相比于美國在城鎮化率達60%時開始建設污水處理廠，我國在城鎮化率近30%時已開始建設，至今建設模式仍以集中式為主，即在遠離城市的邊緣、排放水體下游建設集中式收集管網和大型污水處理廠。集中式排水系統建設模式在國外較為常見，特別是城市和人口密集地區，如美國芝加哥Stickney污水處理廠(465萬m?/d)、英國倫敦Beckon污水處理廠(240萬m?/d)、加拿大蒙特利爾Riviere-des-Prairies污水處理廠(760萬m?/d)。集中式模式具有顯著的規模效應，大型污水處理廠選址簡單、易于管理、可靠性強，該模式在我國水污染防治方面發揮了重要作用，彌補了我國水污染治理行業發展初期處理能力不足、運營水平不高、管理機制不完善的缺陷。然而，當下我國城鎮化率已突破60%，這種建設模式所存在的弊端也逐漸顯現：
(1)占用大量土地資源，鄰避效應顯著。宮徽等研究結果表明，傳統污水處理廠建設模式會對廠區占據的土地及其周邊地產產生遠超自身建設投資數倍的價值損失。
(2)污水長距離輸送，埋深大投資高，管網滲漏率高，進廠水質濃度低，單位污染物能耗高。研究表明，我國污水管網的平均滲漏率高達46%，COD在管網中的損失率高達55%。由于進水水質濃度低，我國單位污染物去除所需的能耗遠高于國際平均水平。
(3)不利于水資源回用。再生水廠通常需要建設較長的回用管網，建設在河道下游的水廠需要利用水泵將再生水再次提升至河道上游，由此造成管網投資高、運行成本高的情況。
(4)不利于能源利用。采用水源熱泵對污水處理廠出水制冷供暖是能源利用的有效手段，其有效服務半徑一般為3km，而污水處理廠通常遠離建成區，導致熱能難利用。
針對集中式建設模式存在的問題，深圳清泉提倡污水集中式處理和分散式處理相輔相成，既節省管網建設或改造，又降低污水回用的成本，便于污水資源化，“分散處理，就近回用”，降低河道景觀用水成本，這只是好處之一。
南明河分散處理應用案例
南明河是貴陽市的母親河，其干流及5條支流全長118 km，流域內服務人口350萬人，服務面積6600km2，是長江與珠江上游的重要生態屏障。2013年前，南明河流域水質惡化、污染嚴重，中心城區段水質長期處于劣Ⅴ類，主要原因包括：①收集與處理設施跟不上城市高速發展，現狀污水處理廠僅5座，處理能力67萬m3/d，遠期缺口超100萬m3/d;②貴陽市為典型喀斯特地貌，且南明河流域主城區人口密度高(7 100~8 100人/km2)，污水收集難、輸送難;③南明河為季節性缺水河流，城市發展占用水資源，使生態基流持續下降，河道自凈能力降低。針對上述問題，南明河流域水環境綜合治理項目自2012年開始實施，至今已持續近9年。
在南明河流域綜合治理之初提出了傳統集中式建設模式和分布式廠網建設模式兩種方案。圖1為按照原規劃思路編制的排水系統集中式方案，新建3座地上式污水處理廠(處理規模62.5萬m3/d)，擴建4座地上式污水處理廠(處理規模53.5萬m3/d)。圖2為以“適度集中、就地處理、就近回用”原則提出的分布式廠網建設模式，沿南明河干、支流新建改擴建再生水廠23座，新增處理規模116萬m3/d。其中，下沉式污水處理廠17座(處理規模67.5萬m3/d)，地上污水處理廠6座(處理規模48.5萬m3/d)。
圖1 南明河流域排水系統集中式布置方案
(方案一)
圖2 南明河流域分布式下沉再生水系統建設模式
(方案二)
應用排水系統分布-集中決策模型，對原規劃集中式下游建廠方案(方案一)及分布式廠網建設方案(方案二)進行評價決策，評價結果見表1。兩方案決策指數H分別為31.06和63.31，表明方案二較方案一更優。方案二在技術經濟先進性上的得分略高于方案一，這是因為：雖然方案一中的污水處理廠具有規模效應，單位建設成本、單位污染物去除能耗、運行維護便捷性的得分高于方案二，但因方案二采用的分布式廠網建設模式大幅節省了污水收集管網和回用管網的長度，且該方案中的污水處理廠以下沉廠為主，整體節地效果明顯。“分布”“下沉”帶來的優勢在資源、環境、社會效益層面均有體現：借助下沉廠實施分布式廠網建設，一方面能夠提升水資源、能源的利用效率和多樣性，為實現碳中和提供條件;另一方面，可充分釋放土地資源，進行產業開發可體現土地價值，進行景觀公園建設可提升地面綠化率、降低碳排放，在解決鄰避效應的同時供給公共服務，實現與周邊環境的高度相容。
表1 南明河排水系統分布-集中方案評價結果
近年中國城鎮化發展迅速，新建污水處理廠通常在5~10年內就面臨被城市化區域包圍的局面。傳統模式下，水廠擴建提標勢必需要在下游選擇新址，擴大處理規模、占地面積和管網輻射范圍，然而仍將面臨若干年后再次被城市包圍的局面。如成都三瓦窯污水處理廠在2013年因鄰避效應而搬遷至下游4km處，僅管網投資新增達8.5億元，現新廠址已再次被城市包圍。傳統建設模式會導致“異地新建、被城市包圍、再次異地、再次被包圍”的惡性循環。
針對新建污水處理廠面臨鄰避困境，深圳清泉提出市政污水處理廠公園化改造解決方案，利用清泉的智能模塊化裝備和短時泥膜法(ABM技術)，就地將傳統地上污水處理廠原位升級改造，提高處理效率(3倍以上)，節省占地面積(50%以上)，投資造價與地上污水處理廠相當，將釋放出來的地上空間，打造成生態景觀公園或者其他公共休閑娛樂場所，再將智能模塊化裝備與園林景觀相結合，變“鄰避困境”為“鄰利”，解決污水處理廠對周邊環境產生的噪音、異味等系列問題，給周邊經濟帶來正增長效益。
來源：清泉水業
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