基于GIS技术的江苏城镇污泥处理处置信息管理与分析

徐 艳，张雪英，周立祥，刘奋武

（1.扬州科技学院资源与环境工程学院，江苏 扬州 225009；2.南京工业大学环境学院，江苏 南京 210000；3. 南京农业大学资源与环境科学学院，江苏 南京 210000；4.山西农业大学资源环境学院，山西 晋中 030801）

基于GIS技术的江苏城镇污泥处理处置信息管理与分析

徐 艳1，张雪英2，周立祥3，刘奋武4

（1.扬州科技学院资源与环境工程学院，江苏 扬州 225009；2.南京工业大学环境学院，江苏 南京 210000；3. 南京农业大学资源与环境科学学院，江苏 南京 210000；4.山西农业大学资源环境学院，山西 晋中 030801）

鉴于江苏省不良的污泥处置现状，对全省污水处理厂的分布及其产生污泥和处置污泥的能力进行问卷调查和实地调研，并利用GIS处理遥感影像数据、GPS等地理数据，构建空间数据库；在此基础上，利用ArcGIS空间分析对扬州市污水处理厂污泥处置进行专题分析和最近设施点分析，为城市污水处理厂的布局规划提供可视化的决策辅助，促进城镇污水污泥处理的信息化建设。

3S技术；污泥处理处置；最近设施点分析

城市污泥是城市污水处理厂在净化污水过程中产生的沉淀物，如处理不善将会对环境造成二次污染。江苏省作为我国东部沿海地区经济发展最为迅速的省份之一，污水处理及污泥处置一直受到政府及社会各界的广泛关注。

截止2015年，江苏省新建、扩建城镇污水处理厂达556座，总规模512.4万m3/d。研究采取问卷调查、实地考察及GPS现场定位等方式对江苏省污水处理厂和污泥处理处置社会资源进行了调研，在遥感影像底图上利用GIS转换数据，并结合江苏省基础地理数据库分析污水污泥的处理处置现状。最后以扬州市为例，利用ArcGIS网络分析功能查找最近设施点，为污泥产生单位提供污泥处置优化方案。

1 研究路线

针对江苏省污泥处置现状，结合“江苏省城镇污水处理厂污泥处理处置技术政策研究”项目的进度要求，在确保研究成果的先进性、实用性和前瞻性的基础上，采用ESRI公司的ArcGIS10平台进行地理信息采集、处理与分析，提出了以“资料收集、数据处理、数据库创建和GIS空间分析”为顺序的研究方案（图1），为进一步推进全省城镇污水处理厂污泥处置工作起到了积极作用。

图1 技术路线

2 问卷调查与实地调研

登陆江苏建设信息网下载调查问卷表，结合江苏省污水处理厂清单，项目分组开展城镇污水处理厂污泥处理处置问卷调查和污泥样品采集工作。

2.1 问卷调查

在各市、县行业主管部门及城镇污水处理厂的积极配合下，如实填写污泥处理处置调查问卷，内容包括污水处理厂基本情况、污泥检测情况及污泥处置基本情况[1]，要求真实反映本地区污水处理厂污泥处置现状。

2.2 实地调研

对江苏省556座污水处理厂和329座污泥处置社会资源进行实地调研，利用GPS定位经纬度并收集汇总。在此基础上对其中规模较大、运行较稳定的污水处理厂进行冬夏两季污泥样品采集和分析测定[1]，同时收集不同的污水处理工艺流程。

2.3 调查结果

至2015年底，江苏省城镇污水处理厂达556座，总规模512.4万m3/d，城市污水总处理量达522 144万t/a。污泥处理处置主要有焚烧、有机质制肥、预处理后卫生填埋及水泥窑炉混烧等4种方式，全省共有329家公司提供污泥处理处置资源。

随着越来越多的城镇污水处理厂建成投运，在净化水质的同时，“副产品”污泥的产生量也在急剧上升。年产含水率80%的污泥约270万t。目前，全省城镇污水处理厂的污泥主要有4种处置方式：有机肥处置、焚烧处置、水泥窑处置和填埋处置。以污泥产量计，堆肥占10.4%，卫生填埋占10.4%，制作建材占8.7%，焚烧占68.5%，其他占2%，全省共有16座城镇污水处理厂同时采用多种污泥处置方式，全省共有219处污泥处置社会资源。

调查显示目前江苏省污泥处置市场仍然比较混乱，体现在大部分污水处理厂将20%～30%的污泥处置费用花费在运输成本上，产生的污泥并没有在最佳污泥处置社会资源处实现优化处置。更有甚者，部分污水处理厂的城市污泥仅被简单“弃坑”处置，跨市不规范运输污泥的现象也屡见不鲜[2]。这些现象表明，江苏省迫切需要采用信息技术改变旧的管理模式，建立新的管理机制，优化污水处理厂和污泥处置社会资源的布局。

3 数据处理与转换

3.1 建立数据库

基于ArcGIS建立江苏省基础地理数据库[3]，包括省道路、水系、植被、行政区划图等要素图层，如图2所示。

图2 基础地理数据库

将全省556座污水处理厂统计报表数据及329处污泥处置社会资源点的GPS定位数据等各项调查指标按地点输入Excel表中，并转化为DBF4格式通过ArcGIS导入到江苏省基础地理数据库空间数据库。

3.2 影像配准

选取陆地卫星ETM假彩色合成遥感影像资料（30 m空间分辨率），利用ArcGIS软件参照地理坐标系GCS_WGS_1984进行几何配准，再以行政区边界切割已配准好的遥感影像图[3]，作为专题底图展示，如图3所示。

图3 遥感影像底图

3.3 地图标定

利用ArcGIS转换生成GPS点文件功能，将污水处理厂、污泥处置社会资源属性表导入数据库，按地理坐标（经度、纬度）转换成显示XY数据的专题图层[3]，叠加于遥感影像地图上，如图4所示，直观地展示污水处理厂和污泥处置社会资源的空间分布状况，同时关联调研统计获得的属性数据，最后以省市两级比例尺组织管理各市级专题图层并入库。

图4 江苏省污水处理厂分布

4 空间分析

4.1 污水处理厂分布

由图5可知，苏南地区污水处理厂的分布密度远大于苏中和苏北地区。特别是苏州地区，污水处理厂分布十分密集，这是因为随着工业的发展以及人们环保意识的提高，苏州许多乡镇也开始建设污水处理厂，收集污水进行统一处理。但是，广大的苏北地区污水处理厂数量相对较少，有的县至今还未建成一座污水处理厂。从图5上可直观地看出，江苏省苏南地区的经济发展及环境影响程度均领先于苏中苏北地区，这对于今后环境等部门的决策分析起到辅助支持作用。

图5 江苏省污水处理厂分布情况

4.2 污泥处置社会资源分布及处理方式

由图6可知，大部分污水处理厂的污泥处置方式以有机肥处置为主，总体呈现苏南地区高于苏北地区的趋势。建议在城市污水处理厂密集的苏州、无锡、常州地区，实现污泥集中处置方案，特别是重点发展（污泥干化后）焚烧或填埋处置方案；南京、镇江及苏中地区重点发展污泥高干度脱水后单独填埋处置或混合填埋技术；污水处理厂密度小的苏北地区重点发展填埋技术及土地利用方式处置技术。建议在原水价基础上新增水价0.14～0.20元/m3，作为污泥处理处置费，按经济发展水平，苏南地区取上限，苏北地区取下限，其他地区为中等偏上。综合考虑先进技术、环境要求、经济成本等多方面因素，选取最为合理的污泥处置方式。

图6 江苏省污泥处置社会资源及处理方式分布情况

4.3 最近设施点分析

ArcGIS的最近设施点分析（Network Analyst）功能可以找出特定位置周围最近的设施，其分析结果会在地图上显示事发位置与设施点之间的最佳路径，还可以同时为多个事故点查找最近设施点[4]。研究以扬州8座大规模污水处理厂为例[5]，结合道路、行政区划等基础数据库，对区域内污泥处置社会资源进行最近设施点分析，确定最短路径污泥处置方案[4]。如图7所示，深色字体代表需要处理污泥的污水处理厂，浅色字体代表周边污泥处置社会资源，经过GIS最近设施点分析，得出扬州8座污水处理厂的最近污泥处置社会资源直观图[6]，为环境建设与管理部门提供技术与经济成本的参考信息。

图7 污泥处置最近设施点分析

扬州南部新城区是未来城市发展重点区域。位于南部的汤汪和六圩两座污水处理厂日均处理污水31万t，出水水质综合合格率达98%以上，日产污泥约300百t[5]，经过GIS最近设施点分析得出最佳处理方案：两座污水处理厂污泥均运输至扬州旺龙建材有限公司，进行水泥窑炉混烧的污泥处理处置（图8），可达到污水污泥处置能耗成本低且较环保效果。

图8 扬州南部污泥处置最近设施点分析

5 结 论

随着城镇化发展速度的加快，江苏省越来越多的污水处理厂建成投运，伴随的污泥处置社会资源也越来越多样化。研究显示，利用GIS与GPS技术对污水处理厂和污泥处置资源进行空间管理与分析，可促进城镇污水污泥处理的信息化管理。研究还表明，苏南地区污水处理厂及污泥处置设施的分布密度远大于苏中和苏北地区，建议有关部门结合“十三五”规划，优化苏南区域污泥处理设施布局，增强苏中北地区污泥处理厂及污泥处置资源设施建设。同时，利用ArcGIS网络分析对污水处理厂和污泥处置进行最近设施点分析，为污水处理厂提供经济合理有效的污泥处置资源方案，科学指导城镇污水处理厂的污泥处置工作。

[1] 郑翔翔. 江苏省城市污水处理厂污泥处置技术政策研究[D]. 南京：南京农业大学，2007.

[2] 王雅婷. 城市污水厂污泥的处理处置与综合利用[J]. 环境科学与管理，2011，36（1）：90-94.

[3] 宋小冬，钮心毅. 地理信息系统实习教程[M]. 北京：科学出版社，2007.

[4] 魏 平. 城市基础地理信息数据库设计与实现[D]. 长春：吉林大学，2013.

[5] 黄正芳，汤潜之，张 蕾. 城镇污水处理厂污泥处置现状及对策探讨——以扬州市为例[J]. 环境科学导刊，2014，33（6）：43-45.

[6] 颜维安，杭德荣，杨国静，等. 用地理信息系统评价垃圾填埋场选址的研究[J]. 中国卫生工程学，2003，2（3）：133-135.

（责任编辑：成 平）

Information Management and Analysis of Sludge Disposal in Jiangsu Province Based on GIS

XU Yan1，ZHANG Xue-ying2，ZHOU Li-xiang3，LIU Feng-wu4
（1. Resources and Environmental Engineering, Yangzhou Vocational College, Yangzhou 225009, PRC; 2.College of Environmental Sciences, Nanjing Tech University, Nanjing 210000, PRC; 3.Resources and Environmental Engineering, Nanjing Agriculture University, Nanjing 210000, PRC; 4.Resources and Environmental Engineering, Shanxi Agricultural University, Jingzhong 030801, PRC）

In view of the poor sludge disposal situation of Jiangsu Province, the distribution of the sewage treatment plant, quantity of sludge and the ability to dispose of sludge were investigated by Questionnaire survey and on-the-spot investigation in Jiangsu Province. Combined with the technology of GIS and GPS, the geographic database of sludge disposal and treatment was constructed. Using GIS spatial technique, thematic analysis and recent facilities point analysis of Yangzhou City were conducted. It provided technical and decision support for urban construction and management.

3S technology; sewage treatment plant; recent facilities point analysis

book=47,ebook=55

X799.3

A

1006-060X（2016）12-0047-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.012.016

2016-10-24

国家自然科学基金青年基金资助项目（21207065）

徐 艳（1981-），女，江苏扬州市人，硕士研究生，主要从事GIS应用与开发方面的研究。

张雪英