就應為正效應，而且城市污水處理率越高，其正效應越大。按此標準，目前青島城市污水處理率已達50%，環境和社會效益已經實現正效應。
由于該市城市污水處理與回用系統實行企業化管理，城市污水處理費用已按照運行管理成本確定(不包括回用水設施的建設、運行管理費)，在這種情況下的經濟效益視為零效應。
然而，企業化管理的目標是追求利潤最大化即實現經濟效益的正效應，其方法無非是開源節流(節流即對內挖潛，降低運行管理成本；開源即實現污水處理產物的資源化，主要是尾水的資源化，通過中水回用實現盈利)。
欲實施中水回用工程就必須建設中水生產廠、敷設中水供給管道，只有中水銷售收入超過工程建設成本與生產運行成本才能實現經濟效益。
2.2 應用結構性原理
系統的結構性原理提示人們在研究和創建系統時，應當按照系統整體性的要求，先設計出合理的結構框架，然后將各要素組合成層次分明、秩序井然的系統。
① 按污水匯集水系可分為海泊河、李村河、團島、麥島4個區域子系統。
② 按設施及功能可分為6個子系統：a.污水供給系統；b.污水處理系統；c.尾水排海系統；d.二級處理尾水供應系統；e.中水生產系統；f.中水供給系統。
③ 按管理職能可分為5個子系統：a.行政管理子系統；b.污水處理子系統；c.中水回用子系統；d.水質監測子系統；e.城市污水處理及中水收費子系統。
2.3 應用動態性原理
青島城市污水處理與中水回用系統實行企業化管理后的首要問題便是如何解決系統的自主管理問題，即必須盡快轉變行政管理子系統的職能，提高系統的自組織、自適應、自控制等能力，在市場經濟條件下開展資本運營，降低污水處理成本，規劃建設后續工程、組織中水生產和銷售。
其次，要控制中水回用子系統從點到面穩步發展，避免中水的供需脫節，以免給整個城市污水處理與回用系統帶來長期的不利影響。
2.4 應用相關性原理
相關性原理提示人們重視系統的全局性和平衡性，通過加強薄弱環節、抑制膨脹因素，把各種影響因素都控制在合理的限度內，從而控制系統的發展規模和速度。
對青島而言，主要存在以下幾個影響因素：
① 建設、運營資金
城市污水處理與回用系統原屬公益事業，其建設和運行費用由財政負擔，實行企業化管理后首先面臨資金缺口問題。
城市污水處理子系統已經基本建成，除系統運行管理費外，已無需較大的固定資產投資；而中水回用子系統剛剛建成1座中水生產廠，其供給管網遠未建成，尚需較大規模的投入。這部分投資可從以下途徑取得：
a.成本節余
由于現行城市污水處理費的價格是按照事業性管理體制下的管理成本確定的，在實行企業化管理后尚有降低運行管理成本的余地。
b.社會融資
籌建中水股份公司，通過引進外資、發行股票、企業債券或銀行貸款募集資金，以中水銷售利潤分紅、付息或還貸。
② 系統安全隱患
由于污水處理廠均采用生物降解工藝，來自原水和其他污染源的劇毒或高濃度污染物可能殺死用于處理污水的微生物，導致污水廠停運，從而影響到整個城市污水處理與回用系統的正常運行。
③ 中水產量限制
理論上，城市的污水排放量一般為自來水用量的50%左右，即使二級處理尾水排放量無損耗地轉化為中水，其產量也必低于城市用水量的50%。按照青島市現在的污水處理率約為50%計算，目前中水的最大產量不會超過城市自來水用量的25%，遠期最大產量不會超過50%，因此中水生產廠的設計最大產量、城市規劃設置中水供給管網均不應超出以上限制，以避免不必要的資金和資源浪費。
④ 中水價格限制
由于中水的用途較自來水有局限性，僅能在生活雜用水等方面使用，因此其價格必然低于自來水，并因價格低廉而在生活雜用水市場上具有一定競爭力。
上述因素決定了中水的利潤空間有限，中水是否能盈利、城市污水處理與回用系統能否發展壯大，其決定性因素是系統的管理模式和管理水平。
2.5 應用綜合優化原理
系統的綜合優化是使系統調整、發展到功能最佳的狀態。
青島市污水處理與回用系統的綜合優化可以分以下兩部分。
① 污水處理子系統的優化
由于污水處理子系統已發展到一定規模，其結構基本完整，運行管理水平較高，因此目前的基本任務不是實施新的建設工程，而是對原有設施的改造即加強管理、提高效率、降低成本，增大系統正效應，保證經濟效益、環境效益和社會效益的增長。
a.實施流域截污工程
青島市城市排水實行雨、污分流制，然而由于種種原因，雨、污混流現象十分突出，不但影響城市污水處理率，而且嚴重影響近海海域環境質量。該市自1999年3月起實施截污工程(包括擴建、改造泵站及實施雨、污分流)，大大提高了城市的污水處理率，改善了生態環境，促進了城市經濟和旅游、衛生事業的發展。
b.實行污水處理區域管理
青島市目前在麥島區域子系統試行“水系管理”新體制，即由麥島污水處理廠自行供給、處理污水。將污水供給與處理單位合二為一，在整個區域子系統內實行統 一的調度管理，有利于提高區域污水處理率、協調污水供給量和時間、降低污水處理總成本 。
c.強化系統安全控制
控制系統的安全隱患，凡是貯存、生產或排放危險化學品的單位均須置于水質監測子系統的監控之下，并應制定可行的應急措施以便應付突發事件。
d.建設水系調流設施
青島市由于實行分區集中處理污水體制，若某污水廠因事故等原因停產，其所承擔的污水可調流至其他污水處理廠。若要在水系之間實現污水量的可調，則應規劃建設調流泵站。
② 中水回用子系統的發展
由于青島市的中水回用事業剛剛起步，目前只在海泊河廠內建成1座中水生產廠，故近期的基本任務主要是實施建設工程，盡快敷設中水供給管網，完善區域的中水回用子系統，爭取獲得良好的經濟效益；而中遠期的基本任務是在全市范圍內推廣中水回用，將中水廣泛應用于城市供暖、工業冷卻、施工、綠化、景觀用水等各個領域。
青島市通過對城市污水處理與中水回用系統的綜合優化，必然會實現城市污水資源化和系統的可持續發展。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
