城市污水再生回收利用方式决策研究

陈涛

摘要：现阶段诸多城市进行再生水工程项目的探讨和研究，旨在建设良好的城市水循环系统，缓解城市淡水资源短缺的问题。研究尝试通过研究城市污水再生回收利用模式的决策模式，从多个渠道进行评价，从中找到相应的决策模式。为郑州市水资源再利用建设，提供铺垫性研究。

既往的城市污水再生回用系统虽然刚刚得到政策支持，但整体而言各个城市的水资源再利用系体系已经初步完成。但就具体而言，目前现行的再生水利用方式，并不具有特备特定的需求定制。诸多设计并未考虑包括经济因素在内的诸多非水务工作产业维度。所以在具体项目落地时，常常和设计完全不尽相同。一些非技术性因素介入后，导致大型集中污水再生回用处理厂产生了诸如：距离再生水用户太远，与其他项目产生冲突甚至造成项目流产等诸多问题。

为确保城市污水净化项目顺利落地，需要在城市规划时，就根据再生水的具体使用方向，结合地区特色和具体情况，对再生水使用的整体内容纳入到对城市的再生水厂进行整体布局规划当中。所以本研究也基于这种模式，对城市再生水处理模式决策进行分析。目前而言，处理方式主要分为集中式、分散式两种。

一、集中式污水再生回用处理方式

集中式污水处理，和分散式处理是两种处理理念。这两种理念在多个行业都有，就污水处理而言，分散式和集中式具有各自的优缺点，其中最主要的问题是供水管网建设

二、分散式污水再生回用处理方式

主要应考虑城市再生水厂的布局和再生水供水管网的建设。再生水潜在用户的再生水需求量不同，距离大型集中污水再生回用处理厂的距离不同，就会导致对其污水再生回用处理的方式不同。或者将该区域污水远距离运送到大型集中污水再生回用处理厂进行处理，再将制出的再生水通过管网输送到再生水用户端，或者采用就地原则，对污水进行就地处理，就地再生回用。两种处理方法的不同，其再生水厂的布局和再生水供水管网的建设费用也就不同。再生水厂的布局越合理，其污水和再生水的管网系统也就越合理，从而起到对城市污水再生回用系统配置的优化。因此需要从经济效益最大的角度出发，研究一种为城市污水再生回用处理方式进行选择的决策方法，将集中式和分散式处理方法科学的结合起来，对城市污水再生回用系统的布局规划和供水配置优化将起到至关重要的作用。

集中式和分散式处理方式的对比城市污水再生回用系统根据其再生水处理、配置等方面的不同，可以分为集中式和分散式。集中式城市污水再生回用处理方式是先通过城市的市政污水处理管网系统，将污水、废水、雨水等水源输送到大型污水再生处理厂，经过技术工艺处理后，生成满足不同用户的水质需求的再生水，最后通过再生水供水配置系统，将可以利用的再生水输送到用户端，具体流程如图3.1所示。实际情况中，由于集中式城市污水再生处理厂的需用占地面积比较大，且会对周围环境产生一定的影响，因此一般和城市污水处理厂合建，处于城市市政污水处理管网系统的末端，这样既在一定程度上减少了基建费用，也更方便对收集到的污水进行处理。但这样就使得城市污水再生处理厂一般距离潜在用户较远，加大了城市再生水的配送成本，在一定程度上影响了该处理方式的推广和应用。分散式城市污水再生回用处理方式根据其污水收集等方面的不同又可以分为两种情况，一种是对城市居民小区、学校、工厂等污水排放量较大的相对独立区域，建立独立的污水收集管网系统，当场就地收集污水，就地进行一些有针对性的污水再生处理，使处理得到的再生水满足该独立区域重复利用。具体流程如图3-2所示。该处理方式有一定的针对性，操作运营比较方便，但难以保证再生水水质和供水量的稳定性。另外一种是对城市某个区域下游建立小型再生水处理厂，对该区域污水收集管网中的污水进行截留，并在当地进行处理，制成的再生水在当地进行回用。具体流程如图3-3所示。该方式虽然避免了污水和再生水的长距离输送，方便快捷、减少了城市管网基础设备的建设，但缺乏专业技术的管理，增加了城市污水处理回用厂的基建成本。

下面将集中式与分散式污水再生回用处理方式的优缺点进行具体的总结和对比，如表3-1所示。通过对比可以发现，分散式污水再生回用系统是在集中式污水再生回用系统的基础上提出的。集中式污水再生回用系统具有规模化效应和完善的技术管理，分散式污水再生回用系统则提倡污水的就地处理和再生水的就近回用，减少了再生水的供水配置成本。集中式与分散式污水再生回用处理方式具有各自的优点和局限性。在城市污水再生回用项目规划之前，应根据具体的用户需求量、用户对再生水的接受度、用户所分布的位置、供水成本最小化等实际情况，对污水再生回用方式进行选择，从而达到对城市污水再生回用基础设施建设的初步优化。城市污水再生回用系统具有不但对污水起到了处理作用，还用再生水在一定程度上代替了自来水等淡水资源的使用，产生了很大的生态效益和经济效益。因此我们在进行城市污水再生回用系统的布局规划建设时，应首先从经济因素角度进行考虑，以供水成本最小化作为城市污水再生回用系统布局规划建设的决定性因素。城市污水再生回用系统主要包括污水再生回用处理厂和再生水供水配置系统两部分。污水再生回用处理厂的运行费用、基建费用、管理费用、设备维护费用等具有规模效应，即污水再生回用处理规模越大，污水再生回用处理厂的单位水处理费和单位投资费用就越小。但随着城市污水大规模的集中收集、大规模的再生处理和再生水供水配置，其再生水供水配置的管网就更多，管网埋的深度就更深，管径就更大，其再生水的供水输送费用就会大大增加。城市污水再生回用系统的污水处理费用和再生水配送费用之间存在着相互的制约关系。需要综合考虑这两个费用方面，理清其中的相互关系，将集中式污水再生回用处理方式和分散式污水处理方式相结合，使城市污水再生回用系统的布局规划、供水配置更加经济合理。本文从经济效益最大的角度出发，结合工业工程减少浪费、提高效率的思想，建立数学模型，利用判别距离为主要依据，为城市污水再生回用处理方式的选择提供了一种科学可行的判定方法，对城市污水再生回用系统的初步布局规划起到了至关重要的作用。

通过以上的综合评价结果可以看出，在目前我国的城市污水再生回用发展阶段，以再生水供水成本最小化为准则，通过判别距离决策法对各个污水处理点的污水回用处理方式进行判别，从而得到初步的再生水供水配置优化方案，该方法科学可行。不仅使供水成本达到最小，而且当综合考虑配置成本、环境危害概率、水质保证、水量保证以及供水稳定性这五个方面时，该方法得到的再生水供水配置优化方案的综合得分排在第一，優于其他再生水配置方案。同时也可以看出，供水配置方案三是全部选择距离再生水用户最近的再生水处理厂对其进行供水，虽然供水成本相对较高，但其环境危害概率相对较小，水质、水量以及供水稳定性都可以得到充分的保证。因此综合考虑各方面指标和影响因素，该再生水供水配置方案的综合得分排在第二，远远优先于供水配置方案二和供水配置方案四。符合城市污水再生回用发展的效应化趋势，即当一个城市的再生水处理厂以及各种管网、配套基础实施发展相对完备以后，全部采用集中式污水回用处理方式，虽然供水成本相对较高，但能使再生水供水配置的方方面面都得到更有效的保证，为再生水用户提供更加稳定放心的服务。通过供水配置方案一和供水配置方案二的评价结果对比可以看出，当再生水用户距离大型集中式再生水厂较远，超出其判别距离时，即使选择离再生水用户最近的大型集中式再生水厂进行再生水供水，也比采用分散式处理方式的供水成本高。从而影响供水配置方案的整体综合评分和优越性，同时也验证了本文第三章中提出的处理方式决策判别方法，对再生水系统的布局规划和供水配置可以起到一定的优化作用。通过供水配置方案四和供水配置方案一、三的评价结果对比可以看出，当再生水用户距离大型集中式再生水厂较近，在判别距离范围以内时，单独建分散式污水再生回用工程的供水成本要高于直接采用集中式处理方式进行供水。从而影响供水配置方案的整体综合评分和优越性，同时也验证了本文第三章中提出的处理方式决策判别方法的科学性和实用性。