降低污水處理廠成本的可能性與措施

1、降低污水處理廠成本的可能性與措施1、引言中國(guó)正在大力加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)方面的建設(shè)，在政府各項(xiàng)環(huán)保投資方面，城市污水處理方面占首位。污水處理廠的投資巨大，一座日處理能力十萬(wàn)立方米的污水處理廠（約合50萬(wàn)人口當(dāng)量）僅污水處理部分其投資就約達(dá)一億五千萬(wàn)人民幣，不僅如此，其建成后的年運(yùn)行費(fèi)用也將是數(shù)以千萬(wàn)計(jì)。因此，如何能節(jié)約污水處理廠的建設(shè)投資，如何能節(jié)約污水處理廠的運(yùn)行成本，最終使得市民在保障水體質(zhì)量不受危害的前提下支付的費(fèi)用最少，這涉及的不僅僅是技術(shù)層面，而且涉及立法，決策等多種層面，很顯然不是一兩篇文章就能將其闡明。 本文從德國(guó)污水處理廠的立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、招標(biāo)、工藝技術(shù)以及污水處理廠的優(yōu)化運(yùn)行等方面的實(shí)踐

2、經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，闡述降低污水處理廠成本的因素與措施。2、規(guī)劃和設(shè)計(jì)的影響2.1 概述污水處理廠的建設(shè)可劃分為以下八個(gè)階段：立項(xiàng)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、招標(biāo)、施工建設(shè)、工程決算。隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，對(duì)項(xiàng)目成本影響的可能性也就逐漸減少。 圖1給出了各階段對(duì)項(xiàng)目成本的影響可能性及其總的發(fā)展趨勢(shì)。項(xiàng)目的初期階段的決策對(duì)污水處理廠成本的影響最大。在立項(xiàng)階段需要決策的問(wèn)題有：新建污水處理廠的必要性；有否舊污水處理廠可供擴(kuò)建；是否可在原處進(jìn)行新污水處理廠的建設(shè)，還是要尋找新的廠址；是集中處理還是分散處理；等等?；A(chǔ)數(shù)據(jù)收集階段對(duì)污水處理廠成本的影響也很大，它直接影響到污水處理廠的規(guī)模，如，確定

3、采用的設(shè)計(jì)廢水溫度就對(duì)污水處理廠的規(guī)模有直接影響。隨著項(xiàng)目的深入，越到后期對(duì)建設(shè)成本的影響便越來(lái)越小。在圖1中明顯地表示出在招標(biāo)和發(fā)標(biāo)過(guò)程中對(duì)項(xiàng)目成本的影響可能性有很大的增加。在該階段為項(xiàng)目引入了新的公司建設(shè)公司，該新公司的進(jìn)入將帶入新的意見(jiàn)和經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)能降低成本。2.2 顯著影響費(fèi)用的因素根據(jù)對(duì)德國(guó)約30座處理規(guī)模為6,000人口當(dāng)量（約1,200立方米/天）至1,600,000人口當(dāng)量（約32萬(wàn)立方米/天）污水處理廠建造成本分析發(fā)現(xiàn)下列因素對(duì)成本的影響最為顯著：- 廠址的選擇- 服務(wù)規(guī)模- 措施的范圍- 對(duì)出水水質(zhì)的要求（監(jiān)測(cè)值、設(shè)計(jì)溫度）- 廢水成分- 現(xiàn)有裝置可利用的程度- 設(shè)計(jì)

4、指標(biāo)- 施工標(biāo)準(zhǔn)- 經(jīng)濟(jì)發(fā)展快慢/市場(chǎng)行情- 招標(biāo)和合同形式3、節(jié)約成本的可能性3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的確定在設(shè)計(jì)階段，影響投資的最重要因素是設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的確定。在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)必須非常認(rèn)真地確定廢水處理廠負(fù)荷數(shù)據(jù)。在德國(guó)的行標(biāo)A131中建議要盡量對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)測(cè)進(jìn)水量和負(fù)荷量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，而避免較多地使用文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)。有關(guān)含氮物質(zhì)的波動(dòng)系數(shù)，應(yīng)當(dāng)從至少兩周的連續(xù)測(cè)定的變化曲線中獲取。并通過(guò)與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較后調(diào)整。在已測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)今后污水處理廠的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)。在進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)應(yīng)與有關(guān)管理部門(mén)取得聯(lián)系，以便使預(yù)測(cè)的值不會(huì)落后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，但要考慮實(shí)施的可行性。例如：廢水水溫就是一個(gè)對(duì)污水處理廠規(guī)模

5、影響很大的因素，也是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集時(shí)的一個(gè)重要方面。微生物對(duì)污染物的降解速度，特別是對(duì)硝化作用的影響很大，因此設(shè)計(jì)水溫對(duì)生物處理段的建設(shè)投資影響明顯。圖2給出了一大型廢水處理廠（規(guī)模為80萬(wàn)人口當(dāng)量）一年廢水溫度的發(fā)生天數(shù)。即使在相對(duì)寒冷的冬季，也只有為數(shù)不多的幾天廢水溫度低于12oC，因此德國(guó)行標(biāo)A131中推薦采用的設(shè)計(jì)水溫為12 oC。另外，較低的水溫也并不是連續(xù)出現(xiàn)。為了保證設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠、避免產(chǎn)生偏差，可通過(guò)同時(shí)考慮兩個(gè)不利因素產(chǎn)生的影響。圖3清楚地給出了達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷48000公斤/天時(shí)，但沒(méi)有溫度低于12oC的情況。在低溫情況下只有低負(fù)荷情況。相反，高負(fù)荷與高水溫相匹配，即在此時(shí)，

6、生物段具有更強(qiáng)的降解能力。3.2 工藝技術(shù)及其設(shè)計(jì)在初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中可以通過(guò)選擇適合的工藝流程和采取合理的設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)降低投資。在此必須對(duì)整個(gè)污水處理流程進(jìn)行考慮，而不只是單獨(dú)地考慮其中的各個(gè)階段。比如人們應(yīng)對(duì)初沉池、活性污泥池和二沉池的容積進(jìn)行通盤(pán)考慮，因?yàn)樗鼈兊目側(cè)莘e決定了總的構(gòu)筑費(fèi)用。在很多情況下采用調(diào)節(jié)池、工藝水的調(diào)配或（當(dāng)管網(wǎng)具有足夠的調(diào)蓄容量時(shí)）堵水回流至管網(wǎng)以緩沖進(jìn)水負(fù)荷波動(dòng)是較為經(jīng)濟(jì)的方法。采用工藝水的調(diào)配則幾乎始終都是經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于一些較復(fù)雜的工藝方法，雖然可以減小容積，但不一定就能夠降低費(fèi)用。例如：?jiǎn)为?dú)的工藝水的處理：特別是氨氣吹脫法會(huì)導(dǎo)致較高的后繼運(yùn)行費(fèi)用。高溫厭氧二

7、級(jí)污泥處理工藝的設(shè)備費(fèi)用或運(yùn)行費(fèi)用較高。固定床和流動(dòng)床技術(shù)所需的水池容積非常小，然而它們的單位容積費(fèi)用卻非常高。活性污泥池（包括機(jī)械裝備在內(nèi)）的凈單位容積費(fèi)用約為6001200馬克/m3；而固定床技術(shù)的單位費(fèi)用高達(dá)2500040000馬克/m2左右，即約為 10000 DM/m3。在脫氮工藝的各個(gè)設(shè)計(jì)步驟中所包含的（非）安全性必須已知和具透明性，以免各種不同的安全性相互重疊。因此，在使用諸如安全系數(shù)、波動(dòng)系數(shù)、剩余污泥量、污染物負(fù)荷量和溫度等來(lái)確定所需好氧泥齡的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，不必都同時(shí)加以考慮。有時(shí)為了獲得更合適的池容積，也可以不用完全遵造常用的設(shè)計(jì)方法及其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，但在這種情況下必須根據(jù)（

8、大、中型技術(shù)裝置的）試驗(yàn)結(jié)果或根據(jù)對(duì)設(shè)施的動(dòng)力學(xué)過(guò)程的模擬計(jì)算結(jié)果闡述改動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程的理由。 在二沉池的設(shè)計(jì)過(guò)程中已考慮到安全性，所以在選擇污泥指數(shù)時(shí)毋需再考慮安全系數(shù)的問(wèn)題。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)楦鶕?jù)德國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)A131，在選擇污泥指數(shù)的同時(shí)也就確定了活性污泥池中的最大固體含量（見(jiàn)圖3）。活性污泥池中的固體含量與水池容積成反比，因此對(duì)費(fèi)用會(huì)產(chǎn)生很大影響。對(duì)于化學(xué)除磷工藝，必須采用最大值（磷負(fù)荷量、b值）進(jìn)行設(shè)計(jì)。而計(jì)算污泥增長(zhǎng)量時(shí)采用平均值就足夠了。在污泥處理工藝的設(shè)計(jì)過(guò)程中也要檢驗(yàn)：在不設(shè)置前置緩沖容積（如初級(jí)濃縮池）的情況下后繼處理設(shè)施的負(fù)荷是否也能保持均衡。 對(duì)于生物除磷工藝來(lái)說(shuō)一般情況下

9、不設(shè)置附加的除磷容積。可以采用空余出來(lái)的容積（比如在部分負(fù)荷或污水溫度較高的情況下）進(jìn)行生物除磷。當(dāng)然在設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮到這一點(diǎn)。在設(shè)計(jì)各構(gòu)筑物的布置時(shí)需注意：平行廊道越多則分配、測(cè)量及調(diào)控費(fèi)用越高，因此應(yīng)盡量避免。階梯式布置（按流程設(shè)置各個(gè)水池）的額外投資費(fèi)用也較高，但動(dòng)力學(xué)有利。在此可設(shè)置一些能進(jìn)行調(diào)節(jié)變化的區(qū)域，以能降低運(yùn)行費(fèi)用。3.3 招標(biāo)過(guò)程 為了在招標(biāo)過(guò)程中獲得較大的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果，必須盡可能地公開(kāi)招標(biāo)情況。投標(biāo)單位數(shù)量較少時(shí)，如競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格結(jié)構(gòu)已知?jiǎng)t會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用升高。 同時(shí)，工程目錄的詳細(xì)度必須保證不會(huì)對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生限制作用。這一點(diǎn)對(duì)于機(jī)械技術(shù)裝備尤其重要（如格柵裝置、清泥系統(tǒng)等）。對(duì)污水處理廠

10、總包招標(biāo)，在很多情況下是采用初步設(shè)計(jì)招標(biāo)方法（含處理效果圖）。招標(biāo)方法及合同形式的影響見(jiàn)圖4，該圖中以新建的、已投入運(yùn)行的污水過(guò)濾裝置為例。從圖中可知，在其它邊界條件（材料標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn)、自由選擇工藝等）相同的情況下，最重要的費(fèi)用因素是過(guò)濾面積。過(guò)濾方法、招標(biāo)形式（初步設(shè)計(jì)招標(biāo)或詳細(xì)設(shè)計(jì)招標(biāo)）或總包形式（總承包公司）對(duì)單位費(fèi)用都沒(méi)有明顯影響。與此相反，在薩克森州有兩個(gè)新建污水處理廠都以初步設(shè)計(jì)招標(biāo)的方式分別發(fā)給了總承包公司，其建造費(fèi)用明顯低于平均水平。其原因首先是：總承包公司能根據(jù)以前項(xiàng)目的投標(biāo)價(jià)格確定最低的價(jià)位；其次，總承包公司對(duì)內(nèi)容廣泛的技術(shù)性合同的各個(gè)環(huán)節(jié)都很熟悉，可制定出合理而經(jīng)濟(jì)的解

11、決辦法。4、成本優(yōu)化的限制4.1 法律規(guī)定根據(jù)德國(guó)相關(guān)法律（WHG、LWG、AbwAG）對(duì)污水處理廠出水排放至公共水體及其監(jiān)測(cè)方法（質(zhì)量隨機(jī)樣）的規(guī)定，污水處理廠必須保持高度的運(yùn)行可靠性，其出水質(zhì)量必須持續(xù)性地達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。 然而污水處理廠的運(yùn)行中始終存在有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的危險(xiǎn)。這些危險(xiǎn)會(huì)導(dǎo)致污染物排放量的增加，或者根本就違反了有關(guān)的法律規(guī)定，且會(huì)受到處罰：1） 未經(jīng)準(zhǔn)許而造成水體污染或因其它行為負(fù)面性地改變了水體性質(zhì)的人，將受到 最長(zhǎng)可達(dá)5年的剝奪自由處罰或金錢(qián)處罰。2） 這種嘗試也將受到處罰。3） 如果行為人因過(guò)失造成水體污染或負(fù)面性地改變了水體性質(zhì)，則將受到最長(zhǎng)可 達(dá)2年的剝奪自由處罰或金錢(qián)處罰

12、。如果根據(jù)監(jiān)測(cè)值確定已發(fā)生了超標(biāo)現(xiàn)象，則表明已構(gòu)成了要受到處罰的行為事實(shí)，對(duì)此要追究責(zé)任人的個(gè)人責(zé)任。此責(zé)任人可以是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、政府行政領(lǐng)導(dǎo)、部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)或市長(zhǎng)。同時(shí)市政部門(mén)也應(yīng)對(duì)相關(guān)人員提供法律保護(hù)。很多情況下，在案件中受到處罰的人正是那些在污水處理廠的新建或擴(kuò)建工作中作出決策，對(duì)污水廠的費(fèi)用產(chǎn)生巨大影響的人。要避免這種情況應(yīng)嘗試通過(guò)加大公共資金的投入而降低個(gè)人的風(fēng)險(xiǎn)。 4.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及費(fèi)用污水處理廠進(jìn)水的污水量、負(fù)荷量以及污染物濃度始終都在劇烈地波動(dòng)之中。污水廠本身的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，要解決上述問(wèn)題存在有各種各樣的可能性。對(duì)于污水廠中的工作人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)培訓(xùn)或者解釋往往很難讓他們完全勝任工作。因此

13、始終都存在有出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)值超標(biāo)的危險(xiǎn)。人們可以采取構(gòu)造措施或工藝技術(shù)措施降低這種風(fēng)險(xiǎn)，然而費(fèi)用也將隨之升高（見(jiàn)圖5）。所以很有必要由企業(yè)管理者作為業(yè)主與設(shè)計(jì)工程師共同尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)程度和要投入的費(fèi)用達(dá)到一個(gè)可接受的比例。當(dāng)然前提是管理者和設(shè)計(jì)者必須相互信任。在此舉一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的典型例子。人們一直在討論一個(gè)問(wèn)題：要滿足服務(wù)人口超過(guò)十萬(wàn)人的城市污水處理廠的最低要求（在此主要是磷的出水標(biāo)準(zhǔn)值為1mg/l），是否必須后置一個(gè)過(guò)濾裝置？可以肯定的是，當(dāng)污水成份有利、二沉池效果良好及沉淀劑投放過(guò)程可調(diào)控的情況下即使沒(méi)有后置過(guò)濾裝置也能達(dá)到出水值要求。這樣可以大大地節(jié)省費(fèi)用，但另一方面，超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)也毫

14、無(wú)疑問(wèn)地將隨之大大增加。如果將這種風(fēng)險(xiǎn)以（可能受到追究的）法律責(zé)任的形式由地區(qū)負(fù)責(zé)人或負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的工程師承擔(dān)，那么，大部分情況下會(huì)促使人們選擇高投入而低風(fēng)險(xiǎn)的工藝。 4.3 運(yùn)行方面 從污水處理廠的運(yùn)行可靠性和運(yùn)行人員的安全角度考慮，存在有一系列限制因素，限制過(guò)度節(jié)省費(fèi)用： 污水處理廠的運(yùn)行可靠性要求高度的可運(yùn)行性和必須設(shè)置備用裝置（尤其是對(duì)一些重要設(shè)施，如污水流動(dòng)干線中的泵站）。 防腐蝕措施是費(fèi)用因素中的一個(gè)重要組成部分，但由于污水中污染物的多樣 性必須采取。 事故保護(hù)及工作場(chǎng)所規(guī)定中的安全注意事項(xiàng)中要求必須配備有一定的安全裝置 ，這筆費(fèi)用不得減免。 對(duì)一些易維護(hù)且運(yùn)行費(fèi)用較低的設(shè)施經(jīng)常要支付

15、一定的額外費(fèi)用，這些費(fèi)用的 支出被證明是經(jīng)濟(jì)的。 人們討論得最多的是那些能方便運(yùn)行的附加費(fèi)用，如地板磚、交通便利、安裝 /拆卸、清潔工作、庫(kù)存?zhèn)溆脵C(jī)組和建造房屋以保障冬季運(yùn)行等的費(fèi)用。為此有一定的最低要求，具體費(fèi)用應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行確定。4.4 設(shè)計(jì)費(fèi)支付辦法的影響負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的工程師的酬金根據(jù)設(shè)計(jì)費(fèi)計(jì)算辦法付給。對(duì)于重要的設(shè)計(jì)工程來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目的建造費(fèi)用是確定酬金的最重要的參比參數(shù)。這是完全正確和合理的，因?yàn)槲鬯幚韽S越大、越復(fù)雜則建造費(fèi)用越高，同時(shí)所要求的設(shè)計(jì)工作量及費(fèi)用也越大。至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有比建造費(fèi)用更好的參比參數(shù)。個(gè)別情況下根據(jù)以上設(shè)計(jì)費(fèi)計(jì)算辦法會(huì)陷入困境，也就是：當(dāng)工程師深入尋找更經(jīng)濟(jì)的工藝方法時(shí)要相應(yīng)地支出一部分附加費(fèi)用，這同時(shí)也導(dǎo)致了他本人的酬金的減少。針對(duì)這種情況人們德國(guó)在1996年對(duì)設(shè)計(jì)費(fèi)計(jì)算辦法進(jìn)行了補(bǔ)充修改，增加了鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員深入研究新的、更經(jīng)濟(jì)的處理工藝的條款，使酬金問(wèn)題更加合