建立城鎮(zhèn)水體污染治理工程成果轉(zhuǎn)化市場化
運行機制,，搭建產(chǎn)業(yè)科研間橋梁
WATER POLLUTION CONTROL TECHNOLOGY MAJOR PROJECT
政策動態(tài)
POLICIES
截至2010年底我國污水污泥處理產(chǎn)生的能耗已達到全國總能耗的1%。近年來,，隨著人民群眾對美好生活環(huán)境的需求增加,，我國城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模不斷增加，目前處理能力已由2010年的1.2億m3/d提升到2億m3/d,，《水污染防治行動計劃》明確要求要因地制宜對現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施進行改造,，2020年底前達到相應(yīng)排放標準或再生利用要求，現(xiàn)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）也啟動了修訂計劃,，擬在一級A標準基礎(chǔ)上對部分指標再做提升,。北京市是較早一批提出污水處理廠提標改造的城市，2013年北京市制定了加快污水處理和再生水利用設(shè)施建設(shè)三年行動方案（2013~2015）,，2016年又提出了第二個三年行動方案,，提出結(jié)合管網(wǎng)建設(shè)，開展污水處理提標改造,，推進河道黑臭水體整治,。污水處理廠出水執(zhí)行標準的提升等一系列工作將直接提高污水處理能耗。污水處理廠能耗的90%主要用于曝氣,、污水推流等生化處理,，污水提升和污泥處理等。此前,，也有較多關(guān)于污水處理廠節(jié)能降耗方面的研究,，但大都側(cè)重于污水處理廠內(nèi)，本文從城鎮(zhèn)生活污水收集管網(wǎng)提質(zhì)增效出發(fā),，從污水收集處理系統(tǒng)分析其對電耗的影響,，并由此探討污水處理費制定標準。
2,、研究對象和方法
2.1 影響污水處理廠能耗分析
根據(jù)全國城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù),，剔除沒有標明處理工藝,、進水量不穩(wěn)定以及規(guī)模小于1萬m3/d的污水處理廠進行了梳理（以下簡稱“規(guī)模以上”）。經(jīng)分析,，從2008~2017年,，不同生物處理工藝、規(guī)模的污水處理廠數(shù)量情況如表1所示,。
提升污水處理廠進水BOD濃度,，在同等曝氣強度下BOD負荷將提高，在保證出水水質(zhì)達標的情況下,，處理單位BOD能耗會有所下降,。本文對2017年地級城市的1 548座污水處理廠運行情況進行比較，按照出水水質(zhì)情況,，結(jié)合網(wǎng)上公開的信息,，對污水處理廠出水執(zhí)行標準進行校正，分析不同出水執(zhí)行標準,、進水濃度對能耗的影響,。由于BOD更能反映生活污水實際情況，因此本文以BOD濃度作為主要水質(zhì)參數(shù),，計算出不同進水BOD濃度（每10 mg/L為一檔）噸水能耗,，分析進水濃度和噸水能耗的關(guān)系,，以此計算每座城鎮(zhèn)污水處理廠（對應(yīng)城市理論污水BOD濃度）能耗增加量,，見表2、圖1,。
2.2 城鎮(zhèn)污水處理廠體標改造能耗分析
新增BOD消減能力理論值=（目前排放濃度-改造后排放濃度）×城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模(1)
新增能耗估算=（改造后預(yù)估噸水能耗-目前噸水能耗）×城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模(2)
參照《第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》,，計算出每個城市產(chǎn)生的生活污水BOD濃度，并考慮在污水管網(wǎng)輸送過程中10%的降解,，以此為基礎(chǔ),，將每座污水處理廠按照實際處理水量加權(quán)平均后，作為該省份的理論進水濃度,。
按照進水BOD濃度與噸水能耗的關(guān)系方程,，推算出每座污水處理廠進水新增能耗，對于進水BOD不小于理論值的,，不計算新增能耗,。計算見式（3）：
城鎮(zhèn)污水處理廠新增能耗估算=0.000 8×（理論進水BOD濃度-目前進水BOD濃度）（3）
3、結(jié)果分析
3.1 城鎮(zhèn)污水處理廠能耗分析
近幾年污水處理廠出水水質(zhì)要求越來越高,，從統(tǒng)計結(jié)果來看,，2008年到2017年污水處理廠年均噸水耗電量從0.24 kW·h/m3上升到了2017年的近0.3 kW·h/m3，且主要是從2013年開始出現(xiàn)較為明顯的上漲趨勢,。從統(tǒng)計分析結(jié)果來看,，隨著噸水耗能的提升,，噸水COD的削減未能提高，反而有不斷下降的趨勢,，從2008年的0.28 kg/m3下降到2017年的0.26 kg/m3,。這些新增的能耗一方面用于AAO新增的消毒、污泥消化等耗能環(huán)節(jié),，另一方面用于城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造后,，出水水質(zhì)提升。而噸水COD削減量降低,，主要是由于近年來地方環(huán)境督查壓力大,，很多地方沿河截污等措施把河水等一起截進污水處理廠，另一方面管網(wǎng)質(zhì)量差,，特別是地下水位高的地區(qū),，地下水擠占管網(wǎng)，導(dǎo)致污水處理廠清湯寡水,，同時,，近年來部分地區(qū)將工業(yè)廢水逐漸從城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)中撥離出來，部分城鎮(zhèn)污水處理廠的進水COD濃度會減少,。
經(jīng)對比分析發(fā)現(xiàn),，處理量小于5萬m3/d的小規(guī)模污水處理廠，其噸水能耗明顯高于5萬m3/d的中,、大規(guī)模污水處理廠,，這與此前的研究結(jié)果基本一致。但是,，小型污水處理廠與中大型污水處理廠的噸水能耗差是在逐漸縮小,，特別是在2012~2015年中大型城鎮(zhèn)污水處理廠能耗增加量要明顯快于小型污水處理廠。對于中大型城鎮(zhèn)污水處理廠是監(jiān)管的重點,，也是最先進行提標改造的對象,，出水水質(zhì)都有更高的要求，單位污水處理能耗也會隨之提高,。同時隨著城鎮(zhèn)污水處理廠相關(guān)技術(shù)的成熟,，小型污水處理廠單位能耗基數(shù)大，節(jié)能效果會比較明顯,，見圖2,。
而對于不同工藝來看（圖3、圖4）,，從2009~2017年,，SBR工藝的噸水能耗相對較低，但是規(guī)模多為中小型,；其次為AAO工藝,，占現(xiàn)運行城鎮(zhèn)污水處理廠的近1/3,，也是很多大型污水處理廠較為常用的工藝，不同規(guī)模單位能耗差異也較大,。對比2009年及2013年的數(shù)來看,，AAO、氧化溝,、SBR等傳統(tǒng)工藝,，不同規(guī)模污水處理廠之間噸水能耗也明顯縮減。現(xiàn)階段,，很多污水處理廠提標改造,，原有的工藝經(jīng)過提標改造后很多都結(jié)合了MBR等新工藝，如北京的肖家河污水處理廠,，由原來的AAO工藝,，轉(zhuǎn)變?yōu)锳AO+MBR的模式，出水水質(zhì)達到準Ⅳ類,。
3.2 不同出水標準對能耗的影響分析
依據(jù)表3估算結(jié)果,，若污水處理廠全面提標到準Ⅳ類，新增能耗需20.1億kW·h/年,，較現(xiàn)用電量增加24%,，而BOD削減量僅增加1%。
如表4所示,，改造污水管網(wǎng)提高進水濃度,，污水處理廠新增BOD消減量306萬t/年，較現(xiàn)有處理量提升60%,；新增能耗約24.5億kW·h/年,，較現(xiàn)用電量增加29%，其單位BOD消減量所用能耗約為現(xiàn)在的1/2,。從表4數(shù)據(jù)來看，南方城市,，進行管網(wǎng)進行改造后,，對BOD進水濃度的提升效果更因為顯著。而北京,、內(nèi)蒙,、甘肅、新疆等省市,，平均BOD進水濃度基本接近理論值,，僅個別污水處理廠進水濃度還需進一步提升。
4,、討論
4.1 廠網(wǎng)一體的運營模式對污水收集處理的能效分析
2010年以來,，北京實行廠網(wǎng)一體化運營管理模式,，通過實行廠網(wǎng)一體的模式，激發(fā)運營單位做好管網(wǎng)的日常維護,，從而有效控制污水外滲,，清水滲入管內(nèi)，從而提升污水收集處理效能,。選取了北京市5座從2008~2017年數(shù)據(jù)相對完整,，且已實行廠網(wǎng)一體運行的污水處理廠進行分析，發(fā)現(xiàn)這些污水處理廠的進水濃度相較為實現(xiàn)廠網(wǎng)一體運營的污水處理廠,，其進水水質(zhì)及水量相對更為穩(wěn)定,，且BOD濃度也與理論值基本相符（見圖5）。同時,，這種廠網(wǎng)一體的運營模式,，在雨天通過合理調(diào)度，還能有效應(yīng)對汛期因排水不暢而形成城市內(nèi)澇等問題,。實現(xiàn)“水質(zhì)保障,、水量均衡、水位預(yù)調(diào)”的系統(tǒng)化運營,，從而進一步有效利用管網(wǎng),，還能減少雨天對污水處理廠的沖擊。
4.2 污水處理運營成本分析
污水管網(wǎng)改造及日常運營費用分析見表5,。在不新增管網(wǎng),、不新建污水廠的前提下，若將現(xiàn)有城市污水處理廠均提標到,，一級A標準執(zhí)行,，按照平均運營成本是1.50 元/m3計算，加上改造已有管線折合噸水費用為0.22元/m3（按照30年使用壽命折算）以及每年管網(wǎng)維護費用0.15元/m3,，污水處理費用將達到1.87元/m3,。若加上管網(wǎng)建設(shè)費用，噸水運營成本將再增加1.24～1.64元/m3,。對于一些執(zhí)行更高標準的污水處理廠（準Ⅳ類）,，提標改造費用折合后噸水處理費用增加0.05元/m3(按照500元/m3改造費用，使用壽命30年折算),，噸水能耗將增加10%,，按照1元/(kW·h)計算，同時,，能耗占污水處理廠日常運行費用的40%,，相應(yīng)折算日常運行費用至少增加0.12元/m3，執(zhí)行準Ⅳ類標準的污水處理廠運營費用至少為2.04元/m3（不包含管網(wǎng)建設(shè)費用）。
2015 年,，發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于制定和調(diào)整污水處理收費標準等有關(guān)問題的通知(發(fā)改委2015)》)中規(guī)定我國污水處理費征收標準將上調(diào)至2016年底居民價格應(yīng)不低于0.95元/m3,，非居民價格應(yīng)不低于1.4 元/m3。北京市2018年出臺了《污水處理費征收使用管理辦法》,，明確將用于污水管網(wǎng),、污水處理設(shè)施的建設(shè)和運行以及污泥處理處置，目前北京市的污水處理費為1.7元/m3,，遠高于全國平均水平,。按照現(xiàn)行污水處理費征收標準，很多污水處理費是難以覆蓋整個污水收集處理系統(tǒng)運營費用的,，污水處理廠的運行仍需要依靠政府補貼,。
5、對策和建議
（1）從源頭削減污染物,。應(yīng)運用海綿城市理念,，對建筑小區(qū)、道路,、廣場綜合采用“滲,、滯、蓄,、凈,、用、排”等進行改造,，從源頭上盡可能的消納地表徑流,，減少污染物進入水體造成水體水質(zhì)惡化；進行消峰,、錯峰,，減少排水管網(wǎng)的負荷及對污水處理廠的沖擊。
（2）加快以管網(wǎng)改造,，推進廠網(wǎng)一體化,。管網(wǎng)的收集水平對整個污水處理系統(tǒng)起著核心的作用，特別是對于南方河網(wǎng),、地下水位較高,、豐水的地區(qū)，要加強對現(xiàn)有管網(wǎng)的改造,，防止清水進入污水管網(wǎng)。同時可以通過推進廠網(wǎng)一體的運營模式,，加快建立起管網(wǎng)的日常運維機制,，保障管網(wǎng)能高效運行。
（3）合理調(diào)整污水處理費。從本文分析來看,，若采用廠網(wǎng)一體的模式,，一方面有效提高污水處理廠進水濃度，另一方面能較好的調(diào)度污水,、雨水,，實現(xiàn)污水處理廠效能提升，在提升水環(huán)境質(zhì)量和節(jié)能減排都能起到關(guān)鍵性作用,，而管網(wǎng)修建,、管理的費用是整個污水體制增效的重要部分，因此,，需建立與之相適應(yīng)的污水處理費征收體系,，逐步提高生活污水處理費，應(yīng)補償?shù)秸＿\營并合理盈利,，進而推進廠網(wǎng)一體化運作模式,。