城市污水处理厂的规划改造问题研究

　　城市污水处理厂是城市的重要基础设施，也是目前国内外用以“防治污染，保护环境”的重要措施之一。随着城市建设的发展，工业区的开发，新区住宅建设速度的加快，各地都在新建一批污水处理厂，并考虑原有污水厂如何改建和继续发挥其效益。由于早期的污水处理厂规模都比较小，而且效益低，随着城区的扩大，这些污水处理厂的去留问题如何解决，是人们普遍关注的问题。本文旨在建立一套综合评价体系，并对上海市现有的11座污水处理厂进行了评价。

1　规划评价系统

　　全国大多数污水处理厂都不同程度地存在着多年来缺乏改造资金、年久失修、工程不配套等问题，实际处理量往往与设计要求相差甚远，若针对各个厂的现状从土建、设备、电气、仪表等方面进行深入分析，适当投入一定数量的资金加以改造，其污水处理能力可能会大大提高。改造投资规划目标应满足投资少、见效快、近远期结合，提高综合效益的要求。评价体系如下：

1.1　污水处理厂与其它排水系统的相关位置u1(m)

　　随着城市的高速发展，污水处理和排水设施等越来越向集约化和大型化方向发展，原有的污水处理厂因规模小、设备落后等原因，有可能被周围一定范围内的在建或待建的大型污水处理厂或大型污水输送管道所取代(例如上海市的污水合流工程)时，此类厂应予以报废。

1.2　现有污水处理厂厂区占地面积u2(亩，1亩≈666m²)

　　厂区现有面积越大越便于该厂的扩建，厂家可节省土地征用费，利于投资改造。

1.3　厂区周围的人口密度u3(100人/ha)

　　厂区周围的建筑与人口密度过高，尤其是新建住宅因城区的扩大，实际上已包围了该污水处理厂，对居民生活环境产生不利影响，扩建变得十分困难。这种类型的厂应迁出，不予继续追加投资。

1.4　厂外设施u4(分)

　　污水处理厂服务区内的地下排水管道的设置，应与厂内污水处理能力相匹配，否则其污水处理厂的潜力得不到合理的发挥，此时应加大投资，改造完善厂外管道和泵站等。
1.5　污水日处理量与原设计日处理量的差距u5(m³/d)

　　污水处理厂的现有日处理量若与原设计量相差较大，说明该厂的设施未按照原设计配套，或某些生产环节存在问题，造成该厂不能充分发挥其潜力，应首先对其考虑追加投资。
1.6　污泥处理的难易程度u6(分)

　　污泥的处理与外运，对污水处理厂的处理量影响较大，其难易程度主要依赖于该厂是否具备脱水设施、离开郊区的远近、污泥量的大小以及运输的方便程度。污泥处理困难的厂，一般无发展前途，故不宜多投资。

1.7　改造投资率u7(100元/m³污水)

　　改造投资率是指投入的改造资金与该厂通过改造后所达到的最大污水处理量之比，比值越大，说明污水处理的代价越高，从投资的角度分析越不利。

1.8　投产年代长短u8(a)

　　污水处理厂的建造一般与城市的发展同步，建造年代久远，其设备、设施则更为陈旧，生产工艺也往往更为落后，改造的代价也就越高，追加投资的可能性不大。

1.9　污水处理厂直接排入的水体u9(分)

　　为防止污染城区的主要河流，污水处理厂的排放口一般布置在河流下游，并远离市区，因人口增加、城区扩大，当其出水转移到其他输送管道的可能性不大时，原来的排放口不得不外迁至更远的地方。此种处理厂发展前途不大，不宜考虑增加投资。

1.10　运行成本u10(元/m³污水)

　　一般说来，污水处理运行成本过高的厂，从经济上分析，扩大再投资是不合适的，应慎重考虑。

　　必须指出，上述各因素基本上已排除了相关性，在利用各因素对污水处理厂进行评价时，只须分别单独考虑。

1.11　污水处理的效果u11、u12、u13(%)

　　处理效果是指经污水处理厂处理后BOD₅、NH₃-N、SS的处理效果是否已达到国家规定的排放标准，效果越差的厂应重点加以投资改造。设BOD₅、NH₃-N、SS的去除率(%)分别为u11、u12、u13。

2　模糊综合评价

　　为便于分析，此处引用Fuzzy数学，以建立模糊综合评价模型。根据上述规划评价系统，其论域为U={u1，u2，…，u13}式中各符号意义见前述。

　　决择集为V={v1，v2，v3，v4}，即V={好，中，差，极差}

　　评价空间为μ=(u，v，R)，其中，R为F(U)到F(V)的一个Fuzzy变换，也就是从U到V的一个Fuzzy关系，即R是u×v上的一个Fuzzy子集。

　　本文针对上海市区现有污水处理厂的状况，在调查分析的基础上，结合国家现有规范标准，通过专家定量打分，确定Fuzzy关系R，具体程序如下：

2.1　级别的确定

　　据实际统计结果作相对的划分，如表1所示。

        表1　级别的划分

 

　　注：*由专家评估给出(10分制)，最高得10分，最低得1分。

2.2　确定评价因素的Fuzzy集

　　根据原始数据分别确定各个因素的Fuzzy集A1，A2，…，A13。设论域X依次为u1(m)、u2(亩)，…，u13(%)，Fuzzy集A1，A2，…，A13相应的隶属函数依次被定义为

2.3　确定U×V的Fuzzy子集R   R=(rij)13×4

　　其中，rij表示从第i个因素的角度，对被评对象作出第j种评语的可能程度。R通常由专家打分统计而定出。由于以上13个评价因素对污水处理厂去留问题的评判结果的影响程度不同，即各因素所对应的权重不同，专家组对被评对象所控制的宽松程度也就不同，例如，有的专家认为某些因素特别重要，要严格掌握等，而另外的专家则不然。

　　根据统计，得到如下Fuzzy关系矩阵R，rij各值如表2所示。

        表2　rij各值

 

　　若某一污水处理厂各评价因素的原始数据已被测定为A=(a1，a2，…，a13)则根据ai(i=1，2，…，13)的值，分别在Ai(i=1，2，…，13)中求得相应的隶属度值μAi（ai），于是A被模糊化为Fuzzy集A=μA1（a1），μA2（a2），…，μA13（a13）按A∈F(U)→B=A．R∈F(V)则可得该污水厂的综合评价为B=（μB1（v1），μB2（v2），μB3（v3），μB4（v4））对其进行归一化，然后取隶属度最大者作为综合评判的结论。

3　上海城市污水处理厂的改造问题

　　上海是我国最早建造污水处理厂的城市，目前市区正常运行的污水处理厂有11座，由于多年来缺乏改造和维修资金，实际处理能力大大萎缩，1996年处理污水能力25万m³/d～26万m³/d，与原设计能力48万m³/d相差较远。要使污水处理厂达到设计的水量，除对厂外管网作改造外，还必须投入一定数量的资金，解决污水厂生产流程和设备上积累起来的问题。改造的目标是：处理能力达到48万m³/d，水质参数：BOD₅进水180mg/L～220mg/L，出水20mg/L～30mg/L；SS进水180mg/L～270mg/L，出水20mg/L～30mg/L。采用的工艺主要是活性污泥法，部分厂还采用A/O脱氮工艺等。

3.1　各污水处理厂的现状

　　对11座污水处理厂进行了调查，结果见表3。

        表3　11座污水处理厂情况调查结果