城市污水处理系统评价的绿色指标体系研究，本文主要内容关键词为：指标体系论文,污水处理论文,评价论文,城市论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 前言
城市污水处理厂是现代化城市必须配套建设的基础设施，具有重要的社会效益和环境效益，而污水处理厂的建设和运行不会产生直接的经济效益。虽然如此，不同的工艺技术和管理水平（模式）在经济投入和处理效果方面有较大的不同。另一方面，不同的工艺技术和管理水平（模式）对环境产生的二次影响差异较大。因此，对一个污水处理厂的工艺技术、运行管理等建立一套评价指标，特别是对环境有益的绿色指标，这将对城市污水处理厂建设提供有用的信息和评价的方法，使污水处理厂建设的社会效益和环境效益更加显著，使经济投入更合理。
最近两年，全国新批建设城市污水厂150多座，这对提高水环境质量具有重要的战略意义。我国现有668个设市的城市中，仅有123个城市有307座不同处理等级的城市污水处理厂，城市污水二级处理的处理率在10%左右。全国17000个建制镇，绝大多数没有排水和污水处理设施。根据我国政府计划2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%，设市城市的污水处理率不低于60%，重点城市的污水处理率不低于70%。由此预测近年全国需增污水处理能力约22155万t/d，投资计划为323亿元。由2000-2010年，需增加污水处理能力28861万t/d，污水处理厂投资约490亿元，至2010年，需新建城市集中污水处理厂1000余座。合理地投入资金，选择更好的技术，其效益将是不可估量的。
但资金来源不足直接影响了工程建设和运行，因此我国城镇污水处理厂的建设迫切需要经济、高效、节能、技术先进可靠的城市污水处理绿色工艺和技术，或称为“三低一少”技术。“三低一少”技术是指低建设费用，低运行管理费用，低操作管理需求，二次污染物排放少的新型城镇污水处理技术。可见，适用我国国情的城镇污水处理技术向高效率、低建设费用、低能耗、低管理需求、环境影响少的方向发展已成为城镇污水处理行业可持续发展的必然选择。城市建设资金紧缺、土地利用紧张，因此采用投资少、占地小、高效、低能耗、低运行成本、管理维护方面的处理工艺将有更好的市场。在多方面同时具有以上特征的工艺为绿色工艺，根据有关工艺参数可提出一套城市污水处理绿色工艺的指标，作为评价绿色工艺的参考。
2 绿色环境技术的基本特征
绿色环境技术符合可持续发展的战略要求，“绿色技术”的涵义就是指能够切合于一定社会和自然环境的具体条件，自身具有合理的动态结构，取得最佳的综合效益以保持与人类和自然持续协调发展的技术系统。它应具有如下一些基本特征：
2.1 高效性
这是指绿色技术能够在资源开发与转换过程中取得较高的效率和最佳的综合效益。从根本上说，决定技术适用性的，不仅是效率，更重要的是效益。绿色技术的高效性必须是高效率和高效益，即在资源开发与转换过程中取得多方面、多层次、多时域的最佳综合效益。
2.2 相对性
指绿色技术的评价标准及其实现程度总是相对的、具体的和有条件的。相对于不同的国家或地区、不同的企业或部门，在不同的时期、不同的条件下，绿色适用技术的评价标准是不同的，没有绝对划一的评判准则。而且，绿色技术在这些不同方面的评价标准上所能实现和达到的程度也是不同的，不可能在各方面都同时实现和达到同一水平或同一程度。
2.3 时变性
在“人类—技术—自然”这个大系统中，由于人类的需求是不断发展的，社会和自然环境也是不断变化的。因而，作为与人类和自然保持协调发展的绿色技术，就必然具有鲜明的时变性，即某一具体的绿色技术只能在一定时间内存在并随时间的变化而变化，它有一定的时效期。
2.4 区域性
由于不同国家或地区的社会经济、政治、文化等发展的不平衡性和自然环境具体条件的差别，使得绿色技术具有鲜明的区域性，即绿色技术总是由一定区域的社会和自然具体环境条件综合选择的结果，具有浓厚的地方特色。
2.5 生态性
绿色技术的生态性是指它能服从自然生态发展规律、维护生态平衡、与自然环境保持协调发展。在一定意义上说，绿色技术是一种环保技术，是一种生态技术。它不仅不能因自身的存在而破坏周围生态环境的平衡，而且还能自我克服对环境的不利影响，化害为利，实现与自然界的良性循环和持续协调发展。
2.6 人文性
在“人类—技术—自然”大系统中，绿色技术不仅能够适应自然界的发展，而且还能够适应人类社会的发展，满足人的需要。绿色技术的人文性是指它能够服从人类社会发展规律，适应和满足人的生理、心理和精神等各方面的需要。因此，绿色技术又是一种符合人性的技术，是一种人文化了的技术。
3 城市污水处理的工艺技术特点
污水处理方法和工艺有很多，主要的工艺过程为物化和生化两大类。从处理系统来看，可分为预处理、一级处理、二级处理和／或脱磷脱氮处理等。城市生活污水相对于工业污水等而言，其成分简单，污染物浓度低，污染物以有机成分为主，但是某些城市的排水系统也可能收集部分经预处理或已达到相应排放标准的工业废水，使污水的性质变得更复杂。另一方面，城市生活污水无法排除雨水或初期雨水，这使得城市污水的污染物质浓度相对较低。城市污水的这些特点表明其并非高难度的污水。从现有工艺方法和技术来看，处理城市污水并无特别困难，但是采用不同的工艺和技术则会在许多方面表现出不同的效果。
大部分城市在建设污水处理厂时对工艺技术的选择并没有进行大量的比较研究，往往是委托一家咨询设计公司或设计院就所选定的方案进行可行性研究，并在小范围内进行论证。目前，这种选择方式虽然没有致命的缺陷，但在经济上却带来一定问题，污水处理厂投资和运行费用都一直处于增大的趋势。这使得建立污水处理厂更为困难，因为投资和运行都需要城市财力或人民纳税负担。另一方面，也存在因财力有限，出现技术处理能力和范围受限的问题。
4 污水处理厂建设的成本因素
近几十年来，一些国家的专业公司包括国内的少数单位都对污水处理的工艺和方法进行研究和改进，使活性污泥法发展并演化产生出很多新的工艺。当然，这些新工艺技术的改进并不完全是为项目业主考虑，可能基于对投资商和制造商双方的考虑，如减少占地面积、土建、设备制造成本、费用或运行耗能耗电等，但大都以降低制造成本和提高竞争力为其目的。
对于污水处理厂，费用包括建厂的一次性投资和运行成本两部分，项目建设的一次性投资的大小并不直接决定运行成本，但可以对运行费用起很大的影响和作用。建设投资决策的内容主要包括，土地（即厂址和搬迁安置）费用、直接建设和安装工程费用、设备费用、管理费用等；运行费用决策内容包括，人工费、电力和运输费、药剂费、维护费。与工艺方法选择直接相关的有土地面积、建安费、设备费，电力与运输费、药品费。其中在选址已定的情况下土地的价格、补偿拆迁费用标准、管理费用、人工费用，可看成是一种常数。生物工艺方法改进的主要目标是追求在最小的容积和时间内通过好氧或厌氧完成水的污染物生物降解。容积和时间对土地面积和设备安装费影响较大。例如土地费用，在城市土地价格一定和选址唯一的情况下，可以选择占用土地面积小的工艺，如序批式(SBR)、间歇式反应器等反应池合一、深沟型氧化沟和改良型氧化沟等减少土地费用。反之，也可根据选择的经济工艺来重新确定选址。但是，由于费用影响因素不是简单的线性关系，往往不可能一下就能判断出来，需要系统的多方面的比较，污水处理厂的成本因素及其影响因素如表1所示。
表1 污水处理厂建设与运行成本的主要范围及影响因素
成本的主要范围
影响因素
土地面积 工艺类型、设备能力、设计布置
设备、安装工艺复杂程度、设备集约化程度、设备效率和先进
性
建筑
工艺选择与参数确定、构筑物体积、数量
能源
工艺流程、设备效率、曝气时间、污泥产量
运输
污泥产量、药剂等
药剂
价格、使用周期、技术有无垄断、有效性
维护、管理自动化程度、人工量、建筑物质量、设备质量与安
装质量
从纯技术角色看，考核污水处理技术主要看出水达标及去除率和抗冲击负荷的能力。出水达标的技术依据是中国国家标准GB8978-1996，其主要指标有色度（稀释倍数）、pH、COD[,Cr]、BOD[,5]、SS、TOC、氨氮和总磷等。去除率则可以考察工艺对各指标的处理效率。
5 可持续发展与绿色环境技术
随着现代科学技术的蓬勃发展，绿色技术已成为人们在建构和实施可持续发展过程中正确的技术抉择，是在技术水平上解决全球问题、支撑和实现可持续发展的有效的技术手段或技术基础。
城市污水处理技术的绿色概念，即成为绿色环境技术的指标和条件，应该在以下几个方面进行衡量：
(1)污水处理工艺能耗和物耗的最小化。我国经济持续发展和人口持续增加势必导致城镇污水处理厂的规模和数量扩大，大量土地用于建设污水处理厂，大量建筑材料（钢材、水泥、木材等）用于处理设施的建造，大量能源用来维持污水处理厂的正常运转。污水处理技术必须向低能耗、低物耗和高效率发展，才符合可持续发展的战略目标。
(2)防止城镇污水厂的跨介质污染。一般认为污水处理厂是净化污水、消除污染物的设施，其实传统类型的污水处理厂（活性污泥法）在净化污水的过程中因气味、剩余污泥、噪音以及大量能耗带来的污染问题也是不可忽视的，有时甚至可能是严重的问题。因此，城镇废水处理工艺必须是一种“无公害化”或“少公害化”的技术。
(3)环境影响最小。城镇污水处理厂的建设需占用土地以及因此产生的社会经济影响；城镇污水处理厂在处理废水的过程中会产生多种二次污染物；城镇污水处理厂建设与运行的直接环境影响；污泥的处置与影响等。这些影响都是不可忽视的。因此，必须强调改善和减轻这些污染和影响。
(4)易于管理。操作管理方便，工艺流程自动化程度高，设备运行可靠。
因此，研究开发高效率、低能耗、低成本和少污染的城镇污水处理绿色工艺已成为我国城镇污水处理技术发展的重要方向，也是近年来国际上环境保护领域面向21世纪的研究热点之一，符合可持续发展战略。
6 绿色工艺的指标体系
2000年国家三部委（局）联合颁布了《城市污水处理及污染防治技术政策》（以下简称《技术政策》），使我国各地区在建设城市污水处理厂时，有了决策的技术依据。根据《技术政策》的指导，建立一套评价城市污水处理工艺系统的绿色指标体系可便于我们选择适合的工艺。
污水处理从其机理上讲主要分两块：一是物化技术，二是生物技术。就城市污水而言，由于其浓度低，水量大，仅靠物化处理达标在我国水处理药剂费用没有大幅度下降前，运行成本较高，不符合国情。当前国外主要以生物处理为核心单元进行治理，要求出水水质指标较高时，物化技术给以辅助。生物处理根据微生物呼吸方式不同，分为厌氧技术、缺氧技术、好氧技术。这三种技术中，好氧技术又是污水治理的核心，为了把这三种技术在实践中工程化，出现了多种工艺路线，其主要以几何形状、运行参数及微生物状态不同而加以区分。当前流行的污水处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A[2]/O法、A/O法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，可统称为活性污泥法，且各有其特点。随着我国城镇居民生活水平的不断提高，城镇污水中氨氮、磷的含量有了明显增加，另一方面，已经受到污染的环境水体对氮和磷的敏感性增强，为保护环境水体免遭富营养化，有效地降低城镇污水中氮和磷的含量也成为城镇污水处理的重要技术指标。
综合以上因素可以列出城市污水处理系统评价的绿色指标，包括：出水效果、脱氮除磷、抗冲击负荷、占地面积、基建投资、能耗、运行费用、污泥产量、环境影响、运行管理等。通过将这些指标分解和综合建立一套城市污水处理系统评价的绿色指标体系，见表2。
表2 城市污水处理系统评价的绿色指标体系
通过以上指标体系，我们在进行城市污水处理厂建设的工艺选择时可以充分考虑到各方面因素，确保选择一套绿色性的工艺。
7 小结
绿色科技是以保护人体健康和人类赖以生存的环境，促进经济可持续发展为核心内容的所有科技活动的总称，其内涵和外延均涵盖和超越了环境科技。绿色科技是国家为实现经济可持续发展实施的一项技术战略，它将保护自然资源和生态环境作为主要价值目标之一，为协调生态与发展之间的关系开辟了新的途径，为21世纪我国环境保护事业的发展提供全方位的系统技术支持，对全国科技发展具有重要的指导意义。污水处理的每项工艺技术，都有其优点、特点和不足之处，有其较佳的适用条件。不可能以一种工艺代替其他一切工艺，也不宜离开具体的条件为先进而先进。根据绿色技术的高效性、相对性、时变性、区域性、生态性、人文性，我们在考虑认证城市污水处理技术的绿色特性时就必须具体问题具体分析，充分调查了解每一种技术在具体情况下的处理单位水量投资、削减单位污染物投资、处理单位水量电耗和成本、削减单位污染物电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体环境效益以及拟建项目可能满足的条件和更多其他情况后再下结论。
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